智慧燈桿物聯網大數據系統平臺應用示范

吳 剛，張 偉，裴 勇

（重慶光電信息研究院有限公司，重慶401120）

1 智慧燈桿物聯網大數據平臺構建

中國正在大力開展智慧城市建設，智慧路燈作為智慧城市建設的優良載體，需要被賦予更多的公共服務功能。而目前路燈改造中拆除原有路燈更換智慧路燈的方案存在許多缺陷。

1）現有技術中的抱桿件大都是為了固定桿狀物而設計的，并沒有考慮到與抱箍桿件相連的結構設計。例如，在安裝智慧路燈時，需要考慮箱體掛載件與抱桿件之間的裝配固定關系，而現有的抱箍桿件不能滿足箱體掛載件之間的裝配要求，且不具有定位和止動功能。

2）箱體掛載件一方面需要抱桿件連接，另一方面需要和模塊化箱體建立連接，因此，箱體掛載件是過渡連接部件。然而，現有技術中的箱體掛載件在與抱桿件連接時，不能利用其結構特性和抱桿件掛扣在一起，且具有鎖定功能，不能實現定位安裝。

3）智慧燈桿上的各種設備是相互獨立的，各自構成獨立的體系，各個設備的數據難以統一采集、統一控制，且所采集的數據格式各不相同。需管控的設備和所支持的設備間的協議各不相同，例如，某些傳感器廠商的協議有行業公有協議，也有廠家私有協議。這樣，設備間的通信、設備數據的采集等十分艱難，互聯互通有阻礙，給智慧路燈上設備的統一監控和管理帶來很大的困難，也不便于維護和檢修，尤其是設備的遠程維護和管理。

隨著物聯網技術的發展，智慧燈桿將會更加 “智慧”。利用先進的信息感知技術、數據通信傳輸技術、計算機處理技術，通過物聯網將所有智慧燈桿形成一張相互連接的巨大網絡，通過智慧城市物聯網信息綜合管理平臺對大數據進行整理和分布式處理，實現城市全方位的實時管理。

智慧燈桿物聯網大數據平臺結合物聯網技術、云技術、大數據技術以及多種網絡通信技術，應用于智慧城市、智慧園區、智慧商圈等基于物聯網的現代化城市環境建設中。

智慧燈桿物聯網大數據平臺按照功能應用劃分為智慧照明、智慧感知、智能安防、信息發布、WiFi管理等多個功能模塊。通過標準結構件，實現不同功能模塊的靈活組合應用，其功能具有可擴充性和延伸性。平臺系統架構圖如圖1所示。

圖1 平臺系統架構圖

感知層是實現其 “智慧”的基本條件。感知層具有超強的環境感知能力和智能性，通過傳感器、求助器、攝像頭等物聯網技術實現對城市范圍內基礎設施、環境、建筑、安全等的監測和控制。傳輸層利用電纜、無線、光纖、NB－IOT窄帶傳輸，傳送、發射和接收標識、文字、圖像、聲音或其他信號，構成多個用戶通信互連的通信體系。物聯網將各種信息傳感設備，如射頻識別裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等裝置與互聯網連接，主要功能是與互聯網進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。

平臺層為數據的集合匯總中心，各方面的數據都在平臺層匯總，打破各個部門的信息孤島現狀，利用先進的云計算技術，統計分析數據，對數據進行融合共享，最終為智慧園區管理者決策提供參考。

應用層是在感知層、通信層、數據層的基礎上建立起來的具體各方面的應用。在智慧照明系統、環境監測、信息發布、WiFi管理、智能安防系統等子系統智慧應用層面，從管理、經濟產業等多個方面提升智慧園區的建設。

表現層主要是業務平臺的呈現，利用電腦客戶端、Web端、手機App、信息發布屏顯示終端、監控中心大屏幕等方式將各業務板塊數據直觀呈現。

智慧燈桿物聯網綜合管理服務平臺可提供海量物聯網終端 （節點）并具有適配接入、大數據分析等相關功能 （資源管理和用戶管理）。具體功能版塊見圖2～圖6。

圖2 平臺登錄界面

管理平臺完成多個子系統功能應用的開發，包括智能安防子系統、照明管理子系統、多媒體發布子系統、環境監測子系統、WiFi管理、智能策略應用、數據統計應用子系統。平臺功能界面如圖3所示。

圖3 平臺功能界面

設備管理版塊包括設備命名、設備添加、設備刪除、查看設備運行狀態等，可實現各業務資源集中配置和監管，實現各模塊之間的資源共享、協作聯動和統一調度 （見圖4）。

圖4 設備管理界面

用戶管理版塊主要功能是對使用權限的控制，對用戶數據統一登記與修改，根據不同身份屬性為用戶分配不同的 “角色”，按不同的職能屬性分配不同的 “用戶”。其中，“角色”與 “用戶”均為權限分組定義方式，按此分類批量授權，可提高業務管理效率 （見圖5）。

圖5 用戶管理界面

日志管理版塊對平臺運行過程中的全部信息進行記錄，方便日常維護和查詢，監控平臺運行情況，提高管理效率 （見圖6）。

圖6 日志管理界面

智能策略功能應用是指平臺通過應用子系統采集數據，通過業務邏輯對數據進行融合，并建立各種策略模型，實現照明功能的智能化控制。

根據數據采集的來源，控燈策略可分為時間控制策略和經緯度控制策略。在同一時刻，這兩種策略類別只能啟用一種。時間策略包括分時段控燈策略、光線強度控燈策略、車流量控燈策略。

數據統計功能主要通過多元數據融合及深度數據挖掘，研發智能調度及控制策略，對資產維護及運維管理的智能輔助決策提供支持等，并生成各類統計報表、趨勢曲線、分析報告。

基于項目前期開展的技術研究，以仙桃數據谷街道為示范點，進行智慧燈桿物聯網大數據平臺測試，完成各個子系統的整體兼容調試，搭載大數據分析平臺，對已獲取的數據進行分析，細化問題解決方案，實現智能化管理目標，提高綜合服務水平和效率。該示范項目于2019年在仙桃數據谷建設完成并通過驗收。仙桃數據谷智慧園區作為渝北區首個智慧園區示范基地，實現了園區的智能化、便捷化、綠色化。遵照 《重慶市智慧園區建設導則 （試行）》，將整個業務擴展到重慶市44個園區，之后可通過更完善的解決方案將整個市場范圍擴散到重慶周邊的省市。

2 項目應用規模及效果

整體實施改造傳統燈桿30根，加裝傳感器 （WiFi、監控、信息屏）設備30套。安裝點位如圖7所示。

圖7 安裝點位示意圖

仙桃數據谷項目建設本著集成性、穩定性、可靠性、先進性、易維護性和完整性的原則，實現了功能完善、可靠實用、便于維護等預期目標。現場效果如圖8所示。

圖8 仙桃數據谷應用效果圖

3 結論

智慧燈桿物聯網大數據平臺擁有廣闊的發展空間和應用空間，結合項目的實際需要，設計智慧燈桿物聯網大數據平臺系統，經過實際應用，達到了預期效果。

概要介紹了系統設計的技術背景和技術情況，闡述詳細設計方案，描述了系統的功能需求和非功能需求，從系統各板塊著手，逐步分析系統架構中各模塊之間的通信流程。從系統設計的角度，詳細分析了硬件設計和軟件設計，以及示范項目的具體實施過程。

系統按照實際需要設計，是智慧燈桿物聯網概念運用的一種延伸。實現功能的范圍比較廣泛，采集數據、處理數據到反饋數據均有涉及。該系統已初步在市場上取得了示范應用成果，應在此基礎上進一步優化設計，實現更多模塊的擴展功能，開展更深入的研究工作。