LoRa远距离无线电比传统射频通信长3~5倍

他是黄杰中国科学院水生生物研究所的博士生。这个夏天，这样一幅画面定格在他的脑海里：他穿着防水裤，站在鄱阳湖的沼泽里，手里拿着一根几米高的“特制钓竿”，眼睛盯着水面，耐心地“捕鲸”。

他要“抓”的鲸鱼是长江中唯一的鲸鱼，——长江江豚。当然，黄杰并不是真的想捕捉长江江豚。而是要用手中的“专用钓竿”——信号接收天线，捕捉江豚身上的LoRa信标发出的信号。

LoRa是远程无线电，其最大特点是在相同功耗下，信号传播的距离比其他无线方式更远，——比传统无线射频通信长3~5倍。至于这项技术为什么用在江豚身上，还有一个波折。

江豚追踪研究的难点

长江江豚，一种仅分布于我国长江中下游、洞庭湖和鄱阳湖的小型有齿鲸类，已经极度濒危。然而，很难定位和跟踪它们，因为它们生活在水下，离开水的时间非常短。

“如何定位长江江豚以了解其生活习性和活动范围是保护的重要一步，这对陆地生物来说是很好的实现，但它困扰着主要在水下的江豚的全球保护组织。”近日，在阿里云举办的“用科技能量保护江豚”活动上，黄杰表示，江豚浮出水面平均只有0.81秒，传统设备很难定位跟踪。

记者了解到，在野生动物保护领域的追踪技术中，主流的定位信标采用GPS或北斗卫星系统进行定位，然后通过卫星系统或手机通信网络传输数据。不过，研发物联网技术产品的项目组成员、北京领先益民电子产品有限公司CTO刘小康告诉《中国科学报》记者，卫星信标定位设备的通信时间需要2~3秒，每隔一段时间需要进行一次卫星定标3354。这需要在水面上长时间进行，以保证定位精度。考虑到长江江豚的平均出水间隔，理论上，目前的卫星定位设备无法完成江豚的准确出水定位。

“在过去的五年里，项目组尝试租用或购买各种商用卫星定位设备，并在网箱养殖的江豚身上进行测试，但都无法完成定位。”黄杰说，此外，由于卫星覆盖范围有限，每天只有固定的时间可以有效地传输数据。但如果遇到云层，卫星通信会受到很大影响，数据传输效果会变差。

LoRa技术解决难题

由于道路受阻，项目组开始寻找新的解决方案。功夫不负有心人，一个偶然的机会，项目组了解到了阿里云IoT事业部的LoRa IoT技术。

阿里云loT事业部高级产品专家李介绍，LoRa技术具有低功耗、远距离、开放组网的特点。通信芯片和网络功耗很低，单基站覆盖比无线网络提高几十倍。更重要的是，借助LoRa物联网技术，信标和基站可以瞬间联动，不仅提高了定位跟踪精度，还一举解决了数据传输受限的问题。

LoRa的这些特点正好满足了长江江豚追踪研究项目的需要。随着LoRa技术在该计划中的应用，该项目得以成功实施。2017年4月底，由中国科学院水生生物研究所副研究员梅志刚带领的项目组、北京领先益民电子产品有限公司、厦门思信通信技术有限公司向农业农村部长江流域渔政监督管理办公室提交了选址和

在阿里云的技术支持下，项目组快速搭建了LoRa野保系统3354。整个系统由无创江豚可穿戴LoRa信标、LoRa定位基站和江豚踪迹分析服务器组成。在项目中，LoRa信标每2秒钟周期性发射一次江豚号，江豚湖区旁安装的LoRa定位基站接收信标的周期性信号，通过4G网络上报给服务器。通过分析服务器获取的江豚数量，可以获得江豚的位置等信息。

随后，项目组开发了自动接收基站，并在预定的信标塔或信标船上部署了20个基站。同时，完成了阿里云服务器上实时信号接收和显示软件的开发。一切准备就绪后，6月6日，项目组在江西省余干县瑞洪镇康山河段打捞挑选了两只合适的雄性江豚，开始追踪这只神秘的水下动物。

两只江豚戴上信标后立即被放生。实验人员一起监控它们的活动，观察到它们融入了周围的江豚。其间，项目组发现该动物背驮字母标记的水形正常，游泳速度与周围动物无异。16天后，动物信号消失(可穿戴信标安全脱落)，追踪实验结束。

2940分钟，100980次出水，这是长江江豚首次在野外被追踪最长时间。通过追踪，研究人员发现了江豚的大量生活习性。“江豚是从江河湖泊迁徙过来的吗？迁徙的时间和路线是什么？迁移的规模有多大？这些谜团有望一一解开。”黄杰说，这将为如何在长江流域划定保护区和禁渔区，以及如何在迁徙季节保护路线上的江豚提供重要参考。

“让LoRa像WiFi一样被广泛使用”

在今年9月的杭州云起大会上，利用LoRa技术保护江豚的项目获得阿里云IoT极客创新挑战赛亚军。

“长江江豚

定位跟踪是我们在物联网行业中的第一步。以后我们会把物联网技术拓展到生活中的各个角落。” 李国财对《中国科学报》记者说，例如在菜鸟的物流园区，20万平方米的面积内，通过LoRa技术搭建的物联网络，可对园区内所有水电表、井盖、产品堆高、车辆通行，进行实时监控。“未来菜鸟所有的仓储物流网络，都会被阿里云IoT覆盖。”

刘晓康也告诉记者，基于长江江豚定位的技术还可以应用在针对被困人员的单兵救援黑匣子系统当中。该系统可在人员发送被困信息后，脱离北斗或GPS系统，单机运行。特别是在水下、地下室、隧道等卫星信号无法覆盖的区域提供定位服务，为挽救生命提供第一手的位置保障。

目前，阿里云也在探索相关IoT技术在非洲大象以及四川保护区等更多野生动物保护项目上的应用。在今年的阿里云栖大会上，阿里云IoT发布了可以上天入地的“LoRa天空物联网”，实现从40000米高空到地下20米的联网覆盖，可在海洋、森林等人类难以到达的场景下应用，支持更多的野生动物保护、森林保护等业务。

“LoRa技术可以完美解决物联网连接中长距离、低功耗问题，最高接收灵敏度可达-148dBm，可以主攻远距离低功耗的物联网无线通信市场。”阿里云IoT的Link WAN产品负责人贝乔向《中国科学报》记者说，阿里云IoT的Link WAN平台支持LoRa的自由部署，“我们希望让LoRa像WiFi一样广泛应用，满足各种物联网需求”。

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