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LoRa在地质灾害监测 的应用解决方案
   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
 
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    (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。

关键字: 地质灾害 LoRa 遥测终端

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