智慧城市智能照明系統(tǒng)

楊佳寧

【摘要】我國經(jīng)濟(jì)快速增長，各項(xiàng)建設(shè)取得巨大成就，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，能源節(jié)約措施未落地。本文介紹通過互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、節(jié)能減排、人工智能、5G基站模塊、充電樁模塊技術(shù)等融為一體，使其相互作用而設(shè)計(jì)出一套模塊化智能道路照明系統(tǒng)。能夠增強(qiáng)充電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通能力并全面優(yōu)化充電設(shè)施布局。將充電樁與太陽能發(fā)電板路燈融合，不僅能夠節(jié)省發(fā)電樁的占用空間，同時(shí)節(jié)省了能源。

【關(guān)鍵詞】智慧城市;能源節(jié)約;照明系統(tǒng) 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.35.081

1、智能照明系統(tǒng)原理分析

智能節(jié)能路燈調(diào)控系統(tǒng)主要原理為：路燈調(diào)控系統(tǒng)全天候24小時(shí)處于工作狀態(tài)，分級檢測周圍環(huán)境，并進(jìn)行明暗程度的調(diào)節(jié)。第一級檢測包括路況環(huán)境和行駛車輛信息。分三類檢測程序，同時(shí)進(jìn)行檢測，包括：1.光敏傳感器檢測：當(dāng)路況亮度值低于設(shè)定值（以日出日落300LUX為例）路燈光敏傳感器接收到路況信息，發(fā)出控制信號。2.霧霾傳感器檢測：當(dāng)?shù)缆缝F霾嚴(yán)重，能見度低，霧霾濃度達(dá)到設(shè)計(jì)最低值，路況能見度嚴(yán)重影響車輛行駛安全，霧霾傳感器發(fā)出控制信號。3.濕度傳感器檢測：當(dāng)?shù)缆烦霈F(xiàn)嚴(yán)重雨雪天氣，濕度較大，路況復(fù)雜時(shí)，濕度傳感器檢測濕度值超過預(yù)定范圍，發(fā)出控制信號。當(dāng)路燈控制系統(tǒng)接收到其中一條控制信號后，智能調(diào)節(jié)單雙等控制器，將路面照明調(diào)節(jié)為最大值。而車輛信息檢測系統(tǒng)則依靠路燈燈體上紅外光電傳感器，檢測車流量及車速信息，試試反饋云端處理系統(tǒng)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)路況大數(shù)據(jù)共享。

第二級檢測為車輛行駛檢測，當(dāng)路燈因明暗程度判斷執(zhí)行開啟狀態(tài)時(shí)，路燈自身紅外光電傳感器收集車流量信息。若公路所處環(huán)境良好，未出現(xiàn)能見度低的情況，則紅外光電傳感器自主識別車流量信息，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)街悄芸刂葡到y(tǒng);當(dāng)車流量稀少時(shí)，控制系統(tǒng)向單雙燈控制器發(fā)出指令，使其照明亮度調(diào)節(jié)為50%，降低能耗;當(dāng)傳感器測得的高速行駛的汽車駛過路面，實(shí)時(shí)將信息反饋到路燈處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)單雙燈控制器使當(dāng)前路燈前方500米和后方100米路燈亮度調(diào)節(jié)為100%;當(dāng)傳感器測得低速信號（人，牲畜等）則發(fā)出路燈前100米后50米亮度調(diào)節(jié)為100%;當(dāng)傳感器持續(xù)接收到較大的車流量或人流量時(shí)信息時(shí)，系統(tǒng)智能調(diào)節(jié)為全路段路燈亮度達(dá)100%，待大批車流駛過5min后，系統(tǒng)再次恢復(fù)低能耗狀態(tài);且當(dāng)車輛行駛至路燈之間時(shí)，車輛未通過下一個(gè)路燈則不改變路燈整體亮度程序。

2、智能照明系統(tǒng)分析

2.1照明系統(tǒng)

主體分別為單雙燈控制開關(guān)，中心控制器，傳感器。其中單雙燈控制開關(guān)，負(fù)責(zé)連接在普通路燈電源處，調(diào)控路燈的明暗程度，減少改裝費(fèi)用，節(jié)能環(huán)保。路燈傳感器，負(fù)責(zé)識別路燈周圍信息，主要為：溫濕度模塊，紅外光電傳感器，粉塵傳感器，光敏電阻傳感器等因路燈感應(yīng)而所需的傳感器裝置?？刂破髦饕獮槁窡暨M(jìn)行明暗調(diào)控分析處理信息，道路車流量，塞車情況預(yù)警，并通過大數(shù)據(jù)分析，下達(dá)對路燈明暗程度的調(diào)整。其硬件主要由Luby控制器，舵機(jī)開關(guān)，漫反射光電傳感器等組成。其應(yīng)用性能，已可以完成對車輛行駛經(jīng)過的檢測，智能控制路燈明暗程度，智能預(yù)警車量位置等功能。

2.2道路安全預(yù)警系統(tǒng)

安全預(yù)警車控制系統(tǒng)的硬件部分主要由6個(gè)模塊組成：控制模塊、循跡模塊、避障模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、舵機(jī)驅(qū)動模塊、電源模塊。該裝置工作時(shí)，顏色傳感器9能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測路面上白色標(biāo)線與黃色標(biāo)線的狀態(tài)，將信號反饋到單片機(jī)中，單片機(jī)就能夠?qū)邮盏降男盘栠M(jìn)行分析處理，然后控制驅(qū)動電機(jī)調(diào)整移動機(jī)器人前進(jìn)的方向，從而實(shí)現(xiàn)自動尋跡功能，當(dāng)該移動裝置與障礙物之間的距離小于預(yù)先輸出的最小距離，超聲波測距傳感器和紅外測距傳感器就會感應(yīng)到，并將檢測的數(shù)據(jù)反饋至單片機(jī)，單片機(jī)控制驅(qū)動電機(jī)調(diào)整移動方向，使得移動下車前進(jìn)的方向避開障礙物掉頭調(diào)整之后再繼續(xù)循線同時(shí)。

2.3跨障礙擦拭系統(tǒng)

新型跨障礙擦洗機(jī)器人在使用時(shí)，在大氣壓強(qiáng)的作用下使得擦洗機(jī)器人吸附在燈罩、太陽能板上，根據(jù)伯努利原理計(jì)算可以得出負(fù)壓離心風(fēng)機(jī)的功率大小，在跨越障礙時(shí)，可以通過控制跨障機(jī)械臂使得其上的跨障接頭上的電磁吸盤與玻璃之間的隔架固定連接，然后通過跨障接頭內(nèi)側(cè)的調(diào)節(jié)電機(jī)配合轉(zhuǎn)動連接帶動該擦洗機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)動，使得擦洗機(jī)器人從玻璃之間的隔架一側(cè)轉(zhuǎn)動到另一側(cè)，從而繼續(xù)進(jìn)行擦洗，實(shí)現(xiàn)跨越障礙進(jìn)行擦洗。通過四輪驅(qū)動的模式，能夠使得在操作時(shí)轉(zhuǎn)角方便，容易控制，也不存在清潔死角。將設(shè)置擦洗機(jī)器人在路燈上的具體停留位置，當(dāng)智能路燈檢測系統(tǒng)檢測到燈罩、太陽能板需要擦洗時(shí)，將由智能路燈控制系統(tǒng)自動控制擦洗機(jī)器人完成工作并返航。

2.4大數(shù)據(jù)系統(tǒng)與5G基站模塊

汽車流量的統(tǒng)計(jì)可以借助設(shè)定矩形區(qū)域內(nèi)的亮度閾值來確定。為識別運(yùn)動對象（汽車）的狀態(tài)，可使用背景提取算法，如MOG2和KNN算法。通過比較不同算法間的處理時(shí)間，我們應(yīng)當(dāng)合理選擇一種耗時(shí)短且提取車輛準(zhǔn)確性高的一種算法。此外，識別統(tǒng)計(jì)車流量較為重要的一環(huán)便是設(shè)置合理的亮度閾值，亮度閾值設(shè)置的合理性直接關(guān)系到車流量統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性。通過千兆網(wǎng)口和千兆光纖口，以及220V電源輸入、輸出口，能夠?yàn)槁窡魲U載設(shè)備提供集中通信和供電，高度契合接入5G基站的設(shè)備需求。內(nèi)置高性能的工業(yè)級ARM高端處理器，提供標(biāo)準(zhǔn)API接口及開發(fā)指導(dǎo)，能夠根據(jù)用戶接入不同設(shè)備的需要，為二次應(yīng)用開發(fā)提供穩(wěn)定快捷的平臺。

通過技術(shù)手段已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對路燈的遠(yuǎn)程集中控制與管理。如遠(yuǎn)程照明控制、根據(jù)車流量在非高峰時(shí)段調(diào)低燈光亮度，降低能耗;故障檢測、異常報(bào)警等。并且可以接入氣體、聲音、氣象等各類傳感器，提供包括PM2.5，揚(yáng)塵、煙霧、溫濕度、氣壓、風(fēng)向風(fēng)速、降雨等數(shù)據(jù)的采集、分析與存儲，并傳輸?shù)礁髡芾砥脚_，為城市管理提供客觀依據(jù)。

通過研究分析不難發(fā)現(xiàn)，智能照明系統(tǒng)所具有的強(qiáng)大功能性和能源節(jié)約性能夠促進(jìn)我國節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)“綠色化”、可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。把一個(gè)人口大國的工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程，跟綠色化結(jié)合起來，同步推進(jìn)，助益智慧城市的建設(shè)與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]金展，管彩霞，李文宜，沈海平.基于云邊融合室外智慧燈聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].照明工程學(xué)報(bào)，2019，30（04）：23-28+64.

[2]趙雅婕，陳如清，萬勇，鮑勝利.面向智慧城市建設(shè)的LED路燈智能調(diào)光系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（28）：37-38.

[3]莊曉波，黃峰.多功能路燈的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及其標(biāo)準(zhǔn)化建議[J].照明工程學(xué)報(bào)，2019，30（04）：4-5.

[4]姜玉稀，何孝亮，李閃.面向智慧路燈系統(tǒng)的線性邊緣計(jì)算算法[J].照明工程學(xué)報(bào)，2019，30（04）：17-22.