基于基于LoRaWAN通讯技术的地质灾害监测系统

近年来地质灾害频发，对人民生命安全、财产造成巨大危害，如何治理与防治成为刻不容缓的主题。国家对于地质灾害的监测设备投入也日渐增多，如何通过物联网技术，帮助监管部门在山体间更好地部署设备？

2020年前三季度全国共发生地质灾害7711起，共造成116人死亡、22人失踪、55人受伤，直接经济损失48．54亿元。对于滑坡、崩塌、泥石流等山体相关灾害，如果能够提前布设好地质监测设备，将会大幅减少灾害带来的损失。

对川东、渝南、湘西、云贵高原等山体滑坡灾害易发区的高危隐患点，设立专业的检测仪器监测山体状态，是减灾防灾的重要方式之一。在传统应用中无人监测一般采用专业的地质监测设备进行信号采集和传输，但随着行业的发展，传统方案的痛点已渐渐暴露出来：

传统设备价格昂贵；

传统设备布置比较复杂；

传统设备智能化程度低，人工参与较多；

连续阴雨天使用太阳能供电困难，功耗要求高；

特殊位置4G信号受遮挡严重；

缺少云端系统化管理方案。

通常情况，地质监测系统整体系统框图如下图所示：

致远电子可为用户提供基于LoRaWAN通讯技术的整套通讯方案，包含：LoRaWAN节点、LoRaWAN网关、云平台的整套服务：

?LoRaWAN节点

LoRaWAN节点可选用我司LM400TU方案，此模块技术成熟，射频参数满足山体间的通信需求。支持LoRaWAN协议，无需二次开发，AT即可实现所有操作。我司模块与网关产品配合度好，方案可打包。

LoRaWAN模组

?LoRaWAN网关

致远电子LoRaWAN网关采用IP67防水外壳，各个接口均做了防水处理，在户外使用无需担心。

在功率方面，发射功率为25dBm，在野外平均覆盖范围超过4km。同时，地质监测应用普遍采用太阳能板＋电池的供电模式，在长期阴天的情况下很可能很长一段时间都未必能得到补给，因此低功耗十分重要。致远电子LoRaWAN网关平均功耗在1．5W～4W，可以满足太阳能＋电池供电的低功耗需求。

在后期运营维护方面，致远电子网关和节点均已支持远程升级，对于布设地点偏远的地质监测应用，远程升级功能也十分重要。

LoRaWAN网关

?云平台服务

云端主要功能包含两方面：

一方面，云中台的功能是节点数据上下行透传通道，把节点的数据基于ZWS透传到客户的业务服务器，把业务服务器的控制命令透传下发给设备节点，并提供大量的Restful API接口供客户的业务系统进行协同调用。

另一方面，会配套功能强大的控制台界面系统，对节点和网关本身的物理属性，进行状态监控和告警，进行远程配置，以及信号强度的管理和分析，以及固件维护和升级等。

云平台网关配置界面

方案优势

?整套系统

可为客户提供包括：节点、网关和云平台的整套方案。免去客户使用不同厂家产品联调困难的问题；

?成熟的云平台服务

稳定的数据通道，可在云端对节点进行控制、管理。也可进行固件的维护和升级；

?功耗较低

网关产品平均功耗1．5～4W，能够满足太阳能＋电池供电的低功耗需求；

?价格优势

相较于完全使用4G节点进行通信的传统地质设备，LoRaWAN网关及节点的价格相对低廉。

环境监测RTU简介

RTU被称为远程终端单元（Remote Terminal Unit），是一种针对通信距离较长和工业现场环境恶劣而设计的有模块化的结构的、特殊的计算机测控单元，它将末端的监测仪表和执行机构与远程调控中心的主计算机连接起来，具有远程数据采集、控制和通信功能，能接收主机计算机的操作指令，控制末端的执行机构动作。

图1 环境监测RTU网络架构

当前RTU广泛应用于城市供水自动化控制系统、城市废水处理系统、城市煤气管网综合调度系统、天然气、石油行业自动化系统、电力远程数据疾控系统、热网管道自动化控制、大气、水质等环境监测、水情水文测报系统、江河航运、港口、矿山调度系统等等。

致远DTU设备如何应用于环境监测RTU

致远电子推出的ZWG－40COM系列Cat．1 DTU设备，能够快速上手配置使用，并为用户提供二次开发功能，用户可根据自己的应用需要快速开发出满足自己要求的RTU产品。

1、使用简单

ZWG－40COM系列数据传输终端能够快速上手，进行简单的配置即可与后台服务器／云平台完成对接、数据透传，方便集成到用户RTU系统中，实现第一步－打通数据。

2、接口丰富

环境监测RTU需要外接各类传感器设备，使用IO口对传感器进行控制、使用ADC采集传感器数据，ZWG－40COM对外提供2路GPIO 、1路485、2路232可供使用。

如果使用不带外壳的裸板型号ZWG－40DP，将提供8路IO、2路ADC、2路PWM、6路UART、2路以太网、2路SPI、2路IIC接口。

3、二次开发

ZWG－40COM系列内部搭载全网通的Cat．1通信模组，使用Cortex－M7平台的RT1062作为主控处理器，具有8MB的Flash和1MB的RAM，集成了丰富的驱动以及物联网协议，并且搭载实时操作系统AWorks支持用户进行二次开发，帮助用户快速的开发出产品。

而对于想要集成进RTU产品内部的用户，我司可以提供开板式ZWG－40DP的底板参考设计，既可以当做透传的Cat．1模块来使用，也可以基于丰富的接口资源进行二次开发增加功能，快速实现产品化。

图2 ZWG－40COM Cat．1 DTU产品

4、隔离防护

环境监测设备常常会放置在工厂、户外等环境恶劣的场所，对产品的隔离防护有一定要求。ZWG－40COM产品通过了一系列ESD、EFT、雷击浪涌等可靠性测试。

表1 ZWG－40COM ESD测试结果

系统化方案

在透传模式下使用ZWG－40COM系列产品的用户，我司能够提供系统化的解决方案，通过简单配置直接接入ZWS－PaaS云平台，快速打通终端节点到云平台的数据链路。

在ZWS－PaaS云平台可以实现设备的数据管理、状态管理等一系列功能，也支持对设备进行OTA升级，极大的降低了用户设备的维护成本。

ZWS云平台监控大屏

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