智慧路燈建設方案

楊 廣

（上海市政工程設計科學研究所有限公司，上海市 200092）

0 引言

智慧路燈作為智慧城市的重要組成部分，是智慧城市的公共服務應用項目之一，將其更好地融合到智慧城市建設的大潮中，具有重要意義。智慧照明是綜合計算、網(wǎng)絡、物理環(huán)境的多維復雜系統(tǒng)，具備全新城市照明系統(tǒng)的功能，并融合微基站、視頻探頭、多媒體屏、信息交互屏、太陽能光伏、傳感器以及LED照明于一體[1]的新型公共服務設施。

1 項目概述

豫園作為位于上海市中心的老城廂，是滬上著名的旅游景點，景區(qū)內(nèi)人流量大，主要區(qū)域已被辟為步行區(qū)，為了美化景區(qū)環(huán)境，提高景區(qū)服務質(zhì)量，擬采用智慧路燈替換部分區(qū)域內(nèi)道路兩側(cè)的路燈、視頻監(jiān)控桿，WiFi桿和燈箱廣告桿等。本次工程改造區(qū)域包含：麗水路、福佑路的河南南路至安仁街、舊校場路由北向南至方浜中路。

2 設計原則

（1）智慧路燈應充分考慮所在區(qū)域的實際的信息化需求，合理的進行改造，沿用原有的管線，更大程度上減少道路開挖的工程浪費。

（2）智慧路燈應充分體現(xiàn)美觀，與區(qū)域的主要建筑或功能特性相融合，使之成為景觀亮化的一部分，為城市照明提供新的亮點。同時，新型智慧路燈作為信息發(fā)布節(jié)點，應該具有讓周邊人流感知到該路燈節(jié)點標識、該智慧路燈可實現(xiàn)的智慧化作用的目的。

（3）智慧路燈應充分考慮到公共設施投入的經(jīng)費壓力，實現(xiàn)最大性價比目標，最大限度節(jié)約公共經(jīng)費的投入。

（4）智慧路燈應充分考慮信息化節(jié)點所應有的功能擴展性，在依據(jù)上述設計原則基礎上，進一步根據(jù)實際項目需要和區(qū)域道路的功能特點，為未來的功能需求提供便捷的擴展能力，達到硬件可疊加，軟件可植入。

3 設計方案

（1）根據(jù)項目的實際情況及需求，對本項目智慧路燈設定如下功能版本：

a.普通版：加載智能化軟硬件設備、道旗桿，并預留WIFI、攝像頭等功能接口，通過連接公網(wǎng)網(wǎng)絡，實現(xiàn)單燈的各類硬件設備可操作、可運行的工作狀態(tài)。此類版本應用于每條道路的中段區(qū)域，共計14套。

b.交互屏版：在普通版基礎上添加一塊觸摸交互屏，方便游客查詢園區(qū)內(nèi)各種信息，如園區(qū)內(nèi)地圖、商戶、各類活動等。此類版本應用于每條道路的路口或應用于商業(yè)性或管理性園區(qū)出入口處，共計10套。

c.一鍵報警版：在普通版基礎上增加一個一鍵報警模塊，以便游客或行人遇到緊急情況時可以得到及時幫助。此類版本應用于每條道路，且分散分布，共計12套。

（2）本工程路燈設計滿足CJJ45—2015[2]及DG/TJ08-2182-2015[3]上相關(guān)技術(shù)要求，照明燈具采用模塊化LED燈具，LED光組件和電源可以替換，燈具功率為120W，色溫為2 800~3 000 K，光效不小于120 lm/W,LED路燈整體壽命不小于50,000 h，燈具安裝位置為現(xiàn)有燈具位置，燈具高度為10 m。

（3）在傳統(tǒng)路燈的供電設計上已足夠為新開發(fā)智慧路燈硬件設備提供供電需求，同時智慧路燈硬件設備功率因素均大于0.9，且諧波含量低，不對電網(wǎng)造成新型污染，配電方案如下：

a.原有路燈供電網(wǎng)絡內(nèi)總電箱內(nèi)含時間控交流接觸器，每天夜間定時開啟，替換智慧燈桿后，燈桿內(nèi)的燈具沿用原有供電方式，并同時配有單燈控制系統(tǒng)，可以進行程序化自動、遠程遙控開關(guān)路燈。

b.對于智慧燈桿內(nèi)新加設備的供電，需設置獨立電力計量表，獨立計量。同時，新加各類設備原則上應采用重新布設獨立電纜進行供電的方式進行設計。

c.由于原路燈電箱空間不足以放置新添加設備及線路，因此在原電箱旁新裝一個配電箱，用于新添加設備的線路配置、增設電表等。

4 通信網(wǎng)絡架設方案

（1）設置一處通信中心節(jié)點，通信中心節(jié)點與燈桿以光纖通信連接，每根燈桿通入多芯光纖，為后續(xù)的微基站功能擴展做預留，光纖通過原有電力管道穿線。

（2）通信中心節(jié)點通過光纖連接中國電信Internet，供信息交互屏聯(lián)網(wǎng)使用。

（3）通信中心節(jié)點租用管線公司光纖專線，連通設備管理部門，以備路燈以外其他設備的日常運維。

（4）燈桿內(nèi)部設置交換機，連接硬件控制板、信息交互屏和一鍵報警模等塊，并為后續(xù)的WiFi、視頻監(jiān)控等功能擴展做預留。燈桿交換機通過單模光纖接到中心節(jié)點處的匯聚交換機。

（5）路燈遠程集中控制系統(tǒng)采用GPRS無線和以太網(wǎng)有線兩種通訊方式與監(jiān)控運行端進行通信，使用電腦和手機就可以輕松實現(xiàn)對路燈照明系統(tǒng)的管理控制，同時在無線通信出現(xiàn)故障時，可以手動切換到有線通信模式，保證了系統(tǒng)通信的穩(wěn)定。遠程集中控制器通過PLC電力載波或zigbee方式完成對單燈的智能控制，見圖1。

圖1 通信網(wǎng)絡架構(gòu)圖

5 路燈控制

智慧照明系統(tǒng)利用單燈控制技術(shù)，將對本次工程中的任意一盞智慧路燈進行聯(lián)網(wǎng)控制和運行狀態(tài)檢測，對每一盞燈實施數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)顯示及自動報警，提高照明系統(tǒng)的管理水平，降低管理維護成本，避免了照明能源浪費。系統(tǒng)包含實時監(jiān)測、智能控制、主動告警、智能分析、移動智能5大功能塊。

（1）實時監(jiān)測：采用單燈控制器監(jiān)測每盞燈具運行電壓、電流、功率、電量、運行時間數(shù)據(jù)、每盞燈具運行狀態(tài)、故障類型。

（2）智能控制：采用本地和遠程控制相結(jié)合的辦法，根據(jù)時間和天氣的明暗程度自動控制開關(guān)燈；實時動態(tài)調(diào)節(jié)照明光源的照度，在人流量和車流量大幅下降的情況下，降低照度，節(jié)約電能量；根據(jù)天氣和四季變化自動調(diào)節(jié)開關(guān)燈時間，達到按需照明的目的。

（3）主動告警：燈桿和燈具工作狀態(tài)異常時，如白天亮燈、晚上滅燈、電壓或電流超限、功率超限等，單燈控制器將會自動報警。控制平臺獲得報警信息將做出初步分析后向管理人員報告。管理人員根據(jù)告警類別及時下發(fā)搶修任務，搶修完成后，單燈設備檢測到告警消除，上報到控制平臺，完成故障告警的閉環(huán)處理。

（4）智能分析：平臺對采集到的數(shù)據(jù)分類存儲，對存儲的數(shù)據(jù)挖掘分析，以報表和圖形的形式輸出顯示，結(jié)合歷史大數(shù)據(jù)提高故障報警判斷準確性，通過多種數(shù)據(jù)組合判斷出故障類型，故障類別，分析故障產(chǎn)生原因。

（5）移動智能：移動管理平臺根據(jù)權(quán)限不同可以在在移動端實現(xiàn)燈具控制、運行數(shù)據(jù)查詢、故障信息查詢相關(guān)功能。

6 智慧路燈信息管理系統(tǒng)

6.1 系統(tǒng)架構(gòu)

智慧路燈信息管理系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)主要來源于控制面板，面板能夠控制各類終端設備并且與終端設備進行數(shù)據(jù)交互與控制，是底層設備的主要核心控制單元，同時，為了配合后續(xù)能夠進行拓展，還提供其他外部接口，方便后續(xù)對設備終端進行不斷地擴充。

擁有底層數(shù)據(jù)后將根據(jù)專業(yè)的數(shù)據(jù)通道，數(shù)據(jù)通道可利用傳統(tǒng)的3G/4G、Internet、VPN等方式進行數(shù)據(jù)通道的選擇。

當數(shù)據(jù)傳輸完成后將經(jīng)過一系列中間服務進行內(nèi)容轉(zhuǎn)化，主要包括中間件服務、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)集成、用戶認證、安全機制等對該類數(shù)據(jù)進行處理或轉(zhuǎn)化并最終形成最終的智慧路燈信息管理系統(tǒng)應用服務，由該服務轉(zhuǎn)化成最終的應用進行前端展現(xiàn)。主要轉(zhuǎn)化的應用：設備管理、報警管理、重啟記錄、視頻監(jiān)控、信息發(fā)布、燈光控制、環(huán)境指數(shù)、計量等。

智慧路燈信息管理系統(tǒng)建設的核心價值主要是為了方便各方在各自職能下的工作。對管理方來說，可以快速獲知當前所有設備的運行狀態(tài)。對建設來說，可以快速設備問題并及時安排維護。對生產(chǎn)方來說，可以根據(jù)設備運行情況來綜合判斷設備存在的缺陷以及后續(xù)版本迭代路線的規(guī)劃。

6.2 系統(tǒng)功能建設

智慧路燈信息管理系統(tǒng)可實現(xiàn)對路燈以外設備的管理工作，通過軟件的方式實現(xiàn)對各個設備運行狀態(tài)的監(jiān)控，能夠及時掌握異常狀態(tài)設備的最新動態(tài)，并根據(jù)長時間異常的設備進行報警處理。

因此，為了滿足上述功能要求，智慧路燈信息管理系統(tǒng)建設的模塊主要包括：設備管理、報警管理、重啟記錄、視頻監(jiān)控、信息發(fā)布、燈光控制。

6.2.1 設備管理

設備管理是針對除路燈以外所有設備的條目總覽，可對攝像頭、WIFI、控制面板、充電樁、交互屏等設備進行總體運行狀態(tài)查看。主要監(jiān)控各模塊的開關(guān)狀態(tài)，以及所屬的設備編號以及監(jiān)控時間。該模塊建設的目的在于能夠讓管理者在第一時間能夠所所有獨立運行的設備狀態(tài)進行監(jiān)管，快速發(fā)現(xiàn)問題并做及時處理。

6.2.2 報警管理

智慧路燈信息管理系統(tǒng)會對出現(xiàn)運行異常的設備進行自動重啟，當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)重啟無效時就會將該信息列入報警范疇，在報警管理模塊中可查看當前出現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)信息。該模塊下將顯示報警的時間、設備編號、設備信息、持續(xù)時間、維護狀態(tài)。如果該報警信息已經(jīng)處理完畢，則在維護狀態(tài)那一欄就會顯示已維護。這樣能夠讓管理者在第一時間定位報警時間較長同時又還未維護的設備信息。

6.2.3 重啟記錄

本模塊主要是記錄各個設備的重啟信息進行記錄，主要是為了能夠?qū)?jīng)常重啟的設備能夠進行長期有效的跟蹤統(tǒng)計，因此，該模塊主要包含重啟時間、設備編號、設備名稱、重啟次數(shù)、備注字段。系統(tǒng)默認統(tǒng)計一周內(nèi)的重啟記錄，這樣就可以讓維護人員知曉哪些設備存在經(jīng)常性重啟的現(xiàn)象，為以后產(chǎn)品的迭代升級提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

6.2.4 視頻監(jiān)控

該模塊主要針對的是視頻監(jiān)控設備，該模塊可以對視頻監(jiān)控設備進行調(diào)整，包括8向調(diào)節(jié)、焦距調(diào)整、光圈調(diào)整、視頻錄制等主要功能。

剛進入該模塊主要顯示各視頻監(jiān)控設備的列表信息，在各列表信息后方有操作按鈕，點擊操作后可對各視頻監(jiān)控設備進行操作，并且可以實時查看個監(jiān)控設備當前的視頻畫面。

6.2.5 信息發(fā)布

智慧路燈集成了主流的LED電子屏，因此智慧路燈信息管理系統(tǒng)可對該LED電子屏進行信息管理和發(fā)布。可在系統(tǒng)中增刪改查發(fā)布的信息，一經(jīng)發(fā)布的信息就會立即在LED電子屏上進行顯示，方便用戶管理和控制。

6.2.6 燈光控制

燈光控制模塊主要是針對各路燈信息進行展示以及進行控制狀態(tài)展示。可顯示各控制器詳細內(nèi)容信息，并且為了方便維護可對各路燈信息進行增刪改查管理。

6.3 軟件系統(tǒng)特性

智慧路燈信息管理系統(tǒng)根據(jù)多年的行業(yè)經(jīng)驗進行了合理的設計和優(yōu)化，構(gòu)建了設備管理、報警管理、異常記錄、視頻監(jiān)控、信息發(fā)布、燈光控制等核心業(yè)務系統(tǒng)，并通過標準接口與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相聯(lián)，使得整個系統(tǒng)充分實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而達到監(jiān)控、提醒、管理的自動化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化，為建設部門的監(jiān)管提供真實、準確、及時的智慧路燈運行可靠信息，以達到提高工作效率，提高管理水平，提高決策的正確性的目的。

7 功能擴展性

在本次試點項目的實施安裝時，智慧路燈先期搭載LED照明、燈控、信息交互屏和一鍵報警的功能。后期根據(jù)實際實際需求，搭載其他功能，如：視頻監(jiān)控、WiFi、環(huán)境監(jiān)測、公共廣播、微基站、聲聯(lián)網(wǎng)等。各項功能所需要的電力、通信需求均在先期進行預留，并可方便迅速的在燈桿上加裝和接線。

8 結(jié)語

智慧路燈是未來道路照明發(fā)展的一種方向，也是城市公共設施資源整合利用的良好解決方案，在今后的城市發(fā)展中將成為重要的一環(huán)，智慧路燈相關(guān)技術(shù)和市場尚處在不斷發(fā)展變化中，還涉及跨領(lǐng)域和跨部門制度支撐問題，目前標準化工作難度較大，框架體系尚未建立[4]。因此需要因地制宜、科學規(guī)劃、精心設計，才能發(fā)揮最好的效果。