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有人物联网借助LoRa赋能建筑工地智能化管理

2021-01-26 Semtech 阅读:
建筑行业作为LoRa的一个全新应用场景,凭借LoRa自组、安全、可控的特点,可显著改善施工现场的管理,极大地降低了风险,提高了效率。

建筑行业是我国国民经济中重要的物质生产部门和支柱性产业之一,对我国国民经济增长和创造就业机会起着关键的作用。作为如此重要的一个行业,物联网在建筑行业的应用才刚刚起步,诸如LoRa等物联网连接技术将给建筑业发展带来巨大的推动。RfXednc

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提到建筑行业,大家首先就会想到各种大中型的施工现场,其中包括大量的施工人员、设备、建筑材料和公用设施,以及由政府和企业安装的各种传感器。在这样的场景中,涉及到人员安全和活动区域管理、设备和建材的资产管理与追踪、设备运行与环境监测、公用设施的使用与状态监测……因此,大中型施工现场是最理想的物联网应用场景,但其场景复杂性和多样性也给多数物联网技术带来了巨大的挑战。RfXednc

为有效解决施工现场存在的痛点和难点,智慧工地应运而生。而LoRa作为一种发展较早、应用非常成熟且拥有庞大生态系统的物联网技术,凭借其远距离、低功耗、快速组网和易于部署等特点已被许多厂商应用于智慧工地,为建筑业提供了全新的管理手段。同时,LoRa的不断创新为智慧工地添加了新的工具,例如LoRa Edge室内外综合定位技术,可为施工现场的人员、设备、建筑材料等等提供强大的定位功能,为智慧工地创新提供强大的推动力。RfXednc

智慧工地通过应用LoRa等物联网技术,对施工现场的人、机、料、法、环等资源进行集中管理,从而实现了管理的智能化和自动化。环境复杂的施工现场隐藏着人员伤亡的风险,一旦出现事故就会带来巨大损失;诸如升降机、塔吊等大型设备也是高发事故危险源,具有点多、线长和面广等特点,单靠人力巡检排查,工作效率低,且难以做到全过程、全方位的监督管理,容易出现监管漏洞。此外,对施工现场的扬尘和噪声监测,以及施工现场的水电等公用设施使用等,都存在周期长、数据量大的特点,依靠人工测量的传统方式,耗费大量人力且效率低下,记录的数据缺乏客观性及说服力。因此,如何利用LoRa等物联网技术来加强施工现场安全管理、降低事故发生频率、杜绝各种违规操作和不文明施工、提高建筑工程质量、降低资源消耗和费用,成为建筑行业亟待解决的难题。RfXednc

济南有人物联网技术有限公司(以下简称“有人物联网”)作为一家业界领先的物联网解决方案提供商,通过采用Semtech的LoRa通信芯片,开发出了LoRa通信模组和组网设备,通过其定制开发的私有通信协议,助力智慧工地实现环境监测及大型设备监控;并可以根据建筑监管部门的要求和建筑施工单位的需求,为其定制各种基于LoRa的智慧建筑工地解决方案。RfXednc

在有人物联网的现有标准化解决方案中,通过利用LoRa器件,使施工现场的各类设备实现联网监控,各类设备分区管理,各自形成自己的局域网,互不影响通信;监控数据集中上传服务平台,施工单位既可以局域监控也可以后台总览,方便实时查看和分析。如下图所示:RfXednc

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通信方式的分类及选择

在上述的应用中,LoRa分为点对点通信和组网通信,用户可根据现场设备监控要求,选用合理的LoRa通信方式。两个点之间数据传输的场景可选择点对点通信,例如升降机监控,每组点对点通信设备都有自己唯一的应用ID,只有应用ID相同的设备才能互相通信,对外的数据传输由特定的控制台负责。RfXednc

多点数据监控集中汇总上传的场景应选择组网通信,例如塔机监控、电气监控和环境监控。每个组网场景都有自己独立的应用ID,终端上电后广播应用ID,对应应用ID相同的网关会有响应;随后,终端入网有响应的网关,形成自己的局域网络,终端设备只能在局域网内通信,对外都由网关负责数据通信。RfXednc

具体应用场景详解

  • 升降机控制

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图:方案架构RfXednc

现场利用LoRa技术采集升降机的各类安全指标,实时监测升降机运行状态,异常事件可及时报警。具体监测内容包括:升降机位置监测、升降速率监测、升降机电梯门状态、升降机运行负荷等参数。RfXednc

该场景采用的是点对点通信方式,一个升降机上有两个电梯笼,对应两个控制台,控制台和升降机采用一主一从的LoRa通信方式。该通信方式与传统有线通信相比,采用无线远程控制,更安全;现场施工更方便;人工成本更低。RfXednc

LoRa通信设备在该场景应用的主要特点:

  • 一主一从

一个控制台只能控制一个电梯笼升降,LoRa通信在这里只做数据透传,每组设备都有自己唯一的ID编码,只有ID相同的两个LoRa设备能够互相透传数据;设备间各自独立工作,使用方便、操作简单、不混淆,通信实时性更高。RfXednc

  • 实时性高

控制台能够实时获取升降机的状态信息(包括当前位置、工作状态、安全检测等),并能随时控制升降机上下升降及停止,实时性控制在200ms以内。在异常情况下,当出现通信中断时,800ms以内立即停止。RfXednc

  • 穿透力强

施工现场环境复杂、遮挡物多,传统433MHz无线通信网络穿透能力无法满足需求;而LoRa具有接收灵敏度高和发射功率高的特点,穿透能力强劲;施工现场楼层平均18层左右,空中传输速率11Kbps,通信毫无压力。RfXednc

  • 抗干扰能力强

施工现场电气设备多,噪声和干扰信号也多。LoRa通信最大能够接收到底噪下-20dB的信号,且支持前向纠错编码,因此抗干扰能力出色。有人物联网的LoRa设备能够实时监测干扰因素,通过“监测-反馈-再监测”的规避干扰机制,有效避免数据干扰,现场实测同时能够满足100个LoRa设备实时通信。RfXednc

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图:升降机实景展示RfXednc

  • 塔机安全监控

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图:方案架构RfXednc

现场利用LoRa技术实时采集塔机数据和状态,异常事件可及时发送报警通知到服务平台。具体监测内容主要包括:重量、力矩、幅度、回转、高度、倾角1、倾角2、风速、告警或预警信息。RfXednc

该场景涉及到多个传感器的数据采集,各个传感器又分布在塔机的各个位置,且需要后台监控或平台进行实时采集和控制,只采用点对点方式无法满足需求,此时需要采用组网方式对局域内的所有节点进行管理。RfXednc

LoRa组网通信又分为私有组网和LoRaWAN组网,相较而言,私有组网更方便、易部署、成本低、通用性强、更适合私有开发;LoRaWAN组网可支持的挂载设备多,需要搭配LoRaWAN服务器使用。对于塔机安全监控系统来说,局域内监控,设备数量不多,私有组网更具优势。RfXednc

私有组网设备在该场景应用的主要特点

  • 多通道组网通信

网关支持多通道通信,一个管理通道,多个数据通道,终端设备需通过管理信道先入网,统一由网关管理;入网后,网关根据接收终端的RSSI值推出链路预算,并合理分配通信信道和速率,终端设备按照网关分配的数据通道和速率进行通信。RfXednc

  • 轮询采集+报警

该场景中,网关采用轮询采集模式,网关可设置采集规则,包括采集数据、采集周期等,自动对节点进行数据采集,节点返回的数据经由网关通过4G上传至后台或云平台。终端设备支持报警信息随时上传,检测到数据信道的数据交互过多时,可设置终端通过管理信道上传报警信息,避免数据撞包。RfXednc

“借助Semtech的LoRa器件,我们为建筑业智慧工地应用开发了通信模组和组网设备,以及定制开发的私有通信协议,可对智慧工地的环境进行监测,对并大型设备实时监控,从而提高了施工现场的智能化和自动化管理水平,减少了人工检查,降低了事故发生的风险。”有人物联网CEO古欣说,“作为一家业内领先的工业物联网解决方案提供商,有人物联网将基于LoRa和建筑行业的需要,不断为更多领域开发出领先的解决方案,助力行业的智能化发展。”RfXednc

“很高兴看到有人物联网为智慧工地推出多种基于LoRa的解决方案,使LoRa的垂直应用领域得以不断扩展。建筑行业作为LoRa的一个全新应用场景,凭借其自组、安全、可控的特点,可显著改善施工现场的管理,极大地降低了风险,提高了效率。”Semtech中国区销售副总裁黄旭东表示,“LoRa拥有经过验证的技术和成熟的生态系统,这将为中国诸多行业的智能化管理提供支持与帮助,我们期待更多的合作伙伴开发出基于LoRa的创新解决方案。”RfXednc

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