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過去兩年，整個物聯網產業的崛起，很大一部分得益于低功耗廣域網絡（LPWAN）技術的發展與突破。據GSMA的統計數據，到2020年，整個物聯網行業將具備更大發展能力，其中LPWAN的應用連接數將占到物聯網廣域連接數的60%，其重要性不言而喻。

隨著產業的智能化升級，LPWAN在智能停車、智慧出行、智能安防、智能抄表、智能環境監測、結構監測等創新應用方面都有落地案例出現。或許，在結構監測上的應用還沒有被大家熟知，但是其對于整個土木工程結構安全性智能監測的重要性不可忽視。

LPWAN應用主要分為兩大主流陣營，一是由3GPP主推的基于授權頻譜，采用蜂窩移動通信技術的NB-IoT，二是LoRa、SigFox等基于非授權頻段的應用。其中，LoRa和NB-IoT的應用是主流。而在結構監測中，LoRa的應用相對較多，這是因為，相對于SigFox、NB-IoT等，LoRa產業鏈較為成熟、商業化應用較早。而且LoRa在穩定性、穿透性、抗干擾能力方面也較好，適合于采集頻率較低的結構指標監測。

精細化監測的必要性

 安全重于泰山，尤其對于橋梁、隧道、樓宇、軌道等結構物來說，進行精細化監測，保障其安全穩定，提前預知突發災害的發展，預防安全事故的發生，就顯得尤為重要。

當前，中國大規模基礎建設的浪潮已漸漸消退，各種結構物都開始進入長期的運營使用階段。但是，在各種自然界的不確定外力加載（如風、地震、基礎沉陷等等）下，以及經濟發展的需求，致使各種結構物超載疲勞運營現象普遍出現。

然而，前期的設計、施工并不能確定結構物是否正常運營，必將需要一種更實時、快捷的方式對運營狀態進行全面的精細化監測，尤其是對已經服役多年的老舊結構物。

以LoRa為代表的低功耗廣域網絡具有的超低功耗、更廣覆蓋、超大連接、低成本、高穿透等特點不僅能滿足不同結構物在各種復雜環境下的大連接、高穿透等的監測需求，而且能為其提供精細化監測解決方案。

LoRa網絡主要由終端（內置LoRa模塊）、網關（或稱基站）、服務器和云四部分組成，應用數據可雙向傳輸。

針對結構監測環境的復雜性和高穿透等需求，LoRa主要從以下幾個方面解決其痛點。

1.高穿透性、遠距離、低功耗。

由上圖可以看出LoRa高達157db的鏈路預算使其通信距離可達15公里，且穿透性極強。其接收電流僅10mA，睡眠電流200nA，這大大提高了電池的使用壽命。高穿透性、遠距離傳輸的特點解決了橋梁、隧道等內部震動監測信號在穿透多層混凝土結構或者巖壁后變弱的問題。低功耗的特點在提高設備持續長久安全監測穩定性之外，也減少了設備維護和結構巡檢次數，從而提高了安全效率，降低了人力成本。

2.基于該技術的智能網關支持多信道多數據速率的并行處理，系統容量大。

網關是節點與IP網絡之間的橋梁。每個網關每天可以處理500萬次各節點之間的通信（假設每次發送10Bytes，網絡占用率10%）。如果把網關安裝在現有移動通信基站的位置，發射功率20dBm（100mW），那么在建筑密集的城市環境可以覆蓋2公里左右，而在密度較低的郊區，覆蓋范圍可達10公里。這種大范圍的覆蓋對于隧道、橋梁等遠距離，多節點的監測尤為重要。

3.基于終端和網關的系統可以支持測距和定位。

LoRa對距離的測量是基于信號的空中傳輸時間而非傳統的RSSI（Received Signal Sterngth Ind-ication），而定位則基于多點（網關）對一點（節點）的空中傳輸時間差的測量。其定位精度可達5m（假設10km的范圍）。從而保障監測數據的精準性。

4.低成本、易于部署

LoRa是基于非授權頻譜的技術，基礎設施和節點（終端）部署成本低，能為結構監測大規模的應用降低大量成本。LoRa網絡技術可以滿足行業客戶協議細節調整的需求，可快速幫助客戶低成本地建設局域網以實現業務運營，同時不僅能適應分散性應用需求，還能很好地滿足行業性應用需求。而通過運營商部署廣域物聯網的NB-IoT則無法滿足這一需求。

物聯網推動下的結構監測市場前景廣闊

相比于傳統的結構健康監測手段，物聯網技術的應用不僅僅解決了全方位監測難、部署難度大、成本高等難題，而且為建筑行業帶來了新的方向與機遇。比如，在樓宇的建設和維護中，若在施工階段就部署低功耗廣域網絡，實時監測建筑物的狀態，能及時發現樓宇的裂痕、古建筑的傾斜等問題，及早采取措施，減少損失。

中國結構監測的市場剛剛起步，結合著物聯網，智慧城市的發展，未來五年內會滋生出數十億的市場份額，同時隨著現有建筑物的逐步老化，市場還會越來越大。鑒于傳感器的生命周期一般為8年左右，所以也是一個無限循環的市場。如果新建筑物在施工階段就采用物聯網結構監測方案，那么整個市場無疑會擴大很多。

例如，一座普通200米左右橋梁監測費用10萬左右，每公里隧道監測費用5萬左右，每公里地鐵監測費用5萬左右，一座體育場館監測費用100萬左右，高層建筑監測費用30萬左右。

據統計，截止2015年，國內現有大小橋梁70多萬座，隧道8000多座（總長度4000多公里），地鐵總長度超過3000公里，大型體育場館上千座，老舊建筑，高層建筑數量龐大，未來都有實時在線監測預警的需求。同時日益增多的地質災害也是一個龐大的監測市場。

LPWAN在結構監測中的應用場景案例分析

根據小編的調研和走訪情況，并結合應用落地場景及實際效果分析來看，浩坤科技關于橋梁和隧道監測的應用案例符合需求，達到了預期目的。現分析如下：

1.橋梁工程精細化監測解決方案。

橋梁工程健康檢測就是在橋梁正常運營過程中，在橋梁的關鍵結構部位布設結構整體狀態傳感器和局部狀態傳感器，實時監測橋梁的整體和局部行為。其主要目的為：

a)    對橋梁的損傷位置和程度進行診斷，對橋梁的服役情況、可靠性、耐久性和承載能力進行智能評估，為橋梁在突發事件下或結構使用狀況嚴重異常時觸發預警信號，為橋梁的維修或關閉的決策提供依據和指導，并為橋梁的運營安全管理積累原始性數據。

b)    根據監測數據，對橋梁的未來發展進行預測分析，做到防范于未然，同時為橋梁維修加固提供依據。

c)    監測數據反饋給設計院，可以對橋梁設計進行優化，達到節約投資，節能減排的目標。同時可對橋梁施工過程中的構件實時受力，以及腳手架支撐體系桿件的受力、傾斜等影響穩定性的因素進行實時在線預警監測，防止意外發生。

2.大準鐵路隧道結構檢測（浩坤科技LoRa應用落地案例）

大準鐵路所處地形主要為丘陵與山岳，地質情況局部有軟土與風積砂，屬于水土流失嚴重地段。洪水、沙塵暴、冰凌沖擊等自然災害時有發生，以及結構的逐年老化，嚴重威脅著大準鐵路的安全運行。

由于該鐵路承擔著準能煤炭外運的重任，運輸任務繁重，天窗期少之又少，必須一種安裝快捷，維護簡單的物聯網方式來解決結構監測的布設要求。

以LoRa為代表的物聯網技術，憑借其低成本、低功耗、易于建設和部署、遠距離無線傳輸的特征，十分適合該結構監測場景的應用！

結語：

雖然，在土木工程領域，結構監測的門檻并不低，但是若能抓住低功耗廣域網絡這一機遇，及早部署相關網絡，采集匯總數據，形成更有價值的智慧城市大數據！那么，在千億級的結構監測市場上面，必然會有極大的優勢。