基于LoRa物联网的地震救援物资调配系统
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摘 要：我国是世界上自然灾害损失最严重的少数国家之一，地震等重大灾害发生后，电力系统、网络系统中断，救援人员的和指挥人员无法实时沟通，救援物资不能得到有效管理和配送，救援效率低下。针对上述问题，运用LoRa无线通信技术搭建自组网络，救援人员向指挥中心发送物资请求信息，指挥中心可以有效的管理物资并将物资合理调配，提高救援效率。
关键词：LoRa;地震救援;物资调配
中图分类号：TP212.9 文献标志码：A 文章编号：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
中國是世界上自然灾害最严重的少数几个国家之一[1]。许多自然灾害，特别是等级高、强度大的自然灾害发生以后，常常诱发出一连串的其他灾害发生，造成严重的自然灾害损失。诸如地震等重大灾害发生后，灾区通信设施，电力设备破坏严重甚至瘫痪，短时间内难以恢复，给灾区人民的生命财产安全造成极大的损失。救援人员和指挥中心间不能有效交换信息，救援设备和应急物资不能有效调配，救援效率低下[2]。
针对此问题，运用LoRa无线通信可以搭建起自组网，使救援人员和指挥中心间实时沟通，救援人员可以将现场所需的救援设备、所需医疗用品、食品等物资信息发送到指挥中心，并与指挥中心实时沟通联系，指挥中心可以有效地管理调配物资并给救援前方信息反馈，指挥中心还可以监测到救援前线的温湿度情况。
2 系统结构设计
本系统由移动终端和指挥中心两部分组成。通过移动终端应用将文字信息或物资信息发送到指挥中心服务器上，后方指挥中心根据请求的物资信息进行物资调配，并可以与救援人员进行文字通信。本系统的结构如图1所示。
3 LoRa自组网设计
3.1 LoRa简介
LoRa（LongRange）是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。LoRa网络主要由终端（可内置LoRa模块）、网关（或称基站）、Server组成，应用数据可双向传输[3]。
LoRa有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点。
3.2 LoRa网络拓扑图
LoRa网络是星型结构，一般通信距离可达1-2KM，在没有大型建筑的空间下可达更远。星型网络拓扑具有结构简单、容易管理维护、重新配置灵活、网络延迟时间较小、传输误差较低等优点[4]。网络拓扑图如图2。
自组网络需要经过LoRa网关，网络传输路径可以是LoRa网关-LoRa节点，也可以是LoRa节点-LoRa网关-LoRa节点。自组网结构图如图3。
本系统采用LoRa模块透明传输模式开发，将LoRa模块设置为透传模式后，所发即所得。所传输字符不会被LoRa识别为内置报文指令，可以有效传输。
4 移动终端软件设计
移动端基于安卓应用形式开发，同时提供了跨平台的网页形式。救援人员可以通过移动终端，选择需要的物资，填入数量等信息，发送到指挥中心。还实现了文字通信功能，与指挥中心进行文字通信。能够查看物资库存储备情况等。效果图如图4所示。
5 指挥中心软件设计
指挥中心软件基于B/S架构开发，前端使用html和JavaScript语言开发，后端使用Java语言和tomcat服务器搭建。指挥中心软件提供用户管理、物资管理、订单管理等功能。实现物资信息管理可视化，提高管理和救援效率。主要界面是系统的主窗口，需要直观展现和汇总关键的信息，为子功能提供入口。界面如图5所示。
（1）物资管理功能：以列表形式显示出物资名称、库存数量、描述等信息，提供了信息删除功能，可以对物资信息进行模糊查询。提供了物资入库功能，方便对物资的管理。 （2）用户管理功能：提供注册、登录验证功能，登入后可以对物资、订单信息进行管理。提高了系统的安全性，方便对用户进行管理。
（3）订单管理功能：以列表的形式显示出订单信息。信息包括订单发布者、物资名称、数量、配送状态等。可以对订单进行删除、配送状态修改等操作。登陆后可以查看登陆者的订单和未配送的订单等。如图6和图7所示。
6 数据处理设计
传输数据时，需要尽量缩短数据长度，将数据转换为json格式，JSON是一個标记符的序列。这套标记符包含六个构造字符、字符串、数字和三个字面名。JSON是一个序列化的对象或数组。可以提高传输效率[5]。为了分辨和统一数据对应的操作，需要制定应用协议。
指挥中心上位机对LoRa节点串口进行监听。通过判断字符串对应的应用协议，做出不同的操作，将这些数据分类保存到数据库中，以便管理。收到请求时，控制台打印出操作信息。数据格式及控制台效果如图8示。
数据处理流程如图9所示。
7 结束语
系统实现了在自组网的情境下通过手机终端和上位机服务器的通信，并且提供了良好可视化界面。系统使物资信息和文字信息通过LoRa无线通信技术在救援人员与指挥中心之间快速交换，形成了有效的沟通，提高了救援效率。
应急救援物资调配是应急救援中重要的组成部分，对提高救援效率，保障灾区人民基本的生命安全有重要的作用。而系统的便捷性影响着救援工作的实施，LoRa通信技术的通信距离和信号情况也影响着系统的稳定性，相信随着无线通信技术的发展和软件系统功能的优化，会有更多不同的方式在应急救援和物资调配工作中发挥作用，让人们的生命财产安全得到更大的保障。
参考文献：
[1]方国联.我国的自然灾害与防灾减灾教育思考[J].内江师范学院学报，2010，025（010）：95-99.
[2]张兵，邢丽莉，李军.无线自组织网络在地震救援中的应用研究[J].自然灾害学报，2013（2）：191-196.
[3]葛聪乐.基于LoRa的无线传感网络数据传输系统设计[D].宁夏：宁夏大学，2019.
[4]林华彬.基于LoRa无线技术的隧道智能照明控制系统[J].福建交通科技，2020（02）：130-132.
[5]潘瑞远.浅谈JAVA中JSON的应用——以天气预报数据接口为例[J].信息通信，2019（5）：174-175.
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