智慧城市規(guī)劃與建設(shè)發(fā)展前沿理論研究
——以智能路燈為例

劉 巖，竇宗雋

（1.天津市電力公司路燈處；2.中國生態(tài)城市研究院有限公司）

1 引言

目前，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)智能照明的研究頗多，相關(guān)理論也逐步趨于成熟。梁人杰[1]論述照明在城市規(guī)劃與建設(shè)中的發(fā)展過程，并以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，提出了將智能控制和固態(tài)光源進(jìn)行有效結(jié)合的方案。張榮明[2]等結(jié)合自身的工作經(jīng)歷和現(xiàn)有的研究成果，闡述了在我國不同領(lǐng)域中智能照明技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)。孟祥彬[3]等人運(yùn)用AT89S52，并結(jié)合紅外線和光電傳感器對(duì)信號(hào)進(jìn)行收集處理，然后運(yùn)用單片機(jī)對(duì)控制燈做切斷處理，研發(fā)了一種針對(duì)教室照明的智能化控制系統(tǒng)。上述研究主要運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建智慧照明模型或?qū)χ腔壅彰鞯默F(xiàn)狀以及發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行研究。

2 智慧路燈的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 有效性不高

智慧城市在我國的發(fā)展較國外晚，且我國智慧城市的發(fā)展依然處于初級(jí)階段，無論是在智慧城市發(fā)展的技術(shù)方面還是硬件配套設(shè)施方面均存在一定的不足。在智慧城市的管理層面，合理有效地經(jīng)營謀劃是智慧城市最直接的管理方式，但是通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國的智慧城市未能形成有效的管理方式，例如，在一線實(shí)施單位與維護(hù)單位間存在信息溝通不順暢等現(xiàn)象，導(dǎo)致路燈從發(fā)生故障到解決問題的時(shí)間較長，而且在巡視檢查層面也存在大量浪費(fèi)人力和財(cái)力的現(xiàn)象。

2.2 布置不合理

目前，我國的計(jì)算機(jī)技術(shù)雖然在近幾年來發(fā)展迅速，但是在智慧照明的數(shù)據(jù)分析能力層面依然存在一定的發(fā)展瓶頸，從而導(dǎo)致我國智慧照明的優(yōu)化布置存在一定的不足。

2.3 光源較單一

在道路照明方面，我國主要使用高壓鈉燈，但用此種照明方式存在嚴(yán)重的弊端，如顯色性能差、電能損耗較高和路燈壽命較短等問題。

3 道路照明存在的問題

3.1 光污染嚴(yán)重

在現(xiàn)階段，部分城市為營造建筑工程豪華、高亮度的特點(diǎn)，安裝了大量的燈光照明設(shè)備，對(duì)夜晚出行的駕駛員以及行人的視角平衡帶來了一定的傷害，從而在一定程度上對(duì)城市居民的生態(tài)平衡造成一定的影響。

3.2 資源浪費(fèi)嚴(yán)重

根據(jù)調(diào)查分析可知：在夜晚9點(diǎn)以后，小型城市人流和車流的密度較少；12點(diǎn)以后，中型城市和大型城市人流和車流減少；凌晨2點(diǎn)以后，特大型城市的車流和人流的密度也較少，但道路上的照明設(shè)備幾乎處于全開狀態(tài)。照明設(shè)備持續(xù)處于發(fā)熱狀態(tài)，不僅對(duì)設(shè)備本身的壽命有一定損害，而且造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。一些城市的道路照明設(shè)備雖然分時(shí)段開啟，在一定程度上節(jié)約了資源，但是由于沒有合理的布置照明設(shè)備，從而容易使道路照明出現(xiàn)盲點(diǎn)，導(dǎo)致事故的發(fā)生。

4 智慧路燈模型的構(gòu)建

4.1 智能路網(wǎng)終端的構(gòu)建

新型的智慧路燈不僅可以提供照明，同時(shí)還要具備感知、傳遞、收集和處理信息的功能，為此，本文通過查閱國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并汲取現(xiàn)有的研究成果，構(gòu)思出一種新型的智能路網(wǎng)終端模型。通過運(yùn)用此模型，可以有效實(shí)現(xiàn)分段控制各路燈的照明亮度、路燈的工作個(gè)數(shù)、優(yōu)化路燈的布置并實(shí)時(shí)監(jiān)控各路網(wǎng)的工作狀況。

由于影響智慧路燈照明的因素較多，本文結(jié)合現(xiàn)有的研究成果，以及實(shí)際的工程狀況，篩選出9項(xiàng)影響智慧路燈照明的主要因素，分別為：溫度傳感器、噪音傳感器、濕度傳感器、亮度傳感器、煙霧感應(yīng)器、空氣污染檢測(cè)器、ETC讀卡器、監(jiān)控裝置以及紅外感應(yīng)器，并結(jié)合核心控制單元、燈光照明設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口等組成智能路網(wǎng)終端，如圖1所示。

圖1 智能路網(wǎng)終端模型

4.2 智慧路燈控制系統(tǒng)

在上述終端的基礎(chǔ)上，結(jié)合路段控制器（每個(gè)路段各分配一個(gè)）、控制中心、液晶顯示屏、通信設(shè)施四大模塊構(gòu)成智慧路燈控制系統(tǒng)，其工作原理如下：

各路段控制器將收集的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后將處理后的信息反饋給控制中心，控制中心通過大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行縝密計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果，即各路段的運(yùn)行狀況以及監(jiān)控狀況顯示在液晶屏上，同時(shí)計(jì)算出各路段正常工作的路燈個(gè)數(shù)及燈光亮度，最后通過通信設(shè)施傳遞給照明設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)路燈的智慧照明。

5 智慧城市的規(guī)劃建設(shè)以智慧路燈為基礎(chǔ)

本文主要從智慧路燈在實(shí)時(shí)檢測(cè)、安全化的智慧照明體系、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及其他方面產(chǎn)生的作用進(jìn)行闡述。

5.1 實(shí)時(shí)的檢測(cè)功能

要實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈照明范圍內(nèi)行人以及車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，需要在路燈上安裝攝像頭和紅光感應(yīng)器，將拍攝的視頻上傳至智慧城市互聯(lián)網(wǎng)操作臺(tái)，并采用云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)永久保存數(shù)據(jù)，從而達(dá)到后期方便查詢的目的。通過智能的安防體系及公安的天眼系統(tǒng)，很大程度上提高了城市的安全系數(shù)。通過使用攝像裝置，可以對(duì)城市的重要地區(qū)、名勝古跡等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

5.2 安全化的智慧照明體系

安全問題在智能化城市的建設(shè)和發(fā)展中至關(guān)重要，城市安全不僅包括公民的自身安全，還包括個(gè)人及城市的信息安全。當(dāng)今社會(huì)個(gè)人隱私極易被泄露，城市要想健康穩(wěn)定有序的運(yùn)行，應(yīng)確保城市的安全問題。城市智慧照明系統(tǒng)作為城市建設(shè)中的重要部分，囊括了城市建設(shè)的很多信息，為防止信息被不法分子利用，應(yīng)加強(qiáng)城市道路信息化的安全建設(shè)。同時(shí)，城市道路照明是市民夜間安全出行的重要保證之一，開啟城市道路夜間照明，為行人和機(jī)動(dòng)車司機(jī)提供安全的道路環(huán)境，進(jìn)而降低城市夜間犯罪率，避免意外事故的發(fā)生。

5.3 智慧的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

智慧路燈中集成溫度傳感器可以預(yù)測(cè)城市氣溫變化，濕度傳感器可以檢測(cè)居民居住環(huán)境的濕度，噪聲傳感器可以有效檢測(cè)汽車的噪聲危害，PM2.5傳感器與空氣污染檢測(cè)傳感器可以有效檢測(cè)工業(yè)或汽車尾氣給居住環(huán)境帶來的危害。因此，智慧路燈上各種環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器的集成可以對(duì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

5.4 節(jié)約能源

通過實(shí)時(shí)采集照明環(huán)境信息，實(shí)時(shí)反饋人車流量和事故情況，實(shí)現(xiàn)“按需照明”，最大限度地節(jié)約能源，避免照明開支的浪費(fèi)。

6 結(jié)語

本文闡述了智慧路燈的發(fā)展現(xiàn)狀，并針對(duì)性地提出現(xiàn)階段城市道路照明中存在的問題，然后結(jié)合相關(guān)研究成果，建立智慧路燈模式，并梳理該模型的工作原理，最后提出智慧城市的建設(shè)和規(guī)劃要緊緊依靠智慧路燈，此次研究成果對(duì)智慧城市合理的規(guī)劃建設(shè)起到了一定的積極作用。