LPWAN解决方案城市基于LPWAN的智慧城市解决方案豫章.docx
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LPWAN解决方案城市基于LPWAN的智慧城市解决方案豫章
基于LPWAN的智慧豫章解决方案
一、项目概述
豫章街道位于江西省南昌市东湖区，东以三经路为界，南以阳明路为界，西北至滨江大道。
是江西省委、省军区、省公安厅等首脑机关所在地，面积2.4平方公里，人口50100人，管理东濠街、下正街、下沙窝、上沙窝、经纬路、四经路、滨江路、洪城等8个社区，阳明、江西化纤厂、爱国、德瑞、绿园等5个家委会。
办事处驻二经路。
本项目以豫章一号文化科技园为建设核心，向外辐射多个小区，构建包括一个智慧园区、多个智慧社区的建设项目。
项目主要建设内容为：
低功耗广域网（LPWAN，又称窄带物联网）网络的覆盖、智慧传感设备的布设。
LPWAN建设内容包括：
物联网络的前期规划、细节设计、网络的建设、测试、接入等，同时包括物联设备的管理、节点管理、数据管理、效率管理、业务支持等运维建设。
基于LPWAN传输方式的一系列智慧传感设备的架设，能够对城市主要设施设备进行实施动态监测，构建可靠性强、效率高、共享度高的智慧数据库，建立数据统计、管理云平台，可通过平台查询各区域的情况，实现豫章的能耗数据化、数据可视化、管理动态化、节能指标化。
二、传输网络设计
2.1LPWAN简介
物联网的实现技术有很多种，其中低功耗广域物联网就是近年来国际上新兴的一种革命性物联网实现技术。
相比目前的手机网络，低功耗广域物联网（LPWAN）具备超低功耗通信、超长距离传输的特点，从而使网络中的终端运行时间长达数年，并且在复杂的信号遮挡下，仍然能拥有很强的穿透性。
2.2低功耗广域物联网的功能
由于具备低功耗、长距离、强穿透性的特点，LPWAN特别适合应用于需要联网但取电困难、布线困难或无网络覆盖等恶劣复杂的使用场景。
对于要求有广域覆盖范围、相对传输数据量要求低、优异的电池续航力、较低的硬件与营运成本、高连接密度的城市物联网应用场景来说，传统的蜂巢式网路无法善加结合上述技术条件。
同时，由于城市物联网碎片化需求的典型特征，一张广覆盖的LPWAN网络可以实现终端随时随地设备接入网络。
2.3LPWAN网络传输的系统构架
低功耗广域物联网络支持上与下双向数据传输。
从下至上时，传感器件采集数据后，经物联网节点模块传输至物联网基站后，再经由3G/4G/有线宽带运营商网络上传到物联网云平台，实现与用户平台的对接。
从上至下时，用户平台通过互联网发送指令或信息给物联网云平台，再经由3G/4G/有线宽带网络发送到物联网基站，再通过物联网传输网发给与控制器件连接的物联网终端模块，从而实现对控制器件的控制。
2.4LPWAN与其他组网方案的对比
常见无线方案种类包括：
4G/LTE、GPRS、3G、ZigBee、Bluetooth、WiFi等。
性能对比
无线方案
距离
灵敏度
功耗
WiFi
50m-500m
-83dBm
低功耗
蓝牙
100m
-103dBm
低功耗
ZigBee
100m-200m
-102dBm
低功耗
GSM3GLTE4G
长距离
-106dBm
高功耗
LPWAN
市区3km
郊区15km
-143dBm
低功耗
由上表可知，在传输距离上，ZigBee、蓝牙、WiFi只能够在较小范围内通信，而LPWAN与3G/4G均可以保证较广范围的无线通信。
从功耗上来看，LPWAN比3G/4G拥有更低的功耗，从而能够保证无源的传感设备能够保持较长的电池寿命，同时在传输数据量较小的情况下，能够有效节省资源。
在灵敏度上，LPWAN也达到了与其他无线方案相比最高的-143dBm。
综上所述，LPWAN是保证城市物联网接入能力最大化的前提下，性价比最高的物联网通信技术。
2.5LPWAN网络搭建方案
根据智慧豫章方案设计和需求，拟采用多个物联网基站实现从豫章一号文化科技园到采集前端的信号覆盖，同时为项目的后期运营提供便捷自如的无线网络功能和应用。
物联网基站采用业界最先进的LPWAN技术，以及独有的领先的跳频技术，通过智能天线射频发射装置，提供显著高于普通无线AP的更大覆盖范围，具有优秀的非视距传输能力和室内穿透力。
本方案中，物联网基站接入3G信号，使用基站本身具备自回传功能，在覆盖豫章街道的同时可实现和各个子系统的无线链路传输。
2.6Easylinkin物联网技术优点
●更远的距离
相比普通无线覆盖方案，网关可以覆盖其10倍的距离，100倍的面积。
网关具有优秀的非视距覆盖能力，从而使每个网关在任何环境都可以具有更大的无盲点覆盖范围。
●优秀的室内穿透性以及深度非视距能力
超强的灵敏度以及信号发射接收的多路径智能合并，使得网关具备优秀的室内穿透特性和深度非视距能力。
●更多节点数量
单网关收发器最大支持2万个节点。
通过多种形式的负载均衡技术与广域加速产品，充分利用链路资源，提高投资利用率；
●节省投资
无论环境更大的覆盖范围、低廉通用的无线终端模块以及优秀的室内穿透特性，使得每条客户的线路成本降至最低。
●运营商级别可靠性
基于IP-67平台可靠耐用以及全室外设计，可以在极端气候环境下稳定工作。
2.7组网设备
2.7.1物联网基站
1）产品简介
慧联无限物联网基站是一款业界领先的城市级超低功耗、超远距离的物联网基站，专门用于：
对通讯距离要求高、分布分散、功耗较低的终端设备，是新一代物联网数据通信产品的新一代核心通信产品。
慧龙系列基站可广泛应用于智慧城市，智慧交通，智慧农业，智慧工业，智慧物流，智慧社区，智慧园区，智慧校区等各种领域。
物联网基站
2）技术参数
适用频段
ISMBand：
433MHz,470MHz,510MHz,780MHz,868MHz,915MHz
单通道带宽
125KHz/250KHz
最大通道数
8个接收信道，1个发送信道
最大发射功率
27dBm
灵敏度
-143dBm
覆盖半径
市区3Km;郊区15Km
最大接入点数量
10万级
工作温度范围
0~60度
外接电源种类
外壳
供电电源
DC48V
电池/太阳能板
选配
材料
铝合金
主机尺寸
272mm*272mm*100mm
传输速率
下行0.3-50kbps,上行0.3-50kbps
处理器
ARMCortexA8/1GHz
内存
512MB
网络接入
10/100MEthernet/GPRS/CDMA1X&CDMA2000/TD-SCDMA&WCDMA<E
通讯协议
LoRaWAN协议栈
安全加密
AES128
软件升级
远程OTA
管理软件
Easylinkin云平台
2.7.2物联网终端模块
1）产品简介
慧联无限物联网终端模块是一款超低功耗、超长距离传输物联网模块，用户集成或连接该模块可实现便捷的自组网或联入物联网络（配合物联网基站使用），模块已内嵌自主知识产权网络协议，可实现数据传输、监控或智能管理等功能。
物联网终端模块
2）技术参数
待机电流
2μA
信道带宽
125/250KHz
最大发射功率
20dBm
最高接收灵敏度
-143dBm
适用频段
ISMBand：
433MHz,470MHz,510MHz,780MHz,868MHz,915MHz
通讯协议
Easykinlin协议
安全加密
AES128
IO接口
GPIO*7
拓扑结构
星型结构/点对点
外部接口
UART*1
覆盖半径
市区3km;郊区15km
尺寸
32mm*19mm*2.5mm
工作温度范围
-40度~85度
接收器/中心节点
物联网基站
PIN脚定义
三、智慧监测管理系统
智慧监测管理系统包括以下14个子系统：
1.设备管理：
变配电管理系统、给排水系统实时设备监测、空调系统的监测、电梯系统监测、智能照明系统
2.消防管理：
消防系统的监测
3.安防管理：
门禁系统的监测、安防监测系统、电子巡更系统
4.运营管理：
停车场管理系统、公共广播系统的监测、信息发布系统监测
5.环境管理：
缆通道系统的监测、环境与节能系统
以下是对每个子系统的详细介绍：
3
3.1变配电管理系统
系统功能：
●能源管理：
可进行能耗分析，实时查看各系统能耗同比及环比数据。
●实时查看电力数据：
可实时查看电流、电压、用功功率、功率因数等数据，快速进行用电户用电量查询及峰值统计。
●越限报警：
设备超额定值或超负荷运行时，可实现报警提醒，提前预防事故发生。
●配电房温湿度监测：
监测配电房环境温湿度，环境温度异常时发出预警。
●设备维保：
可根据历史数据记录，快速定位故障点，及时排除故障、可根据设备状况，制定科学合理的维保措施，保证设备设施的正常工作状态，延长设备设施的使用寿命。
电参数综合测量仪
3.2给排水系统实时设备监测
系统功能：
●能源管理：
可进行能耗分析，实时查看各系统能耗同比及环比数据。
●实时查看给排水数据：
可实时查看水压、水位、水流量、水温等数据，快速进行用电户用水量查询及峰值统计。
●越限报警：
水压越限、水位越限、水温异常、水管渗漏时，可实现报警提醒，提前预防事故发生。
●集水井水位监测：
可查看集水井的水位状态，避免水溢出。
●设备维保：
对给水泵、排水泵的运行状态进行实时监测，可在运行故障时发出异常运行信息。
水压监测设备水流量监测设备
水池（水箱）水位监测设备数字液位监测设备
3.3空调系统的监测
系统功能：
●空调运行状态监测：
中央空调机组主机，水泵，风机运行状态的监测、机组的开/关机时间、开机正常温度、末端送风温度。
●空调电能状态监测：
中央空调主机的电流/电压/功耗统计，耗电量，用电费用。
●冷水机组监控：
监测冷却水进水水温，出水水温、冷冻水进水温，出水水温、冷却水的水流量。
●故障监测：
对中央空调主机机组的主机运行状态进行检测，可在运行故障时发出异常运行信息。
●风机控制：
风机由RTU系统按每天预先编排的时间及需求来控制风机的启停并记录运行时间累积。
在配电回路故障条件下禁止开机。
●温度控制：
根据测量的回风温度与设定值的偏差，进行计算，经比例积分微分（PID）规律控制水调节阀，在夏季工况下，温度高于设定温度时开大水阀，温度低于设定温度时关小水阀，使送风温度维持在设定的范围内。
●风门控制：
根据测量到的室内外温度,进行计算比较，采用经济运行方式，在满足卫生许可条件下，尽量采用最小新风比例，充分利用室内回风，过渡季节充分利用室外空气的自然调节能力，以达到节省冷量的消耗，同时满足空调的要求。
●能源管理：
可进行能耗分析，根据中央空调日常运行记录制定出新的节能方案。
●设备维保：
提供故障维修记录、日常巡检保养记录。
3.4电梯系统监测
系统功能：
●电梯运行状态监测：
实时监控任一部电梯当前的运行状态、方向、所处楼层等信息。
●故障报警：
在关人故障发生后得到报警，缩短故障响应时间和处理时间，保障乘客生命和财产安全。
●故障记录：
所有故障信息自动上传网络，随时查询，提供故障分析的依据。
●信息管理：
提供电梯信息化管理手段，掌握每一部电梯的“身份”信息记录。
●维保记录：
维保记录自动上传网络，轻松掌握每一次的维保频率及维保时长。
●电梯能耗监测：
可进行能耗分析，实时查看系统能耗同比及环比数据。
电梯运行监控设备
3.5智能照明系统
系统功能：
●设备运行状态监测：
实时监测公共照明灯的状态。
●故障报警：
设备发生故障时，系统后台界面上显示预警，标出故障区域的具体位置；设备故障时设备将故障以短信的形式推送给相关负责人，无须排查，实现高效检修。
●智能感光：
可设置公共照度亮度阀值，对照明灯光进行自动调节。
●远程调光控制：
可以远程控制照明灯的开启与关闭，节省电费，延长灯具的使用时间。
在特殊环境，如阴雨天气、下雾天气等情况下管理者可以根据特殊需求进行统计和局部控制。
●节能照明：
可按时间表调光和光衰补偿调光技术，可以在使用时降低灯具的功耗，降低功耗不仅可以节省电费还可以降低灯具的发热，降低光源的工作温度，在较低的工作温度下工作，可以有效的延长光源的寿命，节省维护费用
3.6消防系统的监测
系统功能：
●火灾高危单位监测：
实时采集和处理高危单位感知设备的报警信息和运行状态信息，联网消防设施状态显示和巡检。
●电气火灾监控：
可实时处理由传感器上传的漏电电流或温湿度的报警数据，可根据系统设置对各个监控点进行定时巡检，通过数据汇总和分析处理，自动绘制成实时动态曲线，可供管理人员分析电气火灾隐患的发展态势。
●消防水监控系统：
可实时自动检测消防水系统状态信息，实时监测水箱水位，低水位或高水位越限时报警，可与补水系统联动。
系统通过分析数据信息，调取现场视频等多种方式，快速发现系统异常及故障，可有效减少企业消防管理部门现场检查次数，降低工作强度，提升工作效率。
●消防视频监控和联动：
消防水监控系统、电气火灾监控系统和视频监控系统的有机结合，实现报警点和监控点的联动。
当某个报警点报警时，监控管理中心自动调取当前的报警点相关联的视频图像信息。
●消防安全通道状态监测：
监测消防安全通道是否通畅，有物体阻碍通道时预警。
●消防箱门的开关状态监测：
实时查看门开关状态，常闭门开启时报警。
●报警通知：
故障发生时，电话/短信/E-mail通知，降低火灾风险。
烟雾探测传感器
3.7门禁系统的监测
系统功能：
●门开启状态实时监测：
监测门禁开关状态、门禁开关门的次数，把开关状态实时上传到后台系统
●异常开启报警：
可设置门的报警时段，常开门关闭时、常闭门开启时将立即报警。
对长时间关闭需要专人才能开启的办公室门、实验室门、楼顶门、设备间门进行检测，对规定时间外和非专业人员开启时给与报警和提示。
无线门磁
3.8安防监测系统
系统功能：
●安防监测：
当有人非法进入指定区域时即触发报警，现场立刻驱动闪灯实现现场报警对非法入侵行为进行威慑和劝退，同时将探测器报警信号传至控制中心，弹出页面报警。
●报警联动：
平台根据事先设置的报警联动方案，在电子地图上显示报警区域，并联动视频监控系统的监视、录像在电子地图上显示。
红外广角探测器
3.9电子巡更系统
系统功能：
●便捷巡更：
巡更人员携带轻便的感应巡检机到各指定的巡更点，不须将它插到巡更点上，而是当靠近该巡更点时，就可以自动接收到射频信号，完成签到。
●远程管理：
在电子地图上显示巡视线路，管理人员可以查看巡更情况，可对指定的巡查人员的巡线记录进行核查，查询人员、检查点、区域的详细情况。
●灵活检索：
可按漏检、准时和误点分别检索；可以按月份和时间段、巡检点统计巡检记录；可以设定不同时间区间检索，并且可以输出到Excel文件；统计各班次的巡检数、漏检数及合格率，可分类检索，同时可以输出到Excel文件；核查巡检计划中项目巡检事件的结果，可分类检索，同时可以输出到Excel文件。
3.10停车场管理系统
系统功能：
●远程车位统计管理：
可远程查询路边/地下车库的停车车位有车/无车状态、剩余车位数量。
●划分专用停车位：
安装智能车位锁进行固定车位的控制，提高物业对停车位的管理效率，减少因固定车位被占引发的矛盾。
●数据统计：
可以查看出入口的过车及行人的统计信息，以报表形式显示，包括文字报表、图形报表。
可以提供多种方式统计，包括按月，按年，按道闸，按流量等等，同时报表还支持导出及打印。
●故障报警：
实时监控地磁、车位锁的运行状态，可在运行故障时发出异常运行信息。
停车位监测地磁远程控制车位锁
3.11广播系统的监测
系统功能：
●广播系统状态实时监测：
对广播报警器和广播自动播放器设备的运行状态进行监测，将数据传输至云端服务器。
●设备维保：
根据历史数据分析结果，提前做好故障预防工作、可根据历史数据记录，快速定位故障点，及时排除故障、可根据设备状况，制定科学合理的维保措施，保证设备设施的正常工作状态，延长设备设施的使用寿命。
3.12信息发布系统监测
系统功能：
●LED大屏状态实时监测：
对LED显示屏运行状态、LED信息发布内容进行监测，将数据传输至云端服务器。
●设备维保：
根据历史数据分析结果，提前做好故障预防工作、可根据历史数据记录，快速定位故障点，及时排除故障、可根据设备状况，制定科学合理的维保措施，保证设备设施的正常工作状态，延长设备设施的使用寿命。
3.13缆通道系统的监测
系统功能：
●环境温湿度监测：
安装温湿度模块，监测缆通道环境内的温度、湿度，确保缆通道安全运行。
●烟雾监测：
安装烟雾传感模块对缆通道内的烟雾状态进行数据采集，实时查看烟雾浓度，确保缆通道安全运行。
温湿度传感器
3.14环境与节能系统
系统功能:
●环境温度监测：
实时监测绿化区域的环境温度。
●土壤干湿度监测：
把土壤干湿度情况实时传送至后台系统，让管理者更合理调度人员对需要灌溉的绿化区域进行灌溉。
●灌溉设备故障报警：
可在运行故障时发出异常运行信息，自动发送到相关人员手机上。
●PM2.5监测：
实时查看监测范围内PM2.5数据。
●空气质量预警：
检测到高浓度粉尘，提供短信/微信/邮件报警提醒。
●图形化报告：
自动生成空气质量情况报告，将实时数据与历史数据以曲线图的方式直观地显示出来。
●系统运行状态监测
土壤水分传感器PM2.5/PM10传感器
四、社会效益与经济效益
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4.1社会效益
通过智慧豫章的建设，对园区、社区内所有设备采用现代化技术进行全面有效的监控和管理，提高建筑的综合使用功能和物业管理的效率，确保建筑内所有设备处于高效、节能、最佳运行状态，为居民提供一个安全、舒适、快捷的生活环境。
1、完善基础设施：
未来信息基础设施将向着高速、泛在、融合方向发展，无线网络覆盖范围更广、速度更快，感知终端在各类设施上的布设更加广泛。
2、实现智能化管理：
启动“智能管理”建设，利用新技术、新理念、新思路来提升豫章街道管理的智能化水平。
3、改善生活环境：
通过各种智能化、信息化应用为日常生活等各个方面提供周到、方便、安全、贴心的信息化服务，实现供水排水、绿色建筑、燃气供热、供电照明、交通、物流、环保、节能等领域智能化管理，显著提升生活质量。
4.增加就业机会，促进产业发展：
通过发展物联网、大数据、云计算等技术协同，实现内外部资源联动，线上线下相结合的多元价值服务，带动传感器制造等物联网相关产业的发展，促进相关领域的就业提升及服务升级。
逐渐达成共建循环经济生态链，助力产业园区发展，实现经济升级转型的快速发展。
4.2经济效益
1.降低人力成本
物业服务属劳动密集型，人员成本支出占到物业管理总支出的60～70%，在社会消费价格普遍上涨、企业劳动用工成本逐年增大的情况下，物业支出将持续影响企业利润。
采用智慧管理，能够让智能化系统代替人力进行检修、管理与监督的工作，压缩人力成本30%，有效降本增效。
2.降低设施设备管理成本
公共设施设备随着年限逐步老化、停用，设施设备面临着全面的升级换代需求。
设备每年保养平均为采购总金额的10%，如涉及维修、更换零件费用会上浮至15%甚至更高。
电力、电梯检测费用多，供水、供电等终端服务不到位，线损、变损、维修养护、代收代缴等额外成本，增加了管理的负担。
与其持续投入维修资金，不如预先提高维保能力，即拥有用好设施设备的能力。
从直接购买硬件转变为购买服务，降低一次性投入成本。
使用智慧管理系统进行设施设备的管理，就实现了这种“服务型管理”，从长期来看，降低了维保成本。
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五、报价清单
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