利用LoRaWAN技術(shù)造福人類

疫情期間，為減輕新冠肺炎最不利的影響而推行了居家文化，從而減少了交通擁堵，城市空氣質(zhì)量也得到了改善。美國國家經(jīng)濟研究局的一份報告顯示，由于美國城市無車上路而減少了空氣污染，使全國哮喘、肺病和心臟病等空氣質(zhì)量相關(guān)疾病下降了約25%。

但是沒有什么好沾沾自喜的， 隨著后疫情時代的來臨，各城市恢復(fù)開放，擁堵正在卷土重來。伴隨而來的是，有害尾氣（包括直徑小于等于2.5μm的致命大氣顆粒物 (PM)）的不斷排出。這種“PM2.5”污染會深入肺部，被認為是對健康危害最大的污染物。

貧困人口受全球問題或不良空氣質(zhì)量的影響最大。例如，印度孟買由于車輛維護不善，交通擁堵嚴重，空氣質(zhì)量之差往往令人震驚。據(jù)《印度時報》報道，孟買在全球859個城市中污染程度排名第63位，是第四大污染最嚴重的“特大城市”。據(jù)該報報道，按照聯(lián)合國 (UN) 每天生活費低于1.90美元的貧困線定義，這座城市是一個有20%人口生活在貧困線以下的大都市。

迅速成熟的物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 為發(fā)達國家和發(fā)展中國家的不良空氣質(zhì)量提供了長期解決方案。通過廣泛部署借助LoRaWAN?等低功耗無線局域網(wǎng) (LPWAN) 以無線方式連接到物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的商用空氣質(zhì)量傳感器，有望生成細粒度數(shù)據(jù)以幫助城市規(guī)劃人員應(yīng)對大氣污染挑戰(zhàn)。

采取行動保護弱勢群體

孟買并不是一個特例。聯(lián)合國表示，在全球范圍內(nèi)，有超過10億城市居民生活在貧民窟中，他們經(jīng)受著不良空氣質(zhì)量的嚴重影響。據(jù)世界衛(wèi)生組織 (WHO) 數(shù)據(jù)顯示，空氣污染是導(dǎo)致非傳染性疾病的主要原因，大約24%的成人死于心臟病，25%死于中風，43%死于慢性阻塞性肺疾病，29%死于肺癌。

聯(lián)合國意識到，我們需要采取緊急行動來改善這一高危人群的生活質(zhì)量和安全問題。2015年，聯(lián)合國成員國通過了《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》?！蹲h程》由17個可持續(xù)發(fā)展目標 (SDG) 組成，其中一個目標就是建設(shè)安全、有抵御災(zāi)害能力的可持續(xù)城市， 并承諾改善空氣質(zhì)量。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供商將全力支持此聯(lián)合國議程。這其中就包括LoRa聯(lián)盟，這是一個開放的非營利性協(xié)會，其成員密切合作以推動LoRaWAN協(xié)議的成功。聯(lián)盟成員以“LoRaWAN for Good”為前提，正在積極制定多項緩解空氣污染的舉措。

物聯(lián)網(wǎng)將低成本小型無線傳感器通過LoRaWAN連接到云端，以快速生成、整理和分析傳感器數(shù)據(jù)，讓城市規(guī)劃人員能夠利用大數(shù)據(jù)來改善空氣污染控制措施。這些系統(tǒng)包括以下元素：

無線空氣質(zhì)量傳感器，用于實時監(jiān)測和報告污染水平

LoRaWAN連接，將數(shù)據(jù)從短程無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫?/p>

云服務(wù)器，能夠分析來自數(shù)萬個無線傳感器的連續(xù)數(shù)據(jù)流

預(yù)測算法，用于建議為防止空氣污染達到危險水平而需要采取的措施

無線空氣質(zhì)量傳感器可以“調(diào)整”為重點檢測廢氣中普遍存在的二氧化氮 (NO2) 和一氧化碳 (CO)，從而讓用戶了解車輛造成的空氣污染整體情況。由于這些PM2.5傳感器和氣體傳感器價格便宜并且不引人注目，因此它們可以廣泛部署在整個城市以監(jiān)測空氣污染。

支持LoRaWAN的終端設(shè)備被整合到這些無線空氣質(zhì)量傳感器網(wǎng)絡(luò)中，進而再連接到LoRaWAN網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)。借助于電池續(xù)航可達十年的電池供電終端設(shè)備，這類網(wǎng)絡(luò)可以在城市地區(qū)實現(xiàn)5km的傳輸距離，在農(nóng)村空曠環(huán)境下可達到15km。因此，LoRaWAN可以提供一個主干網(wǎng)，在城市任何區(qū)域快速、廉價地部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

可靠基礎(chǔ)設(shè)施的重要性

為確保長期的可靠性，LoRaWAN必須使用工業(yè)級設(shè)備構(gòu)建。因此，網(wǎng)關(guān)成為了通信鏈條中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而且市面上已經(jīng)有了許多經(jīng)過驗證的工業(yè)化選項。Advantech的WISE-6610工業(yè)級LoRaWAN網(wǎng)關(guān)就是一個例子，它確保了為工業(yè)環(huán)境提供可靠的LoRaWAN連接。Advantech網(wǎng)關(guān)支持私有和公共LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)，并支持MQTT協(xié)議，這是一個輕量級網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，構(gòu)成了互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 套件的 一部分。

WISE-6610網(wǎng)關(guān)的硬件和軟件靈活性支持邊緣計算系統(tǒng)，其冗余增強功能可防止連接丟失。此外，為安全通信而創(chuàng)建的VPN隧道以及可以本地加密和轉(zhuǎn)換LoRaWAN數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器能夠支持高級別的安全性。其他特性包括868至915MHz頻率范圍、9至36VDC電源輸入范圍、DIN導(dǎo)軌或壁式安裝以及IP30外殼防護等級。

數(shù)據(jù)由LoRaWAN網(wǎng)關(guān)發(fā)送到云端后，就可以對其進行整理和分析，讓我們近乎實時地詳細了解城市空氣污染變化情況。隨著歷史數(shù)據(jù)庫規(guī)模的不斷擴大，可以借助于算法通過引用過去的事件來準確預(yù)測未來將如何發(fā)展，從而使相關(guān)機構(gòu)能夠在需要時采取預(yù)防措施。有了這些信息，相關(guān)人員就可以采取一些必要措施并進行主動干預(yù)，比如管制交通流量、暫時降低環(huán)保車輛的道路通行費，以及通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)迅速建議公民避開可能很快變得危險的區(qū)域。

邁向可持續(xù)發(fā)展目標

柴油和汽油車在城市中隨處可見，因此尾氣排放的PM2.5對人類健康是一種潛在的危害。一線城市正面臨著呼吸系統(tǒng)疾病導(dǎo)致的生產(chǎn)力下降和衛(wèi)生系統(tǒng)負荷增加，因此開始轉(zhuǎn)向借助于物聯(lián)網(wǎng)和LoRaWAN來解決傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)的弱點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)近乎實時地連續(xù)生成準確的數(shù)據(jù)流，使規(guī)劃者能夠做出明智的決定，例如在條件特別惡劣的時候進行交通管制以減少污染。

隨著由全市LoRaWAN基礎(chǔ)設(shè)施支持的下一代無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的推出，我們正大步邁向聯(lián)合國提出的第十一個可持續(xù)發(fā)展目標，即建設(shè)安全、有抵御災(zāi)害能力的可持續(xù)城市。此外，這也是如何充分利用LoRa技術(shù)的完美實例。

要點

汽車尾氣排放的空氣懸浮顆粒物損害著所有城市居民的健康，對低收入人群的影響尤為嚴重。

這是因為現(xiàn)有污染控制措施不夠健全，收效甚微。

而由LoRaWAN基礎(chǔ)設(shè)施支持的無線空氣質(zhì)量傳感器可提供快速、細粒度的數(shù)據(jù)，能夠應(yīng)對高顆粒物污染的長期和瞬態(tài)事件。

我們要充分利用LoRaWAN，以助力實現(xiàn)聯(lián)合國提出的第十一個可持續(xù)發(fā)展目標，即建設(shè)安全、有抵御災(zāi)害能力的可持續(xù)城市。

審核編輯：郭婷