基于信息化的智慧路燈系統構建

劉淑平 王倫

摘要：現有的智慧路燈已經進入遙測、遙信、遙控、遙視、遙調的發(fā)展階段，但缺乏完善的信息管理平臺。基于信息化的智慧路燈系統優(yōu)化了路燈的控制策略，以及利用路燈的地理優(yōu)勢服務于智慧城市，實現了信息采集、信息處理、信息公布一體化的信息管理系統。智慧路燈系統可以對路燈信息、交通信息、環(huán)境信息等進行采集、分析，并將分析結果通過多種渠道進行公布。人們可以隨時隨地的查詢城市信息，智慧路燈將在照明、交通、環(huán)境等多個方面給市民帶來便利。

關鍵詞：智慧路燈;路燈管理;交通;環(huán)境監(jiān)測;信息化

中圖分類號：TP399? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2019）02-0246-03

Construction of Intelligent Street Lamp System Based on Information Technology

LIU Shu-ping， WANG Lun

（Computer Department， North China Electric Power University， Baoding 071000， China）

Abstract： The existing intelligent street lamps have entered the development stage of telemetry， remote signalling， telecontrol， remote viewing and telecontrol， but there is no perfect information management platform. The intelligent street lamp system based on information technology optimizes the control strategy of street lamp， and utilizes the geographical advantages of street lamp to serve the intelligent city， realizes the information management system of information collection， information processing and information publication. The intelligent street lamp system can collect and analyze street lamp information， traffic information and environmental information， and publish the analysis results through various channels. People can inquire about city information anytime and anywhere. Smart street lights will bring convenience to citizens in lighting， transportation， environment and other aspects.

Key words： intelligent street lamps; street lamp management; traffic; environmental monitoring; informatization

1 概述

2012年起，我國正式推行智慧城市。隨著智慧城市的建設，城市發(fā)展的效率也得到了提高。由于路燈豎立在城市的各個地方，因此在智慧城市的建設中，路燈不僅可以提供照明，還可以成為功能強大的互聯門戶，為智慧城市提供基礎。目前，智慧路燈已經進入遙測、遙信、遙控、遙視、遙調的發(fā)展階段，雖然已經實現了“五遙”，但缺乏統一完善的信息管理平臺。智慧路燈信息化水平低，導致運維成本高，所以新型智慧路燈不僅提供照明，還要信息化。

張堃[1]設計了一個智能路燈系統，其擁有信息采集模塊，可以采集環(huán)境信息，掌握城市動態(tài)，但他只設計了路燈的控制與環(huán)境信息的采集，并未形成系統化的信息管理。何沙[2]設計的智慧路燈管理系統將采集來的信息進行了系統化的管理，但他并未將信息進行公布。本文設計的智慧路燈系統在路燈管理的基礎上，集成了信息采集、信息處理、信息公布的功能，讓每一個市民都可以查閱信息，為人們的生活帶來便利。

2 總體設計

智慧路燈系統分為路燈節(jié)點，數據管理中心和信息公布平臺三部分。路燈節(jié)點通過ZigBee網絡與集中控制器進行通信，再由集中控制器與數據管理中心通過GPRS網絡進行通信，最后數據管理中心通過Internet將數據上傳到信息公布平臺。其中，路燈節(jié)點主要負責采集數據，數據管理中心主要負責將數據進行整理分析，信息公布平臺主要負責將分析結果通過網絡進行公布。系統功能圖如圖1所示。

3 系統實現

3.1 路燈節(jié)點

路燈節(jié)點以STM32F103作為主控芯片，采用LED燈作為光源，實現對路燈的管理，采集車流量、空閑車位的信息，對環(huán)境進行監(jiān)測以及一些其他應用[3]。每個路燈節(jié)點都有自己的編號，并對其進行實時GIS定位，。

3.1.1 路燈管理

智慧路燈最基本的功能就是路燈的管理，包括控制開關、采集能耗等。目前各地路燈管理不一，有的亮度過暗，導致路上行人視野不好，影響交通;有的亮度過高，導致能源浪費。并且路燈后期的維護成本高，巡檢差，導致路燈損壞不能及時修理，甚至拖很長時間。

智慧路燈采用LED燈作為光源，采用光敏二極管來采集光的強弱，根據光的強弱自動控制路燈開關，調整亮度[4]。光敏二極管具有單向導電性，根據入射光對光敏特性的PN結的照射強度，形成變化的光電流。利用變化的電流，串接一個電阻，得到變化的電壓，通過ADC讀取電壓，進而得到光強值。系統設置初始閾值，當光強小于閾值時，開啟路燈，并通過PWM控制LED燈的亮度。

智慧路燈還會使用ATT7022E芯片采集路燈電參數，包括功率、電壓、電流等數據，然后由數據管理中心進行統計能耗以及故障診斷。ATT7022E是一顆多功能三相電能計量芯片，能測量各相電參數。首先通過電壓互感器和電流互感器采集路燈的電壓和電流，然后將采集到的信號通過采樣通道傳輸給ATT7022E進行計算，最后通過SPI接口連接單片機，完成數據傳輸。

3.1.2 交通信息采集

人們的出行離不開交通，隨著人口的增長，汽車的增多，城市面臨交通堵塞、停車位難尋等問題。路燈節(jié)點配備攝像頭，實時監(jiān)測當前道路的擁堵情況，并且配備停車位傳感器，實時統計未使用的停車位，并將數據傳遞給數據管理中心。

3.1.3環(huán)境信息采集

環(huán)境是人們生存的基本保障，這就要求智慧路燈實時監(jiān)測城市的環(huán)境變化。每個路燈節(jié)點通過配備各系列傳感器來采集環(huán)境信息，其中包括空氣質量、能見度、體感溫度、濕度、風速等，達到實時在線檢測和監(jiān)控城市環(huán)境情況的效果。

3.1.4 其他應用

隨著新能源的推廣，電動汽車逐步增加，利用路燈現有的線路安裝充電樁，實現對電動車的隨時隨地充能。安裝一鍵報警，人們遇到緊急情況時，通過一鍵報警及時報警，減少人們的損失，提高城市的安防等級。路燈內嵌微基站和WiFi熱點，實現城市無線手機信號全面覆蓋[5]。

3.2 數據管理中心

數據管理中心把路燈節(jié)點采集的數據進行整理分析，存入數據庫，為管理人員分析數據提供歷史依據，并上傳給信息公布平臺。

3.2.1 路燈數據管理模塊

數據管理中心利用GIS實時對路燈進行定位，操控路燈開關，并且對路燈進行編號。以路燈編號為主鍵建立數據庫表格，同時將路燈的位置、歷史功耗、維修次數、使用時間等作為屬性一并存入的數據庫表格中。數據管理中心可以隨時管理路燈信息，實現對路燈的信息化管理。

數據管理中心將路燈節(jié)點采集的功率、電壓、電流、亮度等信息按照時間段（年、月、周等）進行統計分析，以圖表的形式展現出來，方便管理人員進行決策，以制定路燈控制方案，達到節(jié)能的效果。并將路燈節(jié)點采集到的路燈能耗數據與系統中預存的規(guī)律庫進行對比，對路燈進行故障診斷，減少路燈的維護成本。當數據管理中心檢測到路燈故障時，確定路燈編號，然后把故障信息發(fā)布到APP上[6]。

3.2.2 交通數據管理模塊

數據管理中心通過分析路燈節(jié)點采集到的交通視頻來得到當前路段的車流量與車速[7]。首先對視頻圖像進行預處理，然后設置兩條垂直于道路的檢測線，一條為進入線，一條為離開線，檢測線上的像素值的改變大于設置的閾值時，即判定有車輛，當進入線與離開線先后判定有車輛時，即判定有車輛經過，進而統計車流量。然后用兩條檢測線的距離除以兩條檢測線車輛經過的時間差，進而得到車速。

數據管理中心通過某路段的車流量與車速的值判定該路段的擁堵情況，并在信息公布平臺上標記各路段的擁擠狀況，為司機規(guī)劃出最優(yōu)路線，同時將數據傳送給交警和交廣電臺廣播，引導交通分流，以便盡快疏通擁擠路段。還可以將停車位信息上傳到手機APP，司機可以快速找到停車位，并在手機APP上在線支付停車費。

3.2.3 環(huán)境數據管理模塊

數據管理中心把路燈節(jié)點采集的環(huán)境信息存入數據庫，并與每年的數據進行比較，分析出環(huán)境走勢，方便決策者做出決策，并將實時環(huán)境數據和分析結果上傳到網上，方便人們隨時了解生活環(huán)境的變化，時刻提醒人們保護環(huán)境。

3.3 信息公布平臺

信息公布平臺通過手機APP、LED電子屏、交廣電臺廣播、微信公眾號等進行公布信息，人們可以通過信息公布平臺查詢交通狀況、環(huán)境變化，維修工人還可以通過信息公布平臺獲取維修任務。

3.3.1 手機APP

數據管理中心將收集的數據進行整理分析，并將結果發(fā)布到APP上，人們通過APP進行查詢，可以了解到環(huán)境信息、各路段擁堵情況、空閑停車位等。維修人員通過查看APP，查看自己的維修任務，及時維修路燈，維修完成后在APP上進行維修登記，維修人員還可以通過APP查詢路燈維修記錄、路燈運行狀態(tài)等信息。

3.3.2? LED電子屏

LED電子屏安裝在車流量大的位置，實現最大曝光率，但不要安裝在十字路口，路口交通狀況復雜，司機在看LED電子屏的時候可能會發(fā)生交通事故{8]。因為司機不會把太多時間放在看LED電子屏上，所以LED電子屏只顯示關鍵字段，比如前方路段擁堵情況、附近幾個空閑車位等，方便司機掌握路段前方狀況，以便做出決策。

3.3.3 微信公眾號

人們可以在公眾號中查詢交通、環(huán)境等信息，并且信息公布平臺也可以通過微信公眾號推送政府公益信息、失物招領、商業(yè)信息等。

4 總結

本文設計了一種基于信息化的智慧路燈系統，通過給路燈配備多種傳感器，進而收集路燈信息、交通信息以及環(huán)境信息，從而實現智能控制路燈開關，有效地提高照明質量;實現故障自檢，降低運維成本;采集交通信息，有效減緩城市擁堵;收集環(huán)境信息，掌握環(huán)境變化。可以說智慧路燈作為智慧城市的一部分，將在照明、交通、環(huán)境等多個方面給市民帶來便利。

參考文獻：

[1] 張堃.基于無線網絡的智能路燈控制系統設計[D].長春：吉林大學，2015.

[2] 何沙.基于云平臺的智慧路燈管理系統關鍵技術研究[D].北京：北京郵電大學，2018.

[3] 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，2017，28（5）：103-105，111.

[4] 程昌繼，王曉.基于BP神經網絡數學算法的智能照明控制應用[J].軟件導刊，2015， 14（7）： 83-85.

[5] 郭志英.智慧城市的基礎設施建設——智慧路燈[J].智能建筑，2018（3）：39-43.

[6] 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.

[7] 謝印慶，姜莉，王魯云， 等.一種快速車流量檢測算法[J].哈爾濱理工大學學報，2016，21（4）：19-24.

[8] 朱應昶，肖輝.城市道路照明智能化研究[J].照明工程學報，2017，28（5）：16-19.