永遠(yuǎn)利用 LoRaWAN? 技術(shù)

大流行期間為減輕 COVID-19 的最壞影響而培養(yǎng)的呆在家里的文化減少了交通擁堵并凈化了城市空氣。美國國家經(jīng)濟(jì)研究局的一份報(bào)告計(jì)算出，由于美國城市私家車出行減少，空氣污染減少，導(dǎo)致哮喘、肺病和心臟病等與空氣質(zhì)量相關(guān)的疾病減少了約 25%全國各地。

但絕不能自滿。隨著大流行后世界的城市開放，擁堵正在卷土重來。伴隨而來的交通不斷排出有害排放物，包括致命的直徑為 2.5 微米（或更?。┑拇髿忸w粒物 (PM)。這種“PM2.5”污染深入肺部，成為對健康危害最大的污染物。

貧困人口受全球空氣質(zhì)量差問題的影響最大。例如，印度孟買因車輛維護(hù)不善而嚴(yán)重?fù)矶?，空氣質(zhì)量也經(jīng)常令人震驚。《印度時(shí)報(bào)》報(bào)道，該城市在全球 859 個(gè)污染最嚴(yán)重的城市中排名第 63 位，在污染最嚴(yán)重的“特大城市”中排名第四。據(jù)該報(bào)報(bào)道，這是一個(gè)大都市，20% 的人口生活在貧困線以下，聯(lián)合國 (UN) 將貧困線定義為每天生活費(fèi)低于 1.90 美元的人。

迅速成熟的物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 為發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家的空氣質(zhì)量差提供了長期解決方案。商業(yè)空氣質(zhì)量傳感器的廣泛部署——通過LoRaWAN ?等低功耗廣域網(wǎng) (LPWAN) 無線連接到物聯(lián)網(wǎng)——有望生成城市規(guī)劃者應(yīng)對大氣污染挑戰(zhàn)所需的細(xì)粒度數(shù)據(jù)。

采取行動保護(hù)弱勢群體

孟買絕非獨(dú)一無二。聯(lián)合國表示，在全球范圍內(nèi)，超過 10 億城市居民生活在貧民窟中，他們不成比例地受到空氣質(zhì)量差的影響。根據(jù)世界衛(wèi)生組織 (WHO) 的數(shù)據(jù)，空氣污染是導(dǎo)致非傳染性疾病的主要原因，約 24% 的成年人死于心臟病，25% 死于中風(fēng)，43% 死于慢性阻塞性肺病，29% 死于心臟病肺癌。

聯(lián)合國認(rèn)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。2015年，聯(lián)合國會員國通過了2030年可持續(xù)發(fā)展議程。該計(jì)劃包含 17 個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo) (SDG)，其中包括打造安全、有彈性和可持續(xù)的城市。該目標(biāo)的一部分包括致力于改善空氣質(zhì)量。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供商愿意支持聯(lián)合國的議程。其中包括 LoRa 聯(lián)盟，這是一個(gè)開放的非營利性協(xié)會，其成員密切合作以推廣 LoRaWAN 協(xié)議。該聯(lián)盟的成員正在“LoRaWAN for Good”保護(hù)傘下制定多項(xiàng)空氣污染緩解計(jì)劃。

IoT 能夠快速生成、整理和分析來自緊湊、廉價(jià)的無線傳感器（通過 LoRaWAN 連接到云）的數(shù)據(jù)，使城市規(guī)劃者能夠利用“大數(shù)據(jù)”來改善空氣污染控制。這些系統(tǒng)包括以下元素：

無線空氣質(zhì)量傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測和報(bào)告污染水平

LoRaWAN 連接可將數(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(gè)無線傳感器的連續(xù)數(shù)據(jù)流

預(yù)測算法建議采取措施防止空氣污染達(dá)到危險(xiǎn)水平

無線空氣質(zhì)量傳感器可以“調(diào)諧”以檢測廢氣中普遍存在的二氧化氮 (NO 2 ) 和一氧化碳 (CO)，并提供車輛造成的空氣污染的總體指示。由于這些 PM2.5 和氣體傳感器價(jià)格低廉且不顯眼，因此它們可以廣泛分布在城市各處以監(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，而這些網(wǎng)絡(luò)又連接到 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)。他們可以使用電池可持續(xù)十年的終端設(shè)備，在城市地區(qū)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?5 公里，在農(nóng)村視距連接范圍內(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?15 公里。因此，LoRaWAN 可以為在任何城市區(qū)域快速、廉價(jià)地部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)。

可靠基礎(chǔ)設(shè)施的重要性

為確?？煽?、長期的性能，LoRaWAN 必須由工業(yè)級設(shè)備構(gòu)建。因此，網(wǎng)關(guān)是通信鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，幸運(yùn)的是，有許多經(jīng)過驗(yàn)證的工業(yè)選擇。一個(gè)例子是Advantech WISE-6610工業(yè) LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)，它確保了工業(yè)環(huán)境中可靠的 LoRaWAN 連接。研華網(wǎng)關(guān)支持私有和公共 LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)，并具有 MQTT，這是構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 套件一部分的輕量級網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

WISE-6610 網(wǎng)關(guān)的硬件和軟件靈活性支持邊緣計(jì)算系統(tǒng)，并包括冗余增強(qiáng)功能以防止連接丟失。此外，用于安全通信的 VPN 隧道創(chuàng)建和可以在本地加密和轉(zhuǎn)換 LoRaWAN 數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器支持高級別的安全性。其他特性包括 868 至 915MHz 的頻率范圍、9 至 36V DC的電源輸入范圍、DIN 導(dǎo)軌或壁掛式安裝以及 IP30 外殼防護(hù)等級。

LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)發(fā)送到云端的數(shù)據(jù)可以被聚合和分析，以構(gòu)建一個(gè)幾乎實(shí)時(shí)的、細(xì)粒度的圖像，了解整個(gè)城市的空氣污染如何變化。隨著歷史數(shù)據(jù)庫的發(fā)展，算法可以參考過去的事件來準(zhǔn)確預(yù)測未來模式將如何發(fā)展——使當(dāng)局能夠在需要時(shí)采取預(yù)防措施。這些信息將允許采取有計(jì)劃的主動干預(yù)措施，例如調(diào)節(jié)交通流量、暫時(shí)降低清潔車輛的道路通行費(fèi)，以及通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)迅速建議市民避開可能很快變得危險(xiǎn)的區(qū)域。

更接近可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)

雖然城市仍然依賴柴油和汽油車輛，但尾氣排放的 PM2.5 將對人類健康構(gòu)成潛在危害。但主要的大城市已經(jīng)意識到呼吸系統(tǒng)疾病導(dǎo)致的生產(chǎn)力損失和衛(wèi)生系統(tǒng)負(fù)荷增加，他們現(xiàn)在正轉(zhuǎn)向物聯(lián)網(wǎng)和 LoRaWAN 來解決傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的弱點(diǎn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)近乎實(shí)時(shí)地生成連續(xù)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)流，使規(guī)劃人員能夠做出明智的決策，例如在條件特別惡劣的日子里減少交通流量以限制污染。

隨著工程師們現(xiàn)在推出下一代無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在全市范圍的 LoRaWAN 基礎(chǔ)設(shè)施的支持下，聯(lián)合國第十一個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)使城市安全、有彈性和可持續(xù)發(fā)展變得更加接近。此外，它是 LoRa 技術(shù)如何被善用的完美示例。

結(jié)論

在全球范圍內(nèi)，城市都在遭受空氣污染，而窮人尤其容易受到傷害。越來越多地使用物聯(lián)網(wǎng)，再加上經(jīng)過調(diào)整以測量 NO 2和 CO 的廉價(jià)無線傳感器的可用性，為解決這一日益嚴(yán)重的問題提供了機(jī)會。由 LoRaWAN 基礎(chǔ)設(shè)施支持的無線空氣質(zhì)量傳感器可提供處理長期和短暫的高顆粒污染事件所需的快速、細(xì)粒度的數(shù)據(jù)。

審核編輯黃昊宇