LoRa在地质灾害监测的应用解决方案
以下方案提供商：福建四信
摘 要：我国是世界上地质灾害最严重、受威胁人口最多的国家之一，而且地质条件复杂，各种地质灾害隐患多、分布广，突发性和破坏性特别强，严重威胁人民的生命财产安全。对地质灾害进行监测需要长期的连续在线数据采集，由于采集数据的地形相对复杂，一些传统的监测方法已经不能满足地质灾害监测的需求，因此，本文探讨了利用LoRa无线网络技术，实现监测数据的分布式管理和低功耗的嵌入式地灾灾害监测系统，有效提高了地质灾害监测系统的可靠性和实时性。
1.系统概述
地质灾害来源于自然和人为作用对地质环境的灾难性破坏，地质灾害常见的四种形态为滑坡、崩塌、泥石流和地面沉降。由于监测设备安装于野外环境，气象条件和地理环境相对比较恶劣，通信网络的覆盖情况也比较不理想，如果在传统的地质灾害监测系统的采集层和数据传输层中引入LoRa无线网络技术，可极大提高地质灾害监测的实时性和可靠性，保障全天24h实时监测，及时、准确为灾害预警提供有效依据。
2.系统设计
（1）系统采用分层分布式结构，第一层为遥测站数据采集。采集各监测站点监测数据。第二层为远程无线传输网络。通过GPRS/SMS/卫星/LoRa等通讯方式，平台可向监测站发送召测命令，随时召测测站历史数据，监测站可即时上报定时数据或报警数据。第三层为数据汇聚平台，通过网络连接监测中心站实现数据共享，使之组成一个管理自动化的预警系统。
（2）系统采用信息遥测、软件工程、网络、现代通讯、人工智能等先进技术。可快速采集、存储地质灾害监测点的雨量、泥位、土壤含水率、地声、次声等实时数据及监测设备工作电压和环境温度数据。
（3）前端采集的传感器与数据传输的遥测终端均集成LoRa通讯模块，适应于高低温环境下工作，具有低功耗、稳定性高、便于安装等特点，完全满足恶劣的野外工作条件。
（4）监测系统支持GPRS/SMS/3G/卫星等通讯方式发送至多个远程中心，并满足通过LoRa无线传感网络，传感器节点、终端节点以及中心节点之间可相互通信。
3.系统应用集成
3.1 行业监管
（1）一体化设计
数据采集终端采用模块化思路设计，具有低功耗和低成本的特点，内置LoRa通讯模块，可对传感器节点进行集中管理和控制，并将采集到的传感数据进行处理和存储。
（2）网络自愈性
无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；当节点位置发生变化或故障时，网络可自我修复，并对网络拓扑结构进行相应的调整，保证系统稳定正常工作。
（3）高兼容性
中心节点具备协调器功能，除完成接收终端节点发送过来的请求和数据，终端节点的入网管理，负责网络结构的维护，实现网络自组织功能，同时连接GPRS网络，完成与监控中心之间的数据传输和命令管理，完全满足地质灾害监测系统的数据传输要求。
3.2 运维可靠
（1）传输安全
系统设置了地质灾害预警预报中心，为保证数据传输的可靠性，提高数据畅通率，在预报中心采用了GPRS+LoRa的主备信道传输，避免因单一信道故障导致系统通讯终端。
（2）抗干扰性
为保证监测预警预报中心可以随时正确获取监测站数据、读取任意时段数据或监测站工作状态等信息，数据到达监测中心服务器后，首先由通讯程序接收数据，通讯程序负责对数据包进行拆包、解码，对数据进行纠检错处理，这一过程减少了数据的误码率、提高了数据完整率。监测数据合成后被存入数据库中并存入日志文件中。
（3）低功耗设计
系统采用定时唤醒的模式来管理各级节点，当需要采集数据时，由监控中心下发命令给中心节点，中心节点再来唤醒各个终端节点，开始数据的采集和发送。终端节点会将采集到的雨量、位移、倾斜、压力等数据经过融合，再传输到中心节点。
（4）低运维成本
相比传统的GPRS数据传输，LoRa数据传输不需要额外的运行成本，可大幅降低项目后期的运营维护成本。
4.讨论
随着无线传感器网络市场的进一步发展，本文将LoRa无线网络传感技术引入到地质灾害监测系统中，在无线网络中可随意增加或删除终端节点数，增加了地质灾害监测的灵活性，扩宽了地质灾害监测面积，降低了整体系统的功耗，节约了系统成本，提高了地质灾害监测系统的实时性和可靠性，可在地质灾害监测中加以推广。
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