基于路燈的智慧型數字城市系統方案設計

杜娟 張銳 婁占磊 雒崇安 李懷禮

摘 要：針對當前我國城市路燈發展實際和趨勢，將路燈作為智慧型數字城市的智能感知和網絡服務節點，利用風光發電、視頻監控、智慧照明、無線傳輸、環境監測、信息展示等技術，使路燈桿與傳感器及信息技術相融合，形成一套基于路燈的智慧型數字城市系統。為城市安全管理、網絡互聯、交通管理、智慧照明及城市環保提供解決方案，推動智慧型數字城市的快速發展。

關鍵詞：智慧型數字城市;路燈;大數據;物聯網;風光發電;視頻監控

中圖分類號：TP391.44文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）11-00-03

0 引 言

“十三五”國家信息化規劃指出，到2020年，新型智慧城市建設取得顯著成效，形成無處不在的惠民服務、透明高效的在線政府、融合創新的信息經濟、精準精細的城市治理、安全可靠的運行體系[1]。在政策支持下，目前智慧城市建設的硬件基礎已經基本完備，智慧城市需要一個承載信息發布、信息采集、信息傳輸的智能節點。路燈作為城市的一項基礎設施隨處可見，本文通過對路燈桿進行大數據融合，多功能擴展，使設備真正智能起來，使城市智慧起來，實現城市道路照明的科學管理與綠色節能，同時推動智慧型數字城市的快速發展[2]。

1 系統組成

本文提出的基于路燈的智慧型數字城市系統集成度更高，更便捷，只需基于原始路燈進行整體系統集成，打造一個統一平臺，設立城市數據中心，構建三張基礎網絡，通過分層建設，達到平臺能力及應用的可成長、可擴充，創造面向未來的智慧型數字城市系統框架。基于路燈的智慧型數字城市系統架構如圖1所示。

2 基于路燈的智慧型數字城市建設

基于路燈的智慧型數字城市融合綠色環保、公共安全、無線網絡、智慧數字、智慧照明等技術進行無縫系統集成。系統構建統一的后臺數據平臺，利用通信消息傳輸、規范的數據格式、開放的數據接口，實現各系統之間的數據高效交互，為城市帶來綠色、安全、互聯、智慧、光明。

系統可實現高效聯動，發現道路擁堵，查看相應點位視頻，調派最近警力，發布誘導信息，實現多圖層信息展示;進行可視化管理，實時查看設備/人/車狀況，實現實時路況電子地圖展示，同時提供豐富的數據展示與用戶體驗。

系統采用無線通信技術，輔助電力載波通信，成本更低且更安全可靠;集中控制器的內核固件采用雙備份，設備固件故障可自行修復;集中云計算底層架構的軟件平臺具備高可靠性、負載均衡等優勢。設備集成外觀如圖2所示。

2.1 系統特色

系統利用風光互補發電設施提供電力支撐，降低不可再生資源消耗，利用環境監測設備改善大氣基礎環境質量，提供多種便民服務，給居民帶來更智能、綠色的室外生活。

2.1.1 風光互補發電

系統可自動進行發電狀態、儲電狀態、供電狀態的實時監控，并及時做出預測響應。

單燈控制器可依據當天當地氣候數據及日照判斷標準檢測發電量是否正常;控制監控站實時檢測儲電環節是否正常，電池儲量是否能夠供給3天連續陰天使用;通過負載預先存入的用電量標準判斷負載工作狀態，實時檢測供電環節是否正常，若出現各類發/儲/供電異常，則系統服務中心得到數據后通知售后進行查看維修服務，在問題發生前進行有效預防。

2.1.2 環境監測

燈桿上安裝一系列環境監測傳感器，利用大氣環境傳感器、溫濕度傳感器、風速風向儀、噪聲測試儀等，對空氣PM2.5、地面溫濕度、風速/風向、噪聲等數據進行實時監測，利用無線網絡上傳至環境監測部門實現實時準確監測與科學預測，同時可利用顯示屏顯示實時環境參數。

通過比對監測到的環境數據與系統設置的環境數據，同時聯動視頻監控系統，對行人等進行檢測，在無人情況下對路面進行灑水或旋轉噴霧，起到周邊綠化帶智能灌溉及局部灰塵抑制的效果[3]。

2.1.3 便民服務

燈桿上設置便民充電樁，利用風光互補發電存儲的電能為行人提供路邊便攜式充電。

2.2 安全防范

在監控攝像機和4G網絡支持下，實現報警-監控-定位追蹤-指揮-處置全部流程。系統通過以下手段實現社會公共安全防護。

2.2.1 多途徑、不間斷監控

在固定攝像機或通信線損壞的情況下，基于自建的4G網絡，可實現多途徑、不間斷監控。

2.2.2 高清視頻監控

全天候清晰地拍攝到路面、人、車、物的細節，提供高質量的全景圖像，記錄更大范圍、更寬場景內的信息。

2.2.3 智能分析

通過智能分析技術進行圍欄攀爬監測、自動跟蹤、偷盜監測、徘徊監測、遺棄物監測、非法停車監測等。設置“無人值守”智能監控設備，進行人臉/車牌識別及人體行為分析。

2.2.4 全景監測

利用高清全景攝像機識別出潛在的人群聚集管理問題，可視化線索、熱區圖展示潛在的擁堵問題，異常天氣和視頻證實路況擁堵趨勢。

2.3 網絡互聯

利用路燈桿自建4G網絡，可與通信運營商對接，節省4G網絡建設費用，也可形成政務、警用等專網，所有道路實現無線網絡（WiFi）全地域覆蓋，打造通信、互聯、物聯三張網絡。

2.3.1 大型活動保障

系統適用于會議、交易會、比賽、博覽會等臨時性大型活動。

無需臨時布線，只要在新聞中心、場館內布放AP及CPE，將TD-LTE轉換成WiFi信號，即可靈活簡便地架設無線上網熱點。

新聞記者及觀眾進行互聯網訪問、內容上傳及下載、精彩內容回顧等，即時消息、報道、視頻亦可下發到場館內外顯示屏，實現信息無縫鏈接。

通過連接WiFi的設備數量可獲得附近區域總人數，并實時上報交管部門部署警力，防止踩踏事件及交通擁堵等事故發生。

2.3.2 視頻監控手機查看

統一支撐平臺支持手機WAP及手機客戶端觀看。

2.3.3 RFID設備管理

通過在路燈及其附屬設備上使用RFID電子標簽可實現設備精細化管理，并將這些數據通過4G數據通道傳輸到監控中心的數據庫，設備管理人員可即時了解相關信息并進行管理。

2.3.4 電子公告牌顯示

電子公告牌安裝在燈桿上，帶有LED顯示屏，內置無線接收模塊，接收指揮中心發來的相關信息，依托指揮中心獲取的路面擁堵情況指導司機選擇最佳路線。利用無線數字發射網的數字電視信號或使用4G帶寬進行遠程視頻文件傳輸，實現廣告或新聞播放，當有緊急情況發生時，可通過電子公告牌發布應急疏散信息。

2.4 智慧交通

利用高效的系統聯動發現道路擁堵，通過可視化管理，實時查看設備/人/車狀況，同時提供豐富的數據展示和用戶體驗。

2.4.1 車輛管理

系統利用RFID+高清視頻監控車輛身份及行駛關鍵路徑;利用TD-LTE實現海量數據上傳，實現多種基于車輛身份的定制化應用服務。

由突擊行動轉為日常追查，大幅降低假/套牌車數量及危害;科技排查與人工追查有機配合，大幅提升肇事逃逸事件破案率;實時監控車輛位置、速度、駕駛員狀況等，對突發狀況及非規定線路、時間行駛，非規定地點卸貨，碰撞/非法開關門等狀況進行告警。

2.4.2 停車管理

利用RFID獲得精確泊位占用情況;利用TD-LTE實現海量數據上傳，同時誘導信息下發。

系統有效緩解停車難帶來的交通擁堵，提升城市文明形象;改善停車秩序，有效治理亂停現象，減少車輛被盜事件;泊位狀態實時監控，實現分時分段精確計費，為城市規劃部門決策提供理論與數據支撐。

2.4.3 交通擁堵預測與誘導

系統通過信息顯示屏、控制系統、數據采集系統、通信網絡進行交通事件應急處理，顯示屏主要展示交通擁堵信息、警示信息、氣象信息、違章信息、道路限速信息、交通管制、宣傳標語、政務通告、突發事件信息，便于交管部門進行道路擁堵預測及道路疏導調度。對于已發生的擁堵現象，系統可對信號燈進行配時調整，及時解決擁堵問題。

2.5 智能照明

為了響應國家政策要求，節約能源消耗，對城市照明系統進行智能化管控，提升公共照明管理，保障城市道路明亮，節約設施運維成本，降低公共能源消耗。

2.5.1 智慧運維

高級圖像處理分析技術使每條道路及路燈環境處于實時監控狀態，在問題發生之前有效預防，提高維護人員的工作效率。

當路燈設備出現異常時，設備自動發送警報至監控中心，供監管人員安排維修。

系統利用多種可視化手段展示道路路燈部署及運行情況，科學制定檢修策略，優化維修資源，無需人工巡測，實現故障自動上報及精確定位，提高路燈管理人員的工作效率，降低設備運維成本。

2.5.2 自適應光照控制

根據天氣情況及實際光照度，自動控制燈具的開/關及燈具亮度。例如，在天氣不好時及時打開路燈;對于安裝在橋下或隧道的路燈，通過實測光強自動展現最佳亮度，提高公眾滿意度。在災害天氣情況下使路燈更加人性化，實現真正的智能控制。

在夜間行人較少的情況下，自動調整該路段景觀路燈亮度。同時，在感知到有行人走過來后，能夠逐漸調亮其前進方向的路燈。當車輛停在路旁進行故障維修時，路燈可給予智能化個性照明，自動提高亮度，節能又智能。

2.5.3 故障感知

該系統能夠通過部署在路燈上的控制器實時獲取路燈故障信息，發送故障發生的時間與位置信息，并將該信息顯示到GIS地圖上。

2.5.4 多終端支持

根據城市規劃合理部署綠色能源路燈，通過監控平臺設置管理員號碼后，可采用平板電腦、手機等終端進行開燈、關燈、調光等控制燈具的開/關與亮度，從而顯著延長燈具的有效壽命，減少燈具更換次數，節約資源，減少有害氣體污染環境。

3 結 語

智慧路燈基于智慧型數字城市系統設計，將智慧路燈作為智慧城市的接入口，可以延伸至每個角落，方便各類前端感知數據融合，降低復雜性，不僅很好地解決城市資源浪費的問題，而且能夠有效推動智慧城市的發展進程，同時使“路燈”更好地服務民生，提高城市居民的生活質量，在城市信息化與自動化建設中發揮更大的作用。

參 考 文 獻

[1]周穎圓.基于燈聯網的城市管理之道[J].上海信息化，2018（5）：48-52.

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[4]徐俊，林俊，王強，等.淺談上海智慧路燈試點應用分析[J].光源與照明，2016（1）：25-27，33.

[5]孔繁宇，崔健博，鄒同元，等.基于地上地下數據的智慧照明信息系統總體設計[J].照明工程學報，2015（5）：14-18.

[6]楊廣.智慧路燈建設方案[J].城市道橋與防洪，2018（7）：362-364.

[7]劉義平，張明明，張暢，等.智慧路燈建設的實踐與思考[J].照明工程學報，2017（5）：103-105.

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[10]王薇薇.智能燈桿將成為智慧城市的載體[J].信息化建設，2016（11）：26-27.