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、網絡、物理環境的多維復雜系統，具備全新城市照明系統的功能，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，景區內人流量大，主要區域已被辟為步行區，為了美化景區環境，提高景區服務質量，擬采用智慧路燈替換部分區域內道路兩側的路燈、視頻監控桿，WiFi桿和燈箱廣告桿等。本次工程改造區域包含：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美觀，與區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布節點，應該具有讓周邊人流感知到該路燈節點標識、該智慧路燈可實現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費壓力，實現最大性價比目標，最大限度節約公共經費的投入。

（4）智慧路燈應充分考慮信息化節點所應有的功能擴展性，在依據上述設計原則基礎上，進一步根據實際項目需要和區域道路的功能特點，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，通過連接公網網絡，實現單燈的各類硬件設備可操作、可運行的工作狀態。此類版本應用于每條道路的中段區域，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，方便游客查詢園區內各種信息，如園區內地圖、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性或管理性園區出入口處，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]上相關技術要求，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，燈具安裝位置為現有燈具位置，燈具高度為10 m。

（3）在傳統路燈的供電設計上已足夠為新開發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，不對電網造成新型污染，配電方案如下：

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

b.對于智慧燈桿內新加設備的供電，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 通信網絡架設方案

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

（2）通信中心節點通過光纖連接中國電信Internet，供信息交互屏聯網使用。

（3）通信中心節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，并為后續的WiFi、視頻監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點處的匯聚交換機。

（5）路燈遠程集中控制系統采用GPRS無線和以太網有線兩種通訊方式與監控運行端進行通信，使用電腦和手機就可以輕松實現對路燈照明系統的管理控制，同時在無線通信出現故障時，可以手動切換到有線通信模式，保證了系統通信的穩定。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 通信網絡架構圖

5 路燈控制

智慧照明系統利用單燈控制技術，將對本次工程中的任意一盞智慧路燈進行聯網控制和運行狀態檢測，對每一盞燈實施數據采集、狀態顯示及自動報警，提高照明系統的管理水平，降低管理維護成本，避免了照明能源浪費。系統包含實時監測、智能控制、主動告警、智能分析、移動智能5大功能塊。

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

（2）智能控制：采用本地和遠程控制相結合的辦法，根據時間和天氣的明暗程度自動控制開關燈；實時動態調節照明光源的照度，在人流量和車流量大幅下降的情況下，降低照度，節約電能量；根據天氣和四季變化自動調節開關燈時間，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。管理人員根據告警類別及時下發搶修任務，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處理。

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

（5）移動智能：移動管理平臺根據權限不同可以在在移動端實現燈具控制、運行數據查詢、故障信息查詢相關功能。

6 智慧路燈信息管理系統

6.1 系統架構

智慧路燈信息管理系統的底層數據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據交互與控制，是底層設備的主要核心控制單元，同時，為了配合后續能夠進行拓展，還提供其他外部接口，方便后續對設備終端進行不斷地擴充。

擁有底層數據后將根據專業的數據通道，數據通道可利用傳統的3G/4G、Internet、VPN等方式進行數據通道的選擇。

當數據傳輸完成后將經過一系列中間服務進行內容轉化，主要包括中間件服務、數據解析、數據集成、用戶認證、安全機制等對該類數據進行處理或轉化并最終形成最終的智慧路燈信息管理系統應用服務，由該服務轉化成最終的應用進行前端展現。主要轉化的應用：設備管理、報警管理、重啟記錄、視頻監控、信息發布、燈光控制、環境指數、計量等。

智慧路燈信息管理系統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。對建設來說，可以快速設備問題并及時安排維護。對生產方來說，可以根據設備運行情況來綜合判斷設備存在的缺陷以及后續版本迭代路線的規劃。

6.2 系統功能建設

智慧路燈信息管理系統可實現對路燈以外設備的管理工作，通過軟件的方式實現對各個設備運行狀態的監控，能夠及時掌握異常狀態設備的最新動態，并根據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建設的模塊主要包括：設備管理、報警管理、重啟記錄、視頻監控、信息發布、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查看。主要監控各模塊的開關狀態，以及所屬的設備編號以及監控時間。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進行監管，快速發現問題并做及時處理。

6.2.2 報警管理

智慧路燈信息管理系統會對出現運行異常的設備進行自動重啟，當系統發現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異常的數據信息。該模塊下將顯示報警的時間、設備編號、設備信息、持續時間、維護狀態。如果該報警信息已經處理完畢，則在維護狀態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，主要是為了能夠對經常重啟的設備能夠進行長期有效的跟蹤統計，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、備注字段。系統默認統計一周內的重啟記錄，這樣就可以讓維護人員知曉哪些設備存在經常性重啟的現象，為以后產品的迭代升級提供有力的數據支撐。

6.2.4 視頻監控

該模塊主要針對的是視頻監控設備，該模塊可以對視頻監控設備進行調整，包括8向調節、焦距調整、光圈調整、視頻錄制等主要功能。

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

6.2.5 信息發布

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可對該LED電子屏進行信息管理和發布。可在系統中增刪改查發布的信息，一經發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展示。可顯示各控制器詳細內容信息，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 軟件系統特性

智慧路燈信息管理系統根據多年的行業經驗進行了合理的設計和優化，構建了設備管理、報警管理、異常記錄、視頻監控、信息發布、燈光控制等核心業務系統，并通過標準接口與數據庫系統相聯，使得整個系統充分實現數據共享，從而達到監控、提醒、管理的自動化、網絡化、數字化，為建設部門的監管提供真實、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。后期根據實際實際需求，搭載其他功能，如：視頻監控、WiFi、環境監測、公共廣播、微基站、聲聯網等。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 結語

智慧路燈是未來道路照明發展的一種方向，也是城市公共設施資源整合利用的良好解決方案，在今后的城市發展中將成為重要的一環，智慧路燈相關技術和市場尚處在不斷發展變化中，還涉及跨領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、科學規劃、精心設計，才能發揮最好的效果。