“城市病”来袭 看LPWAN如何应付

全球范围内城市化的进程都在加速，根据联合国的预测，当今全球有54%的人居住在城市，预计到2050年这个数字将达到66%。而当越来越多的人口涌入城市，人们在享受城市生活带来的文明和便利之时，也免不了会受到“城市病”的袭扰。

这很容易理解，城市的扩张就像是一个人机体的生长，如果某些功能性的机能发育过于迅速，而掌控人体的神经系统却跟不上这种成长的脚步，最后难免会发育成一个“蠢萌”的怪咖。类比到城市，如果一个城市管理的智能化水平，与城市发展的节奏脱节，各种各样的城市病也会不请自来。这也是为什么世界各国都在倡导“智慧城市”建设的最根本性的原因。

如果将作为智慧城市基础的物联网看做是人体的神经系统，必须有一种技术能够实现数以亿计的“神经元”与“大脑”的连接，人们在构建智慧城市的同时，也一直在寻找这样一种可堪重用的技术。原有的局域网无线连接技术，如ZigBee、蓝牙、Wi-Fi等，覆盖范围和网络节点数量都有限，达不到一个城市所需的尺度要求；

而坐拥数十亿用户规模的蜂窝移动通信，虽然符合城市广域覆盖的要求，但是功耗和成本太高，并不符合物联网应用的调性……直到LPWAN（低功耗广域物联网）出现，这种长距离、低功耗、低速率、低成本的无线通信技术开始迅速发展成为未来智慧城市的基础网络。

目前，世界各地的电信运营商都在积极推进NB-IoT 和 eMTC——这两种脱胎于移动蜂窝技术、工作于授权频段的LPWAN——的部署和商用，在智慧城市领域跑马圈地；

与此同时，Sigfox、LoRa、RPMA等非授权频段的LPWAN技术也在提供企业级的解决方案、更为个性化的用户体验方面不断攻城略地；而且诸多LPWAN技术正在从竞争走向竞合，通过“混合组网”等方式去适应物联网碎片化的应用需求。

总之，LPWAN正在向人们展示如何以一种有“技术含量”的手段，去预防和治愈城市发展中可能遇到的种种“病痛”。

城市交通▲▲▲

在“城市病”的排行榜上，日益拥堵的交通，绝对名列榜首。单单一个“停车难”的问题就可以让你车轮上的城市生活从“享受”变成一种“煎熬”。因此在LPWAN的目标应用中，智能停车系统也是被置于优先考虑的位置上。

基于NB-IoT的路边智能停车系统是一个被寄予厚望的解决方案。只需在路面上埋设一个含有传感器和NB-IoT通信模块的装置，就可以将数据直接传输到云端停车管理系统，完成车位查询、计时、缴费等一系列服务。

据估算，由于无需额外的网关设备，与传统智能停车解决方案相比NB-IoT智能停车管理系统的设备、部署和维护成本可降低30%，而且随着规模部署还有进一步优化的空间。如果考虑到由此节省的收费管理等人力成本，以及未来与城市其他智能交通系统联动后的想象空间，这一方案的价值就更显著了。

而且LPWAN还可以与其他技术相结合，提供更具有创意的应用场景。比如安富利在Sigfox上集成了GPS和超声波等感测的功能，除了5-10公里的广域覆盖，还可以对停车场内的车辆提供更精准的定位，未来城市小区、商业设施可以在此基础上开发出更加个性化的停车管理服务。

图1，Sigfox智能停车管理解决方案，集成了GPS和超声波等感测等扩展功能（图片来源：安富利）

公共设施▲▲▲

居住在城市之中，我们可能会不时听到某处地下管道破裂，或是某个井盖丢失给居民造成人身伤害等新闻。以往人们应对的方法，只能是“亡羊补牢”，而如果能够对这些公共设施状态做到有效监控，防患于未然，才是理想的境界。

LPWAN在这方面可以发挥独特的作用。比如基于LoRa或NB-IoT的环境传感监控模块，可以定期收集和反馈目标数据，让管理者随时了解城市基础设施所处的环境及自身的“健康”状况，由于系统低功耗的特性，甚至可以与能量收集技术结合，进一步降低设备维护的成本。

而且，很多LPWAN技术都对覆盖增益进行了优化，通俗地讲就是“穿墙”能力更强，所以对于收集城市“地下空间”中各种管线的数据再合适不过。这些信息的不断汇集，无疑将会为智慧城市积累一笔宝贵的数据财富。

图2，安富利运用muRata LoRa模块搭配Cisco网关的能力，可提供LoRa环境监控解决方案（图片来源：安富利）

能源管理▲▲▲

随着城市规模的扩大，城市消耗能源的胃口也在增加。而以往由于技术手段的滞后，相当一部分能源是被白白浪费掉了。对于城市能源管理的优化，人们首先盯上的就是路灯。基于常识我们就可以得知，当夜深人静的时候，街上人流量开始减少，而路灯总是“长明”的，由此导致的能源浪费相当可观。

如果我们通过LPWAN对于路灯使用情况进行管理和监控，完全可以根据应用场景对于路灯的使用进行灵活调度，采取全亮、全关、调光、隔杆亮灯等定制化的节能策略，而且能够自动实现路灯故障报修，减少传统运维上巨大的人力资源投入。根据广州中科院软件应用技术研究所的实验，他们对18盏路灯进行了智能化的改造后，节能率高达78.73%；如果通过LPWAN对这一试点成果推而广之，为城市公共资源节能带来的效益无疑是巨大的。

图3，用于路灯控制的inteliLIGHT LoRa控制器（图片来源：LoRa联盟）

食品安全▲▲▲

随着城市人口密度的激增，食品安全的压力也日显突出。为了确保食品安全，人们的投入是巨大的，美国农业部的一项调查显示，食品零售商每年在易腐货物物流仓储上由于“失察”造成的损失高达1620亿美元。对于食品在物流仓储过程进行更有效地监控，做到全程可追溯，势在必行。

在此领域，LPWAN同样可以提供相应的解决方案。特别值得一提的是eMTC技术由于支持定位和移动——理论上时速在300公里以内都可以保持通信连接——而且支持语音，所以在物流追踪领域具有突出的应用优势。而据悉在最新版的NB-IoT标准中，也将增加对于移动和定位等功能的支持，所以在食品物流领域未来用户可选的技术方案会更丰富。

数据显示，2017年中国在智慧城市的市场规模将超过6万亿元，2021年将达到18.7万亿元，年均复合增长率约为32.64%。所有这些不遗余力的投入，都是在为大家营造一个摆脱“城市病”困扰的城市生活。现在，我们不过刚刚叩响了智慧城市之门，未来的图景会超出我们的想象。