智慧路燈建設(shè)方案

楊 廣

（上海市政工程設(shè)計(jì)科學(xué)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(wù)應(yīng)用項(xiàng)目之一，將其更好地融合到智慧城市建設(shè)的大潮中，具有重要意義。智慧照明是綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、物理環(huán)境的多維復(fù)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(yáng)能光伏、傳感器以及LED照明于一體[1]的新型公共服務(wù)設(shè)施。

1 項(xiàng)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(diǎn)，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(wù)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(chǎng)路由北向南至方浜中路。

2 設(shè)計(jì)原則

（1）智慧路燈應(yīng)充分考慮所在區(qū)域的實(shí)際的信息化需求，合理的進(jìn)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(fèi)。

（2）智慧路燈應(yīng)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(diǎn)。同時(shí)，新型智慧路燈作為信息發(fā)布節(jié)點(diǎn)，應(yīng)該具有讓周邊人流感知到該路燈節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)、該智慧路燈可實(shí)現(xiàn)的智慧化作用的目的。

（3）智慧路燈應(yīng)充分考慮到公共設(shè)施投入的經(jīng)費(fèi)壓力，實(shí)現(xiàn)最大性價(jià)比目標(biāo)，最大限度節(jié)約公共經(jīng)費(fèi)的投入。

（4）智慧路燈應(yīng)充分考慮信息化節(jié)點(diǎn)所應(yīng)有的功能擴(kuò)展性，在依據(jù)上述設(shè)計(jì)原則基礎(chǔ)上，進(jìn)一步根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需要和區(qū)域道路的功能特點(diǎn)，為未來(lái)的功能需求提供便捷的擴(kuò)展能力，達(dá)到硬件可疊加，軟件可植入。

3 設(shè)計(jì)方案

（1）根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況及需求，對(duì)本項(xiàng)目智慧路燈設(shè)定如下功能版本：

a.普通版：加載智能化軟硬件設(shè)備、道旗桿，并預(yù)留WIFI、攝像頭等功能接口，通過(guò)連接公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)單燈的各類硬件設(shè)備可操作、可運(yùn)行的工作狀態(tài)。此類版本應(yīng)用于每條道路的中段區(qū)域，共計(jì)14套。

b.交互屏版：在普通版基礎(chǔ)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(dòng)等。此類版本應(yīng)用于每條道路的路口或應(yīng)用于商業(yè)性或管理性園區(qū)出入口處，共計(jì)10套。

c.一鍵報(bào)警版：在普通版基礎(chǔ)上增加一個(gè)一鍵報(bào)警模塊，以便游客或行人遇到緊急情況時(shí)可以得到及時(shí)幫助。此類版本應(yīng)用于每條道路，且分散分布，共計(jì)12套。

（2）本工程路燈設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)上已足夠?yàn)樾麻_發(fā)智慧路燈硬件設(shè)備提供供電需求，同時(shí)智慧路燈硬件設(shè)備功率因素均大于0.9，且諧波含量低，不對(duì)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(luò)內(nèi)總電箱內(nèi)含時(shí)間控交流接觸器，每天夜間定時(shí)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(shí)配有單燈控制系統(tǒng)，可以進(jìn)行程序化自動(dòng)、遠(yuǎn)程遙控開關(guān)路燈。

b.對(duì)于智慧燈桿內(nèi)新加設(shè)備的供電，需設(shè)置獨(dú)立電力計(jì)量表，獨(dú)立計(jì)量。同時(shí)，新加各類設(shè)備原則上應(yīng)采用重新布設(shè)獨(dú)立電纜進(jìn)行供電的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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

4 通信網(wǎng)絡(luò)架設(shè)方案

（1）設(shè)置一處通信中心節(jié)點(diǎn)，通信中心節(jié)點(diǎn)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(kuò)展做預(yù)留，光纖通過(guò)原有電力管道穿線。

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

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

（4）燈桿內(nèi)部設(shè)置交換機(jī)，連接硬件控制板、信息交互屏和一鍵報(bào)警模等塊，并為后續(xù)的WiFi、視頻監(jiān)控等功能擴(kuò)展做預(yù)留。燈桿交換機(jī)通過(guò)單模光纖接到中心節(jié)點(diǎn)處的匯聚交換機(jī)。

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

圖1 通信網(wǎng)絡(luò)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(duì)本次工程中的任意一盞智慧路燈進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制和運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)，對(duì)每一盞燈實(shí)施數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)顯示及自動(dòng)報(bào)警，提高照明系統(tǒng)的管理水平，降低管理維護(hù)成本，避免了照明能源浪費(fèi)。系統(tǒng)包含實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能控制、主動(dòng)告警、智能分析、移動(dòng)智能5大功能塊。

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：采用單燈控制器監(jiān)測(cè)每盞燈具運(yùn)行電壓、電流、功率、電量、運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)、每盞燈具運(yùn)行狀態(tài)、故障類型。

（2）智能控制：采用本地和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合的辦法，根據(jù)時(shí)間和天氣的明暗程度自動(dòng)控制開關(guān)燈；實(shí)時(shí)動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)開關(guān)燈時(shí)間，達(dá)到按需照明的目的。

（3）主動(dòng)告警：燈桿和燈具工作狀態(tài)異常時(shí)，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(huì)自動(dòng)報(bào)警。控制平臺(tái)獲得報(bào)警信息將做出初步分析后向管理人員報(bào)告。管理人員根據(jù)告警類別及時(shí)下發(fā)搶修任務(wù)，搶修完成后，單燈設(shè)備檢測(cè)到告警消除，上報(bào)到控制平臺(tái)，完成故障告警的閉環(huán)處理。

（4）智能分析：平臺(tái)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)，對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)挖掘分析，以報(bào)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(bào)警判斷準(zhǔn)確性，通過(guò)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(dòng)智能：移動(dòng)管理平臺(tái)根據(jù)權(quán)限不同可以在在移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)燈具控制、運(yùn)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(lái)源于控制面板，面板能夠控制各類終端設(shè)備并且與終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互與控制，是底層設(shè)備的主要核心控制單元，同時(shí)，為了配合后續(xù)能夠進(jìn)行拓展，還提供其他外部接口，方便后續(xù)對(duì)設(shè)備終端進(jìn)行不斷地?cái)U(kuò)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(jìn)行數(shù)據(jù)通道的選擇。

當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完成后將經(jīng)過(guò)一系列中間服務(wù)進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)化，主要包括中間件服務(wù)、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)集成、用戶認(rèn)證、安全機(jī)制等對(duì)該類數(shù)據(jù)進(jìn)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(yīng)用服務(wù)，由該服務(wù)轉(zhuǎn)化成最終的應(yīng)用進(jìn)行前端展現(xiàn)。主要轉(zhuǎn)化的應(yīng)用：設(shè)備管理、報(bào)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(jì)量等。

智慧路燈信息管理系統(tǒng)建設(shè)的核心價(jià)值主要是為了方便各方在各自職能下的工作。對(duì)管理方來(lái)說(shuō)，可以快速獲知當(dāng)前所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)建設(shè)來(lái)說(shuō)，可以快速設(shè)備問(wèn)題并及時(shí)安排維護(hù)。對(duì)生產(chǎn)方來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況來(lái)綜合判斷設(shè)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(shè)

智慧路燈信息管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈以外設(shè)備的管理工作，通過(guò)軟件的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，能夠及時(shí)掌握異常狀態(tài)設(shè)備的最新動(dòng)態(tài)，并根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間異常的設(shè)備進(jìn)行報(bào)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(shè)的模塊主要包括：設(shè)備管理、報(bào)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(shè)備管理

設(shè)備管理是針對(duì)除路燈以外所有設(shè)備的條目總覽，可對(duì)攝像頭、WIFI、控制面板、充電樁、交互屏等設(shè)備進(jìn)行總體運(yùn)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(shè)備編號(hào)以及監(jiān)控時(shí)間。該模塊建設(shè)的目的在于能夠讓管理者在第一時(shí)間能夠所所有獨(dú)立運(yùn)行的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)管，快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并做及時(shí)處理。

6.2.2 報(bào)警管理

智慧路燈信息管理系統(tǒng)會(huì)對(duì)出現(xiàn)運(yùn)行異常的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)重啟，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)重啟無(wú)效時(shí)就會(huì)將該信息列入報(bào)警范疇，在報(bào)警管理模塊中可查看當(dāng)前出現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)信息。該模塊下將顯示報(bào)警的時(shí)間、設(shè)備編號(hào)、設(shè)備信息、持續(xù)時(shí)間、維護(hù)狀態(tài)。如果該報(bào)警信息已經(jīng)處理完畢，則在維護(hù)狀態(tài)那一欄就會(huì)顯示已維護(hù)。這樣能夠讓管理者在第一時(shí)間定位報(bào)警時(shí)間較長(zhǎng)同時(shí)又還未維護(hù)的設(shè)備信息。

6.2.3 重啟記錄

本模塊主要是記錄各個(gè)設(shè)備的重啟信息進(jìn)行記錄，主要是為了能夠?qū)?jīng)常重啟的設(shè)備能夠進(jìn)行長(zhǎng)期有效的跟蹤統(tǒng)計(jì)，因此，該模塊主要包含重啟時(shí)間、設(shè)備編號(hào)、設(shè)備名稱、重啟次數(shù)、備注字段。系統(tǒng)默認(rèn)統(tǒng)計(jì)一周內(nèi)的重啟記錄，這樣就可以讓維護(hù)人員知曉哪些設(shè)備存在經(jīng)常性重啟的現(xiàn)象，為以后產(chǎn)品的迭代升級(jí)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(duì)的是視頻監(jiān)控設(shè)備，該模塊可以對(duì)視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)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(jìn)入該模塊主要顯示各視頻監(jiān)控設(shè)備的列表信息，在各列表信息后方有操作按鈕，點(diǎn)擊操作后可對(duì)各視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行操作，并且可以實(shí)時(shí)查看個(gè)監(jiān)控設(shè)備當(dāng)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(duì)該LED電子屏進(jìn)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(huì)立即在LED電子屏上進(jìn)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(duì)各路燈信息進(jìn)行展示以及進(jìn)行控制狀態(tài)展示。可顯示各控制器詳細(xì)內(nèi)容信息，并且為了方便維護(hù)可對(duì)各路燈信息進(jìn)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(yàn)進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，構(gòu)建了設(shè)備管理、報(bào)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(wù)系統(tǒng)，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)相聯(lián)，使得整個(gè)系統(tǒng)充分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而達(dá)到監(jiān)控、提醒、管理的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化，為建設(shè)部門的監(jiān)管提供真實(shí)、準(zhǔn)確、及時(shí)的智慧路燈運(yùn)行可靠信息，以達(dá)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(kuò)展性

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

8 結(jié)語(yǔ)

智慧路燈是未來(lái)道路照明發(fā)展的一種方向，也是城市公共設(shè)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(chǎng)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(wèn)題，目前標(biāo)準(zhǔn)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(xué)規(guī)劃、精心設(shè)計(jì)，才能發(fā)揮最好的效果。