物聯網在智慧城市照明管理系統中的應用探析

崔楊峰

城市照明是城市的基礎設施之一，城市照明建設情況從一定程度上彰顯著城市的科技實力和經濟水平，體現一座城市的競爭力與基礎定位。近年來，城市照明的重要性日漸突出，收到了各級政府機關的廣泛重視，為完善城市照明基礎設施的建設，政府投入了大量的資金。但隨著城市化進程的不斷深入，城市照明能耗也在逐年攀升，由此，一些相關聯的問題開始暴露出來。首先，城市照明需要大量的人員維護，工作量極大，其次，電費支出過多，加重了財政負擔。

通過相關調查發現，城市公共照明其耗電量約占總照明耗電量的30%左右。我國的一些大中型城市在晚上0點以后，小型城市9點以后，戶外活動的人數會逐漸減少，僅為平時人流量的10%左右，甚至更低。雖然深夜的城市人流量極小，但城市照明的能耗還是始終保持著相對高位的水平。資源浪費給政府造成了巨大的財政壓力，需引起足夠重視，并盡早解決。在智慧城市中綜合應用物聯網技術可以很好的優化城市照明系統，以提高城市照明系統的高效性和節能性。

一、物聯網概述

物聯網就是萬物互聯。通常有兩種表達含義：一、物聯網是以互聯網為基礎，物聯網是基于互聯網基礎上的拓展和深化。二、物聯網的任何節點都可以實現用戶端的延伸和拓展，可以進行信息通信和交換。根據物聯網本身的特性，可以應用于很多領域，其中包括紅外感應、射頻識別、激光掃描、全球定位等，并根據協議通過互聯網中物與物的連接和通信，實現智能化定位、識別、跟蹤、管理和監控等功能。

二、物聯網在構建智慧城市中的地位

自1982年第一臺智能冰箱問世后，物聯網便迅速蔓延了整個世界，如今在“物聯網+”的基礎上，智慧醫療，智慧農業等系統相繼成型，“物聯網+操作系統”的組合更是帶來了一波熱潮。

中國軟件行業協會嵌入式系統分會副理事長何小慶曾提到，物聯網已經在互聯網的系統上搭建了統一的管道，有云計算和大數據的技術支撐，物聯網的技術越來越趨于成熟。不久的將來物聯網的成本會更低，設備端也會向的小型化、低功耗、高安全性的方向發展，隨著日益復雜的設備軟件的出現，應用層對計算能力的要求更高，這些就是物聯網操作系統被孕育出來的必要條件，而這一步也是走向智慧城市的必經之路。未來處理智慧城市系統海量數據，物聯網是核心。

三、物聯網技術在智慧城市中的應用

（一）系統結構

將物聯網技術應用于城市照明系統中，對于優化城市照明系統結構具有非常重要的作用，同時，物聯網技術可以對網關、路燈信息終端、城市照明控制中心高效協調配置。在以前，城市照明控制中心利用Internet和GPRS無線通信網實現網關之間的數據連接，如今，整個物聯網領域正在向NB-IOT，5G等新系統方向轉變，我國的三大運營商就是其基礎網的奠基者。值得提一下的是在NBIOT或者5G系統下，路燈加裝NB-IOT或者5G模塊即可，無需再多加網關中轉。而以ZigBee為代表的短距通信在組網時必須加裝網關，其過程大致如下：網管系統下發數據給各區域網關，網關轉發指令給路燈信息終端，路燈信息終端會根據接受到的指令完成相關操作。從目前的現狀看NB-IOT模塊價格較貴，且多片區終端易產生擁塞；ZigBee則相對廉價，而且其網絡已人為分區，一個網關對應一個或幾個片區，基本不用考慮擁塞的情況，技術相對成熟。

（二）用戶管理軟件

城市照明控制系統主要由控制中心和網絡客戶端兩部分組成。各網絡客戶端采用視窗化模塊，整合轄區內的照明終端參數、時段、人流量等以便維護和優化；控制中心采集各網絡客戶端數據，定期生成報表，進行數據分析，對異常情況及時發出預警。

目前城市照明控制系統基本健全，在此基礎上通過低成本的物聯網改造升級能實現亮度調節、休眠等完全自動控制的智能模式。隨著無線通信技術的普及，信息傳輸成本也進一步下降，除此之外，網絡客戶端還可以設置特定的場景模式來實現對路燈亮度的智能調節，如在主干道，步行街等鬧市街區的路燈將會更加明亮，而深夜行人稀疏的街道的路燈將會自動進入節能模式。

同時，在辦公大樓，商場等用電集中的地區，使用智能化的照明模式也能實現“人在燈明，人走燈滅”的智能控制，增加照明的高效性、智能性和安全性，在管理上也更加事半功倍。如下圖所示是一種走廊智能燈節能模式：

人步行速度1-2米/秒，人視線對前方20米燈亮度感覺靈敏。設置前進方向10-20米內燈100%亮度，20-30米燈處70%亮度，超過30米10%亮度。

與行進方向相反的燈，人離開后距離10米燈亮度變為70%，人離開后距離20米的燈亮度10%。

方案優點：預先將前方10-30米內的燈開啟100%亮度，隨著人的移動前方始終保持30米的燈處于100%亮度，后方的燈進入休眠狀態。好處是，人未到燈已亮，給人的感覺是燈一直亮著，節電的同時不影響用戶體驗。

（三）單燈信息終端

在城市照明的各個燈具內部集成信息終端可以有效實現城市照明燈具運行參數的實時采集，網絡客戶端通過對實時數據分析可以對燈具的運行狀態作出綜合判斷。此外，單燈信息終端還可以實現報警功能，其告警信號可以通過ZigBee等無線通信系統傳送，網絡終端或控制中心收到告警信號后自動開啟相關聯動裝置，再將多個單燈智能模塊連接形成巨大的智能網絡。需要注意的是，隨著智能模塊的數量增加，燈具和線路本身的優劣勢都將會放大，因此在單燈信息模塊的設計中應當注意采用低功耗，低成本的設計理念。

（四）拓展燈具照明控制系統的功能應用

將物聯網技術應用于城市照明控制系統中，其目的在于實現以下功能：單點控制和集成控制相結合，城市節能照明系統會隨著季節的更迭，其照明需求也會有所不同，我們可以對全夜燈和半夜燈進行遠程控制，此外還可以對特殊終端實現個性化控制，并采集各燈具的運行參數。自動控制，通過場景設置，定時等功能對整個城市照明系統巡檢，并根據需求實現亮度調節。遠程控制。通過在設備上嵌入射頻模塊，工作人員可以使用自己的終端實現對城市照明系統遠程管理。定位精準。以ZigBee為代表的短距離無線通信系統還具有精準定位的功能。一旦照明設備出現故障，物聯網模塊會將故障信息及時傳遞至控制中心，工作人員獲取故障信息，及時采取檢修方案。傳統控制和智能控制方案的對比，如下表所示。

四、結語

互聯網技術帶來的城市變革讓智慧城市不再是夢想。物聯網技術是互聯網時代的進步，將物聯網技術與城市照明控制系統相結合，可以有效實現對照明系統的遠程控制以達到節能目的。以ZigBee為代表的短距無線通信技術在城市照明管理發展中具有十分重要的作用，同時，NB-IOT和5G的興起，簡單快捷的改造與成熟商用無線網相結合，將承擔起智慧城市的高效運營，無論未來采用何種模式，都可以更好的優化傳統的城市照明，科技日新月異，我們對于物聯網的研究還應不斷深入，為智慧城市的明天貢獻力量。