蒲玲玲 杨柳 刘恒 李帅

摘要：我国公路覆盖面积广阔，其中有很多公路隧道。截至2019年，我国公路隧道总长度达到18 966.6 km。在隧道健康问题的监测方面，常采用传感器自动监测隧道健康信息;在数据传输方面采用有线传输时，有布线困难、会限制传感器的布置范围、电线使用寿命有限和能耗大等缺点，故采用无线通信的方法来避免这些缺点。在公路隧道无线通信系统中传感器通常采用电池供电，使传感器的布局范围更加广且布局更加自由。考虑在隧道内无线通信技术运用较广泛的有ZigBee、WiFi和LoRa。文章基于这3种无线通信技术在公路隧道内的通信方案做介绍和对比，对其节能性和可靠性做出简述，并分析了现今公路隧道内无线通信现状，探讨了公路隧道内无线通信的不足和未来发展的展望。

[基金项目]轨道交通工程信息化国家重点实验室（中铁一院）开放基金项目（项目编号：SKLK18-05、SKLK18-06）;四川省科技计划项目（项目编号：2020YFG0303、NO.2020YFH0111）;成都市科技项目（项目编号：2019-YF05-02657-SN）

[作者简介]蒲玲玲（1998—），女，在读硕士，研究方向为边缘计算;刘恒（1983—），男，博士，讲师，硕士生导师，研究方向为移动通信与工程信息化;李帅（1997—），男，在读硕士，研究方向为大数据技术。

[通信作者]杨柳（1978—），女，博士，高级实验师，硕士生导师，研究方向为移动通信與工程信息化。

随着经济发展，人们对生活质量要求越来越高，各地迅速城市化，使得交通发展迅速，公路建设规模也随之扩大。现今我国已经是世界上公路发展最快，拥有公路隧道数量最多的国家[1-3]。由于隧道环境的特殊性，隧道健康问题成了公路运维的重要问题。引起隧道健康问题的因素有很多，如当地的地质条件、地下积水情况、地面建筑物的开发以及隧道自身的负荷能力等。这些都将会对隧道结构产生影响，从而影响到隧道的健康。对于那些变形严重或对变形监测要求高的地段，如果不能对其进行自动的、连续的、长期的变形监测，则很难及时发现险情，将会对隧道安全造成严重的威胁[4]。隧道安全管理问题成为了公路和地铁建设和运营管理单位关注的焦点[5]。

为了预防隧道内危险事故发生，对隧道进行定期的健康监测是必要的。而引起隧道健康问题的原因多种多样，故对隧道内可能存在的健康问题的监测也相对其他公路复杂且繁多。如果使用传统的人工方法对隧道健康状况进行检测，存在观测周期过长、投入人力物力多、影响隧道内车辆正常行驶等诸多问题。因为隧道健康问题是一个长期存在的问题，所以对隧道健康的监测也具有长期性。采用传感器自动监测隧道的健康状况可以避免人工检测的缺点。传感器采集到数据后，将数据发送给收集采集数据的数据中心，数据中心将这些数据进行处理后发送给管理员查看。处理后的数据可以直接判断隧道的健康是否出了问题，是否需要维护，管理员可以查看反馈的内容做出相应反应。

在将传感器监测的数据进行传输时，因为隧道内有窄且障碍物较多的特点，常有积水等问题，若采用有线传输方式，存在布线复杂，会限制传感器在隧道内的布局，线路使用寿命短且耗电量大的问题，并且需要投资财力较多。故大多采用无线传感器网络来进行数据传输，可有效的避免有线传输的不足。将传感器监测到的数据用无线传输的方式进行传输，既可以节约电耗，也可以使传感器的布局更加自由，防止监测死角的出现。

本文就公路隧道内运用较广泛的无线通信方案进行介绍和对比，并探讨当下无线通信的不足和对未来无线通信的展望。

1 公路隧道无线通信方案

现有的无线局域网组网技术比较成熟的数据传输方案包括： WiFi、蓝牙、ZigBee和LoRa等技术，各个无线通信方式适用于不同应用场合，各种无线通信数据传输方案特性见表1。

在评判公路隧道内通信技术的好坏时，低功耗和高穿透力是较重要的指标。由表1可见，LoRa无线通信技术具有较其他3种无线通信技术都低的功耗和更强的穿透力。而WiFi的带宽是其它3种通信技术远比不上的。WiFi、蓝牙和ZigBee所处频段均为2.4 GHz，而LoRa所处频段为423～510 MHz，长期看来可以避免2.4 GHz频段拥堵造成的数据传输延迟问题。蓝牙有着距离近、功耗大、组网复杂、连接数受限制的天生弱点，已逐步被用户废弃[6]。

现如今隧道内运用较广泛的传输方案为ZigBee、WiFi和LoRa，故本文主要对基于ZigBee、WiFi和LoRa 3种通信技术设计做出介绍。

1.1 基于ZigBee的无线通信方法

1.1.1 ZigBee简介

ZigBee的名字源于蜂群使用的赖以生存的通信方式，蜜蜂通过跳Zigzag形状舞蹈来分享新发现的食物源位置、距离和方向。该技术是一种近距离、低复杂度、低速率、低成本的双向无线通信技术。它通过采用休眠模式达到低功耗的效果。可嵌入各种设备，支持地理定位功能，具有唤醒时延短、通信时延短、网络容量大、采用碰撞避免策略和AES-128的加密算法等特点。它工作在2.4 GHz的ISM频段，传输速率20～250 kb/s，距离为10～75 m。主要用于工业控制、传感和远程控制技术。它根据IEEE 802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。

1.1.2 基于ZigBee的无线通信系统设计

使用ZigBee方式通信，功耗低且布设方便[7]。ZigBee通过串口与主控器连接，主控器上同时也连接着其它传感器，传感器监测到信息后，将信息传输给主控器，主控器再传输给ZigBee进行发送。当功能较少时，主控芯片常用CC2530，功能较为庞大时，除了使用CC2530外还需添加其它主控芯片。使用ZigBee建立无线传输网络，通常需要3类节点，这3类节点包括：采集节点、路由器节点、协调器节点[8]。此外还有一个汇聚节点。采集节点常为传感器节点，主要负责采集数据;路由节点负责收集传感器节点采集的数据，然后发送给汇聚节点;汇聚节点再统一将数据发送到数据管理中心;协调器节点负责管理整个网络的信息。

潘国荣等[9]设计了一种对隧道内机器人通信的系统，系统设计见图1，此系统中ZigBee的拓扑结构为星状拓扑结构，即组建星状的局域网。其中节点的类型包括中心节点，中继节点和终端节点。计算机控制中心只需要和中心节点连接，从中心节点接收数据和发送命令。隧道内只有最后一个机器人与终端节点连接，其它都直接与中继节点连接。机器人接收或者发送数据均一路通过中继节点到达中心节点。

ZigBee的星状网络拓扑结构中各节点只能直接与中心节点通信。在该网络中使用中继器，可以使终端节点先将数据发送到中继节点，然后再将数据一起汇聚到中心节点，以此增大传输距离。但此种方法仅适用于较短的隧道，且中继节点接入太多，不能保证数据传输的可靠性，系统具有不稳定性。

为更方便地管理隧道，将隧道内监测的数据远距离的传输到客户端，然后管理者可以直接通过手机查看监测数据并管理隧道内终端的工作。曾熙鸿等[4]设计了一个远程地铁隧道断面监测与预警系统。系统主要由监测点和云服务器监控中心组成。监测点以CC2530作为主控芯片。在数据传输方面采用ZigBee与GPRS相结合的无线传输方案，在隧道内采用ZigBee通信技术作为近距离无线通信方式，在靠近地铁站处连接GPRS网络作为远距离通信方式。系统结构设计如图2所示。传感器采集到的数据先经ZigBee网络传输到地铁站处，再经过协调器将数据封装为GPRS数据包，最后经GPRS传输到云端，供读取和存储。

公路隧道内一般会设有隧道照明系统，但是常会出现灯具损坏的问题，且出现灯具损坏后，很久才会有工作人员发现并进行更换。为解决灯具损坏不能及时更换的问题，可将灯具添加故障自动监测和定位功能，实现自监测，自定位。工作人员只需要收到信息后更换新的灯具即可。隧道照明消耗了很大一部分隧道内电能源，故节约电能源也是改进隧道照明的一个方向。周华妹等[10]设计了一个智能照明控制系统，系统通过ZigBee实现灯具0～10V的智能调光、故障监测和定位。在该系统中，将ZigBee网络的拓扑结构设置为树状网络结构，协调节点安装在隧道中间，每一个树的支路控制一段隧道内的灯具。系统的主控制器与隧道内多个ZigBee协调器通过RS485有线连接，主控器为工业控制计算机或者PLC控制器，ZigBee协调器再以无线的方式连接ZigBee路由器和ZigBee终端设备。主控器通过协调器收集的隧道环境信息，再建立模糊算法计算出当前隧道需要的亮度值，然后控制ZigBee网络进行调光，与传统隧道相比，节能率达到55 %。

为解决隧道内调光系统光色单一，满足人眼视觉效应，张军朝等[11]等设计了一套基于LED的光色动态可调的隧道照明系统。结合调光技术推导出三通道光色动态调节模型。系统总体架构如图3所示，同样采用ZigBee结合GPRS通信方式来实现远距离传输。其中ZigBee无线通信网络采用星状网络拓扑结构，每个LED都有一个ZigBee终端节点。光色调节程序在上位机控制平台，控制系统收集到隧道内环境，算出不同路段的色温值和亮度值，再经GPRS和ZigBee网络将数据传输到分控制器，由分控制器控制LED灯组的色温和亮度值。

1.1.3 ZigBee技术中的节能设计

在隧道内采用无线传感器网络对数据进行监测代替人工检测数据，将有线传输方式进一步发展为无线传输方式，均极大程度上节约了人力财力。虽然无线传感器网络可以替代人工检测隧道健康的情况，但是无线传感器节点往往由电池供电，由于电池只能存储有限的能量，使得无线传感器注定寿命很短[12]，当电能耗尽，还是需要人工更换电池。故为减少电池更换频率，需在节点节能方面做出改进。

彭毅弘等[13]设计了软件算法来控制节点的睡眠模式，从而延长节点的寿命。考慮不同的需求，在软件上设置了2种监测模式，一种是被本地控制中心唤醒，然后监测数据，第二种是周期性的自我唤醒，然后采集数据。相比正常工作模式下的节点，降低了电能消耗。廖凯等[14]在ZigBee网络的低功耗上做出设计。网络内节点采用3种唤醒方式：心跳模式唤醒、采样模式唤醒、突发模式唤醒。心跳模式周期短可用于时间同步和突发模式网络唤醒;采样模式周期较心跳模式长，以保证数据可靠传输到汇聚节点;突发模式是用于工作人员携带其它传感器采集信息，在终端节点上设置硬件开关唤醒网络，通过ZigBee网络将数据传输到汇聚节点。经过功耗测试发现，采用低功耗策略的ZigBee网络工作的时间是正常模式节点工作时间的3倍。在很大程度上节约了电能消耗。

1.1.4 ZigBee技术的传输可靠性设计

虽然ZigBee是一种高可靠的无线数据传输网络[15]，信号传输的可靠性有一定保证，但在隧道通信系统中除了ZigBee网络通信还可增加其它通信方式，如进行长距离传输的GPRS，传感器采集的模拟信号经有线传输到主控芯片。为使其它设备也能可靠的处理数据或传输数据。对于GPRS传输的可靠性方面，可以自定义通信协议以减少GPRS的丢包率[4]。对于传感器采集模拟信号方面，可以将模拟信号接入电路进行放大和滤波，再用主控芯片将模拟信号转换为数字信号[14]，从而提高了系统信号传输的准确性和可靠性。

1.1.5 隧道场景下应用ZigBee技术的优劣性

ZigBee具有低功耗，短时延和网络容量大等优点，同时具有出色的自组网能力和自愈能力。当网络内出现不能运作的节点时，可以自动进行网络修复，不影响整个网络运行。

但ZigBee的穿透能力较弱，在窄且障碍物多的隧道可能会出现通信困难的情况，可以利用ZigBee网络容量大的特点，将特殊障碍位置部署ZigBee设备，从而避免出现通信困难的情况。

1.2 基于WiFi的无线通信方法

1.2.1 WiFi简介

WiFi是Wireless Fideuty的缩写，是一种短距离的无线局域网数据传输技术。WiFi的网络拓扑结构主要由无线网卡和许多基站AP（Access Point）组成，能够在其覆盖范围内形成蜂窝小区，并且基站在各蜂窝小区内可以实现全网覆盖[16]。WiFi的组网系统主要包括无线站点、AP节点。站点和节点间可以实现级联连接或组建局域网，站点可以实现几乎Hub的所有功能[17]。

1.2.2 基于WiFi的无线通信系统设计

WiFi是最常见的近距离无线通信技术，传输速率快，在地铁隧道应用较多[18]。为了使设备能在隧道内连入网络，常隔一段距离就会设置一个AP节点。在这种方式下，若要定位隧道内的工作人员，可以让工作人员手持终端设备，通过判断终端连接的AP节点的位置和信号强度来确定工作人员所处位置[19]。通常还可以使用中继器来实现WiFi覆盖。使最前面的WiFi节点尽可能的以最大速率向后面的节点发送数据，再由中继节点转发，经测试这种无线传输的距离达到1.5 km[20]。

田青等[21]基于WiFi多级桥接技术设计了隧道内通信系统。主要通信设计如图4所示，信号传输结合了4G网与WiFi多级桥接技术。WiFi多级桥接模块分为3部分，后端为4G信号接收器，采用AP接入点模式对周围的4G信号进行接收;中端为中继器，负责传输和接收WiFi信号;前端为WiFi覆盖器，为现场提供WiFi网络。该方法可通过WiFi的高带宽实现现场可视化。但是此通信技术仅适合在地铁隧道中或者隧道施工过程中电能源有保障的时候使用。普通的公路隧道在经费有限的情况下难以提供充足的电源设施。

WiFi网络定位系统最早采用射频指纹匹配方法，该方法用最近K个邻居的平均坐标作为坐标估计。然后再利用接收信号强度作为进一步的坐标估计。陈菁菁等[22]基于WiFi探针设计了地铁内人员定位方式。让地铁内人员携带打开WiFi的设备，WiFi探针可以识别到一定区域内的设备的MAC地址，多个WiFi探针将收集到的数据融合处理，就能得出地铁内人员的运动轨迹。该技术可以运用在地铁隧道工作人员的运动轨迹追踪，从而保障工作人员的人身安全。但是WiFi探针技术还不是很完善，可能会出现重复上报同一个设备的MAC地址，或者漏报设备的MAC地址等情况，在运动轨迹追踪上还具有一定时间的延迟。要在隧道内大范围使用该技术，还需要进一步的发展。曹文超等[23]对地铁内WiFi探针监测到数据有重复和缺失等问题给出改进方法：如果5 min内产生了重复数据，则不记录重复数据;根据探针的监测距离，网格化布局探针;对监测到的数据进行平滑处理。使用改进后的方法较改进前的误差小，精确度也得到了提高，可以提供参考。

1.2.3 WiFi技术中的节能设计

WiFi耗能相对于ZigBee和LoRa都高，若要将WiFi技术运用在隧道内，必须对WiFi的低功耗做更进一步研究。目前大部分研究都从硬件和软件方面考虑降低能耗。硬件方面选取合适元件是节能关键，软件设计不同的通信协议和优秀的路由算法来达到节能目的。李秀凤等[24]从通信层面提出改进的节能方案。建立模型估算出数据在WiFi接入点和服务器之间传输的往返时延，使终端可以动态地判断传输数据的间隔时间，以减少不必要的唤醒，从而降低功耗。实验仿真结果显示，该方法可以显著的提高能耗使用率，降低能耗的浪费。

1.2.4 隧道场景下应用WiFi技术的优劣性

WiFi可以很方便的让人和人或设备之间进行通信，且传输带宽大，但其耗能高，需要视现场情况与需求判断是否需要使用WiFi来进行通信。若在隧道修建时需要监测其状况，因修建时工作人员较多，且部署WiFi设备的要求容易达到，故可以使用WiFi来进行无线通信。而在平常的隧道健康监测中，由于成本和功耗均较高，采用该方式需要谨慎判断。

1.3 基于LoRa的无线通信方法

1.3.1 LoRa简介

LoRa是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。LoRa技术的网络架构是一個典型的星形拓扑结构，在其拓扑架构中，LoRa网关与服务器通过标准IP连接，而终端设备采用单跳与一个或多个网关通信，所有的节点均是双向通信[16]。LoRa技术因低功耗、自组网、通信距离远、抗干扰能力强等特点而逐渐应用到传感器通信领域[25]。

1.3.2 基于LoRa的无线通信系统设计

LoRa无线通信技术也是隧道内常用的通信技术。在隧道内通过传感器监测隧道的健康信息，然后将数据发送给LoRa模块，LoRa模块再发送到由LoRa组成的传感器网络，最终将数据汇总于汇聚节点[26]，汇聚节点再发送给管理端，让工作人员查看隧道健康数据。

LoRa具有极低耗电量的优点，并且可以将其设置休眠模式，在电耗方面，非常适合在隧道内使用。王大涛等[27]提出了一种低功耗供电的隧道健康监测系统。系统根据环境搭建了适宜的隧道监测传感器无线局域网，并且制定了监测中心节点与终端节点的通信协议。系统如下图5所示主要由监测终端节点和监测中心节点组成，监测中心节点负责对该项目监测区域内各个监测终端节点统一进行调度。为了实现低功耗的目标，当节点不工作时将节点设置为睡眠模式，延长电池寿命，需要工作时，设置主动周期唤醒和被动唤醒方式。此系统功耗低，可提供长达6个月的数据采集时间。

LoRa设备如果部署太密集，会出现频谱干扰。林华彬等[28]设计了一个基于LoRa无线技术的隧道照明系统，可根据天气状态、车流量等实时信息，自适应的完成隧道照明系统的控制。系统主要分为LoRa无线协调器、LoRa无线单灯控制器、LED照明灯具等。该LoRa无线网络的拓扑结构采用星型网络结构如图6所示。无线协调器采用广播的方式将数据发送给无线单灯控制器，当单灯控制器验证到命令中是自己的地址，就执行命令，否则不予执行。该方式可以有效防止数据传输拥堵。对LoRa之间的通信方式进行设计，可以在一定情况下避免干扰的发生。

LoRa设备在使用前，为区分彼此常需要进行ID配置。现今没有相应的自动配置设备，所以只能靠人工用调试助手完成ID的配置。这种方式存在效率低、错误率高等问题，严重制约LoRa技术在隧道内的推广应用。周华安等[29]等设计了一款可以一次性完成1台协调器和15台单灯控制器的ID配置系统。该系统投入运行后可实现0错误率配置ID，使得配置15台LoRa设备时间仅需要10 min。相比于两人配合所需时间至少30 min，减少了配置时间和难度。

1.3.3 LoRa技术中的节能设计

LoRa本身就具有超低功耗的特点，在此基础上还可以通过软件设计休眠模式进一步节能。处于休眠模式下LoRa设备的唤醒方式，常设置自身周期唤醒和被动唤醒两种方式。戴杨等[30]在使用软件设计节点休眠和唤醒的基础上还进行了进一步的设计。如ADR自动调整通信速率，提高能量利用率;多次采集的数据压缩为一条信息进行传输，从而减少传输的次数，降低能源消耗;同时也设计了紧急数据帧，当异常情况发生，紧急数据帧可以直接唤醒节点进行数据采集或者发送。经设计出来的系统已经稳定运行一年之久。

1.3.4 LoRa技术的传输可靠性设计

为避免LoRa设备之间信号相互干扰，可自定义传输协议，设备之间针对性的进行数据传输，避免或减小干扰情况。为将采集的数据及时传输到管理端，MAC层的协议是网络可靠性和稳定性的关键。梅大成等[31]将MAC层内已有的固定TDMA时隙分配策略改进为差异性的TDMA时隙分配策略，使实时性要求较高的数据可以分得较多的时间传输，以提高系统的实时性。

1.3.5 隧道场景下应用LoRa技术的优劣性

LoRa具有低功耗、高传输范围和穿透能力强等优点。在隧道内采用无线传输方式进行数据传输，要想系统能够长期稳定和在较少人工干扰的情况下运作，节能是关键。LoRa具有极低的功耗，能够极大的节省人力财力。并且具有较强的穿透能力，在隧道这种窄且障碍物多的情况下，使用LoRa进行数据传输能提高数据传输的准确性和可靠性。

但如果在一定范围内LoRa设备部署太多，则相互之间会出现一定的频谱干扰，影响信息传播的准确性。且在使用LoRa技术通信时必须要新建信号塔或工业基站，前期投入工程量较大。

1.4 公路隧道无线通信面临的挑战

通过设计无线网络通信技术，能有效的避免使用有线传输的布线复杂、线路易损坏、灵活性不高等问题。但是无线通信方式是利用电磁波信号在自由空间中进行信息交换的通信方式，其通信可靠性始终还是会受到隧道狭窄的影响。隧道内空间的几何特征和隧道内壁表面平整度会对无线信号的传输产生影响，且每天大部分时间都有列车或者车辆在隧道内频繁运行，会对信号的传播造成阻隔[32]。所以，要保障节点和节点之间信号准确的传输，需要对节点的部署位置进行测试和判断，避免发生信号传播被阻隔的情况。

由于大量公路隧道都是处于地下或者山下，隧道内会有很多积水，影响采集终端的健康和寿命。在有列车隧道内，除了有地下积水影响外，列车通过时产生的震动也会对监测节点造成影响，所以对设备的防水性、防潮性和耐震性也有要求。

修建在不同地方的隧道土质不一样，隧道修建完投入使用后，在不同土质处可能会有不同的健康损伤。应分析土质和隧道健康损伤的关系，对每个地方监测节点的具体部署位置和部署数量进行专门的研究，以达到最优的部署形式。

在地铁隧道内，列车运行时间长，频率高，维修工人进入隧道的时间和人员数量都有严格的限制。传感器布置后，电池难于更换，且由于在隧道内，无法使用太阳能供电，当电量消耗殆尽，节点就失去作用，因此，传感器节点硬件、软件、工作模式和通信协议的设计都要以节能为前提，最大限度延长节点寿命。

2 结论

在公路隧道内，为了节省人力财力，将数据的传输方式设计为无线传输方式。本文就目前在公路隧道内运用较多的无线通信技术做出介绍。对ZigBee、WiFi、LoRa 3种通信技术在公路隧道内的对比：

（1）LoRa兼备低功耗和高传输范围的优点，且LoRa的穿透能力较ZigBee和WiFi强，对于窄且障碍物较多的隧道具有比较靠谱的传输能力。WiFi、ZigBee等组网传输方式需要依靠有线串接的无线网关设备作为终端接入点，无法彻底摆脱对有线传输方式的依赖[33]，而LoRa可以实现无线传输。但需要新建信号塔或者基站，前期人力财力投入都较大。如果需要密集的部署通信设备，使用LoRa会出现频谱干扰的情况。

（2）当部署较多的ZigBee设备时，不会出现同LoRa一样的频谱干扰情况，且在此情况下不仅安全可靠，还能灵活的自组网，以保证系统正常的运行。但是ZigBee也存在收发单元间传输能力与适应性差等无线自组网技术通常存在的问题。

（3）WiFi的带宽是其它两种通信方式远远比不上的。并且WiFi可以做到除了传感器以外的其他设备，比如手机等设备的接入。但其成本和耗电都相对其它两种方式较高，应视情况选择是否需要用WiFi作为传输工具。

鉴于现今存在的问题，公路隧道内对于无线通信技术的进一步研究应该在几个方面：

（1）因为隧道内情况复杂，障碍物较多且常有车辆或者列车经过，为了信息传输时不受上述等问题影响。应考虑设计一个可靠的设备部署拓扑结构，保证数据在公路隧道内的传输可靠性。

（2）因为公路隧道常常在地下或者山下，所以不可避免隧道内常有积水。应考虑将监测节点进行安全封装，对封装方式进行研究，以保证节点可以在隧道内长期准确的工作。

（3）为了把钢用在刀刃上，应对隧道的物理结构进行分析，利用模型分析出其最易损坏的地方，在该地方部署适当数量的监测节点，更有效、高效的进行健康监测。

（4）应考虑结合大量隧道监测到的健康数据进行总体分析，设计一个模型或者算法，根据以往监测到的健康数据来预测以后隧道的健康情况，进而判断隧道健康年限，及时进行健康维护。

（5）应在终端低功耗技术上进行更进一步的研究。因为如果要将所有公路隧道都用傳感器终端来监测健康数据的话，必定会有海量的传感器通过无线网络进行数据传输。如果功耗太大，终端耗电迅速，需要耗费大量人力物力来更换传感器终端的电池，采用低功耗的终端，可以节省很多繁杂的工作。

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