智慧城市背景下的智慧路燈合理性設(shè)計

秦洪海

（石家莊市城市照明管護(hù)中心，河北石家莊 050021）

1 我國智慧城市及智慧路燈發(fā)展概述

智慧城市是一種先進(jìn)的通信技術(shù)，對城市功能服務(wù)體系數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集整合，利用信息的傳輸控制服務(wù)終端為城市居民提供相應(yīng)的服務(wù)。在城市的各個角落，都能夠看到城市照明設(shè)施。目前智慧城市處于概念階段，但城市智慧化發(fā)展一直在推進(jìn)中，在智慧路燈的設(shè)計和應(yīng)用中已經(jīng)取得一定的成果。

1.1 智慧路燈系統(tǒng)

我國在信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢迅猛，但智慧路燈設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展時間較短，路燈控制系統(tǒng)方面依然存在問題。在管理方面缺乏經(jīng)營謀劃，智慧路燈后期運(yùn)行維護(hù)困難，路燈在發(fā)生故障時，相應(yīng)的故障報修機(jī)制和數(shù)據(jù)收集延遲，導(dǎo)致路燈維修不及時，實際應(yīng)用效果不佳[1]。高精密的電子設(shè)備在自然環(huán)境侵蝕下發(fā)生故障概率提高，如果相關(guān)技術(shù)無法突破，智慧路燈的應(yīng)用會消耗巨大的人力物力，違背智慧路燈設(shè)計應(yīng)用的理念。

1.2 智慧路燈數(shù)據(jù)分析

智慧路燈實現(xiàn)智能管理和智能運(yùn)行的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)系統(tǒng)。在智慧路燈運(yùn)行過程中，控制系統(tǒng)能夠根據(jù)周圍的環(huán)境變化和照明需求調(diào)節(jié)照明設(shè)施的工作狀態(tài)，實現(xiàn)人性化的城市照明，根本在于數(shù)據(jù)的收集、傳輸、分析、決策。檢測設(shè)備收集相關(guān)數(shù)據(jù)，通過通信系統(tǒng)傳輸?shù)娇刂浦行?，?jīng)智能數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理整合，判斷照明設(shè)備工作模式，將結(jié)果反饋到照明設(shè)備，控制照明設(shè)備提供照明服務(wù)。但在當(dāng)前智慧路燈設(shè)計中，通信協(xié)議設(shè)計、控制軟件設(shè)計、數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計以及路燈控制管理系統(tǒng)設(shè)計都存在技術(shù)問題，導(dǎo)致其實際應(yīng)用價值不高，阻礙智慧路燈的普及應(yīng)用。

1.3 智慧路燈互聯(lián)

智慧路燈是智慧城市建設(shè)的組成部分，智慧路燈運(yùn)行管理需要擁有完善的管理體系，與智慧城市控制管理中心對接，在同一管理模式下實現(xiàn)自身功能價值。智慧城市建設(shè)過程中涉及智慧交通、智慧安防、智慧建筑等眾多領(lǐng)域和不同功能的設(shè)施，大量的信息處理工作和管理任務(wù)，智慧城市建設(shè)需要解決一些技術(shù)難題[2]。造前智慧路燈系統(tǒng)需要獨(dú)立設(shè)計開發(fā)，二者系統(tǒng)兼容存在一定的風(fēng)險，對智慧路燈設(shè)計造成一定影響。

2 智慧路燈設(shè)計的必要性分析

2.1 城市智能化發(fā)展的必然趨勢

智慧路燈作為城市最基本的公共設(shè)施，與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，智慧路燈的設(shè)計是實現(xiàn)城市智能化管理的基礎(chǔ)。當(dāng)前城市發(fā)展節(jié)奏加快，在城市基礎(chǔ)設(shè)施管理方面投入的資源過大，對城市的發(fā)展造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。就城市照明系統(tǒng)而言，照明系統(tǒng)的日常運(yùn)行需要設(shè)備的更換維修，投入大量的維護(hù)資金。通過智慧路燈設(shè)計應(yīng)用，智慧控制系統(tǒng)的監(jiān)測體能夠系完全取代人工路燈檢測維護(hù)工作，在路燈工作狀態(tài)異常時能夠自動報警，精準(zhǔn)對接調(diào)動維護(hù)管理部門進(jìn)行維修，降低維護(hù)成本。

2.2 降低城市能耗的有效途徑

隨著能源問題的日益嚴(yán)峻，我國可持續(xù)發(fā)展城市建設(shè)過程中，節(jié)能與環(huán)保是未來的主流趨勢，城市照明設(shè)備雖然經(jīng)常被人忽略，但消耗的能源數(shù)量巨大。城市人流量分布不均衡，城市照明系統(tǒng)通常需要徹夜工作，傍晚的工業(yè)園區(qū)人員流動少，依然有照明設(shè)備運(yùn)行，造成大量的能源浪費(fèi)[3]。智慧路燈的設(shè)計應(yīng)用，能夠通過智能控制中心的調(diào)節(jié)控制，對路燈的照明進(jìn)行科學(xué)調(diào)配，提高能源利用效率。

2.3 提高城市照明質(zhì)量

城市照明質(zhì)量是影響城市生活質(zhì)量的主要因素之一，在城市生活中，路燈作為公共照明設(shè)施隨處可見，但路燈能否正常工作是周圍居民最關(guān)心的問題之一，老城區(qū)樹木茂盛的街道適時開閉燈尤為重要，由于公共照明設(shè)備故障導(dǎo)致的人員傷害事件也時有發(fā)生。

城市照明質(zhì)量在局部區(qū)域欠佳，例如路燈照明時段與照明需求不符，在夏冬季晝夜時間明顯不同，但同一個城市內(nèi)傳統(tǒng)路燈監(jiān)控一般統(tǒng)一開閉燈，時間相對固定，導(dǎo)致照明出現(xiàn)真空期。此外，部分照明設(shè)備長期使用后，設(shè)備老化照明強(qiáng)度降低，無法提供理想的照明服務(wù)，智慧照明將徹底解決城市居民生活的困擾。

2.4 打造城市照明景觀

智慧路燈的設(shè)計應(yīng)用對于打造城市文化形象具有積極意義。隨著人們對城市景觀和環(huán)境的重視，城市照明設(shè)施已經(jīng)成為城市夜景的重要組成部分，是彰顯城市文化內(nèi)涵的重要平臺。

基于智慧城市的智慧路燈能夠提高城市照明景觀的科技含量，通過城市照明設(shè)施的控制，為人們提供更美麗的城市夜景。

3 智慧城市背景下智慧路燈設(shè)計

3.1 智慧路燈系統(tǒng)框架搭建及設(shè)計規(guī)劃

當(dāng)前城市智慧路燈的發(fā)展和應(yīng)用主要基于LED照明設(shè)備實現(xiàn)，城市傳統(tǒng)照明普遍更換為LED照明是實現(xiàn)智慧路燈系統(tǒng)的前提。智慧路燈系統(tǒng)框架的搭建與設(shè)計需要以智慧城市發(fā)展設(shè)計作為依據(jù)，以便城市智慧路燈能夠與智慧城市實現(xiàn)無縫對接。在智慧路燈框架中，主要包括照明終端（照明設(shè)備）、通信體系、中心服務(wù)器（包含數(shù)據(jù)處理以及網(wǎng)管）、照明監(jiān)控終端等。

照明終端主要功能是提供照明服務(wù)，即城市智慧路燈采用的燈具設(shè)備；通信體系包括智慧路燈數(shù)據(jù)采集傳輸及控制中心指令下達(dá)傳輸；中心服務(wù)器是控制智慧路燈系統(tǒng)的核心。通過數(shù)據(jù)分析處理，實現(xiàn)對城市照明體系的統(tǒng)一管理與控制，與智慧城市控制系統(tǒng)進(jìn)行對接，形成完整的城市智慧網(wǎng)絡(luò)體系。照明監(jiān)控終端是保障城市智慧路燈系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要部分，通過其數(shù)據(jù)監(jiān)控采集，對路燈工作狀態(tài)進(jìn)行實時反饋，為服務(wù)中心指令下達(dá)提供數(shù)據(jù)支持。

3.2 智慧路燈數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計

智慧路燈數(shù)據(jù)系統(tǒng)是支持路燈智能化運(yùn)行的關(guān)鍵，數(shù)據(jù)系統(tǒng)是存儲路燈運(yùn)行數(shù)據(jù)信息和控制中心指令的區(qū)域。在智慧路燈工作狀態(tài)下，通過監(jiān)控終端采集的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)由數(shù)據(jù)中心處理整合，傳輸給服務(wù)中心。智能控制系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，對該處路燈下達(dá)相應(yīng)的工作指令，控制路燈按照相應(yīng)的工作模塊進(jìn)行工作，實現(xiàn)路燈開啟、關(guān)閉和其他功能操作。在數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計中，需要考慮數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定性和指令下達(dá)的準(zhǔn)確性，避免由于數(shù)據(jù)錯誤造成路燈工作異常，影響城市正常照明。通常智慧路燈數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以電壓電流為主，輔以紅外傳感器、溫度濕度傳感器、聲音傳感器等，通過對周圍環(huán)境信息要素的全面采集，科學(xué)制定照明方案。智慧路燈數(shù)據(jù)系統(tǒng)與城市安防系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)，通過城市監(jiān)控體系確保智慧路燈正常運(yùn)轉(zhuǎn)，選擇合理的照明方案進(jìn)行工作。

3.3 智慧路燈邏輯功能設(shè)計

智慧路燈的邏輯功能是路燈能夠根據(jù)指令正常運(yùn)行的核心技術(shù)。邏輯系統(tǒng)包含眾多內(nèi)容以設(shè)備管理子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控管理子系統(tǒng)、照明策略管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析管理子系統(tǒng)為主。

邏輯功能是系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，通過邏輯編程使其按照相應(yīng)的模式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)揮相應(yīng)的功能，最終實現(xiàn)智慧路燈的安全運(yùn)行。在邏輯功能機(jī)構(gòu)設(shè)計中，需要考慮不同子系統(tǒng)之間的匹配。不同子系統(tǒng)并非獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，是通過數(shù)據(jù)的傳輸和信息的交互共同控制路燈的工作狀態(tài)，如果邏輯功能出現(xiàn)錯誤，路燈無法按照既定的模式工作，甚至導(dǎo)致智慧路燈控制體系癱瘓。除此之外，智慧路燈系統(tǒng)需要與智慧城市控制中心聯(lián)通，智慧路燈邏輯功能與智慧城市完美對接，避免城市照明體系獨(dú)立運(yùn)行、與智慧城市系統(tǒng)脫節(jié)。

3.4 智慧路燈系統(tǒng)質(zhì)量檢測

智慧路燈系統(tǒng)質(zhì)量檢測是智慧路燈能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。智慧路燈設(shè)計完成后，需要通過系統(tǒng)質(zhì)量檢測判斷智慧路燈系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定工作。在系統(tǒng)檢測中，需要確定路燈應(yīng)用環(huán)境的可行性，路燈是否能在相應(yīng)的工作環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，主要針對路燈電子設(shè)備和系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行測定。

通過傳統(tǒng)城市照明路燈的應(yīng)用可知，城市照明設(shè)備故障發(fā)生概率較高，主要是由于照明設(shè)施設(shè)備長時間工作、受到惡劣自然環(huán)境影響等，所以智慧路燈設(shè)備應(yīng)具備良好的環(huán)境抵抗能力與工作性能。針對智慧路燈數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行檢測，確保智慧路燈數(shù)據(jù)傳輸體系具備高效穩(wěn)定的傳輸能力。對智慧路燈的控制操作軟件進(jìn)行測試，評價控制系統(tǒng)的可靠性與智能化程度，確定智慧路燈設(shè)計的完成效果。

4 結(jié)語

綜上所述，智慧路燈是城市智慧化發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，是對人們生活影響顯著的基礎(chǔ)設(shè)施。在智慧路燈設(shè)計過程中，影響路燈應(yīng)用和設(shè)計效果的主要因素集中在路燈設(shè)備的適用性、控制系統(tǒng)的智能性和數(shù)據(jù)系統(tǒng)的可靠性。通過對設(shè)計環(huán)節(jié)相關(guān)技術(shù)的突破，智慧路燈設(shè)計完成度將進(jìn)一步提升，使城市照明體系更智能、健全，為城市居民提供更優(yōu)質(zhì)的照明服務(wù)。