基于NFC和LoRa通讯及无人机技术的智能救生系统的制作方法

本发明属于应急救生救援领域，涉及智能求救信号传输，特别涉及一种基于nfc近场通讯和lora低耗长程通讯技术及无人机技术的智能救生方法与系统。

背景技术：

随着现代通讯技术的快速发展，人们在面对各种自然灾害或恶劣环境情况下的救援救生，具有愈来愈多的手段与解决方案。在各种救援救生的过程和环境中，救援目标的求救信号，包括位置信息等的及时获取，成为整个救援救生过程中至为关键的组成部分。救援目标可以通过手机等移动终端平台发出求救信号，第一时间将所能收集到的物理位置信息及其他环境信息发送出去，以获得及时的救援。

然而，在许多特定的情况下，人们发出求救信号的过程会遇到通讯环境的极大影响及限制。尤其在大规模自然灾害，通讯网络遭受破坏，或缺失通讯网络覆盖的海洋，沙漠，丛山的极端环境情况下，求救信息得以发出并获得及时的救援将面对极大的挑战。具体而言，发出求救信息所受限制主要在于：自然灾害如地震等致使通讯基站被毁，求救者缺失通讯网络，无法通过通讯运营商网络基站发出语音或文字求救信息；受各种被毁建筑材料隔断，无法连接幸存的无线网络如wi-fi网关等无线通讯装置；受限于有限的电源供给，无法持续发出求救信号，等等，都是人们在寻求救助方面，尤其在受困于废墟之下，丛山峻岭或茫茫大海之上所面临的重大挑战。错失求救信息的及时发出，可导致救援行动的迟缓以致失败，导致生命财产的重大损失。

随着lora通讯技术的发展，它的特定技术特点为人们越来越广泛的有所认识，极低的能耗，远程的通讯距离，极强的障碍穿透性，是lora通讯的显著特点。因此，lora通讯被逐步广泛应用于智能传感领域，以高性价比连接传感装置，应用在采集环境信息等系统中。同时，lora通讯无需依靠通讯运营商的基站网络，在节点模块和网关模块之间可动态构成通讯网络，进行数据通讯。

本发明提供一种基于lora通讯节点（node）及搭载在无人机平台上动态部署的lora网关（gateway）系统，构建求救通讯渠道，完成在缺失通讯网络覆盖情况下救生救援的过程与方法。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所提出的技术问题，本发明提出了一种基于nfc和lora通讯及无人机技术的智能救生系统，采用lora通讯节点（node）模块，以及搭载在无人机平台上的，动态部署的lora网关（gateway）系统，构成动态lora私网或公网，采集救生联系信号及相关环境信息并传输至后台服务器，以供数据分析并组织相应的救援行动；同时，无人机等设备可作为快速动态部署的平台，可以快捷方便地将lora网关或其他lora通讯接收设备部署至救援目标区域收集求救信号及相关信息；nfc/lora节点设备集成的nfc功能模块可与系统使用者，即救援目标的移动终端进行nfc通讯，从而使系统可被快速激活，并通过使用者的移动终端作为用户接口接收文字，定位等其他救生信息，从而简化lora节点通讯设备的功能及体积，减少能耗，从而大大提高了系统的生存性，便捷性及安全性。

在本发明方案中，lora是创建长距离通讯连接的物理层或无线调制技术，基于css调制技术（chirpspreadspectrum）的lora技术相较于传统的fsk技术，能极大地增加通讯范围，具有传输距离远、抗干扰性强等特点，实现了低功耗和远距离传输的统一，在ism工作频段上，城镇传输距离可达2-5公里，郊区等开阔环境可达15公里，同时电池寿命长达10年以上。lora通讯具有前向纠错（fec）能力，有很强的穿透性，在建筑材料的屏蔽下能够保证良好的通讯质量。在lora动态组网方面，一个lora网关可以连接的lora节点可达到数千至数万的量级，同时lora通讯协议自身具备定位机制，可以由lora网关依据与lora节点之间的通讯解析获得节点的位置信息。

在本发明方案中，nfc是一种通过特定的nfc（nearfieldcommunication，近场通讯）通讯协议在两个分别支持nfc设备之间进行通讯的方式。通讯的频率特点是13.56mhz，通讯距离为不超过10cm。通讯距离的限定保障了设备间通讯途径的唯一性，为需要严格设备双向验证的使用环境提供了有效的通讯协议及方法。是一种为金融系统，工业生产线，物联网传感器系统，门禁签到系统，以及无线充电等广泛应用的安全高效的通讯及感应技术。

本发明方案为一种基于nfc和lora通讯及无人机技术的智能救生系统，其特有的技术特点在于：

1.系统使用者，即待救援者，经由具备nfc功能的移动终端平台如智能手机等，可以在距救生装置10cm内以接触或非接触方式激活救生装置及时发出呼救信号，无需任何其他物理性操作，为发出求救信号争取到最快的时间效应及便捷效应;

2.智能救生装置采用nfc近场通讯方式接收移动终端信息，无需有线通讯的连接装置，无需建立其他无线通讯的常规步骤或媒介，在备件及电源极度受限的危急情景下，以高操作性完成移动终端与救生装置的信息传输;

3.集成nfc近场通讯模块的lora节点救生装置，可将移动终端平台app用作为用户接口进行近距离数据通讯，简化救生装置结构，从而降低能耗，提高系统生存持续性;

4.经由lora通讯网络技术，装置提供了长持续，低功耗，远距离，强抗干扰，强穿透性的救生信号发送方案，大大增强了呼救信号被接收，获得救生救援的可能性;

5.lora网关或lora组网设备集成在无人机等快速部署平台上，加强了在各种场合及环境下部署的便捷性，及时性及大范围搜索性。

同时，本发明的技术解决方案特殊之处还在于：nfc的有限通讯作用距离保障了移动终端平台与lora节点救生装置之间，即呼救目标与救生装置的对应关系及位置关系，同时相对其他通讯方式，nfc通讯降低了移动终端平台的能耗，大大延续了移动终端平台的供电期限。

本系统中的移动终端平台单元为具有nfc功能的智能移动终端，包括智能手机，平板电脑以及具有nfc读取功能及相应控制软件的专用移动终端装置；用于系统使用者用以激活系统，发送求救信号及文字信息的用户操作终端平台。

nfc通讯单元为基于nfc（nearfieldcommunication，近场通讯）协议与系统用户的移动终端进行近距离数据交互的通讯模块，由任何形式的nfc接收天线及nfc功能模块构成；完成以非接触或接触方式激活救生系统节点发出求救信号，及完成使用者移动终端平台与救生系统节点装置之间信息的传输。

中央处理控制单元为连接nfc通讯单元及lora通讯节点单元的微处理器及相关电子线路；完成对nfc通讯单元及lora通讯节点单元的控制操作，数据预处理及信息格式的转换。

lora节点（node）通讯单元为基于lora通讯协议与lora网关进行连接并作为lora节点（node）进行数据传输的电子线路模块；可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块。。

lora网关（gateway）通讯单元为基于lora通讯协议与单路或多路lora通讯节点组成联网并进行数据传输的电子线路模块；同时lora网关完成通讯协议的转换，将lora通讯信息以ethernet或任何预先设定的无线通讯方式与后台网络服务器或应用服务器进行数据的传输；此单元可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块或设备。

本系统中的系统应用服务器单元为与lora网关设备进行数据通讯并进行数据后台操作的单元模块，包括计算，存储，显示输出等处理操作；此单元在架构上可细分为网络服务器，用户应用服务器等多种形式数据后台设备；取决于搭载lora网关的平台，后台服务器与lora网关设备的通讯可以是任何无线或有线通讯方式。

lora无人机网关的搭载平台可以是能够将lora网关设备或其他lora通讯设备远程投放至目标区域的航空器，为lora通讯设备、电源、及其他辅助设备提供物理安装平台，可以包括各型无人机，伞降设备，气球滞空装置等多种快速投放平台。

系统中的救生救援的主要系统功能与方法，由以下过程包括经由nfc通讯获取移动终端平台导航位置信息过程予以说明：

s1:系统使用者，即待救援目标，在紧急情况下将具备nfc功能的移动终端平台，如智能手机或平板电脑等平台，靠近nfc/lora智能救生系统检测节点装置约10厘米之内；以接触或非接触方式激活lora节点装置；

s2：nfc/lora智能救生系统检测节点装置经由nfc通讯被激活，通过预先设定的频率以lora通讯协议发送求救信号；

s3:系统使用者通过移动终端平台上的应用app输入文字求救信息并可嵌入移动终端平台所具备的物理位置导航等环境信息，将移动终端靠近nfc/lora智能救生系统检测节点装置约10厘米之内；通过nfc通讯将信息传输至lora节点装置；

s4：nfc/lora智能救生系统检测节点装置将接受到的使用者文字及其他信息集成在求救信息中通过预先设定的频率以lora通讯协议进行发送；

s5：搭载lora网关或其他lora通讯信息接受装置的无人机平台被投放在目标区域，搜索lora节点装置所发送的lora通讯信号；

s6：lora节点装置所发送的通讯信号被接收，lora网关与lora节点装置建立网络通讯，进而lora网关将接收到的救援目标求救信息通过预先设定的通讯协议发送至后台应用服务器，完成救援目标信息采集过程。

系统中的救生救援的主要系统功能与方法，又由以下过程包括经由lora通讯网络解析获取位置信息过程予以说明：

s1:系统使用者，即待救援目标，在紧急情况下将具备nfc功能的移动终端平台，如智能手机或平板电脑等平台，靠近nfc/lora智能救生系统检测节点装置约10厘米之内；以接触或非接触方式激活lora节点装置；

s2：nfc/lora智能救生系统检测节点装置经由nfc通讯被激活，通过预先设定的频率以lora通讯协议发送求救信号；

s3:搭载lora网关或其他lora通讯信息接受装置的无人机平台被投放在目标区域，搜索lora节点装置所发送的lora通讯信号；

s4：lora节点装置所发送的通讯信号被接收，lora网关通过lora通讯自备定位功能解析获得lora节点位置信息

s5：lora网关将呼救位置信息通过预先设定的通讯渠道发送至后台应用服务器，完成救援目标信息采集过程。

所述步骤s1中nfc功能，为具有以nfc（nearfieldcommunication，近场通讯）通讯协议经由nfc传感装置接受输入移动终端13.56mhz的nfc格式信号的功能，这包括以任何nfc（nearfieldcommunication，近场通讯）芯片及相应接收天线所构成的nfc（nearfieldcommunication，近场通讯）通讯线路。所述支持nfc的终端或设备为具备以nfc通讯协议进行通讯的功能的相应终端与设备。

所述步骤s1中lora功能，为具有以lora通讯协议在lora节点（node）及lora网关（gateway）之间进行数据传输，基于扩频技术，处于433、868、915mhz的ism工作频段，具有低功耗，传输距离长，传输穿透力强等技术特点。所述支持lora的节点或网关装置为具备以lora通讯协议进行同等通讯功能的终端与设备。

本发明中技术方案的优点是：

1.求生信息通过lora节点装置发送，支持超长距离信号发送（可达5-15公里），强信号穿透力，及超长时电池寿命（长达10年）;

2.lora网关通过无人机部署，可达成lora组网的快捷，便捷性;

3.nfc移动终端平台用于人机接口，近距离非接触方式启动呼救信号发送，提高系统在危急环境中的便捷性和可操作性;

4.系统整体结构简单，技术成熟可靠，价格相对低廉，适用的救援场景应用程度高，市场化可期程度高。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；其中，1-移动终端单元，2-nfc通讯单元，3-中央处理控制单元，4-lora节点通讯单元，5-lora网关通讯单元，6-系统应用服务器。

图2为本发明系统对救援目标发出的求救信息进行采集的实施例一过程示意图。

图3为本发明系统对救援目标发出的求救信息进行采集的实施例二过程示意图。

具体实施方式

下面我们结合说明书附图介绍本发明的一个较佳实施例，举例证明本发明可以实施，可以向本领域中的技术人员完整介绍本发明，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，其保护范围并非仅限于文中提到的实施例，本文的附图和说明本质上是举例说明而不是限制本发明。

如发明附图1所示，本发明是一种基于nfc和lora通讯及无人机技术的智能救生系统，包括nfc/lora智能救生系统检测节点及nfc/lora智能救生系统无人机网关，完成以nfc/lora节点通讯方式发出求救信息，以无人机远程投放lora网关通讯设备方式接收相关信息的救援救生过程与方法；具体实施方式可由依次相连的移动终端单元1，nfc通讯单元2，中央处理控制单元3，lora节点（node）通讯单元4，lora网关（gateway）通讯单元5及系统应用服务器单元6所构成。

系统实施方式中的移动终端单元1为具有nfc功能的智能移动终端，包括智能手机，平板电脑以及具有nfc读取功能及相应控制软件的专用移动终端装置；用于系统使用者用以激活系统，发送求救信号及文字信息的用户操作终端平台；nfc通讯单元2为基于nfc（nearfieldcommunication，近场通讯）协议与系统用户的移动终端进行近距离数据交互的通讯模块，由任何形式的nfc接收天线及nfc功能模块构成；完成以非接触或接触方式激活救生系统节点发出求救信号，及完成使用者移动终端平台与救生系统节点装置之间信息的传输；中央处理控制单元3为连接nfc通讯单元及lora通讯节点单元的微处理器及相关电子线路；完成对nfc通讯单元及lora通讯节点单元的控制操作，数据预处理及信息格式的转换；lora节点（node）通讯单元4为基于lora通讯协议与lora网关进行连接并作为lora节点（node）进行数据传输的电子线路模块；可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块；lora网关（gateway）通讯单元5为基于lora通讯协议与单路或多路lora通讯节点组成联网并进行数据传输的电子线路模块；同时lora网关完成通讯协议的转换，将lora通讯信息以ethernet或任何预先设定的无线通讯方式与后台网络服务器或应用服务器进行数据的传输；此单元可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块或设备；系统应用服务器单元6为与lora网关设备进行数据通讯并进行数据后台操作的单元模块，包括计算，存储，显示输出等处理操作；此单元在架构上可细分为网络服务器，用户应用服务器等多种形式数据后台设备；取决于搭载lora网关的平台，后台服务器与lora网关设备的通讯可以是任何无线或有线通讯方式。

以下实施方案1实现一种基于nfc和lora通讯及无人机技术的智能救生系统，其特征在于：包括以下步骤完成对救援目标发出的求救信息，包括通过移动平台导航系统提供的位置信息等进行采集的过程：

s1:系统使用者，即待救援目标，在紧急情况下将具备nfc功能的移动终端平台，如智能手机或平板电脑等平台，靠近nfc/lora智能救生系统检测节点装置约10厘米之内；以接触或非接触方式激活lora节点装置；

s2：nfc/lora智能救生系统检测节点装置经由nfc通讯被激活，通过预先设定的频率以lora通讯协议发送求救信号；

s3:系统使用者通过移动终端平台上的应用app输入文字求救信息并可嵌入移动终端平台所具备的物理位置导航等环境信息，将移动终端靠近nfc/lora智能救生系统检测节点装置约10厘米之内；通过nfc通讯将信息传输至lora节点装置；

s4：nfc/lora智能救生系统检测节点装置将接受到的使用者文字及其他信息集成在求救信息中通过预先设定的频率以lora通讯协议进行发送；

s5：搭载lora网关或其他lora通讯信息接受装置的无人机平台被投放在目标区域，搜索lora节点装置所发送的lora通讯信号；

s6：lora节点装置所发送的通讯信号被接收，lora网关与lora节点装置建立网络通讯，进而lora网关将接收到的救援目标求救信息通过预先设定的通讯协议发送至后台应用服务器，完成救援目标信息采集过程。

以下实施方案2实现一种基于nfc和lora通讯及无人机技术的智能救生系统，其特征在于：包括以下步骤完成对救援目标发出的求救信息进行采集，lora网关通过lora通讯自备定位功能分析获得救援目标位置信息的过程：

s1:系统使用者，即待救援目标，在紧急情况下将具备nfc功能的移动终端平台，如智能手机或平板电脑等平台，靠近nfc/lora智能救生系统检测节点装置约10厘米之内；以接触或非接触方式激活lora节点装置；

s2：nfc/lora智能救生系统检测节点装置经由nfc通讯被激活，通过预先设定的频率以lora通讯协议发送求救信号；

s3:搭载lora网关或其他lora通讯信息接受装置的无人机平台被投放在目标区域，搜索lora节点装置所发送的lora通讯信号；

s4：lora节点装置所发送的通讯信号被接收，lora网关通过lora通讯自备定位功能解析获得lora节点位置信息；

s5：lora网关将呼救位置信息通过预先设定的通讯渠道发送至后台应用服务器，完成救援目标信息采集过程。

实施例一

如发明附图2所示，本实施例演示实现一种基于nfc和lora通讯及无人机技术的智能救生系统，完成对救援目标发出的求救信息，包括通过移动平台导航系统提供的位置信息等进行采集的过程。

在本实施例中，一种基于nfc和lora通讯及无人机技术的智能救生系统，包括nfc/lora智能救生系统检测节点及nfc/lora智能救生系统无人机网关，完成以nfc/lora节点通讯方式发出求救信息，以无人机远程投放lora网关通讯设备方式接收相关信息的救援救生过程与方法；本实施例实施方式由依次相连的移动终端单元1，nfc通讯单元2，中央处理控制单元3，lora节点（node）通讯单元4，lora网关（gateway）通讯单元5及系统应用服务器单元6所构成。

本实施例中的移动终端单元1为具有nfc功能的智能移动终端，包括智能手机，平板电脑以及具有nfc读取功能及相应控制软件的专用移动终端装置；用于系统使用者用以激活系统，发送求救信号及文字信息的用户操作终端平台；nfc通讯单元2为基于nfc（nearfieldcommunication，近场通讯）协议与系统用户的移动终端进行近距离数据交互的通讯模块，由任何形式的nfc接收天线及nfc功能模块构成；完成以非接触或接触方式激活救生系统节点发出求救信号，及完成使用者移动终端平台与救生系统节点装置之间信息的传输；中央处理控制单元3为连接nfc通讯单元及lora通讯节点单元的微处理器及相关电子线路；完成对nfc通讯单元及lora通讯节点单元的控制操作，数据预处理及信息格式的转换；lora节点（node）通讯单元4为基于lora通讯协议与lora网关进行连接并作为lora节点（node）进行数据传输的电子线路模块；可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块；lora网关（gateway）通讯单元5为基于lora通讯协议与单路或多路lora通讯节点组成联网并进行数据传输的电子线路模块；同时lora网关完成通讯协议的转换，将lora通讯信息以ethernet或任何预先设定的无线通讯方式与后台网络服务器或应用服务器进行数据的传输；此单元可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块或设备；系统应用服务器单元6为与lora网关设备进行数据通讯并进行数据后台操作的单元模块，包括计算，存储，显示输出等处理操作；此单元在架构上可细分为网络服务器，用户应用服务器等多种形式数据后台设备；取决于搭载lora网关的平台，后台服务器与lora网关设备的通讯可以是任何无线或有线通讯方式。

本实施例实现一种基于nfc和lora通讯及无人机技术的智能救生系统，包括以下步骤完成对救援目标发出的求救信息，包括通过移动平台导航系统提供的位置信息等进行采集的过程：

s1:系统使用者，即待救援目标，在紧急情况下将具备nfc功能的移动终端平台，如智能手机或平板电脑等平台，靠近nfc/lora智能救生系统检测节点装置约10厘米之内；以接触或非接触方式激活lora节点装置；

s2：nfc/lora智能救生系统检测节点装置经由nfc通讯被激活，通过预先设定的频率以lora通讯协议发送求救信号；

s3:系统使用者通过移动终端平台上的应用app输入文字求救信息并可嵌入移动终端平台所具备的物理位置导航等环境信息，将移动终端靠近nfc/lora智能救生系统检测节点装置约10厘米之内；通过nfc通讯将信息传输至lora节点装置；

s4：nfc/lora智能救生系统检测节点装置将接受到的使用者文字及其他信息集成在求救信息中通过预先设定的频率以lora通讯协议进行发送；

s5：搭载lora网关或其他lora通讯信息接受装置的无人机平台被投放在目标区域，搜索lora节点装置所发送的lora通讯信号；

s6：lora节点装置所发送的通讯信号被接收，lora网关与lora节点装置建立网络通讯，进而lora网关将接收到的救援目标求救信息通过预先设定的通讯协议发送至后台应用服务器，完成救援目标信息采集过程。

实施例二

如发明附图2所示，本实施例演示实现一种基于nfc和lora通讯及无人机技术的智能救生系统，完成对救援目标发出的求救信息，包括通过移动平台导航系统提供的位置信息等进行采集的过程。

在本实施例中，一种基于nfc和lora通讯及无人机技术的智能救生系统，包括nfc/lora智能救生系统检测节点及nfc/lora智能救生系统无人机网关，完成以nfc/lora节点通讯方式发出求救信息，以无人机远程投放lora网关通讯设备方式接收相关信息的救援救生过程与方法；本实施例实施方式由依次相连的移动终端单元1，nfc通讯单元2，中央处理控制单元3，lora节点（node）通讯单元4，lora网关（gateway）通讯单元5及系统应用服务器单元6所构成。

本实施例中的移动终端单元1为具有nfc功能的智能移动终端，包括智能手机，平板电脑以及具有nfc读取功能及相应控制软件的专用移动终端装置；用于系统使用者用以激活系统，发送求救信号及文字信息的用户操作终端平台；nfc通讯单元2为基于nfc（nearfieldcommunication，近场通讯）协议与系统用户的移动终端进行近距离数据交互的通讯模块，由任何形式的nfc接收天线及nfc功能模块构成；完成以非接触或接触方式激活救生系统节点发出求救信号，及完成使用者移动终端平台与救生系统节点装置之间信息的传输；中央处理控制单元3为连接nfc通讯单元及lora通讯节点单元的微处理器及相关电子线路；完成对nfc通讯单元及lora通讯节点单元的控制操作，数据预处理及信息格式的转换；lora节点（node）通讯单元4为基于lora通讯协议与lora网关进行连接并作为lora节点（node）进行数据传输的电子线路模块；可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块；lora网关（gateway）通讯单元5为基于lora通讯协议与单路或多路lora通讯节点组成联网并进行数据传输的电子线路模块；同时lora网关完成通讯协议的转换，将lora通讯信息以ethernet或任何预先设定的无线通讯方式与后台网络服务器或应用服务器进行数据的传输；此单元可以是任何在微处理器控制下或集成嵌入式微处理器以完成此项功能的电子线路模块或设备；系统应用服务器单元6为与lora网关设备进行数据通讯并进行数据后台操作的单元模块，包括计算，存储，显示输出等处理操作；此单元在架构上可细分为网络服务器，用户应用服务器等多种形式数据后台设备；取决于搭载lora网关的平台，后台服务器与lora网关设备的通讯可以是任何无线或有线通讯方式。

本实施方案实现一种基于nfc和lora通讯及无人机技术的智能救生系统，包括以下步骤完成对救援目标发出的求救信息进行采集，lora网关通过lora通讯自备定位功能分析获得救援目标位置信息的过程：

s1:系统使用者，即待救援目标，在紧急情况下将具备nfc功能的移动终端平台，如智能手机或平板电脑等平台，靠近nfc/lora智能救生系统检测节点装置约10厘米之内；以接触或非接触方式激活lora节点装置；

s2：nfc/lora智能救生系统检测节点装置经由nfc通讯被激活，通过预先设定的频率以lora通讯协议发送求救信号；

s3:搭载lora网关或其他lora通讯信息接受装置的无人机平台被投放在目标区域，搜索lora节点装置所发送的lora通讯信号；

s4：lora节点装置所发送的通讯信号被接收，lora网关通过lora通讯自备定位功能解析获得lora节点位置信息；

s5：lora网关将呼救位置信息通过预先设定的通讯渠道发送至后台应用服务器，完成救援目标信息采集过程。