基于信息化的智慧路燈系統(tǒng)構(gòu)建

劉淑平 王倫

摘要：現(xiàn)有的智慧路燈已經(jīng)進(jìn)入遙測、遙信、遙控、遙視、遙調(diào)的發(fā)展階段，但缺乏完善的信息管理平臺(tái)?；谛畔⒒闹腔勐窡粝到y(tǒng)優(yōu)化了路燈的控制策略，以及利用路燈的地理優(yōu)勢服務(wù)于智慧城市，實(shí)現(xiàn)了信息采集、信息處理、信息公布一體化的信息管理系統(tǒng)。智慧路燈系統(tǒng)可以對(duì)路燈信息、交通信息、環(huán)境信息等進(jìn)行采集、分析，并將分析結(jié)果通過多種渠道進(jìn)行公布。人們可以隨時(shí)隨地的查詢城市信息，智慧路燈將在照明、交通、環(huán)境等多個(gè)方面給市民帶來便利。

關(guān)鍵詞：智慧路燈;路燈管理;交通;環(huán)境監(jiān)測;信息化

中圖分類號(hào)：TP399? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2019）02-0246-03

Construction of Intelligent Street Lamp System Based on Information Technology

LIU Shu-ping， WANG Lun

（Computer Department， North China Electric Power University， Baoding 071000， China）

Abstract： The existing intelligent street lamps have entered the development stage of telemetry， remote signalling， telecontrol， remote viewing and telecontrol， but there is no perfect information management platform. The intelligent street lamp system based on information technology optimizes the control strategy of street lamp， and utilizes the geographical advantages of street lamp to serve the intelligent city， realizes the information management system of information collection， information processing and information publication. The intelligent street lamp system can collect and analyze street lamp information， traffic information and environmental information， and publish the analysis results through various channels. People can inquire about city information anytime and anywhere. Smart street lights will bring convenience to citizens in lighting， transportation， environment and other aspects.

Key words： intelligent street lamps; street lamp management; traffic; environmental monitoring; informatization

1 概述

2012年起，我國正式推行智慧城市。隨著智慧城市的建設(shè)，城市發(fā)展的效率也得到了提高。由于路燈豎立在城市的各個(gè)地方，因此在智慧城市的建設(shè)中，路燈不僅可以提供照明，還可以成為功能強(qiáng)大的互聯(lián)門戶，為智慧城市提供基礎(chǔ)。目前，智慧路燈已經(jīng)進(jìn)入遙測、遙信、遙控、遙視、遙調(diào)的發(fā)展階段，雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“五遙”，但缺乏統(tǒng)一完善的信息管理平臺(tái)。智慧路燈信息化水平低，導(dǎo)致運(yùn)維成本高，所以新型智慧路燈不僅提供照明，還要信息化。

張堃[1]設(shè)計(jì)了一個(gè)智能路燈系統(tǒng)，其擁有信息采集模塊，可以采集環(huán)境信息，掌握城市動(dòng)態(tài)，但他只設(shè)計(jì)了路燈的控制與環(huán)境信息的采集，并未形成系統(tǒng)化的信息管理。何沙[2]設(shè)計(jì)的智慧路燈管理系統(tǒng)將采集來的信息進(jìn)行了系統(tǒng)化的管理，但他并未將信息進(jìn)行公布。本文設(shè)計(jì)的智慧路燈系統(tǒng)在路燈管理的基礎(chǔ)上，集成了信息采集、信息處理、信息公布的功能，讓每一個(gè)市民都可以查閱信息，為人們的生活帶來便利。

2 總體設(shè)計(jì)

智慧路燈系統(tǒng)分為路燈節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)管理中心和信息公布平臺(tái)三部分。路燈節(jié)點(diǎn)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)與集中控制器進(jìn)行通信，再由集中控制器與數(shù)據(jù)管理中心通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，最后數(shù)據(jù)管理中心通過Internet將數(shù)據(jù)上傳到信息公布平臺(tái)。其中，路燈節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)管理中心主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，信息公布平臺(tái)主要負(fù)責(zé)將分析結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行公布。系統(tǒng)功能圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 路燈節(jié)點(diǎn)

路燈節(jié)點(diǎn)以STM32F103作為主控芯片，采用LED燈作為光源，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的管理，采集車流量、空閑車位的信息，對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測以及一些其他應(yīng)用[3]。每個(gè)路燈節(jié)點(diǎn)都有自己的編號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)GIS定位，。

3.1.1 路燈管理

智慧路燈最基本的功能就是路燈的管理，包括控制開關(guān)、采集能耗等。目前各地路燈管理不一，有的亮度過暗，導(dǎo)致路上行人視野不好，影響交通;有的亮度過高，導(dǎo)致能源浪費(fèi)。并且路燈后期的維護(hù)成本高，巡檢差，導(dǎo)致路燈損壞不能及時(shí)修理，甚至拖很長時(shí)間。

智慧路燈采用LED燈作為光源，采用光敏二極管來采集光的強(qiáng)弱，根據(jù)光的強(qiáng)弱自動(dòng)控制路燈開關(guān)，調(diào)整亮度[4]。光敏二極管具有單向?qū)щ娦?，根?jù)入射光對(duì)光敏特性的PN結(jié)的照射強(qiáng)度，形成變化的光電流。利用變化的電流，串接一個(gè)電阻，得到變化的電壓，通過ADC讀取電壓，進(jìn)而得到光強(qiáng)值。系統(tǒng)設(shè)置初始閾值，當(dāng)光強(qiáng)小于閾值時(shí)，開啟路燈，并通過PWM控制LED燈的亮度。

智慧路燈還會(huì)使用ATT7022E芯片采集路燈電參數(shù)，包括功率、電壓、電流等數(shù)據(jù)，然后由數(shù)據(jù)管理中心進(jìn)行統(tǒng)計(jì)能耗以及故障診斷。ATT7022E是一顆多功能三相電能計(jì)量芯片，能測量各相電參數(shù)。首先通過電壓互感器和電流互感器采集路燈的電壓和電流，然后將采集到的信號(hào)通過采樣通道傳輸給ATT7022E進(jìn)行計(jì)算，最后通過SPI接口連接單片機(jī)，完成數(shù)據(jù)傳輸。

3.1.2 交通信息采集

人們的出行離不開交通，隨著人口的增長，汽車的增多，城市面臨交通堵塞、停車位難尋等問題。路燈節(jié)點(diǎn)配備攝像頭，實(shí)時(shí)監(jiān)測當(dāng)前道路的擁堵情況，并且配備停車位傳感器，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)未使用的停車位，并將數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)管理中心。

3.1.3環(huán)境信息采集

環(huán)境是人們生存的基本保障，這就要求智慧路燈實(shí)時(shí)監(jiān)測城市的環(huán)境變化。每個(gè)路燈節(jié)點(diǎn)通過配備各系列傳感器來采集環(huán)境信息，其中包括空氣質(zhì)量、能見度、體感溫度、濕度、風(fēng)速等，達(dá)到實(shí)時(shí)在線檢測和監(jiān)控城市環(huán)境情況的效果。

3.1.4 其他應(yīng)用

隨著新能源的推廣，電動(dòng)汽車逐步增加，利用路燈現(xiàn)有的線路安裝充電樁，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的隨時(shí)隨地充能。安裝一鍵報(bào)警，人們遇到緊急情況時(shí)，通過一鍵報(bào)警及時(shí)報(bào)警，減少人們的損失，提高城市的安防等級(jí)。路燈內(nèi)嵌微基站和WiFi熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)城市無線手機(jī)信號(hào)全面覆蓋[5]。

3.2 數(shù)據(jù)管理中心

數(shù)據(jù)管理中心把路燈節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，存入數(shù)據(jù)庫，為管理人員分析數(shù)據(jù)提供歷史依據(jù)，并上傳給信息公布平臺(tái)。

3.2.1 路燈數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理中心利用GIS實(shí)時(shí)對(duì)路燈進(jìn)行定位，操控路燈開關(guān)，并且對(duì)路燈進(jìn)行編號(hào)。以路燈編號(hào)為主鍵建立數(shù)據(jù)庫表格，同時(shí)將路燈的位置、歷史功耗、維修次數(shù)、使用時(shí)間等作為屬性一并存入的數(shù)據(jù)庫表格中。數(shù)據(jù)管理中心可以隨時(shí)管理路燈信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的信息化管理。

數(shù)據(jù)管理中心將路燈節(jié)點(diǎn)采集的功率、電壓、電流、亮度等信息按照時(shí)間段（年、月、周等）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以圖表的形式展現(xiàn)出來，方便管理人員進(jìn)行決策，以制定路燈控制方案，達(dá)到節(jié)能的效果。并將路燈節(jié)點(diǎn)采集到的路燈能耗數(shù)據(jù)與系統(tǒng)中預(yù)存的規(guī)律庫進(jìn)行對(duì)比，對(duì)路燈進(jìn)行故障診斷，減少路燈的維護(hù)成本。當(dāng)數(shù)據(jù)管理中心檢測到路燈故障時(shí)，確定路燈編號(hào)，然后把故障信息發(fā)布到APP上[6]。

3.2.2 交通數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理中心通過分析路燈節(jié)點(diǎn)采集到的交通視頻來得到當(dāng)前路段的車流量與車速[7]。首先對(duì)視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后設(shè)置兩條垂直于道路的檢測線，一條為進(jìn)入線，一條為離開線，檢測線上的像素值的改變大于設(shè)置的閾值時(shí)，即判定有車輛，當(dāng)進(jìn)入線與離開線先后判定有車輛時(shí)，即判定有車輛經(jīng)過，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)車流量。然后用兩條檢測線的距離除以兩條檢測線車輛經(jīng)過的時(shí)間差，進(jìn)而得到車速。

數(shù)據(jù)管理中心通過某路段的車流量與車速的值判定該路段的擁堵情況，并在信息公布平臺(tái)上標(biāo)記各路段的擁擠狀況，為司機(jī)規(guī)劃出最優(yōu)路線，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳送給交警和交廣電臺(tái)廣播，引導(dǎo)交通分流，以便盡快疏通擁擠路段。還可以將停車位信息上傳到手機(jī)APP，司機(jī)可以快速找到停車位，并在手機(jī)APP上在線支付停車費(fèi)。

3.2.3 環(huán)境數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理中心把路燈節(jié)點(diǎn)采集的環(huán)境信息存入數(shù)據(jù)庫，并與每年的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析出環(huán)境走勢，方便決策者做出決策，并將實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)和分析結(jié)果上傳到網(wǎng)上，方便人們隨時(shí)了解生活環(huán)境的變化，時(shí)刻提醒人們保護(hù)環(huán)境。

3.3 信息公布平臺(tái)

信息公布平臺(tái)通過手機(jī)APP、LED電子屏、交廣電臺(tái)廣播、微信公眾號(hào)等進(jìn)行公布信息，人們可以通過信息公布平臺(tái)查詢交通狀況、環(huán)境變化，維修工人還可以通過信息公布平臺(tái)獲取維修任務(wù)。

3.3.1 手機(jī)APP

數(shù)據(jù)管理中心將收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，并將結(jié)果發(fā)布到APP上，人們通過APP進(jìn)行查詢，可以了解到環(huán)境信息、各路段擁堵情況、空閑停車位等。維修人員通過查看APP，查看自己的維修任務(wù)，及時(shí)維修路燈，維修完成后在APP上進(jìn)行維修登記，維修人員還可以通過APP查詢路燈維修記錄、路燈運(yùn)行狀態(tài)等信息。

3.3.2? LED電子屏

LED電子屏安裝在車流量大的位置，實(shí)現(xiàn)最大曝光率，但不要安裝在十字路口，路口交通狀況復(fù)雜，司機(jī)在看LED電子屏的時(shí)候可能會(huì)發(fā)生交通事故{8]。因?yàn)樗緳C(jī)不會(huì)把太多時(shí)間放在看LED電子屏上，所以LED電子屏只顯示關(guān)鍵字段，比如前方路段擁堵情況、附近幾個(gè)空閑車位等，方便司機(jī)掌握路段前方狀況，以便做出決策。

3.3.3 微信公眾號(hào)

人們可以在公眾號(hào)中查詢交通、環(huán)境等信息，并且信息公布平臺(tái)也可以通過微信公眾號(hào)推送政府公益信息、失物招領(lǐng)、商業(yè)信息等。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種基于信息化的智慧路燈系統(tǒng)，通過給路燈配備多種傳感器，進(jìn)而收集路燈信息、交通信息以及環(huán)境信息，從而實(shí)現(xiàn)智能控制路燈開關(guān)，有效地提高照明質(zhì)量;實(shí)現(xiàn)故障自檢，降低運(yùn)維成本;采集交通信息，有效減緩城市擁堵;收集環(huán)境信息，掌握環(huán)境變化。可以說智慧路燈作為智慧城市的一部分，將在照明、交通、環(huán)境等多個(gè)方面給市民帶來便利。

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