基于物聯網的智慧路燈系統設計分析

劉津昕

摘 要：和傳統的路燈系統相比較而言，智慧路燈系統具有更加可觀的應用效果和便利性。本文從路燈系統設計的一系列問題概述開始，分別從智慧路燈系統總體設計、智慧路燈控制系統設計、智慧路燈照明系統設計、智慧路燈維護設計四個方面入手，對基于物聯網的智慧路燈系統設計思路進行簡單的分析和研究。

關鍵詞：物聯網;智慧路燈系統;設計

中圖分類號：TU113.6+6;TP391.44;TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0030-02

0 引言

隨著我國的城市化進程不斷推進，各種各樣的配套基礎設施建設也是借此東風取得了突破性進展。而其中最具有代表性的、與人民生活關系最為密切的一項基礎設施正是路燈系統，傳統的路燈系統設計方案中存在一些不足之處，造成了電能浪費、搶修緩慢等問題，而智慧路燈系統的出現則從根本上解決了這些問題，因此我們有必要對基于物聯網的智慧路燈系統設計進行研究。

1 路燈系統設計概述

城市生活相對于農村地區而言具有更高的便利性，而照明系統恰好是其中最具有代表性的、最能給人們提供便利的配套設施之一，當然與此同時城市照明系統也無時無刻不在消耗著巨大的電力能源。在這種情況下，基于物聯網技術的智慧路燈系統設計就顯得格外具有必要性，它除了能夠有效的提升運行維護自動化水平、降低運維成本之外，還能夠讓路燈系統的照明功能更加多樣化，以便于適應更多種的復雜場景照明需求，可以說是從根本上提升了城市路燈系統的使用效果[1]。

具體來說，智慧路燈的實現原理如下：（1）智慧路燈是一種以電力線載波通信技術和無線GPRS/CDMA通信技術為基礎，對路燈進行遠程控制的新型路燈系統，它能夠結合車流量調整路燈亮度、在發生故障的時候自動報警、還具有、燈具線纜防盜、遠程抄表等功能。（2）智慧路燈系統主要可以分成軟件及硬件系統兩部分，大致可以分成通信層數據采集層、應用處理層和交互層。其中軟件平臺優勢智慧路燈系統的核心構成，通過地圖的方式，迅速定位路燈并進行管理，包括設置單燈或組燈的調度策略、提供路燈的各類報表等功能。（3）基于物聯網的智慧路燈系統能夠對集中器及每個節點控制器進行控制。同時系統還具備GIS定位功能，可以對路燈進行定位并顯示。最后，移動控制終端具備單燈控制、故障定位等功能，方便維護人員檢修路燈和進行移動管理。

2 基于物聯網的智慧路燈系統設計

2.1 系統總體設計

智慧路燈系統是新的時代背景下出現的一種路燈設計新思路，作為智慧城市建設的重要構成部分，在城市的穩定運行方面發揮了不可替代的積極作用，整體的運行基于數據支撐系統、底層數據處理和收集則以物聯網技術為根據。因此，在基于物聯網的智慧路燈系統（見圖1）設計中，其本身也應該是分層次的。

首先需要強調的是感知層，這個層次和傳統的物聯網結構相同，主要是不同的傳感器構成的。當然也有一定的不同之處，那就是智慧路燈系統的感知層傳感器都設置在路燈桿上，智慧路燈桿裝備有智能的LED燈、傳感器、攝像頭燈設備，同時能夠將控制信號、設備狀態等通過網絡上傳到上層系統中。為了確保感知層路燈系統的正常運行，我們主要需要做的就是要強化路燈桿的配置管理工作，比如說對路燈桿傳感器的信號進行檢測、合理配置傳感器的參數、準確設計攝像頭系統等等，另外在傳感器出現故障的情況下，需要從上層系統獲取故障原因和故障信號進行分析，及時恢復智慧路燈桿的正常運行。在智慧化城市的新模式越來越普及的今天，許多二三線城市也開始了智慧城市建設步伐，而在物聯網技術的支持之下，對路燈系統進行智慧設計則是智慧化城市建設中最重要的一部分內容。其次要提到的是匯聚層，匯聚層顧名思義指的就是對各種數據進行檢測收集的系統，其能夠對傳感器、攝像頭等設備記錄下來的信息進行存儲和計算。舉個例子來說，智慧路燈桿上配備的溫度傳感器、攝像頭（見圖2）、電子屏幕等等能夠實時記錄和測定路燈桿周邊的車流量、人流量、溫度等數據，匯聚層的主要功能就是對這些數據進行儲存和計算，并且結合大數據挖掘技術對這些數據進行學習和深度分析，從而最終匯總成對城市管理有用的數據，確保城市主體的正常運行[2]。

2.2 智慧路燈控制系統設計

（1）必須要做好中央處理系統方案設計。路燈控制系統一般來說可以分成中央處理系統和信號傳輸系統，目前我國大部分城市都尚未引入中央處理系統，想要實現路燈的智能化控制基本上是毫無可能。所以，以物聯網技術為基礎對智慧路燈的中央處理系統進行設計勢在必行，中央處理系統一般能夠對傳感器等收集到的信息進行處理和分析，同時將不同的控制信號回饋到其他子系統當中，這樣一來只需要設置好中央處理系統中的芯片，就能實現對路燈的整體控制。同時，我們還需要考慮到我國城市地區路燈系統的實際情況，我國的路燈分布非常密集、路燈數量非常多，如果在每一個路燈上都安裝中央處理芯片，其造價必然會非常高，所以可以采取區域化管理的思路，將不同路段的路燈分成不同區域，統一建設控制基站進行智能化控制[3]。這樣一來，一個中央處理系統就能夠控制某區域內的全部路燈，有助于節約成本。另外，隨著計算機技術的高度發展，擁有大數據處理能力的微型計算機已經出現，因此為了盡可能的降低成本也可以選擇微型計算機作為中央處理系統的核心部件，保證中央處理系統的正常運行。

（2）務必要加強信號傳輸系統方案設計。中央處理系統的穩定運行需要各種信號數據的支持，而信號傳輸系統正是傳輸信號、傳遞信息的功能組成部分。路燈系統是城市道路施工中不可或缺的一部分，能夠為人們的夜間出行提供支持和幫助，但是這種功能性往往也決定了路燈需要在惡劣環境下工作，必須要應對惡劣天氣和自然腐蝕的挑戰。換而言之，智慧路燈信號傳輸系統必須要能夠抵抗外界因素的復雜影響，并且順利的將信號傳送到中央處理系統中。目前來看，相對比較成熟的一種信號傳輸技術為電信號傳輸，具有傳輸速度快、穩定性突出、傳輸成本低的優勢，但是同時它也具有一定的不足之處，那就是在雷雨天氣電信號穩定性會發生變化，很難保證信息數據順利傳輸到中央處理系統中。而利用光纖信號傳輸系統進行傳輸，具有傳輸速率高、穩定性突出、信息量大的優點。現階段光纖信號傳輸系統主要用于網絡信號的傳輸，應用效果比較突出，因此在設計信號傳輸系統的時候最終選擇光纖信號手段。

2.3 智慧路燈照明系統設計

（1）要保證路燈照明時間系統設計的效果。路燈系統存在的根本性目標就是給夜間出行的城市居民提供便利，但是我們必須要認識到夜間出行的人流量確實比白晝出行的人流量小，且存在嚴重的區域化差異，有的路段夜間人流量大、有照明需求，但是有的路段夜間基本沒有照明需求，只有根據實際情況確定照明時間，才能從根本上提升路燈系統的資源節約效果。而智慧路燈照明系統則能夠根據不同路段的人流量情況，自動確定路燈的工作時間。以物聯網技術為基礎，對智慧路燈照明時間控制系統進行設計，是未來智慧路燈照明系統設計不可或缺的重要步驟。

（2）路燈照明亮度系統設計也值得我們進行探討。路燈系統的耗能多少，除了取決于其工作時長以外，還取決于工作時其照明的亮度。換而言之，我們必須要加強路燈照明亮度的控制效果，根據光電傳感器收集到的外界光照信息，實現不同時間段不同照明亮度的功能。舉個例子來說，城郊的一些非主干道車流量往往并不大，因此一般情況下不需要太大的照明亮度;市中心的城市道路周邊往往都是鱗次櫛比的高樓大廈，夜間霓虹燈閃爍制造出了良好的光照氛圍，因此一般只需要普通亮度的路燈就能滿足夜間出行所需，如果不考慮這些實際情況、采用統一的照明亮度，那么路燈系統的不必要消耗就會大幅度提升。所以，在路燈照明系統的設計中，我們必須要根據人流量、車流量、流量類型、流量集中時間段等信息做好判定工作，從而選擇最合理的設計方案，確保路燈的照明亮度既能滿足實際需求、又不會造成資源浪費。

2.4 智慧路燈維護系統設計

（1）通過對路燈系統工作信息的研究，確定某個區域的路燈能否正常運行，利用物聯網的相關技術進行設計，是我們在設計中的不二之選。日常工作信息系統的業務范圍主要在于：對路燈控制系統的控制效果進行判別、對路燈工作效果進行判別等等，將傳感器安裝到路燈桿上就能實現這些功能，在判別信號出現異常波動的情況下，信息收集系統會自動將問題上報到總控制室，為工作人員提供準確的數據支持。

（2）常見系統故障應急系統設計是維護系統設計的重中之重。路燈系統一旦出現故障，該片區域的夜間照明、人員出行都可能受到負面影響。為了降低出現故障的幾率、為了將故障帶來的影響降到最低，必須要做好常見故障應急系統的設計工作。就比如說備用照明燈就是最具有代表性的一種應急設備，其電路和路燈電路是互不相連、獨立存在的，在路燈照明電路發生故障的時候備用照明燈就會自動打開保證夜間照明效果。同時，想要確保維護系統的實際作用，還需要設計警報系統，利用光纖信號傳輸系統將警報系統和總控制室連接起來，在路燈運行出現故障的時候，警報系統會第一時間示警，這樣一來維修人員就能第一時間找到故障點的位置、判斷故障的類型，從而及時做好檢查搶修的工作[4]。

3 結語

智慧路燈系統的設計十分復雜，稍有不慎就會出現設計質量問題。因此在今后的工作中，我們必須要從智慧路燈的控制系統、照明系統、維護系統等方面分別切入，結合最先進的物聯網技術，在充分了解總體設計思路的前期下做好智慧路燈系統的設計工作。

參考文獻

[1] 鄭淑鑒.基于智慧路燈的城市道路物聯網系統設計研究[C].中國智能交通協會.第十三屆中國智能交通年會大會論文集.中國智能交通協會：中國智能交通協會，2018：747-754.

[2] 劉霽葳.以物聯網技術為基礎的智慧路燈系統設計探討[J].智能建筑與智慧城市，2018（10）：127-128.

[3] 張家英.基于物聯網的智慧路燈系統設計[J].電子技術與軟件工程，2017（22）：103-104.

[4] 陳鑫元，李筠，楊海馬，等.基于物聯網技術的智慧路燈系統設計[J].數據通信，2016（01）：45-49.