CN115171339A - 一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法及系统，所述方法包括以下步骤：通过各监测站的监测模块采集地质灾害信息；将所述监测模块按照其所属的监测站的分布位置的不同组成若干自组网；每一所述自组网包括网关和若干网络节点，所述若干网络节点均和所述网关通信连接；将所述若干网络节点对应的地质灾害信息发送至网关，以使所述网关汇总其所属的自组网对应的地质灾害信息并将汇总的地质灾害信息发送至预警云平台。本发明通过自组网的模式，将常规模式下每个监测点独自采集独自上传的方式，改为区域性的自组网，节省了监测成本；同时，解决了某些监测点信号较差无法上传数据的问题。

Description

一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法及系统

技术领域

本发明涉及地质灾害监测技术领域，具体涉及一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法及系统。

背景技术

近年来由于特殊气象因素、地质地貌原因以及人类活动等因素的影响，地质灾害问题越发严峻，因此，如何提供有效的地质灾害监测手段，亟待解决。然而，由于环境因素的复杂性以及使用场景的特殊性，常规的监测手段或多或少无法满足需求，其中最为典型且棘手的问题就是监测点附近没有网络信号或者信号较差，由于部分监测点一般都是建在人员稀疏的偏远地区，在某些地区上，无线通讯运营商的运营支持的投入偏少，信号站塔容量不足，带宽有限或根本没有网络，监测设备无法完成完整的数据实时传输，不能达到精准监测效果，从而无法为人类活动的安全提供保障。

为了解决部分监测点信号较差的问题，常见的处理方法一般是针对无移动网络信号区域，通过外挂北斗终端，以短报文的形式将监测数据上传至卫星再回传到云平台，但以此方式处理会大大增加整个建站的成本，单个北斗终端的成本就已经占据了整个站点建设成本的绝大部分，性价比极低。

另一种方法是针对信号较差区域，通过移动建站位置，延长终端与传感器的连接线，将站点建在信号较好区，但会增加线材的成本，且馈线越长信号衰减越大，会增加对传感器数据的干扰，无法保证数据的准确性；而常见通讯信号RS485 的通讯距离最长为1200米，仍无法满足偏远地区场景下的实际使用需求。

发明内容

鉴于以上技术问题，本发明的目的在于提供一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法及系统，解决传统地质灾害监测方法在区域部分监测点无信号或者信号较差时无法实时将监测数据传输到预警云平台，或成本偏高的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法，包括以下步骤：

通过各监测站的监测模块采集地质灾害信息；

将所述监测模块按照其所属的监测站的分布位置的不同组成若干自组网；每一所述自组网包括网关和若干网络节点，所述若干网络节点均和所述网关通信连接；其中，若干监测模块形成若干网络节点，一个或多个监测模块形成网关；

将所述若干网络节点对应的地质灾害信息发送至网关，以使所述网关汇总其所属的自组网对应的地质灾害信息并将汇总的地质灾害信息发送至预警云平台。

可选的，所述若干监测模块形成若干网络节点，一个或多个监测模块形成网关，包括：

测试各个监测站处的网络信号强度；

将网络信号强度小于阈值的监测站对应的监测模块作为网络节点，将网络信号强度大于阈值的监测站对应的监测模块作为网关。

可选的，每个自组网内包含的网关为1个或多个。

可选的，所述若干监测模块形成若干网络节点，一个或多个监测模块形成网关，包括：

测试各个监测站处的网络信号强度；

将每个自组网内网络信号强度最大的监测站对应的监测模块作为网关，将每个自组网内除去网络信号强度最大的监测站的其他监测站对应的监测模块作为网络节点；每个自组网内包含的网关为1个。

可选的，所述网络节点包括LoRa模块和485模块；所述网关包括485模块、 LoRa模块和4G模块；所述网络节点与所述网关之间通过LoRa模块进行通信，所述网关通过4G模块与所述预警云平台进行通信。

可选的，还包括：根据所述网络节点与所述网关的距离，调整所述网络节点与所述网关之间的传输信道。

可选的，所述各监测站两两之间的通讯距离在通讯无遮挡时小于11km，所述各监测站两两之间的通讯距离在通讯有遮挡时小于3km。

一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测系统，包括：

采集单元，用于通过各监测站的监测模块采集地质灾害信息；

组网单元，用于将所述监测模块按照其所属的监测站的分布位置的不同组成若干自组网；每一所述自组网包括网关和若干网络节点，所述若干网络节点均和所述网关通信连接；其中，若干监测模块形成若干网络节点，一个或多个监测模块形成网关；

汇总单元，用于将所述若干网络节点对应的地质灾害信息发送至网关，以使所述网关汇总其所属的自组网对应的地质灾害信息并将汇总的地质灾害信息发送至预警云平台。

一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法。

一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，实现所述的基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过各监测站的监测模块采集地质灾害信息；将所述监测模块按照其所属的监测站的分布位置的不同组成若干自组网；每一所述自组网包括网关和若干网络节点，所述若干网络节点均和所述网关通信连接；其中，若干监测模块形成若干网络节点，一个或多个监测模块形成网关；将所述若干网络节点对应的地质灾害信息发送至网关，以使所述网关汇总其所属的自组网对应的地质灾害信息并将汇总的地质灾害信息发送至预警云平台；通过自组网的模式，将常规模式下每个监测点独自采集独自上传的方式，改为区域性的自组网，由自组网的网关汇总地质灾害信息并将汇总的地质灾害信息发送至预警云平台，相对于传统的各监测点通过单点通讯或北斗通讯方式，节省了监测成本；同时，在自组网区域内某些监测点信号较差无法实时上传监测数据时，通过将其对应的地质灾害信息发送至网关，由网关汇总地质灾害信息并将汇总的地质灾害信息发送至预警云平台，解决了某些监测点信号较差无法上传数据的问题。

而且，所述网络节点包括LoRa模块和485模块；所述网关包括485模块、 LoRa模块和4G模块，网络节点与网关之间通过LoRa模块进行通信，网关通过 4G模块与预警云平台通信，相对于传统的各监测点通过单点通讯或北斗通讯方式，进一步降低了硬件成本，大大降低了建站成本的目的。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测系统的示意图；

图3为本发明一实施例提供的实际应用场景下一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测系统的示意图；

图4为本发明一实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例：

实施例一：

请参照图1所示，示出了本发明的一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法，一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法，包括以下步骤：

步骤S1:通过各监测站的监测模块采集地质灾害信息；

在本实施例中，各监测站的监测模块利用各类传感器定时采集监测点的监测数据。

具体的，传感器数据类型主要有数字量和模拟量两大类，实际中使用较多的为数字量传感器，采用RS485信号进行采集；例如：通过裂缝计传感器、MEMS 传感器进行变形监测；通过次声传感器进行物理场监测；通过雨量计传感器、土壤含水率传感器进行影响因素监测。

步骤S2:将所述监测模块按照其所属的监测站的分布位置的不同组成若干自组网；每一所述自组网包括网关和若干网络节点，所述若干网络节点均和所述网关通信连接；其中，若干监测模块形成若干网络节点，一个或多个监测模块形成网关；

在本实施例中，按照监测站的分布位置的不同组成若干自组网，具体的，可以将属于同一区域位置的监测站对应的监测模块组成一自组网，属于不同区域位置的监测站的监测模块不在同一自组网。

在具体实施时，自组网覆盖的区域可以在需要进行地质灾害监测的区域内进行覆盖，从而可以实更好的对地质灾害区域进行监测。

可选的，所述若干监测模块形成若干网络节点，一个或多个监测模块形成网关，包括：

测试各个监测站处的网络信号强度；

将网络信号强度小于阈值的监测站对应的监测模块作为网络节点，将网络信号强度大于阈值的监测站对应的监测模块作为网关。

需要说明的是，网络信号强度是指监测站相对于基站的信号强度，例如，监测站相对于基站的4G网络信号强度。

可选的，每个自组网内包含的网关为1个或多个。

可选的，所述若干监测模块形成若干网络节点，一个或多个监测模块形成网关，包括：

测试各个监测站处的网络信号强度；

将每个自组网内网络信号强度最大的监测站对应的监测模块作为网关，将每个自组网内除去网络信号强度最大的监测站的其他监测站对应的监测模块作为网络节点；每个自组网内包含的网关为1个。

在具体实现中，由于网络信号较差区中的监测站无法较好的连接互联网，即使增加单独的通信模组，也无法单独将监测信息完整准确的上传至预警云平台中，而从网络信号较好区中的选出监测站则具有较好的上传功能，从而将两种监测站的特点结合在一起，则可以实现整个地质灾害区域内良性监测。

可选的，所述网络节点包括LoRa模块和485模块；所述网关包括485模块、 LoRa模块和4G模块；所述网络节点与所述网关之间通过LoRa模块进行通信，所述网关通过4G模块与所述预警云平台进行通信。

在具体实施时，组成区域网络的无线技术有多种，可组成局域网或广域网，组成局域网的无线技术主要有2.4GHz的WiFi，蓝牙、Zigbee等，组成广域网的无线技术主要有2G/3G/4G等；但这些无线技术，优缺点非常明显，而在低功耗广域网(Low Power Wide AreaNetwork,LPWAN)产生之前，似乎远距离和低功耗两者之间只能二选一，当采用LPWAN技术之后，设计人员可做到两者都兼顾，最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本；而 LoRa自是LPWAN通信技术中的一种，是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折中考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络；目前，LoRa主要在全球免费频段运行，包括433、868、915MHz等，LoRa技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本的特性。

需要说明的是，所述网关采用的互联网无线通讯装置一般采用为4G通讯模块，但需要说明的是，互联网无线通讯装置也可以是2G，3G，5G，甚至未来出现的6G、7G等，具不影响本方案的实施。

在具体实现中，仅需在监测网关安装互联网无线通讯装置即可完成对预警云平台的信息交互，而不需要再对各个监测节点进行安装，节省了一定的生产成本。

可选的，还包括：根据所述网络节点与所述网关的距离，调整所述网络节点与所述网关之间的传输信道。

可选的，所述各监测站两两之间的通讯距离在通讯无遮挡时小于11km，所述各监测站两两之间的通讯距离在通讯有遮挡时小于3km。

在本实施例中，利用地灾监测监测点具有区域性，且这个区域满足在有遮挡环境下小于3KM和空旷环境下小于11KM的通讯距离，符合LoRa网络传输的特性，因此以LoRa进行组网，而4G模组的价格大概是LoRa模组的两倍，而组网用的 LoRa模组相比4G模组功耗更低，因此，相对于现有的监测方案都是各个监测点利用4G模组独自采集独自上传，大大降低了建站成本。

步骤S3:将所述若干网络节点对应的地质灾害信息发送至网关，以使所述网关汇总其所属的自组网对应的地质灾害信息并将汇总的地质灾害信息发送至预警云平台。

在具体实施时，将一个区域内的区域监测数据进行汇总，可以更好的便于预警云平台进行数据归纳，整理和分析，无需由预警云平台在逐一进行区域监测数据的统计，提升了分析效率。

在具体实施时，汇总所述区域监测数据包括：将各个网络节点采集到的区域监测数据，与网关采集到的区域监测数据进行汇总；其中，各个监测站的采集装置包括采用RS485信号的采集模组。

具体的，所述网关设有互联网无线通讯装置，所述与预警云平台建立网络通讯连接包括：所述网关通过互联网无线通讯装置，与预警云平台建立网络通讯连接。

其中，互联网无线通讯装置一般采用为4G通讯模块，但需要说明的是，互联网无线通讯装置也可以是2G，3G，5G，甚至未来出现的6G、7G等，具不影响本方案的实施。

在具体实现中，仅需在监测网关安装互联网无线通讯装置即可完成对预警云平台的信息交互，而不需要再对各个监测节点进行安装，节省了一定的生产成本。

实施例二：

请参照图2所示，图2示出了本发明提供的一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测系统的示意图，包括：

采集单元，用于通过各监测站的监测模块采集地质灾害信息；

组网单元，用于将所述监测模块按照其所属的监测站的分布位置的不同组成若干自组网；每一所述自组网包括网关和若干网络节点，所述若干网络节点均和所述网关通信连接；其中，若干监测模块形成若干网络节点，一个或多个监测模块形成网关；

汇总单元，用于将所述若干网络节点对应的地质灾害信息发送至网关，以使所述网关汇总其所属的自组网对应的地质灾害信息并将汇总的地质灾害信息发送至预警云平台。

在实际应用中，除了作为监测节点的监测站可以采集区域监测数据外，监测网关本身也可以采集区域监测数据，提升了监测站的利用率，减少地灾监测区域内监测站数量，降低了成本。

另外，监测类型可以与预警云平台设备或监测站的终端设备进行绑定，即可以由预警云平台进行监测类型分配，或者，在布置终端设备时便预设好每个监测站所要监测的类型。

下面以具体实施例对本发明的系统进行说明：

请参照图3所示，图3示出了本发明提供的实际应用场景下一种基于LoRa 自组网技术的地质灾害监测系统的示意图；

其中，监测站A、监测站B、监测站C和监测站D等利用LoRa组成一个区域性的通讯网络(区域网络)，其中，监测站D位于网络信号较好区且具有4G模组，作为监测网关；而监测站A和监测站B、监测站C位于无网区(网络信号较差区)，并没有设置4G模组，作为监测网关的监测节点。

监测站A、监测站B、监测站C将采集的区域监测数据分别通过信道A、信道B、信道C传输至监测站D；

监测站D在将区域监测数据汇总后，通过4G天线上传至预警云平台。

在实际应用中，监测站A、监测站B和监测站C距离监测网关的距离远近不一样，监测网关的主控模块可以根据距离选择不同的信道进行传输，理论上空旷环境下最远支持11KM，从而可以保障数据的完整性和安全性。

例如，终端的主控模块通过调整传输信道(即传输数据的速率，单位为Kbps) 从而适应不同的监测场景，在传输速率越高时，传输距离则越近，为数据的完整性和可靠性提供可靠的保障。

在上述实现过程中，利用地灾监测监测点具有区域性，且这个区域满足在有遮挡环境下小于3KM和空旷环境下小于11KM的通讯距离，符合LoRa特性因此进行区域性自组网，相对于传统的各个监测点利用4G模组独自采集独自上传方式，本发明组网用的LoRa模组相比4G模组，功耗更低；而且，4G模组的价格大概是LoRa模组的两倍，降低了成本；同时还可以省去SIM卡和流量的费用，却不影响数据的传输，进而降低了整机成本。

而且，网络节点采用的是LoRa模组，网关采用的是LoRa+4G模组相结合，其中，网络节点无需关注移动蜂窝网信号问题，且网关不具有唯一性，只要信号好的网络节点，都具备充当网关功能，网关既具备节点的功能又具备“网关”功能，为地灾监测建站布点提供了便捷；相对于传统方式应对信号较差区时通过外挂北斗终端或者移点建站，降低了建站成本，而且又可以保证数据的准确性和稳定性。

进一步的，本发明只需要将整个区域里信号较好的一个节点定为网关，而其它节点则无需关注其信号如何，都可按原计划建点监测，解决信号差问题。每个监测点都可以监测信号类型为RS485的任何型号传感器，使设备具有更强的适应性，解耦监测类型与设备绑定。

例如：监测站A、监测站B、监测站C在网络信号较差的情况下，可以在地质灾害区域内仅利用LoRa模组，将区域监测数据发送至同一区域内的监测网关处，由网络信号较好的监测网关进行互联网预警云平台上传，节省了监测站A、监测站B、监测站C的制造成本，也较好的解决了地质灾害区域内监测较难，较不准确的问题。

实施例三：

图4为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，在本申请中可以通过图4所示的示意图来描述用于实现本申请实施例的本发明一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法的电子设备100。

如图4所示的一种电子设备的结构示意图，电子设备100包括一个或多个处理器102、一个或多个存储装置104，这些组件通过总线系统和/或其它形式的连接机构(未示出)互连。应当注意，图4所示的电子设备100的组件和结构只是示例性的，而非限制性的，根据需要，所述电子设备可以具有图4示出的部分组件，也可以具有图4未示出的其他组件和结构。

所述处理器102可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制所述电子设备100中的其它组件以执行期望的功能。

所述存储装置104可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器102可以运行所述程序指令，以实现下文所述的本申请实施例中(由处理器实现)的功能以及/或者其它期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据，例如所述应用程序使用和/或产生的各种数据等。

本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，本发明的方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在该计算机存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机存储介质不包括电载波信号和电信信号。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过各监测站的监测模块采集地质灾害信息；

将所述监测模块按照其所属的监测站的分布位置的不同组成若干自组网；每一所述自组网包括网关和若干网络节点，所述若干网络节点均和所述网关通信连接；其中，若干监测模块形成若干网络节点，一个或多个监测模块形成一个或多个网关；

将所述若干网络节点对应的地质灾害信息发送至网关，以使所述网关汇总其所属的自组网对应的地质灾害信息并将汇总的地质灾害信息发送至预警云平台。

2.根据权利要求1所述的基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法，其特征在于，所述若干监测模块形成若干网络节点，一个或多个监测模块形成一个或多个网关，包括：

测试各个监测站处的网络信号强度；

将网络信号强度小于阈值的监测站对应的监测模块作为网络节点，将网络信号强度大于阈值的监测站对应的监测模块作为网关。

3.根据权利要求2所述的基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法，其特征在于，每个自组网内包含的网关为1个或多个。

4.根据权利要求1所述的基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法，其特征在于，所述若干监测模块形成若干网络节点，一个或多个监测模块形成一个或多个网关，包括：

测试各个监测站处的网络信号强度；

将每个自组网内网络信号强度最大的监测站对应的监测模块作为网关，将每个自组网内除去网络信号强度最大的监测站的其他监测站对应的监测模块作为网络节点；每个自组网内包含的网关为1个。

5.根据权利要求1所述的基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法，其特征在于，所述网络节点包括LoRa模块和485模块；所述网关包括485模块、LoRa模块和4G模块；所述网络节点与所述网关之间通过LoRa模块进行通信，所述网关通过4G模块与所述预警云平台进行通信。

6.根据权利要求1所述的基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法，其特征在于，还包括：根据所述网络节点与所述网关的距离，调整所述网络节点与所述网关之间的传输信道。

7.根据权利要求1所述的基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法，其特征在于，所述各监测站两两之间的通讯距离在通讯无遮挡时小于11km，所述各监测站两两之间的通讯距离在通讯有遮挡时小于3km。

8.一种基于LoRa自组网技术的地质灾害监测系统，其特征在于，包括：

采集单元，用于通过各监测站的监测模块采集地质灾害信息；

组网单元，用于将所述监测模块按照其所属的监测站的分布位置的不同组成若干自组网；每一所述自组网包括网关和若干网络节点，所述若干网络节点均和所述网关通信连接；其中，若干监测模块形成若干网络节点，一个或多个监测模块形成网关；

汇总单元，用于将所述若干网络节点对应的地质灾害信息发送至网关，以使所述网关汇总其所属的自组网对应的地质灾害信息并将汇总的地质灾害信息发送至预警云平台。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7任一项所述的基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法。

10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器执行时，实现如权利要求1至7任一项所述的基于LoRa自组网技术的地质灾害监测方法。

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