有人物聯(lián)網(wǎng)借助LoRa賦能建筑工地智能化管理

建筑行業(yè)是我國國民經(jīng)濟中重要的物質(zhì)生產(chǎn)部門(mén)和支柱性產(chǎn)業(yè)之一，對我國國民經(jīng)濟增長(cháng)和創(chuàng )造就業(yè)機會(huì )起著(zhù)關(guān)鍵的作用。作為如此重要的一個(gè)行業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)在建筑行業(yè)的應用才剛剛起步，諸如LoRa^?等物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)將給建筑業(yè)發(fā)展帶來(lái)巨大的推動(dòng)。

提到建筑行業(yè)，大家首先就會(huì )想到各種大中型的施工現場(chǎng)，其中包括大量的施工人員、設備、建筑材料和公用設施，以及由政府和企業(yè)安裝的各種傳感器。在這樣的場(chǎng)景中，涉及到人員安全和活動(dòng)區域管理、設備和建材的資產(chǎn)管理與追蹤、設備運行與環(huán)境監測、公用設施的使用與狀態(tài)監測……因此，大中型施工現場(chǎng)是最理想的物聯(lián)網(wǎng)應用場(chǎng)景，但其場(chǎng)景復雜性和多樣性也給多數物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來(lái)了巨大的挑戰。

為有效解決施工現場(chǎng)存在的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，智慧工地應運而生。而LoRa作為一種發(fā)展較早、應用非常成熟且擁有龐大生態(tài)系統的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，憑借其遠距離、低功耗、快速組網(wǎng)和易于部署等特點(diǎn)已被許多廠(chǎng)商應用于智慧工地，為建筑業(yè)提供了全新的管理手段。同時(shí)，LoRa的不斷創(chuàng )新為智慧工地添加了新的工具，例如LoRa Edge?室內外綜合定位技術(shù)，可為施工現場(chǎng)的人員、設備、建筑材料等等提供強大的定位功能，為智慧工地創(chuàng )新提供強大的推動(dòng)力。

智慧工地通過(guò)應用LoRa等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對施工現場(chǎng)的人、機、料、法、環(huán)等資源進(jìn)行集中管理，從而實(shí)現了管理的智能化和自動(dòng)化。環(huán)境復雜的施工現場(chǎng)隱藏著(zhù)人員傷亡的風(fēng)險，一旦出現事故就會(huì )帶來(lái)巨大損失；諸如升降機、塔吊等大型設備也是高發(fā)事故危險源，具有點(diǎn)多、線(xiàn)長(cháng)和面廣等特點(diǎn)，單靠人力巡檢排查，工作效率低，且難以做到全過(guò)程、全方位的監督管理，容易出現監管漏洞。此外，對施工現場(chǎng)的揚塵和噪聲監測，以及施工現場(chǎng)的水電等公用設施使用等，都存在周期長(cháng)、數據量大的特點(diǎn)，依靠人工測量的傳統方式，耗費大量人力且效率低下，記錄的數據缺乏客觀(guān)性及說(shuō)服力。因此，如何利用LoRa等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)加強施工現場(chǎng)安全管理、降低事故發(fā)生頻率、杜絕各種違規操作和不文明施工、提高建筑工程質(zhì)量、降低資源消耗和費用，成為建筑行業(yè)亟待解決的難題。

濟南有人物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“有人物聯(lián)網(wǎng)”）作為一家業(yè)界領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)解決方案提供商，通過(guò)采用Semtech的LoRa通信芯片，開(kāi)發(fā)出了LoRa通信模組和組網(wǎng)設備，通過(guò)其定制開(kāi)發(fā)的私有通信協(xié)議，助力智慧工地實(shí)現環(huán)境監測及大型設備監控；并可以根據建筑監管部門(mén)的要求和建筑施工單位的需求，為其定制各種基于LoRa的智慧建筑工地解決方案。

在有人物聯(lián)網(wǎng)的現有標準化解決方案中，通過(guò)利用LoRa器件，使施工現場(chǎng)的各類(lèi)設備實(shí)現聯(lián)網(wǎng)監控，各類(lèi)設備分區管理，各自形成自己的局域網(wǎng)，互不影響通信；監控數據集中上傳服務(wù)平臺，施工單位既可以局域監控也可以后臺總覽，方便實(shí)時(shí)查看和分析。如下圖所示：

通信方式的分類(lèi)及選擇

在上述的應用中，LoRa分為點(diǎn)對點(diǎn)通信和組網(wǎng)通信，用戶(hù)可根據現場(chǎng)設備監控要求，選用合理的LoRa通信方式。兩個(gè)點(diǎn)之間數據傳輸的場(chǎng)景可選擇點(diǎn)對點(diǎn)通信，例如升降機監控，每組點(diǎn)對點(diǎn)通信設備都有自己唯一的應用ID，只有應用ID相同的設備才能互相通信，對外的數據傳輸由特定的控制臺負責。

多點(diǎn)數據監控集中匯總上傳的場(chǎng)景應選擇組網(wǎng)通信，例如塔機監控、電氣監控和環(huán)境監控。每個(gè)組網(wǎng)場(chǎng)景都有自己獨立的應用ID，終端上電后廣播應用ID，對應應用ID相同的網(wǎng)關(guān)會(huì )有響應；隨后，終端入網(wǎng)有響應的網(wǎng)關(guān)，形成自己的局域網(wǎng)絡(luò )，終端設備只能在局域網(wǎng)內通信，對外都由網(wǎng)關(guān)負責數據通信。

具體應用場(chǎng)景詳解

●   升降機控制

圖 方案架構

現場(chǎng)利用LoRa技術(shù)采集升降機的各類(lèi)安全指標，實(shí)時(shí)監測升降機運行狀態(tài)，異常事件可及時(shí)報警。具體監測內容包括：升降機位置監測、升降速率監測、升降機電梯門(mén)狀態(tài)、升降機運行負荷等參數。

該場(chǎng)景采用的是點(diǎn)對點(diǎn)通信方式，一個(gè)升降機上有兩個(gè)電梯籠，對應兩個(gè)控制臺，控制臺和升降機采用一主一從的LoRa通信方式。該通信方式與傳統有線(xiàn)通信相比，采用無(wú)線(xiàn)遠程控制，更安全；現場(chǎng)施工更方便；人工成本更低。

LoRa通信設備在該場(chǎng)景應用的主要特點(diǎn)：

●   一主一從

一個(gè)控制臺只能控制一個(gè)電梯籠升降，LoRa通信在這里只做數據透傳，每組設備都有自己唯一的ID編碼，只有ID相同的兩個(gè)LoRa設備能夠互相透傳數據；設備間各自獨立工作，使用方便、操作簡(jiǎn)單、不混淆，通信實(shí)時(shí)性更高。

●   實(shí)時(shí)性高

控制臺能夠實(shí)時(shí)獲取升降機的狀態(tài)信息（包括當前位置、工作狀態(tài)、安全檢測等），并能隨時(shí)控制升降機上下升降及停止，實(shí)時(shí)性控制在200ms以?xún)?。在異常情況下，當出現通信中斷時(shí)，800ms以?xún)攘⒓赐Ｖ埂?/p>

●   穿透力強

施工現場(chǎng)環(huán)境復雜、遮擋物多，傳統433MHz無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )穿透能力無(wú)法滿(mǎn)足需求；而LoRa具有接收靈敏度高和發(fā)射功率高的特點(diǎn)，穿透能力強勁；施工現場(chǎng)樓層平均18層左右，空中傳輸速率11Kbps，通信毫無(wú)壓力。

●   抗干擾能力強

施工現場(chǎng)電氣設備多，噪聲和干擾信號也多。LoRa通信最大能夠接收到底噪下-20dB的信號，且支持前向糾錯編碼，因此抗干擾能力出色。有人物聯(lián)網(wǎng)的LoRa設備能夠實(shí)時(shí)監測干擾因素，通過(guò)“監測-反饋-再監測”的規避干擾機制，有效避免數據干擾，現場(chǎng)實(shí)測同時(shí)能夠滿(mǎn)足100個(gè)LoRa設備實(shí)時(shí)通信。

圖 升降機實(shí)景展示

●   塔機安全監控

圖 方案架構

現場(chǎng)利用LoRa技術(shù)實(shí)時(shí)采集塔機數據和狀態(tài)，異常事件可及時(shí)發(fā)送報警通知到服務(wù)平臺。具體監測內容主要包括：重量、力矩、幅度、回轉、高度、傾角1、傾角2、風(fēng)速、告警或預警信息。

該場(chǎng)景涉及到多個(gè)傳感器的數據采集，各個(gè)傳感器又分布在塔機的各個(gè)位置，且需要后臺監控或平臺進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和控制，只采用點(diǎn)對點(diǎn)方式無(wú)法滿(mǎn)足需求，此時(shí)需要采用組網(wǎng)方式對局域內的所有節點(diǎn)進(jìn)行管理。

LoRa組網(wǎng)通信又分為私有組網(wǎng)和LoRaWAN組網(wǎng)，相較而言，私有組網(wǎng)更方便、易部署、成本低、通用性強、更適合私有開(kāi)發(fā)；LoRaWAN組網(wǎng)可支持的掛載設備多，需要搭配LoRaWAN服務(wù)器使用。對于塔機安全監控系統來(lái)說(shuō)，局域內監控，設備數量不多，私有組網(wǎng)更具優(yōu)勢。

私有組網(wǎng)設備在該場(chǎng)景應用的主要特點(diǎn)

●   多通道組網(wǎng)通信

網(wǎng)關(guān)支持多通道通信，一個(gè)管理通道，多個(gè)數據通道，終端設備需通過(guò)管理信道先入網(wǎng)，統一由網(wǎng)關(guān)管理；入網(wǎng)后，網(wǎng)關(guān)根據接收終端的RSSI值推出鏈路預算，并合理分配通信信道和速率，終端設備按照網(wǎng)關(guān)分配的數據通道和速率進(jìn)行通信。

●   輪詢(xún)采集+報警

該場(chǎng)景中，網(wǎng)關(guān)采用輪詢(xún)采集模式，網(wǎng)關(guān)可設置采集規則，包括采集數據、采集周期等，自動(dòng)對節點(diǎn)進(jìn)行數據采集，節點(diǎn)返回的數據經(jīng)由網(wǎng)關(guān)通過(guò)4G上傳至后臺或云平臺。終端設備支持報警信息隨時(shí)上傳，檢測到數據信道的數據交互過(guò)多時(shí)，可設置終端通過(guò)管理信道上傳報警信息，避免數據撞包。

“借助Semtech的LoRa器件，我們?yōu)榻ㄖI(yè)智慧工地應用開(kāi)發(fā)了通信模組和組網(wǎng)設備，以及定制開(kāi)發(fā)的私有通信協(xié)議，可對智慧工地的環(huán)境進(jìn)行監測，對并大型設備實(shí)時(shí)監控，從而提高了施工現場(chǎng)的智能化和自動(dòng)化管理水平，減少了人工檢查，降低了事故發(fā)生的風(fēng)險?！庇腥宋锫?lián)網(wǎng)CEO古欣說(shuō)，“作為一家業(yè)內領(lǐng)先的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案提供商，有人物聯(lián)網(wǎng)將基于LoRa和建筑行業(yè)的需要，不斷為更多領(lǐng)域開(kāi)發(fā)出領(lǐng)先的解決方案，助力行業(yè)的智能化發(fā)展?！?/p>

“很高興看到有人物聯(lián)網(wǎng)為智慧工地推出多種基于LoRa的解決方案，使LoRa的垂直應用領(lǐng)域得以不斷擴展。建筑行業(yè)作為L(cháng)oRa的一個(gè)全新應用場(chǎng)景，憑借其自組、安全、可控的特點(diǎn)，可顯著(zhù)改善施工現場(chǎng)的管理，極大地降低了風(fēng)險，提高了效率?！盨emtech中國區銷(xiāo)售副總裁黃旭東表示，“LoRa擁有經(jīng)過(guò)驗證的技術(shù)和成熟的生態(tài)系統，這將為中國諸多行業(yè)的智能化管理提供支持與幫助，我們期待更多的合作伙伴開(kāi)發(fā)出基于LoRa的創(chuàng )新解決方案?！?/p>