基于LoRa物聯網的地震救援物資調配系統

馬俊 陳健勝 師樸 劉穎

摘? 要：我國是世界上自然災害損失最嚴重的少數國家之一，地震等重大災害發生后，電力系統、網絡系統中斷，救援人員的和指揮人員無法實時溝通，救援物資不能得到有效管理和配送，救援效率低下。針對上述問題，運用LoRa無線通信技術搭建自組網絡，救援人員向指揮中心發送物資請求信息，指揮中心可以有效的管理物資并將物資合理調配，提高救援效率。

關鍵詞：LoRa;地震救援;物資調配

中圖分類號：TP212.9? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）16-0049-03

Abstract： China is one of the countries in the world which suffers the severest from natural disasters. After the immediate occurrence of earthquakes and other disasters， it not unusual to see the cut-off the power system and network system， failure of communication between rescue staff and command staff， incompetence and insufficiency in managing and allotting rescue materials and the low efficiency of rescue work. Aiming at the problems mentioned above， LoRa wireless communication technology can be applied to build networks automatically， through which the rescuers can submit their material demands to command centers; in turn， the command center can efficiently manage materials and reasonably allot them， thus improving the efficiency of rescue work.

Keywords： LoRa; earthquake relief; material allocation

1 概述

中國是世界上自然災害最嚴重的少數幾個國家之一[1]。許多自然災害，特別是等級高、強度大的自然災害發生以后，常常誘發出一連串的其他災害發生，造成嚴重的自然災害損失。諸如地震等重大災害發生后，災區通信設施，電力設備破壞嚴重甚至癱瘓，短時間內難以恢復，給災區人民的生命財產安全造成極大的損失。救援人員和指揮中心間不能有效交換信息，救援設備和應急物資不能有效調配，救援效率低下[2]。

針對此問題，運用LoRa無線通信可以搭建起自組網，使救援人員和指揮中心間實時溝通，救援人員可以將現場所需的救援設備、所需醫療用品、食品等物資信息發送到指揮中心，并與指揮中心實時溝通聯系，指揮中心可以有效地管理調配物資并給救援前方信息反饋，指揮中心還可以監測到救援前線的溫濕度情況。

2 系統結構設計

本系統由移動終端和指揮中心兩部分組成。通過移動終端應用將文字信息或物資信息發送到指揮中心服務器上，后方指揮中心根據請求的物資信息進行物資調配，并可以與救援人員進行文字通信。本系統的結構如圖1所示。

3 LoRa自組網設計

3.1 LoRa簡介

LoRa（LongRange）是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案。LoRa網絡主要由終端（可內置LoRa模塊）、網關（或稱基站）、Server組成，應用數據可雙向傳輸[3]。

LoRa有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少等特點。

3.2 LoRa網絡拓撲圖

LoRa網絡是星型結構，一般通信距離可達1-2KM，在沒有大型建筑的空間下可達更遠。星型網絡拓撲具有結構簡單、容易管理維護、重新配置靈活、網絡延遲時間較小、傳輸誤差較低等優點[4]。網絡拓撲圖如圖2。

自組網絡需要經過LoRa網關，網絡傳輸路徑可以是LoRa網關-LoRa節點，也可以是LoRa節點-LoRa網關-LoRa節點。自組網結構圖如圖3。

本系統采用LoRa模塊透明傳輸模式開發，將LoRa模塊設置為透傳模式后，所發即所得。所傳輸字符不會被LoRa識別為內置報文指令，可以有效傳輸。

4 移動終端軟件設計

移動端基于安卓應用形式開發，同時提供了跨平臺的網頁形式。救援人員可以通過移動終端，選擇需要的物資，填入數量等信息，發送到指揮中心。還實現了文字通信功能，與指揮中心進行文字通信。能夠查看物資庫存儲備情況等。效果圖如圖4所示。

5 指揮中心軟件設計

指揮中心軟件基于B/S架構開發，前端使用html和JavaScript語言開發，后端使用Java語言和tomcat服務器搭建。指揮中心軟件提供用戶管理、物資管理、訂單管理等功能。實現物資信息管理可視化，提高管理和救援效率。主要界面是系統的主窗口，需要直觀展現和匯總關鍵的信息，為子功能提供入口。界面如圖5所示。

（1）物資管理功能：以列表形式顯示出物資名稱、庫存數量、描述等信息，提供了信息刪除功能，可以對物資信息進行模糊查詢。提供了物資入庫功能，方便對物資的管理。

（2）用戶管理功能：提供注冊、登錄驗證功能，登入后可以對物資、訂單信息進行管理。提高了系統的安全性，方便對用戶進行管理。

（3）訂單管理功能：以列表的形式顯示出訂單信息。信息包括訂單發布者、物資名稱、數量、配送狀態等。可以對訂單進行刪除、配送狀態修改等操作。登陸后可以查看登陸者的訂單和未配送的訂單等。如圖6和圖7所示。

6 數據處理設計

傳輸數據時，需要盡量縮短數據長度，將數據轉換為json格式，JSON是一個標記符的序列。這套標記符包含六個構造字符、字符串、數字和三個字面名。JSON是一個序列化的對象或數組。可以提高傳輸效率[5]。為了分辨和統一數據對應的操作，需要制定應用協議。

指揮中心上位機對LoRa節點串口進行監聽。通過判斷字符串對應的應用協議，做出不同的操作，將這些數據分類保存到數據庫中，以便管理。收到請求時，控制臺打印出操作信息。數據格式及控制臺效果如圖8示。

數據處理流程如圖9所示。

7 結束語

系統實現了在自組網的情境下通過手機終端和上位機服務器的通信，并且提供了良好可視化界面。系統使物資信息和文字信息通過LoRa無線通信技術在救援人員與指揮中心之間快速交換，形成了有效的溝通，提高了救援效率。

應急救援物資調配是應急救援中重要的組成部分，對提高救援效率，保障災區人民基本的生命安全有重要的作用。而系統的便捷性影響著救援工作的實施，LoRa通信技術的通信距離和信號情況也影響著系統的穩定性，相信隨著無線通信技術的發展和軟件系統功能的優化，會有更多不同的方式在應急救援和物資調配工作中發揮作用，讓人們的生命財產安全得到更大的保障。

參考文獻：

[1]方國聯.我國的自然災害與防災減災教育思考[J].內江師范學院學報，2010，025（010）：95-99.

[2]張兵，邢麗莉，李軍.無線自組織網絡在地震救援中的應用研究[J].自然災害學報，2013（2）：191-196.

[3]葛聰樂.基于LoRa的無線傳感網絡數據傳輸系統設計[D].寧夏：寧夏大學，2019.

[4]林華彬.基于LoRa無線技術的隧道智能照明控制系統[J].福建交通科技，2020（02）：130-132.

[5]潘瑞遠.淺談JAVA中JSON的應用——以天氣預報數據接口為例[J].信息通信，2019（5）：174-175.