智慧燈桿物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用示范

吳 剛，張 偉，裴 勇

（重慶光電信息研究院有限公司，重慶401120）

1 智慧燈桿物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建

中國(guó)正在大力開(kāi)展智慧城市建設(shè)，智慧路燈作為智慧城市建設(shè)的優(yōu)良載體，需要被賦予更多的公共服務(wù)功能。而目前路燈改造中拆除原有路燈更換智慧路燈的方案存在許多缺陷。

1）現(xiàn)有技術(shù)中的抱桿件大都是為了固定桿狀物而設(shè)計(jì)的，并沒(méi)有考慮到與抱箍桿件相連的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如，在安裝智慧路燈時(shí)，需要考慮箱體掛載件與抱桿件之間的裝配固定關(guān)系，而現(xiàn)有的抱箍桿件不能滿(mǎn)足箱體掛載件之間的裝配要求，且不具有定位和止動(dòng)功能。

2）箱體掛載件一方面需要抱桿件連接，另一方面需要和模塊化箱體建立連接，因此，箱體掛載件是過(guò)渡連接部件。然而，現(xiàn)有技術(shù)中的箱體掛載件在與抱桿件連接時(shí)，不能利用其結(jié)構(gòu)特性和抱桿件掛扣在一起，且具有鎖定功能，不能實(shí)現(xiàn)定位安裝。

3）智慧燈桿上的各種設(shè)備是相互獨(dú)立的，各自構(gòu)成獨(dú)立的體系，各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一采集、統(tǒng)一控制，且所采集的數(shù)據(jù)格式各不相同。需管控的設(shè)備和所支持的設(shè)備間的協(xié)議各不相同，例如，某些傳感器廠商的協(xié)議有行業(yè)公有協(xié)議，也有廠家私有協(xié)議。這樣，設(shè)備間的通信、設(shè)備數(shù)據(jù)的采集等十分艱難，互聯(lián)互通有阻礙，給智慧路燈上設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)控和管理帶來(lái)很大的困難，也不便于維護(hù)和檢修，尤其是設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)和管理。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智慧燈桿將會(huì)更加 “智慧”。利用先進(jìn)的信息感知技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將所有智慧燈桿形成一張相互連接的巨大網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)智慧城市物聯(lián)網(wǎng)信息綜合管理平臺(tái)對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分布式處理，實(shí)現(xiàn)城市全方位的實(shí)時(shí)管理。

智慧燈桿物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及多種網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，應(yīng)用于智慧城市、智慧園區(qū)、智慧商圈等基于物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)代化城市環(huán)境建設(shè)中。

智慧燈桿物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)按照功能應(yīng)用劃分為智慧照明、智慧感知、智能安防、信息發(fā)布、WiFi管理等多個(gè)功能模塊。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)不同功能模塊的靈活組合應(yīng)用，其功能具有可擴(kuò)充性和延伸性。平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)圖

感知層是實(shí)現(xiàn)其 “智慧”的基本條件。感知層具有超強(qiáng)的環(huán)境感知能力和智能性，通過(guò)傳感器、求助器、攝像頭等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)城市范圍內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境、建筑、安全等的監(jiān)測(cè)和控制。傳輸層利用電纜、無(wú)線、光纖、NB－IOT窄帶傳輸，傳送、發(fā)射和接收標(biāo)識(shí)、文字、圖像、聲音或其他信號(hào)，構(gòu)成多個(gè)用戶(hù)通信互連的通信體系。物聯(lián)網(wǎng)將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)連接，主要功能是與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

平臺(tái)層為數(shù)據(jù)的集合匯總中心，各方面的數(shù)據(jù)都在平臺(tái)層匯總，打破各個(gè)部門(mén)的信息孤島現(xiàn)狀，利用先進(jìn)的云計(jì)算技術(shù)，統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合共享，最終為智慧園區(qū)管理者決策提供參考。

應(yīng)用層是在感知層、通信層、數(shù)據(jù)層的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的具體各方面的應(yīng)用。在智慧照明系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、信息發(fā)布、WiFi管理、智能安防系統(tǒng)等子系統(tǒng)智慧應(yīng)用層面，從管理、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)等多個(gè)方面提升智慧園區(qū)的建設(shè)。

表現(xiàn)層主要是業(yè)務(wù)平臺(tái)的呈現(xiàn)，利用電腦客戶(hù)端、Web端、手機(jī)App、信息發(fā)布屏顯示終端、監(jiān)控中心大屏幕等方式將各業(yè)務(wù)板塊數(shù)據(jù)直觀呈現(xiàn)。

智慧燈桿物聯(lián)網(wǎng)綜合管理服務(wù)平臺(tái)可提供海量物聯(lián)網(wǎng)終端 （節(jié)點(diǎn)）并具有適配接入、大數(shù)據(jù)分析等相關(guān)功能 （資源管理和用戶(hù)管理）。具體功能版塊見(jiàn)圖2～圖6。

圖2 平臺(tái)登錄界面

管理平臺(tái)完成多個(gè)子系統(tǒng)功能應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，包括智能安防子系統(tǒng)、照明管理子系統(tǒng)、多媒體發(fā)布子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、WiFi管理、智能策略應(yīng)用、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)應(yīng)用子系統(tǒng)。平臺(tái)功能界面如圖3所示。

圖3 平臺(tái)功能界面

設(shè)備管理版塊包括設(shè)備命名、設(shè)備添加、設(shè)備刪除、查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等，可實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)資源集中配置和監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)各模塊之間的資源共享、協(xié)作聯(lián)動(dòng)和統(tǒng)一調(diào)度 （見(jiàn)圖4）。

圖4 設(shè)備管理界面

用戶(hù)管理版塊主要功能是對(duì)使用權(quán)限的控制，對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)統(tǒng)一登記與修改，根據(jù)不同身份屬性為用戶(hù)分配不同的 “角色”，按不同的職能屬性分配不同的 “用戶(hù)”。其中，“角色”與 “用戶(hù)”均為權(quán)限分組定義方式，按此分類(lèi)批量授權(quán)，可提高業(yè)務(wù)管理效率 （見(jiàn)圖5）。

圖5 用戶(hù)管理界面

日志管理版塊對(duì)平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中的全部信息進(jìn)行記錄，方便日常維護(hù)和查詢(xún)，監(jiān)控平臺(tái)運(yùn)行情況，提高管理效率 （見(jiàn)圖6）。

圖6 日志管理界面

智能策略功能應(yīng)用是指平臺(tái)通過(guò)應(yīng)用子系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，通過(guò)業(yè)務(wù)邏輯對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并建立各種策略模型，實(shí)現(xiàn)照明功能的智能化控制。

根據(jù)數(shù)據(jù)采集的來(lái)源，控?zé)舨呗钥煞譃闀r(shí)間控制策略和經(jīng)緯度控制策略。在同一時(shí)刻，這兩種策略類(lèi)別只能啟用一種。時(shí)間策略包括分時(shí)段控?zé)舨呗浴⒐饩€強(qiáng)度控?zé)舨呗?、?chē)流量控?zé)舨呗浴?/p>

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能主要通過(guò)多元數(shù)據(jù)融合及深度數(shù)據(jù)挖掘，研發(fā)智能調(diào)度及控制策略，對(duì)資產(chǎn)維護(hù)及運(yùn)維管理的智能輔助決策提供支持等，并生成各類(lèi)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、趨勢(shì)曲線、分析報(bào)告。

基于項(xiàng)目前期開(kāi)展的技術(shù)研究，以仙桃數(shù)據(jù)谷街道為示范點(diǎn)，進(jìn)行智慧燈桿物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)測(cè)試，完成各個(gè)子系統(tǒng)的整體兼容調(diào)試，搭載大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，對(duì)已獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，細(xì)化問(wèn)題解決方案，實(shí)現(xiàn)智能化管理目標(biāo)，提高綜合服務(wù)水平和效率。該示范項(xiàng)目于2019年在仙桃數(shù)據(jù)谷建設(shè)完成并通過(guò)驗(yàn)收。仙桃數(shù)據(jù)谷智慧園區(qū)作為渝北區(qū)首個(gè)智慧園區(qū)示范基地，實(shí)現(xiàn)了園區(qū)的智能化、便捷化、綠色化。遵照 《重慶市智慧園區(qū)建設(shè)導(dǎo)則 （試行）》，將整個(gè)業(yè)務(wù)擴(kuò)展到重慶市44個(gè)園區(qū)，之后可通過(guò)更完善的解決方案將整個(gè)市場(chǎng)范圍擴(kuò)散到重慶周邊的省市。

2 項(xiàng)目應(yīng)用規(guī)模及效果

整體實(shí)施改造傳統(tǒng)燈桿30根，加裝傳感器 （WiFi、監(jiān)控、信息屏）設(shè)備30套。安裝點(diǎn)位如圖7所示。

圖7 安裝點(diǎn)位示意圖

仙桃數(shù)據(jù)谷項(xiàng)目建設(shè)本著集成性、穩(wěn)定性、可靠性、先進(jìn)性、易維護(hù)性和完整性的原則，實(shí)現(xiàn)了功能完善、可靠實(shí)用、便于維護(hù)等預(yù)期目標(biāo)?，F(xiàn)場(chǎng)效果如圖8所示。

圖8 仙桃數(shù)據(jù)谷應(yīng)用效果圖

3 結(jié)論

智慧燈桿物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)擁有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用空間，結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)智慧燈桿物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期效果。

概要介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)背景和技術(shù)情況，闡述詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，描述了系統(tǒng)的功能需求和非功能需求，從系統(tǒng)各板塊著手，逐步分析系統(tǒng)架構(gòu)中各模塊之間的通信流程。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，詳細(xì)分析了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，以及示范項(xiàng)目的具體實(shí)施過(guò)程。

系統(tǒng)按照實(shí)際需要設(shè)計(jì)，是智慧燈桿物聯(lián)網(wǎng)概念運(yùn)用的一種延伸。實(shí)現(xiàn)功能的范圍比較廣泛，采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)到反饋數(shù)據(jù)均有涉及。該系統(tǒng)已初步在市場(chǎng)上取得了示范應(yīng)用成果，應(yīng)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)更多模塊的擴(kuò)展功能，開(kāi)展更深入的研究工作。