基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

劉津昕

摘 要：和傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)相比較而言，智慧路燈系統(tǒng)具有更加可觀的應(yīng)用效果和便利性。本文從路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一系列問題概述開始，分別從智慧路燈系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、智慧路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、智慧路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)、智慧路燈維護(hù)設(shè)計(jì)四個(gè)方面入手，對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和研究。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智慧路燈系統(tǒng);設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU113.6+6;TP391.44;TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）01-0030-02

0 引言

隨著我國(guó)的城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，各種各樣的配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也是借此東風(fēng)取得了突破性進(jìn)展。而其中最具有代表性的、與人民生活關(guān)系最為密切的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施正是路燈系統(tǒng)，傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中存在一些不足之處，造成了電能浪費(fèi)、搶修緩慢等問題，而智慧路燈系統(tǒng)的出現(xiàn)則從根本上解決了這些問題，因此我們有必要對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

1 路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

城市生活相對(duì)于農(nóng)村地區(qū)而言具有更高的便利性，而照明系統(tǒng)恰好是其中最具有代表性的、最能給人們提供便利的配套設(shè)施之一，當(dāng)然與此同時(shí)城市照明系統(tǒng)也無(wú)時(shí)無(wú)刻不在消耗著巨大的電力能源。在這種情況下，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)就顯得格外具有必要性，它除了能夠有效的提升運(yùn)行維護(hù)自動(dòng)化水平、降低運(yùn)維成本之外，還能夠讓路燈系統(tǒng)的照明功能更加多樣化，以便于適應(yīng)更多種的復(fù)雜場(chǎng)景照明需求，可以說是從根本上提升了城市路燈系統(tǒng)的使用效果[1]。

具體來(lái)說，智慧路燈的實(shí)現(xiàn)原理如下：（1）智慧路燈是一種以電力線載波通信技術(shù)和無(wú)線GPRS/CDMA通信技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)路燈進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的新型路燈系統(tǒng)，它能夠結(jié)合車流量調(diào)整路燈亮度、在發(fā)生故障的時(shí)候自動(dòng)報(bào)警、還具有、燈具線纜防盜、遠(yuǎn)程抄表等功能。（2）智慧路燈系統(tǒng)主要可以分成軟件及硬件系統(tǒng)兩部分，大致可以分成通信層數(shù)據(jù)采集層、應(yīng)用處理層和交互層。其中軟件平臺(tái)優(yōu)勢(shì)智慧路燈系統(tǒng)的核心構(gòu)成，通過地圖的方式，迅速定位路燈并進(jìn)行管理，包括設(shè)置單燈或組燈的調(diào)度策略、提供路燈的各類報(bào)表等功能。（3）基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈系統(tǒng)能夠?qū)衅骷懊總€(gè)節(jié)點(diǎn)控制器進(jìn)行控制。同時(shí)系統(tǒng)還具備GIS定位功能，可以對(duì)路燈進(jìn)行定位并顯示。最后，移動(dòng)控制終端具備單燈控制、故障定位等功能，方便維護(hù)人員檢修路燈和進(jìn)行移動(dòng)管理。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智慧路燈系統(tǒng)是新的時(shí)代背景下出現(xiàn)的一種路燈設(shè)計(jì)新思路，作為智慧城市建設(shè)的重要構(gòu)成部分，在城市的穩(wěn)定運(yùn)行方面發(fā)揮了不可替代的積極作用，整體的運(yùn)行基于數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)、底層數(shù)據(jù)處理和收集則以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為根據(jù)。因此，在基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈系統(tǒng)（見圖1）設(shè)計(jì)中，其本身也應(yīng)該是分層次的。

首先需要強(qiáng)調(diào)的是感知層，這個(gè)層次和傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)相同，主要是不同的傳感器構(gòu)成的。當(dāng)然也有一定的不同之處，那就是智慧路燈系統(tǒng)的感知層傳感器都設(shè)置在路燈桿上，智慧路燈桿裝備有智能的LED燈、傳感器、攝像頭燈設(shè)備，同時(shí)能夠?qū)⒖刂菩盘?hào)、設(shè)備狀態(tài)等通過網(wǎng)絡(luò)上傳到上層系統(tǒng)中。為了確保感知層路燈系統(tǒng)的正常運(yùn)行，我們主要需要做的就是要強(qiáng)化路燈桿的配置管理工作，比如說對(duì)路燈桿傳感器的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、合理配置傳感器的參數(shù)、準(zhǔn)確設(shè)計(jì)攝像頭系統(tǒng)等等，另外在傳感器出現(xiàn)故障的情況下，需要從上層系統(tǒng)獲取故障原因和故障信號(hào)進(jìn)行分析，及時(shí)恢復(fù)智慧路燈桿的正常運(yùn)行。在智慧化城市的新模式越來(lái)越普及的今天，許多二三線城市也開始了智慧城市建設(shè)步伐，而在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持之下，對(duì)路燈系統(tǒng)進(jìn)行智慧設(shè)計(jì)則是智慧化城市建設(shè)中最重要的一部分內(nèi)容。其次要提到的是匯聚層，匯聚層顧名思義指的就是對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)收集的系統(tǒng)，其能夠?qū)鞲衅鳌z像頭等設(shè)備記錄下來(lái)的信息進(jìn)行存儲(chǔ)和計(jì)算。舉個(gè)例子來(lái)說，智慧路燈桿上配備的溫度傳感器、攝像頭（見圖2）、電子屏幕等等能夠?qū)崟r(shí)記錄和測(cè)定路燈桿周邊的車流量、人流量、溫度等數(shù)據(jù)，匯聚層的主要功能就是對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和計(jì)算，并且結(jié)合大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和深度分析，從而最終匯總成對(duì)城市管理有用的數(shù)據(jù)，確保城市主體的正常運(yùn)行[2]。

2.2 智慧路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）必須要做好中央處理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。路燈控制系統(tǒng)一般來(lái)說可以分成中央處理系統(tǒng)和信號(hào)傳輸系統(tǒng)，目前我國(guó)大部分城市都尚未引入中央處理系統(tǒng)，想要實(shí)現(xiàn)路燈的智能化控制基本上是毫無(wú)可能。所以，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)對(duì)智慧路燈的中央處理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)勢(shì)在必行，中央處理系統(tǒng)一般能夠?qū)鞲衅鞯仁占降男畔⑦M(jìn)行處理和分析，同時(shí)將不同的控制信號(hào)回饋到其他子系統(tǒng)當(dāng)中，這樣一來(lái)只需要設(shè)置好中央處理系統(tǒng)中的芯片，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的整體控制。同時(shí)，我們還需要考慮到我國(guó)城市地區(qū)路燈系統(tǒng)的實(shí)際情況，我國(guó)的路燈分布非常密集、路燈數(shù)量非常多，如果在每一個(gè)路燈上都安裝中央處理芯片，其造價(jià)必然會(huì)非常高，所以可以采取區(qū)域化管理的思路，將不同路段的路燈分成不同區(qū)域，統(tǒng)一建設(shè)控制基站進(jìn)行智能化控制[3]。這樣一來(lái)，一個(gè)中央處理系統(tǒng)就能夠控制某區(qū)域內(nèi)的全部路燈，有助于節(jié)約成本。另外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度發(fā)展，擁有大數(shù)據(jù)處理能力的微型計(jì)算機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)，因此為了盡可能的降低成本也可以選擇微型計(jì)算機(jī)作為中央處理系統(tǒng)的核心部件，保證中央處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（2）務(wù)必要加強(qiáng)信號(hào)傳輸系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。中央處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行需要各種信號(hào)數(shù)據(jù)的支持，而信號(hào)傳輸系統(tǒng)正是傳輸信號(hào)、傳遞信息的功能組成部分。路燈系統(tǒng)是城市道路施工中不可或缺的一部分，能夠?yàn)槿藗兊囊归g出行提供支持和幫助，但是這種功能性往往也決定了路燈需要在惡劣環(huán)境下工作，必須要應(yīng)對(duì)惡劣天氣和自然腐蝕的挑戰(zhàn)。換而言之，智慧路燈信號(hào)傳輸系統(tǒng)必須要能夠抵抗外界因素的復(fù)雜影響，并且順利的將信號(hào)傳送到中央處理系統(tǒng)中。目前來(lái)看，相對(duì)比較成熟的一種信號(hào)傳輸技術(shù)為電信號(hào)傳輸，具有傳輸速度快、穩(wěn)定性突出、傳輸成本低的優(yōu)勢(shì)，但是同時(shí)它也具有一定的不足之處，那就是在雷雨天氣電信號(hào)穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生變化，很難保證信息數(shù)據(jù)順利傳輸?shù)街醒胩幚硐到y(tǒng)中。而利用光纖信號(hào)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，具有傳輸速率高、穩(wěn)定性突出、信息量大的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)階段光纖信號(hào)傳輸系統(tǒng)主要用于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳輸，應(yīng)用效果比較突出，因此在設(shè)計(jì)信號(hào)傳輸系統(tǒng)的時(shí)候最終選擇光纖信號(hào)手段。

2.3 智慧路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）要保證路燈照明時(shí)間系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效果。路燈系統(tǒng)存在的根本性目標(biāo)就是給夜間出行的城市居民提供便利，但是我們必須要認(rèn)識(shí)到夜間出行的人流量確實(shí)比白晝出行的人流量小，且存在嚴(yán)重的區(qū)域化差異，有的路段夜間人流量大、有照明需求，但是有的路段夜間基本沒有照明需求，只有根據(jù)實(shí)際情況確定照明時(shí)間，才能從根本上提升路燈系統(tǒng)的資源節(jié)約效果。而智慧路燈照明系統(tǒng)則能夠根據(jù)不同路段的人流量情況，自動(dòng)確定路燈的工作時(shí)間。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)智慧路燈照明時(shí)間控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是未來(lái)智慧路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可或缺的重要步驟。

（2）路燈照明亮度系統(tǒng)設(shè)計(jì)也值得我們進(jìn)行探討。路燈系統(tǒng)的耗能多少，除了取決于其工作時(shí)長(zhǎng)以外，還取決于工作時(shí)其照明的亮度。換而言之，我們必須要加強(qiáng)路燈照明亮度的控制效果，根據(jù)光電傳感器收集到的外界光照信息，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間段不同照明亮度的功能。舉個(gè)例子來(lái)說，城郊的一些非主干道車流量往往并不大，因此一般情況下不需要太大的照明亮度;市中心的城市道路周邊往往都是鱗次櫛比的高樓大廈，夜間霓虹燈閃爍制造出了良好的光照氛圍，因此一般只需要普通亮度的路燈就能滿足夜間出行所需，如果不考慮這些實(shí)際情況、采用統(tǒng)一的照明亮度，那么路燈系統(tǒng)的不必要消耗就會(huì)大幅度提升。所以，在路燈照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們必須要根據(jù)人流量、車流量、流量類型、流量集中時(shí)間段等信息做好判定工作，從而選擇最合理的設(shè)計(jì)方案，確保路燈的照明亮度既能滿足實(shí)際需求、又不會(huì)造成資源浪費(fèi)。

2.4 智慧路燈維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）通過對(duì)路燈系統(tǒng)工作信息的研究，確定某個(gè)區(qū)域的路燈能否正常運(yùn)行，利用物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是我們?cè)谠O(shè)計(jì)中的不二之選。日常工作信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)范圍主要在于：對(duì)路燈控制系統(tǒng)的控制效果進(jìn)行判別、對(duì)路燈工作效果進(jìn)行判別等等，將傳感器安裝到路燈桿上就能實(shí)現(xiàn)這些功能，在判別信號(hào)出現(xiàn)異常波動(dòng)的情況下，信息收集系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將問題上報(bào)到總控制室，為工作人員提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

（2）常見系統(tǒng)故障應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)是維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重中之重。路燈系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，該片區(qū)域的夜間照明、人員出行都可能受到負(fù)面影響。為了降低出現(xiàn)故障的幾率、為了將故障帶來(lái)的影響降到最低，必須要做好常見故障應(yīng)急系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。就比如說備用照明燈就是最具有代表性的一種應(yīng)急設(shè)備，其電路和路燈電路是互不相連、獨(dú)立存在的，在路燈照明電路發(fā)生故障的時(shí)候備用照明燈就會(huì)自動(dòng)打開保證夜間照明效果。同時(shí)，想要確保維護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際作用，還需要設(shè)計(jì)警報(bào)系統(tǒng)，利用光纖信號(hào)傳輸系統(tǒng)將警報(bào)系統(tǒng)和總控制室連接起來(lái)，在路燈運(yùn)行出現(xiàn)故障的時(shí)候，警報(bào)系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間示警，這樣一來(lái)維修人員就能第一時(shí)間找到故障點(diǎn)的位置、判斷故障的類型，從而及時(shí)做好檢查搶修的工作[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

智慧路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，稍有不慎就會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量問題。因此在今后的工作中，我們必須要從智慧路燈的控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、維護(hù)系統(tǒng)等方面分別切入，結(jié)合最先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在充分了解總體設(shè)計(jì)思路的前期下做好智慧路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。

參考文獻(xiàn)

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