探討LED智慧路燈系統(tǒng)在智慧城市中的應(yīng)用

楊濤

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，智慧城市概念逐漸被人們熟知，在建設(shè)智慧城市的環(huán)節(jié)中，應(yīng)合理應(yīng)用LED智慧路燈系統(tǒng)，在降低城市能耗的同時(shí)，減少對(duì)環(huán)境的不利影響，為人們創(chuàng)設(shè)更加宜居的環(huán)境。本文簡(jiǎn)要闡述了目前城市照明存在的問(wèn)題，分析了LED智慧路燈系統(tǒng)在智慧城市中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，介紹了LED智慧路燈的種類與設(shè)計(jì)方案，并指出了應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：LED;智慧路燈系統(tǒng);智慧城市;系統(tǒng)應(yīng)用

一、城市照明存在的問(wèn)題

在當(dāng)前的社會(huì)背景下，城市發(fā)展日新月異，過(guò)去的那種時(shí)控方式與遠(yuǎn)程控制方式已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)下的實(shí)際需要。在夜幕降臨后，市政照明是能源消耗的重要設(shè)施，近些年，城市照明問(wèn)題越來(lái)越明顯，照明設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)亮燈早熄燈晚、白天亮燈或者是過(guò)度照明等一系列問(wèn)題，造成了嚴(yán)重

的電力浪費(fèi)問(wèn)題。

所以，在建設(shè)智慧城市的過(guò)程中，需要將路燈節(jié)能當(dāng)作重要的建設(shè)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)城市照明的節(jié)能不僅具備良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，同時(shí)還具備很強(qiáng)的社會(huì)效益。無(wú)論是路燈照明亦或是景觀照明，都可以改善城市的面貌，為了達(dá)到科學(xué)照明、綠色照明、節(jié)能減耗、科學(xué)照明的目標(biāo)，應(yīng)充分利用LED智慧路燈，強(qiáng)化城市照明的節(jié)能化、智能化建設(shè)。

二、LED智慧路燈系統(tǒng)在智慧城市中的應(yīng)用價(jià)值

LED智慧路燈是一種新型的綠色光源，它最明顯的優(yōu)勢(shì)是能夠調(diào)控、響應(yīng)的速度快，需要注意的是，智能控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能目標(biāo)的重要基礎(chǔ)。目前，智慧路燈也被人們叫作智慧公共照明管理平臺(tái)，智能路燈以及智慧路燈，它的原理是利用無(wú)線CDMA技術(shù)、無(wú)線GPRS技術(shù)以及載波通信技術(shù)等，遠(yuǎn)程集中控制并管理路燈系統(tǒng)，進(jìn)而減少電力資源的消耗，

降低維護(hù)成本，有助于提高照明管理的能力。

近些年，智慧城市漸漸被大眾熟知，然而在智慧城市的建設(shè)中依然存在著一些問(wèn)題，有些地區(qū)信息化全局工作缺少一套系統(tǒng)的規(guī)劃，甚至存在著重復(fù)建設(shè)的問(wèn)題，各個(gè)部門或行業(yè)無(wú)不在開(kāi)展信息化工作，但是卻無(wú)法將其結(jié)合在一起，很難發(fā)揮出綜合性的效應(yīng)。不同的部門之間，制定的信息化標(biāo)準(zhǔn)不一致，難以協(xié)調(diào)，在路燈照明的管理方面，體現(xiàn)出巡燈投入過(guò)高、燈況不清楚、線纜被盜、漏電、線路超負(fù)荷等問(wèn)題，表明現(xiàn)階段的監(jiān)管效果有待提升，光污染問(wèn)題嚴(yán)重，不利于操控，管理的效率偏低。

站在概念的角度上來(lái)看，智慧城市可以在城市的街頭巷尾增設(shè)各種類型的傳感器（包括紅外設(shè)備、視頻傳感器、溫度傳感器、圖像傳感器等等）。實(shí)時(shí)獲取有關(guān)的信息，將收集到的信息傳遞到控制平臺(tái)，構(gòu)成一個(gè)覆蓋面非常廣的城市感知網(wǎng)。而路燈作為城市并桿整治之后道路上唯一的桿體資源，自然成為各類智慧感知設(shè)備的天然載體，同時(shí)通過(guò)對(duì)供電線路的合理

規(guī)劃，可以實(shí)現(xiàn)燈桿上加載設(shè)施的24小時(shí)供電;即使在老舊設(shè)施上進(jìn)行改

造，也可以通過(guò)加裝儲(chǔ)能設(shè)備來(lái)滿足加載設(shè)施的用電需求，同時(shí)路燈燈桿在城市道路上的全覆蓋，能夠打造無(wú)處不在的傳感網(wǎng)絡(luò)，完整地覆蓋整座智慧城市的感知節(jié)點(diǎn)。

三、LED智慧路燈的種類

隨著LED智慧路燈的不斷發(fā)展，在智慧城市的建設(shè)中，LED智慧路燈

應(yīng)用越來(lái)越廣泛，最常見(jiàn)的有以下幾種：

Osrem開(kāi)發(fā)方式：將LED燈具和光管理軟件控制的網(wǎng)絡(luò)連接在一起，使其分布在城市的各類照明環(huán)境當(dāng)中。通過(guò)設(shè)置軟件、計(jì)算機(jī)或者是按照既定好的光點(diǎn)，用平面的形式，結(jié)合時(shí)間、地點(diǎn)光強(qiáng)實(shí)現(xiàn)燈具的打開(kāi)或關(guān)閉。此種方式可以根據(jù)城市的實(shí)際需要來(lái)調(diào)制主干道、街道、公園或隧道區(qū)域的照明。它的系統(tǒng)架構(gòu)主要有：（1）SLC軟件，它負(fù)責(zé)規(guī)劃并管理照明系統(tǒng)。（2）IP，網(wǎng)關(guān)和軟件于不同的街道之間利用GPRS實(shí)現(xiàn)通信，打造安全的IP連接和以太網(wǎng)連接。（3）SLC網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)保存、執(zhí)行、轉(zhuǎn)換軟件下發(fā)的指令，同時(shí)還可以進(jìn)行查詢。（4）電力線纜，它主要是用來(lái)保證燈具和網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)傳遞，不需要再增設(shè)其他的通信設(shè)施。（5）SLC系統(tǒng)控制器，它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)燈具的單獨(dú)監(jiān)視與控制，組件既可以安裝在燈具的內(nèi)部，又可以安裝于燈管上。

東莞的一家科技公司研發(fā)出一種新型的LED智慧路燈，該路燈中設(shè)置了許多個(gè)腔體，主體一面設(shè)置了散熱器以及智核腔（將智能UCD安裝在智核腔內(nèi)部），在另一面中間腔體設(shè)置了多組LED燈棒（并列排布的）、外置電源、多功能天線等。路燈內(nèi)安裝了4G基站等一系列無(wú)線發(fā)射的設(shè)置，同時(shí)還設(shè)置了氣候監(jiān)測(cè)、攝像頭、雷達(dá)定位等眾多形式的偵測(cè)設(shè)備。通過(guò)引入智能控制設(shè)備延長(zhǎng)燈具的使用壽命，實(shí)時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)信息傳送至數(shù)據(jù)中心，降低設(shè)備安裝的成本，便于智慧城市的管理。

而在南京貢院街、大石壩街先行試點(diǎn)的智慧路燈，具備wifi覆蓋、人機(jī)互動(dòng)、緊急呼救、手機(jī)充電、廣告發(fā)布等功能，結(jié)合夫子廟智慧旅游片區(qū)的整體建設(shè)，已然成為整個(gè)夫子廟智慧旅游體系的重要組成部分，該項(xiàng)目已于2020年整體交付夫子廟管委會(huì)，已正式投運(yùn)超過(guò)1年時(shí)間。

智能信通提出的單等遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)最明顯的特點(diǎn)是節(jié)能和全智能管理，可以結(jié)合不同季節(jié)照明的實(shí)際需要分階段地調(diào)整燈具的開(kāi)關(guān)時(shí)間，按

照不同地區(qū)日出和日落的時(shí)間精細(xì)化管理開(kāi)關(guān)燈的時(shí)間，而且可以調(diào)控?zé)?/p>

光的照明亮度，按照具體的需要實(shí)現(xiàn)單燈的調(diào)光控制及分組調(diào)光控制。此外，燈具還具備自動(dòng)干預(yù)、人為干預(yù)的功能，可以進(jìn)行科學(xué)地調(diào)控，實(shí)時(shí)監(jiān)督燈具的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障因素，降低安全事故的發(fā)生率。

四、LED智慧路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

截止目前，LED智慧路燈系統(tǒng)都是以ZigBee技術(shù)和GPRS技術(shù)為基礎(chǔ)打造的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程控制路燈的狀態(tài)、調(diào)整路燈的開(kāi)關(guān)及功率、對(duì)路燈實(shí)現(xiàn)異地操控、加載的感知設(shè)備數(shù)據(jù)回傳分析等等。在LED智慧路燈系統(tǒng)當(dāng)中，一共有3層控制模式，一個(gè)是遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，一個(gè)是網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，還有一個(gè)是普通節(jié)點(diǎn)。其中，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心主要監(jiān)管和控制網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的子站，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主要管理某條斷路中的全部普通節(jié)點(diǎn)，普通路燈節(jié)點(diǎn)的燈桿下方都設(shè)有一個(gè)控制箱，控制箱中集成著許多為智慧路燈系統(tǒng)配備的傳感器。

（一）遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的功能

首先，匯總各個(gè)普通路燈節(jié)點(diǎn)控制箱收集到的數(shù)據(jù)細(xì)膩，利用控制中心平臺(tái)處理這些數(shù)據(jù)，為管理人員呈現(xiàn)處理后的數(shù)據(jù)，便于管理工作者進(jìn)行判斷。其次，管理工作者能夠利用監(jiān)控中心調(diào)控各個(gè)區(qū)域的不同節(jié)點(diǎn)部位，開(kāi)展路燈節(jié)點(diǎn)的匹配和控制等操作。

（二）網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的功能

首先，對(duì)道路是所有的普通路燈節(jié)點(diǎn)的信息與狀態(tài)進(jìn)行收集，將得到的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，然后傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。其次，接收遠(yuǎn)程操控中心下發(fā)的指令，同時(shí)將指令內(nèi)容傳遞到相應(yīng)的地址，把信息傳遞到各個(gè)路燈的普通節(jié)點(diǎn)。最后，對(duì)接收的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行解析與處理，利用無(wú)線傳輸功能確保普通路燈節(jié)點(diǎn)間的通信暢通，利用GPRS技術(shù)實(shí)時(shí)和遠(yuǎn)程控制中心保持通信。

五、多傳感器數(shù)據(jù)融合的辦法

以多傳感器為基礎(chǔ)的LED智慧路燈系統(tǒng)在使用中需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，將傳感器收集到的環(huán)境信息經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換和電信號(hào)轉(zhuǎn)換等操作，變成能夠量化的數(shù)據(jù)，將干擾的噪聲去除，對(duì)檢測(cè)環(huán)節(jié)中的干擾信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，開(kāi)展特征量提取的操作，最后實(shí)行信息傳輸。利用不同形式的數(shù)據(jù)融合輸

出判斷結(jié)果，現(xiàn)階段使用的數(shù)據(jù)融合方式主要包括以下幾種：

第一種，卡爾曼濾波法。此種方法主要是對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的冗雜信息進(jìn)行特性統(tǒng)計(jì)，遞推出現(xiàn)階段狀態(tài)量的最佳值，此種方式可以最大限度地發(fā)揮出小容量傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。還可以將這種方法應(yīng)用在機(jī)器人導(dǎo)航領(lǐng)域以及多目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域當(dāng)中，能夠同時(shí)融合n個(gè)傳感器收集到的數(shù)據(jù)，一方面可以準(zhǔn)確地估計(jì)目標(biāo)當(dāng)前狀態(tài)，另一方面還能夠?qū)嵤┇@取測(cè)量目標(biāo)的速度以及運(yùn)動(dòng)軌跡等信息。

第二種，貝葉斯估計(jì)法。此種方法是統(tǒng)計(jì)決策的重要組成部分，它的思想主要包括：（1）利用樣本數(shù)據(jù)修改先實(shí)驗(yàn)分布得出后實(shí)驗(yàn)分布;（2）應(yīng)用和‘極大似然估計(jì)’等一系列方式開(kāi)展統(tǒng)計(jì)推斷操作;（3）利用貝葉斯公式轉(zhuǎn)換為后驗(yàn)算規(guī)律，結(jié)合后驗(yàn)算概率實(shí)施決策的分類。一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的傳感器在不同的空間和時(shí)間識(shí)別并判斷相同目標(biāo)，可以利用貝葉斯估計(jì)法把單獨(dú)的概率分布組合為1個(gè)聯(lián)合后驗(yàn)算概率函數(shù)，之后針對(duì)該后

驗(yàn)算概率函數(shù)進(jìn)行‘極大似然估計(jì)’，判定數(shù)據(jù)融合的目標(biāo)值。

第三種，模糊邏輯算法。此種數(shù)據(jù)的融合形式需要對(duì)現(xiàn)實(shí)對(duì)象進(jìn)行分析，對(duì)有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，打造模糊性的數(shù)學(xué)模型，識(shí)別并預(yù)判檢測(cè)目標(biāo)，不難看出，對(duì)于模糊邏輯算法來(lái)說(shuō)，待測(cè)目標(biāo)是最重要的基礎(chǔ)。從本質(zhì)上看，模糊邏輯目標(biāo)屬于一種多值的邏輯，在處理的環(huán)節(jié)中，對(duì)各個(gè)命題和推理數(shù)值賦一個(gè)0和1之間的一個(gè)實(shí)數(shù)，對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)在融合環(huán)節(jié)中的重要性做出標(biāo)記，之后應(yīng)用多值邏輯推理的方式，融合所有傳感器的數(shù)據(jù)信息。此種方式具有良好的抗干擾能力，而且響應(yīng)的速度非?？?。

第四種，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。此種算法是通過(guò)模擬大腦運(yùn)行研發(fā)出的數(shù)據(jù)處理方法，它主要是利用神經(jīng)元實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的處理。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有著良好的容錯(cuò)性、自適應(yīng)性和自組織性，可以降低設(shè)計(jì)難度。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性處理的能力非常強(qiáng)，能夠達(dá)到數(shù)據(jù)融合的標(biāo)準(zhǔn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合流程為：在已經(jīng)選定的若干個(gè)傳感器當(dāng)中收集數(shù)據(jù)信息——預(yù)處理之后展開(kāi)特征提取操作——對(duì)特征數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)統(tǒng)一處理——為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入提供標(biāo)準(zhǔn)形式——把統(tǒng)一化的特征數(shù)據(jù)當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)化信息，將其當(dāng)作已知網(wǎng)絡(luò)——把新特征統(tǒng)一數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)比較，輸出被測(cè)試系統(tǒng)的狀態(tài)結(jié)果。

六、LED智慧路燈系統(tǒng)在智慧城市中的應(yīng)用注意事項(xiàng)

（一）科學(xué)部署智慧照明管理平臺(tái)

在智慧城市中，應(yīng)用智能路燈系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市級(jí)數(shù)據(jù)信息的智能化采集、后臺(tái)分析、終端響應(yīng)等。在實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光照明的精細(xì)化管理，提高照明系統(tǒng)的智能性、人性化和自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，還能實(shí)現(xiàn)諸如市政設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、5G信息化覆蓋、以及其他相關(guān)的應(yīng)用功能。系統(tǒng)的主站可以利用瀏覽器登錄，對(duì)范圍內(nèi)的全部燈具設(shè)施進(jìn)行管理，集數(shù)據(jù)分析、故障預(yù)警和能耗統(tǒng)計(jì)等功能于一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)監(jiān)控對(duì)象的控制。

（二）節(jié)點(diǎn)、集中控制器的安裝

在LED智慧路燈系統(tǒng)中，控制裝置是非常重要的組成部分。在實(shí)際安裝時(shí)需要將控制設(shè)備安裝在配電柜里面，利用LAN技術(shù)、GPRS技術(shù)等把控制器和管理后臺(tái)連接在一起。智能化的集中控制器是現(xiàn)場(chǎng)主控的重點(diǎn)，在智能化方案解決方案中發(fā)揮著重要的價(jià)值，可以對(duì)戶外的照明設(shè)施以及加載的感知設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、診斷和二兩，在此基礎(chǔ)上按照實(shí)際的需要開(kāi)展精細(xì)化管理，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，LED智能路燈系統(tǒng)是智慧城市的重要組成部分，但是在實(shí)際的使用當(dāng)中還存在著一些不足，在今后的實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)充分參考上述內(nèi)容，進(jìn)一步優(yōu)化LED智能路燈系統(tǒng)的研發(fā)，充分發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值，提高城市照明系統(tǒng)的管理效果，同時(shí)提升其智能化、自動(dòng)化程度，節(jié)省能源，減少城市照明系統(tǒng)的維護(hù)成本，更好地建設(shè)智慧城市。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁國(guó)軍.LED智慧路燈在智慧城市中的應(yīng)用[J].百科論壇電子雜志，2019，000（002）：97-97.

[2]周志強(qiáng).LED智慧路燈在智慧城市中的應(yīng)用[J].電子樂(lè)園，2020（8）：

1-1.

[3]陳濤.基于智能路燈系統(tǒng)的智慧街區(qū)和智慧城市建設(shè)探討[J].2021（2019-6）：44-45.