無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在距離測(cè)量和定位上的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

　　目前物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為全球發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛、滲透最為深入的領(lǐng)域之一。它正在改變我們國(guó)家的生產(chǎn)和生活方式。隨著科技水平的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷升級(jí)，以數(shù)據(jù)為中心的信息處理技術(shù)日益發(fā)展，可以有效地解決我們國(guó)家在信息處理、信息傳輸和共享、數(shù)據(jù)處理等方面存在的問(wèn)題。目前物聯(lián)網(wǎng)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和制造業(yè)領(lǐng)域、智能家居領(lǐng)域與智慧城市領(lǐng)域以及醫(yī)療衛(wèi)生和教育領(lǐng)域等諸多領(lǐng)域。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在這些領(lǐng)域中應(yīng)用推廣的不斷深入，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)人與物之間相互通信和信息傳輸提出了更高的要求。LoRa技術(shù)就是一種非常好的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，它是由美國(guó) Intel公司推出的一款短距離通信技術(shù), LoRa具有較高靈敏度特點(diǎn)和抗干擾能力，已在一些多用途領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

作為一種窄帶無(wú)線(xiàn)技術(shù)，LoRa是使用到達(dá)時(shí)間差來(lái)實(shí)現(xiàn)地理定位的。要了解LoRa定位如何工作，就要來(lái)看看從終端節(jié)點(diǎn)到服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸步驟。LoRa定位的前提是所有的基站或網(wǎng)關(guān)共享一個(gè)共同的時(shí)基。當(dāng)任何一個(gè)LoRaWAN終端設(shè)備發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)被其所在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的所有網(wǎng)關(guān)接收，并且每個(gè)報(bào)文都將會(huì)報(bào)告給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。所有的網(wǎng)關(guān)都是一樣的，它們一直在所有信道上接收所有數(shù)據(jù)速率的信號(hào)。這意味著在LoRa終端設(shè)備上沒(méi)有開(kāi)銷(xiāo)，因?yàn)樗鼈儾恍枰獟呙韬瓦B接到特定的網(wǎng)關(guān)。 傳感器被簡(jiǎn)單地喚醒，發(fā)送數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的所有網(wǎng)關(guān)都可以接收它。

　　一、物聯(lián)網(wǎng)距離測(cè)量應(yīng)用場(chǎng)景

　　對(duì)于 LoRa這類(lèi)短距離數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，離線(xiàn)測(cè)量是目前比較常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景之一，這種測(cè)量技術(shù)由于數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，抗干擾能力強(qiáng)，可以用于監(jiān)測(cè)設(shè)備上各類(lèi)智能家居設(shè)備的位置。物聯(lián)網(wǎng)距離測(cè)量系統(tǒng)的工作原理是通過(guò) LoRa網(wǎng)絡(luò)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后以通信協(xié)議進(jìn)行通信。這樣能避免外界干擾影響數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)使用。同時(shí)通過(guò) LoRa網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)被發(fā)送到終端設(shè)備上。目前很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都是使用這些通信數(shù)據(jù)采集然后使用數(shù)據(jù)分析。

　　二、 LoRa定位原理

　　LoRa定位就是將終端與位置傳感器的數(shù)據(jù)，通過(guò)算法自動(dòng)地提取到目標(biāo)的位置。在實(shí)際應(yīng)用中, LoRa能夠在室內(nèi)、室外、以及各種特殊場(chǎng)合下，對(duì)需要精確定位的位置進(jìn)行測(cè)量，從而使終端可以對(duì)周?chē)h(huán)境做出準(zhǔn)確的反應(yīng)。

隨著時(shí)代的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛運(yùn)用。通過(guò) LoRa無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)以及無(wú)線(xiàn)傳輸信息給設(shè)備，再由設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制;而且可以與用戶(hù)進(jìn)行交互并為用戶(hù)提供服務(wù)。作為一種新型、安全、環(huán)保的網(wǎng)絡(luò)技術(shù), LoRa網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛地被應(yīng)用于食品加工等行業(yè)中并取得了良好成績(jī))。

而目前廣泛流行于智能家居中的定位系統(tǒng)是基于 LoRa技術(shù)進(jìn)行高精度定位所使用的定位算法。利用了 LoRa技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于一組有代表性建筑和環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行精確定位為例，可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物、場(chǎng)所等不同維度空間信息和環(huán)境狀態(tài)的智能感知和智能分析服務(wù)。

LoRa定位的前提是所有的LoRa網(wǎng)關(guān)共享一個(gè)相同的時(shí)基，并且至少需要3個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)來(lái)接收數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng)一個(gè)LoRaWAN終端設(shè)備發(fā)射一段數(shù)據(jù)信號(hào)，其所在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的所有的LoRa網(wǎng)關(guān)都會(huì)接收到這段信號(hào)，并傳輸給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過(guò)比較信號(hào)強(qiáng)度、到達(dá)時(shí)間、信噪比和其他參數(shù)來(lái)計(jì)算終端設(shè)備的最可能所在位置。

　　三、案例分析

　　物聯(lián)網(wǎng)對(duì)人們的生活提出了更高的要求，而在實(shí)際的應(yīng)用中，傳統(tǒng)的 GPS定位系統(tǒng)不僅存在定位精度低，抗干擾能力差、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)困難等缺點(diǎn)，而且還存在安全隱患問(wèn)題。LoRa技術(shù)具有高靈敏度、高抗干擾能力，可在任何網(wǎng)絡(luò)中部署使用，可以作為 GPS定位系統(tǒng)不可或缺的一部分。并且具有可編程特性。

LoRa是唯一無(wú)二的，只要終端節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)通信，就可以得到地理位置數(shù)據(jù)。正因?yàn)長(zhǎng)oRa地理位置功能無(wú)需涉及GPS定位技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)最小尺寸、最低功耗、最低成本。目前LoRa地理位置功能開(kāi)始被應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，如畜牧業(yè)、建筑、物流、保險(xiǎn)行業(yè)等。

智慧農(nóng)場(chǎng)

智能農(nóng)場(chǎng)采用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和集成傳感器的LoRa的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)筑完整的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)控農(nóng)場(chǎng)關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)，系統(tǒng)集合了牧畜的基本信息管理、牧企管理、檢疫管理、牧場(chǎng)管理、定位報(bào)警監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。24小時(shí)監(jiān)控農(nóng)場(chǎng)，智能傳感設(shè)備替代人工作業(yè)，大大降低人力成本，提高了所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。牧民也可以通過(guò)APP搭建自己的圍欄，關(guān)聯(lián)牲畜。系統(tǒng)可以根據(jù)牲畜所在位置查看牲畜的出勤情況，如果牲畜不在圍欄內(nèi)，就會(huì)報(bào)警并向牧民發(fā)送信息。同時(shí)，牧民可以查看牲畜的基本信息、當(dāng)前所在位置、健康狀況，對(duì)牲畜進(jìn)行導(dǎo)航和跟蹤。

智慧園區(qū)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起和快速發(fā)展，使得"萬(wàn)物互聯(lián)"成為可能，這使得構(gòu)建智慧園區(qū)成為可能。LoRa技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)低功耗廣域無(wú)線(xiàn)網(wǎng)新技術(shù)的典型代表，在智慧園區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中可以發(fā)揮其自身最大優(yōu)勢(shì)。

在智慧園區(qū)解決方案中采用大數(shù)據(jù)分析園區(qū)采集上來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示園區(qū)現(xiàn)場(chǎng)情況，出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)信息自動(dòng)告警，管理人員收到告警信息后，可以遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備或者安排人員及時(shí)前往現(xiàn)場(chǎng)處置，將損失減到最小。實(shí)時(shí)監(jiān)控園區(qū)綜合事態(tài)，結(jié)合應(yīng)急預(yù)案和智能終端，做到園區(qū)人、車(chē)、物、事件的可視、可管、可控。

結(jié)合以上分析，通過(guò)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于 LoRa技術(shù)、具有較強(qiáng)抗干擾能力的定位系統(tǒng)平臺(tái)產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平臺(tái)功能的擴(kuò)展與升級(jí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有多個(gè)平臺(tái)不同功能平臺(tái)如定位追蹤系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等平臺(tái)功能集成。