基于路燈的智慧型數(shù)字城市系統(tǒng)方案設(shè)計

杜娟 張銳 婁占磊 雒崇安 李懷禮

摘 要：針對當(dāng)前我國城市路燈發(fā)展實際和趨勢，將路燈作為智慧型數(shù)字城市的智能感知和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，利用風(fēng)光發(fā)電、視頻監(jiān)控、智慧照明、無線傳輸、環(huán)境監(jiān)測、信息展示等技術(shù)，使路燈桿與傳感器及信息技術(shù)相融合，形成一套基于路燈的智慧型數(shù)字城市系統(tǒng)。為城市安全管理、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、交通管理、智慧照明及城市環(huán)保提供解決方案，推動智慧型數(shù)字城市的快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智慧型數(shù)字城市;路燈;大數(shù)據(jù);物聯(lián)網(wǎng);風(fēng)光發(fā)電;視頻監(jiān)控

中圖分類號：TP391.44文獻(xiàn)標(biāo)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(guī)劃指出，到2020年，新型智慧城市建設(shè)取得顯著成效，形成無處不在的惠民服務(wù)、透明高效的在線政府、融合創(chuàng)新的信息經(jīng)濟(jì)、精準(zhǔn)精細(xì)的城市治理、安全可靠的運(yùn)行體系[1]。在政策支持下，目前智慧城市建設(shè)的硬件基礎(chǔ)已經(jīng)基本完備，智慧城市需要一個承載信息發(fā)布、信息采集、信息傳輸?shù)闹悄芄?jié)點(diǎn)。路燈作為城市的一項基礎(chǔ)設(shè)施隨處可見，本文通過對路燈桿進(jìn)行大數(shù)據(jù)融合，多功能擴(kuò)展，使設(shè)備真正智能起來，使城市智慧起來，實現(xiàn)城市道路照明的科學(xué)管理與綠色節(jié)能，同時推動智慧型數(shù)字城市的快速發(fā)展[2]。

1 系統(tǒng)組成

本文提出的基于路燈的智慧型數(shù)字城市系統(tǒng)集成度更高，更便捷，只需基于原始路燈進(jìn)行整體系統(tǒng)集成，打造一個統(tǒng)一平臺，設(shè)立城市數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建三張基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，通過分層建設(shè)，達(dá)到平臺能力及應(yīng)用的可成長、可擴(kuò)充，創(chuàng)造面向未來的智慧型數(shù)字城市系統(tǒng)框架。基于路燈的智慧型數(shù)字城市系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2 基于路燈的智慧型數(shù)字城市建設(shè)

基于路燈的智慧型數(shù)字城市融合綠色環(huán)保、公共安全、無線網(wǎng)絡(luò)、智慧數(shù)字、智慧照明等技術(shù)進(jìn)行無縫系統(tǒng)集成。系統(tǒng)構(gòu)建統(tǒng)一的后臺數(shù)據(jù)平臺，利用通信消息傳輸、規(guī)范的數(shù)據(jù)格式、開放的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)高效交互，為城市帶來綠色、安全、互聯(lián)、智慧、光明。

系統(tǒng)可實現(xiàn)高效聯(lián)動，發(fā)現(xiàn)道路擁堵，查看相應(yīng)點(diǎn)位視頻，調(diào)派最近警力，發(fā)布誘導(dǎo)信息，實現(xiàn)多圖層信息展示;進(jìn)行可視化管理，實時查看設(shè)備/人/車狀況，實現(xiàn)實時路況電子地圖展示，同時提供豐富的數(shù)據(jù)展示與用戶體驗。

系統(tǒng)采用無線通信技術(shù)，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(nèi)核固件采用雙備份，設(shè)備固件故障可自行修復(fù);集中云計算底層架構(gòu)的軟件平臺具備高可靠性、負(fù)載均衡等優(yōu)勢。設(shè)備集成外觀如圖2所示。

2.1 系統(tǒng)特色

系統(tǒng)利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電設(shè)施提供電力支撐，降低不可再生資源消耗，利用環(huán)境監(jiān)測設(shè)備改善大氣基礎(chǔ)環(huán)境質(zhì)量，提供多種便民服務(wù)，給居民帶來更智能、綠色的室外生活。

2.1.1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電

系統(tǒng)可自動進(jìn)行發(fā)電狀態(tài)、儲電狀態(tài)、供電狀態(tài)的實時監(jiān)控，并及時做出預(yù)測響應(yīng)。

單燈控制器可依據(jù)當(dāng)天當(dāng)?shù)貧夂驍?shù)據(jù)及日照判斷標(biāo)準(zhǔn)檢測發(fā)電量是否正常;控制監(jiān)控站實時檢測儲電環(huán)節(jié)是否正常，電池儲量是否能夠供給3天連續(xù)陰天使用;通過負(fù)載預(yù)先存入的用電量標(biāo)準(zhǔn)判斷負(fù)載工作狀態(tài)，實時檢測供電環(huán)節(jié)是否正常，若出現(xiàn)各類發(fā)/儲/供電異常，則系統(tǒng)服務(wù)中心得到數(shù)據(jù)后通知售后進(jìn)行查看維修服務(wù)，在問題發(fā)生前進(jìn)行有效預(yù)防。

2.1.2 環(huán)境監(jiān)測

燈桿上安裝一系列環(huán)境監(jiān)測傳感器，利用大氣環(huán)境傳感器、溫濕度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向儀、噪聲測試儀等，對空氣PM2.5、地面溫濕度、風(fēng)速/風(fēng)向、噪聲等數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測，利用無線網(wǎng)絡(luò)上傳至環(huán)境監(jiān)測部門實現(xiàn)實時準(zhǔn)確監(jiān)測與科學(xué)預(yù)測，同時可利用顯示屏顯示實時環(huán)境參數(shù)。

通過比對監(jiān)測到的環(huán)境數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設(shè)置的環(huán)境數(shù)據(jù)，同時聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對行人等進(jìn)行檢測，在無人情況下對路面進(jìn)行灑水或旋轉(zhuǎn)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(wù)

燈桿上設(shè)置便民充電樁，利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)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(jiān)控攝像機(jī)和4G網(wǎng)絡(luò)支持下，實現(xiàn)報警-監(jiān)控-定位追蹤-指揮-處置全部流程。系統(tǒng)通過以下手段實現(xiàn)社會公共安全防護(hù)。

2.2.1 多途徑、不間斷監(jiān)控

在固定攝像機(jī)或通信線損壞的情況下，基于自建的4G網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)多途徑、不間斷監(jiān)控。

2.2.2 高清視頻監(jiān)控

全天候清晰地拍攝到路面、人、車、物的細(xì)節(jié)，提供高質(zhì)量的全景圖像，記錄更大范圍、更寬場景內(nèi)的信息。

2.2.3 智能分析

通過智能分析技術(shù)進(jìn)行圍欄攀爬監(jiān)測、自動跟蹤、偷盜監(jiān)測、徘徊監(jiān)測、遺棄物監(jiān)測、非法停車監(jiān)測等。設(shè)置“無人值守”智能監(jiān)控設(shè)備，進(jìn)行人臉/車牌識別及人體行為分析。

2.2.4 全景監(jiān)測

利用高清全景攝像機(jī)識別出潛在的人群聚集管理問題，可視化線索、熱區(qū)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(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

利用路燈桿自建4G網(wǎng)絡(luò)，可與通信運(yùn)營商對接，節(jié)省4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用，也可形成政務(wù)、警用等專網(wǎng)，所有道路實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)（WiFi）全地域覆蓋，打造通信、互聯(lián)、物聯(lián)三張網(wǎng)絡(luò)。

2.3.1 大型活動保障

系統(tǒng)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(nèi)布放AP及CPE，將TD-LTE轉(zhuǎn)換成WiFi信號，即可靈活簡便地架設(shè)無線上網(wǎng)熱點(diǎn)。

新聞記者及觀眾進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)訪問、內(nèi)容上傳及下載、精彩內(nèi)容回顧等，即時消息、報道、視頻亦可下發(fā)到場館內(nèi)外顯示屏，實現(xiàn)信息無縫鏈接。

通過連接WiFi的設(shè)備數(shù)量可獲得附近區(qū)域總?cè)藬?shù)，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(fā)生。

2.3.2 視頻監(jiān)控手機(jī)查看

統(tǒng)一支撐平臺支持手機(jī)WAP及手機(jī)客戶端觀看。

2.3.3 RFID設(shè)備管理

通過在路燈及其附屬設(shè)備上使用RFID電子標(biāo)簽可實現(xiàn)設(shè)備精細(xì)化管理，并將這些數(shù)據(jù)通過4G數(shù)據(jù)通道傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫，設(shè)備管理人員可即時了解相關(guān)信息并進(jìn)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(nèi)置無線接收模塊，接收指揮中心發(fā)來的相關(guān)信息，依托指揮中心獲取的路面擁堵情況指導(dǎo)司機(jī)選擇最佳路線。利用無線數(shù)字發(fā)射網(wǎng)的數(shù)字電視信號或使用4G帶寬進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻文件傳輸，實現(xiàn)廣告或新聞播放，當(dāng)有緊急情況發(fā)生時，可通過電子公告牌發(fā)布應(yīng)急疏散信息。

2.4 智慧交通

利用高效的系統(tǒng)聯(lián)動發(fā)現(xiàn)道路擁堵，通過可視化管理，實時查看設(shè)備/人/車狀況，同時提供豐富的數(shù)據(jù)展示和用戶體驗。

2.4.1 車輛管理

系統(tǒng)利用RFID+高清視頻監(jiān)控車輛身份及行駛關(guān)鍵路徑;利用TD-LTE實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)上傳，實現(xiàn)多種基于車輛身份的定制化應(yīng)用服務(wù)。

由突擊行動轉(zhuǎn)為日常追查，大幅降低假/套牌車數(shù)量及危害;科技排查與人工追查有機(jī)配合，大幅提升肇事逃逸事件破案率;實時監(jiān)控車輛位置、速度、駕駛員狀況等，對突發(fā)狀況及非規(guī)定線路、時間行駛，非規(guī)定地點(diǎn)卸貨，碰撞/非法開關(guān)門等狀況進(jìn)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(xiàn)海量數(shù)據(jù)上傳，同時誘導(dǎo)信息下發(fā)。

系統(tǒng)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(xiàn)象，減少車輛被盜事件;泊位狀態(tài)實時監(jiān)控，實現(xiàn)分時分段精確計費(fèi)，為城市規(guī)劃部門決策提供理論與數(shù)據(jù)支撐。

2.4.3 交通擁堵預(yù)測與誘導(dǎo)

系統(tǒng)通過信息顯示屏、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交通事件應(yīng)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(biāo)語、政務(wù)通告、突發(fā)事件信息，便于交管部門進(jìn)行道路擁堵預(yù)測及道路疏導(dǎo)調(diào)度。對于已發(fā)生的擁堵現(xiàn)象，系統(tǒng)可對信號燈進(jìn)行配時調(diào)整，及時解決擁堵問題。

2.5 智能照明

為了響應(yīng)國家政策要求，節(jié)約能源消耗，對城市照明系統(tǒng)進(jìn)行智能化管控，提升公共照明管理，保障城市道路明亮，節(jié)約設(shè)施運(yùn)維成本，降低公共能源消耗。

2.5.1 智慧運(yùn)維

高級圖像處理分析技術(shù)使每條道路及路燈環(huán)境處于實時監(jiān)控狀態(tài)，在問題發(fā)生之前有效預(yù)防，提高維護(hù)人員的工作效率。

當(dāng)路燈設(shè)備出現(xiàn)異常時，設(shè)備自動發(fā)送警報至監(jiān)控中心，供監(jiān)管人員安排維修。

系統(tǒng)利用多種可視化手段展示道路路燈部署及運(yùn)行情況，科學(xué)制定檢修策略，優(yōu)化維修資源，無需人工巡測，實現(xiàn)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(shè)備運(yùn)維成本。

2.5.2 自適應(yīng)光照控制

根據(jù)天氣情況及實際光照度，自動控制燈具的開/關(guān)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(qiáng)自動展現(xiàn)最佳亮度，提高公眾滿意度。在災(zāi)害天氣情況下使路燈更加人性化，實現(xiàn)真正的智能控制。

在夜間行人較少的情況下，自動調(diào)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(diào)亮其前進(jìn)方向的路燈。當(dāng)車輛停在路旁進(jìn)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(jié)能又智能。

2.5.3 故障感知

該系統(tǒng)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(fā)送故障發(fā)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(jù)城市規(guī)劃合理部署綠色能源路燈，通過監(jiān)控平臺設(shè)置管理員號碼后，可采用平板電腦、手機(jī)等終端進(jìn)行開燈、關(guān)燈、調(diào)光等控制燈具的開/關(guān)與亮度，從而顯著延長燈具的有效壽命，減少燈具更換次數(shù)，節(jié)約資源，減少有害氣體污染環(huán)境。

3 結(jié) 語

智慧路燈基于智慧型數(shù)字城市系統(tǒng)設(shè)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(shù)據(jù)融合，降低復(fù)雜性，不僅很好地解決城市資源浪費(fèi)的問題，而且能夠有效推動智慧城市的發(fā)展進(jìn)程，同時使“路燈”更好地服務(wù)民生，提高城市居民的生活質(zhì)量，在城市信息化與自動化建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。

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