臺灣博碩士論文加值系統

臺灣地狹人稠又經常受到颱風、地震及瞬間大雨等災害侵襲，再加上人為開發破壞與不當建設造成居住品質與安全受威脅，這包含山坡地不當開發(如露營區、高山蔬菜種植等)造成土石流危害、近期深澳電廠興建以及中國大陸境外移入物所造成空氣品質不良等。另外，大雨期間水門未關等人為管理不當造成災害亦時有所聞，而環境與城市安全是人們生存的基本需求，尤其居住在城市中的人們，如何能快速得知風險及即時應變，變成重要課題之一。
近年來因無線通訊技術與物聯網技術演進，使得智慧城市的實現變的可能， LoRa是一種新型長距離低功耗的無線通訊技術，並且使用免執照頻段（Unlicensed band）作為其工作頻段。然而其長距離低功耗特性，便將此無線傳輸技術實作低功耗廣域網路LPWAN(Low-Power Wide-Area Network)的網路架構，以實現於廣域範圍的物聯網應用。
本研究試圖驗證其無線涵蓋範圍及其限制，提供未來實際佈建基地台設置參考。同時基於LoRa無線通訊、LoRaWAN規範及物聯網技術，建構環境感測裝置應用於智慧城市之基礎架構與應用服務。
LoRa無線通訊傳輸與LoRaWAN經實際驗證後，其傳輸距離能夠達到15公里以上，而傳輸過程會受建築或地形遮蔽所影響。未來佈建基地台時，需於易受遮蔽的地點增加小型基地台，以降低資料傳輸過程中的訊號強度不足的疑慮。
經實際於室外與室內試驗地點的資料傳輸試驗，感測資料上傳(Uplink)的接收成功率均有98.43%±2.11%，指令資料下傳(Downlink)的接收成功率均有97.46%±3.56%。而基於智慧城市所開發的應用服務包含使用者介面，歷史資料查詢與警示訊息通報等應用服務，能提供使用者即時掌握城市環境的相關訊息。

Taiwan is a small island, which is highly populated. Due to the special location, Taiwan often hit by typhoons, earthquakes, and heavy rains. Living quality and safety threatened by the development of man-made destruction and improper construction. Including the improper development of hillsides (such as camping areas, high mountain vegetable cultivation, etc.) caused landslides, construction of the Shenao Power Plant and the overseas transfer of polluted air and particulate matter from China mainland have resulted in poor air quality recently. In addition, improper management of human negligence caused disasters heard from time to time. The environmental and urban safety is the basic survival needs of people, especially people living in cities, how quickly learned the risk and immediate response, become a most important issue.
In recent years, due to the evolution of wireless communication and Internet of Things technology, the realization of smart cities has become possible. LoRa is a new long-range and low-power wireless communication technology. It uses unlicensed bands as its operating band. However, its long-range and low-power characteristics, wireless transmission technology, will be used and implemented into a low-power wide-area network (LPWAN) structure, in order to achieve the wide-area Internet of Things applications.
In this study, including validating LoRa wireless coverage and limitations, providing a reference for the actual deployment of base stations in the future. Moreover, at the same time, develop an environmental sensing device applied to the infrastructure and application services of the smart city based on LoRa wireless communication, LoRaWAN specification and Internet of Things (IoT) technology.
After validating, transmission distance can above more than 15 kilometers, while buildings or terrain masking will affect the transfer process. In the future, when deploying base stations, small base stations need to be added at the vulnerable place of shelter to reduce the lack of signal strength during data transmission.
According to the actual data transmission experiment in the outdoor and indoor test place, the receiving success rates of the uplink sensing data is 98.43%±2.11%, and the receiving success rates of the downlink command data is 97.46%±3.56%.
The service-based applications developed by Smart Cites include user interface, historical data query, and warning messages notification services, which can provide users with instant information about the urban environment.

摘要 i
Abstract iii
致謝 v
圖目錄 ix
表目錄 xiv
第一章 前言 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 智慧城市的發展 3
2.2 城市安全介紹 7
2.3 物聯網 9
2.4 無線通訊技術 12
2.5 LoRa特性與簡介 17
第三章 基礎理論 19
3.1 LPWAN 19
3.1.1 LPWAN簡介 19
3.1.2 LPWAN網路拓樸 21
3.2 LoRa無線通訊 23
3.2.1 LoRa簡介 23
3.2.2 LoRaWAN 24
3.3 MQTT 30
3.3.1 MQTT通訊協定簡介 30
3.3.2 MQTT運作流程 30
第四章 系統架構與方法 35
4.1 系統設計 35
4.2 環境感測整合系統架構 36
4.2.1 硬體整合 37
4.2.2 軟體設計 53
4.3 環境感測整合系統應用服務64
4.3.1 使用者監控介面 64
4.3.2 歷史資料查詢 66
4.3.3 警示資訊通報 68
第五章 結果與討論 70
5.1 感測裝置資料傳輸試驗 70
5.2 使用者監控介面 81
5.3 歷史資訊查詢服務 83
5.4 警示訊息通報服務 85
第六章 結論與建議 86
6.1 結論 86
6.2 建議 87
參考文獻 88

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