永远利用 LoRaWAN? 技术

大流行期间为减轻 COVID-19 的最坏影响而培养的呆在家里的文化减少了交通拥堵并净化了城市空气。美国国家经济研究局的一份报告计算出，由于美国城市私家车出行减少，空气污染减少，导致哮喘、肺病和心脏病等与空气质量相关的疾病减少了约 25%全国各地。

但绝不能自满。随着大流行后世界的城市开放，拥堵正在卷土重来。伴随而来的交通不断排出有害排放物，包括致命的直径为 2.5 微米（或更小）的大气颗粒物 (PM)。这种“PM2.5”污染深入肺部，成为对健康危害最大的污染物。

贫困人口受全球空气质量差问题的影响最大。例如，印度孟买因车辆维护不善而严重拥堵，空气质量也经常令人震惊。《印度时报》报道，该城市在全球 859 个污染最严重的城市中排名第 63 位，在污染最严重的“特大城市”中排名第四。据该报报道，这是一个大都市，20% 的人口生活在贫困线以下，联合国 (UN) 将贫困线定义为每天生活费低于 1.90 美元的人。

迅速成熟的物联网 (IoT) 为发达国家和发展中国家的空气质量差提供了长期解决方案。商业空气质量传感器的广泛部署——通过LoRaWAN ?等低功耗广域网 (LPWAN) 无线连接到物联网——有望生成城市规划者应对大气污染挑战所需的细粒度数据。

采取行动保护弱势群体

孟买绝非独一无二。联合国表示，在全球范围内，超过 10 亿城市居民生活在贫民窟中，他们不成比例地受到空气质量差的影响。根据世界卫生组织 (WHO) 的数据，空气污染是导致非传染性疾病的主要原因，约 24% 的成年人死于心脏病，25% 死于中风，43% 死于慢性阻塞性肺病，29% 死于心脏病肺癌。

联合国认识到我们需要采取紧急行动来改善这一高危人群的生活质量和安全。2015年，联合国会员国通过了2030年可持续发展议程。该计划包含 17 个可持续发展目标 (SDG)，其中包括打造安全、有弹性和可持续的城市。该目标的一部分包括致力于改善空气质量。

物联网技术提供商愿意支持联合国的议程。其中包括 LoRa 联盟，这是一个开放的非营利性协会，其成员密切合作以推广 LoRaWAN 协议。该联盟的成员正在“LoRaWAN for Good”保护伞下制定多项空气污染缓解计划。

IoT 能够快速生成、整理和分析来自紧凑、廉价的无线传感器（通过 LoRaWAN 连接到云）的数据，使城市规划者能够利用“大数据”来改善空气污染控制。这些系统包括以下元素：

无线空气质量传感器可实时监测和报告污染水平

LoRaWAN 连接可将数据从短程无线传感器网络传输到云端

云服务器能够分析来自数万个无线传感器的连续数据流

预测算法建议采取措施防止空气污染达到危险水平

无线空气质量传感器可以“调谐”以检测废气中普遍存在的二氧化氮 (NO 2 ) 和一氧化碳 (CO)，并提供车辆造成的空气污染的总体指示。由于这些 PM2.5 和气体传感器价格低廉且不显眼，因此它们可以广泛分布在城市各处以监测空气污染。

支持 LoRaWAN 的终端设备被整合到这些无线空气质量传感器网络中，而这些网络又连接到 LoRaWAN 网关网络。他们可以使用电池可持续十年的终端设备，在城市地区将数据传输到 5 公里，在农村视距连接范围内将数据传输到 15 公里。因此，LoRaWAN 可以为在任何城市区域快速、廉价地部署无线传感器网络提供基础。

可靠基础设施的重要性

为确保可靠、长期的性能，LoRaWAN 必须由工业级设备构建。因此，网关是通信链中的关键环节，幸运的是，有许多经过验证的工业选择。一个例子是Advantech WISE-6610工业 LoRaWAN 网关，它确保了工业环境中可靠的 LoRaWAN 连接。研华网关支持私有和公共 LoRaWAN 网络，并具有 MQTT，这是构成互联网协议 (IP) 套件一部分的轻量级网络协议。

WISE-6610 网关的硬件和软件灵活性支持边缘计算系统，并包括冗余增强功能以防止连接丢失。此外，用于安全通信的 VPN 隧道创建和可以在本地加密和转换 LoRaWAN 数据的网络服务器支持高级别的安全性。其他特性包括 868 至 915MHz 的频率范围、9 至 36V DC的电源输入范围、DIN 导轨或壁挂式安装以及 IP30 外壳防护等级。

LoRaWAN 网关发送到云端的数据可以被聚合和分析，以构建一个几乎实时的、细粒度的图像，了解整个城市的空气污染如何变化。随着历史数据库的发展，算法可以参考过去的事件来准确预测未来模式将如何发展——使当局能够在需要时采取预防措施。这些信息将允许采取有计划的主动干预措施，例如调节交通流量、暂时降低清洁车辆的道路通行费，以及通过蜂窝网络或互联网迅速建议市民避开可能很快变得危险的区域。

更接近可持续发展目标

虽然城市仍然依赖柴油和汽油车辆，但尾气排放的 PM2.5 将对人类健康构成潜在危害。但主要的大城市已经意识到呼吸系统疾病导致的生产力损失和卫生系统负荷增加，他们现在正转向物联网和 LoRaWAN 来解决传统监控系统的弱点。无线传感器网络近乎实时地生成连续的准确数据流，使规划人员能够做出明智的决策，例如在条件特别恶劣的日子里减少交通流量以限制污染。

随着工程师们现在推出下一代无线传感器网络，在全市范围的 LoRaWAN 基础设施的支持下，联合国第十一个可持续发展目标使城市安全、有弹性和可持续发展变得更加接近。此外，它是 LoRa 技术如何被善用的完美示例。

结论

在全球范围内，城市都在遭受空气污染，而穷人尤其容易受到伤害。越来越多地使用物联网，再加上经过调整以测量 NO 2和 CO 的廉价无线传感器的可用性，为解决这一日益严重的问题提供了机会。由 LoRaWAN 基础设施支持的无线空气质量传感器可提供处理长期和短暂的高颗粒污染事件所需的快速、细粒度的数据。

审核编辑黄昊宇