LoRa Tree 如何加强地下通信

挑戰

深层矿井是世界上最具挑战性的工作环境之一。工人可以在地下一公里多的深度作业，任何事故都可能危及生命。监测重载矿壁的状态至关重要，但并不容易。传统上，矿业公司依靠人类工程师来读取和记录地下岩土工程传感器的数据。这意味着读数只能是零星进行的，数据可供分析的时间间隔为几天甚至几周。除了需要合格的技术人员外，这种数据收集方法还容易出现人为错误，导致分析不完整，几乎无法检测到快速移动的故障。

无线技术的引入是地下采矿业的一个重要突破，使矿场能够摒弃人工读数，以稳健、经济的方式检测可能的风险。然而，地下环境复杂的拓扑结构阻碍了有效的数据传输。隧道、转弯、多层次和长廊导致网络失去无线电强度和数据可靠性。需要互联网连接才能将数据从矿井中流向控制中心的网关，不能安装在矿井深处，因为通常没有互联网连接。这使得工程公司很难在地下部署强大的、具有成本效益的监控解决方案。

矿山设计技术公司（MDT）是一家位于加拿大安大略省的岩土工程仪器的领导者，它渴望为其矿业客户提供一个更好的选择，并与Solsensing公司合作以获得成功。

解决办法

MDT已经熟悉了用于露天采矿环境的Worldsensing技术。在这些环境中，Worldsensing的LoRa长距离、低功耗通信能够实现超过6公里的无线数据传输。

2023年初，Worldsensing推出了LoRa树状网络拓扑结构。这种网络拓扑结构可以扩大现有LoRa网络的无线电通信范围。这种网络拓扑结构的关键组成部分是K20边缘中继器。中继器能够接收来自一个节点的信号，并以数据跳的方式将其转发到网关。中继器可以战略性地放置，以克服无线电信号障碍，如墙壁、坡道和弯道。

随着Worldsensing的LoRa树形网络的推出，MDT和Worldsensing合作在安大略省萨德伯里的Norcat地下中心部署了一套监测系统，这是一个用于研究和开发的活矿。图1显示了所进行的现场测试。其目的是挑战LoRa树状网络的极限，使远离网关的节点能够以最小的数据损失传输数据。

该网络由14个节点组成，与两个就地倾角仪、11个倾角仪和一个激光倾角仪相连，分布在三个200米长的相互连接的驱动器中。部署开始于1999年，安装了中继器1（R1）。R1能够以良好的无线电信号将数据转发回安装在矿井入口的网关。在1999年年初，通过安装第二个中继器（R2），部署工作迅速继续，离网关更远。R2能够绕过通往1997段的转弯，并从安装在那里的节点传输数据。

图1：NORCAT的地下布局。该部署包括14个分布在三个不同通道的边缘设备。节点使用两个K20边缘中继器的LoRa树状网络拓扑结构将数据传回网关。

结果

Norcat的部署产生了以下结果：

• 该部署能够从位于不同地段的14个节点传输数据，仅使用两个中继器。
• LoRa树状网络以0.5%的传输损耗提供覆盖，这被认为是无线电通信中的最佳状态。
• LoRa树状拓扑结构中的中继器不必直接面对网关进行有效的无线电传输。这样就可以用最少的中继器部署实现更大的无线电覆盖。
• 所有的Swsensing数据记录器都能轻松地连接到网络上，凸显了Swsensing设备组合与LoRa树形拓扑结构的兼容性。
• 在复杂的地下环境中，地下连接可达200米

效益

尽管在使该技术适应北美法规方面存在一些初期问题，但最初的结果非常出色，数据在整个部署区的传输无懈可击。自试验开始以来，只有一包数据在部署阶段丢失，而MDT的技术人员能够解释如何以及为什么会发生这种情况。

Worldsensing是岩土工程监测网络技术的领先供应商，其无与伦比的产品整合阵列使其网络能够与大多数领先的传感器和数据可视化供应商一起运行。这种灵活性已经被用来帮助改善地面环境中的岩土工程监测和基础设施安全。与MDT的合作显示了中继器如何将Worldsensing的领先功能扩展到地下。

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