基于GIS和物聯網技術的智慧路燈信息系統

劉浩然 趙希奇

【摘 要】本文在我國城市路燈分布廣、數量和種類多、管線配置復雜及耗電量大的背景下，結合路燈管理部門設施管理、生產管理、節電規劃等需求，采用地理信息、物聯網等技術，在城市空間信息、地下管網、基礎地理信息數據的統一平臺上，設計了智慧路燈信息系統，有效解決了路燈管理部門管理維護壓力巨大、管理信息化智能化程度低等問題。

【關鍵詞】路燈管理；物聯網；智慧路燈；信息系統

一、背景

隨著城市化進程的加快，城市公共照明規模越來越大，形成了分布廣、數量和種類多、管線配置復雜及耗電量巨大等城市路燈網絡[1-2]。在城市照明的規劃設計、建設施工和日常管理的工作中，如果缺乏完備的信息與系統的支持，調控手段不足，就會遇到諸多不便，甚至影響城市形象。

目前大多數城市路燈管理部門仍采用臺賬來實行檔案管理，監控和維護仍主要依賴于人工巡檢。照明設施的信息化、自動化程度不夠，對異常天氣、環境的應對能力也足[3]。針對這種現狀，迫切需要建設智慧路燈信息系統，在統一平臺上，實現路燈設施全數據立體化展示，實現城市路燈設施數據管理和控制一體化，并安裝集中控制器，實現路燈設備遠程遙控、路燈狀態遠程遙測、指令信息遠程遙信、工作狀態遠程遙調、重點地段遠程遙視的“五遙”應用[4-5]，提升城市路燈設施規劃、建設、管理和維護水平。

二、需求分析

目前，路燈管理部門存在管理維護壓力巨大、管理信息化智能化程度低等問題[6]在路燈設施的日常管理方面存在需求如下：

1、設施管理需求

實現路燈設施的購置、存儲、使用的全過程記錄和實際設備的一一對應，實現路燈設施施工檔案數字化管理，輔助路燈施工改造及相關信息查詢。同時能夠滿足數據頻繁更新。

2、生產管理需求

結合部件信息和路燈管線信息，精確位置信息，實現路燈設施故障精確定位，實現快速維修；實現故障上報、工單生成、派發工單、維修確認、效果反饋，實現全過程數字化管理。

3、節電規劃需求

制定全市節電規劃，結合道路、景點、居民區、商業區對路燈劃分不同的功能區塊，設定不同用光原則，使用不同的路燈設備，從而保證科學用光，提升照明效率。此外，還能夠結合三維場景對路燈的亮燈效果進行全方位展示。

三、數據庫設計

智慧路燈信息系統為了滿足對路燈設施建設、管理、維護等過程中的各類業務需求，需要基礎地理信息數據、城市空間信息數據、地下管網數據、路燈設備專業數據和動態監測數據。

1、基礎地理信息數據庫

基礎地理信息數據庫主要包括數字線劃圖數據、數字高程模型數據、數字正射影像數據、數字柵格圖數據及城市三維模型數據，為路燈管理部門提供統一的空間定位和空間分析的基礎地理單元。

2、地下管網信息數據庫

地下管網信息數據是城市基礎設施的重要組成部分，主要包括路燈管線及屬性信息。

3、城市空間信息數據庫

包括公用設施、道路交通、市容環境、園林綠化、房屋土地、其他設施的六大類數據，承擔城市照明功能的城市空間信息的信息，包括位置信息、物理屬性和管理屬性等全要素信息。

4、動態監測信息數據庫

動態檢測信息的存儲管理，包括路燈狀態信息、路燈供電設備以及鏈路狀態信息、路燈周邊環境信息、異常報警信息的存儲等。

5、路燈專業信息數據庫

路燈專業信息的存儲管理，包括路燈維護的工區劃分信息、路燈設施采購信息、路燈設施庫存信息、路燈設備臺賬信息、路燈維護人員信息的存儲等。

四、信息系統設計

智慧路燈信息系統包括一大平臺和五大應用分系統。分別是智慧路燈信息服務平臺、設備監控分系統、設施管理分系統、生產管理分系統、亮燈策略管理分系統及績效評價分系統。

1、智慧路燈信息服務平臺

以城市空間信息數據、地下管網數據、路燈專業數據和動態監測數據為基礎，提供二三維地圖展示服務、路燈信息查詢服務和路燈數據分析服務，實現路燈管理過程中相關信息的查詢統計和二三維地圖管理與基本操作等功能，具有用戶權限控制功能。同時，以服務的形式為應用服務系統提供各類數據服務。

2、設備監控分系統

以物聯網技術為基礎，采用傳感器技術、遠程控制技術等各種信息化手段對路燈的電流、電壓、照明強度等路燈主要參數進行實時監測，并對路燈輸電線路、配電箱等輸電設備的輸電狀態以及完整性進行實時觀測；同時將故障點信息與報警信息及時上傳。具備根據采集到的環境狀態信息對路燈的配照方案進行智能調節的功能。

3、設施管理分系統

該系統可以對路燈設施的安裝、維護、管理過程中所涉及到的購買入庫、使用出庫、設施維修使用和設施報廢等過程形成全信息化的管理；同時為用戶提供通過該功能對路燈設施的工作狀態、物理屬性和管理屬性等信息進行查詢，并能夠在二、三維地圖上對路燈設施信息進行展示。另外，用戶還可以進行分組查詢。

4、生產管理分系統

根據設備監控分系統中獲得的故障點精確位置信息在線形成維修工單，并將工單及時派發給維修站，或者直接派發到維修人員手中。允許市民進行故障報修，從而實現報修管理功能。同時，為路燈維修過程中維修人員的臨時通電等請求進行信息化流程審批，并將路燈設施的狀態進行更新，上傳至智慧路燈信息服務平臺。另外，該系統能夠為日常的亮燈、稽查等流程提供全信息化的流程審批。

5、亮燈策略管理分系統

為路燈設施的日常開關燈提供預設策略接口，通過該接口對路燈日常的開關燈策略和節能策略進行預先設定，并支持優先級設定和策略組設定，并支持快捷配置功能。同時，結合城市空間信息系統的三維數據對節電效果進行可視化的直觀展示，對預設的開關燈策略和節電策略的照明效果進行直觀評估。

6、績效評價分系統

以設備監控分系統監控得到的監控數據為基礎，實現報警數據、設備采集數據、上電時間數據等的管理。具有將系統內的監控數據以統計圖表的方式進行展示，支持數據的年表、月表的切換展示。支持對用電量、節能率、亮燈率等數據的統計報表展示。同時，可擴展進行照度測量、PM2.5測量、空氣濕度探測、溫度監測及位置分享等能。

五、結束語

面對我國城市公共照明規模越來越大的背景，對城市路燈及其設施的管理和維護工作提出了更高的要求。結合路燈管理部門管理工作存在的問題。設計了智慧路燈信息系統，有效保證了路燈亮燈率和道路亮化率，提高極端天氣下的應急處理能力，改善城市居住環境，保證了市民生命財產安全。另外，通過合理的節能策略制定與下發，達到了節省電能的預期目的。

【參考文獻】

[1]智慧路燈的應用探討[J]. 吳春海.照明工程學報.2017（05）

[2]基于路燈的智慧城市信息化建設[J].王濤.科技與創新.2017（17）

[3]Thorne C. Griffiths C. Smart. Smarter. Smartest： Redefining Our Cities[M]. Cham： Springer International Publishing. 2014： 93.

[4]智慧燈桿在智慧城市中的應用研究[J]. 趙成升，張曉峰.中國新通信.2018（10）

[5]智慧路燈安全通信控制系統研究[J]. 王進燕，蘇華.數字通信世界.2017（12）

[6]復合型路燈桿在城市照明中的應用[J]. 白鷺，李陽.農村電氣化.2017（08）

[7]加強城市照明管理 推進城市照明節能[J]. 柳成.智能城市.2016（09）