物聯網技術在城市照明控制系統的應用

徐隆生

（北京新時空科技股份有限公司，北京 100124）

0 引 言

隨著科學技術的不斷發展，物聯網技術的優勢也逐漸得到大眾的認可和廣泛關注。城市的照明是該城市科技實力和競爭力有力的體現之一，將物聯網技術有效應用到城市照明的控制系統中，可以實現城市照明系統遠程管理和控制，在一定程度上節省能源的消耗。近幾年，許多城市在照明工程中都投入大量的技術和資金，在給城市居民帶來便利的同時也增加了相應的維護管理費用。在城市照明的控制系統中充分運用物聯網技術，可以改進和優化控制系統，實現照明控制系統的節能。

1 物聯網的概述

1.1 物聯網的定義

物聯網是通過全球定位系統及紅外感應器、各種信息傳感器等將物品和網絡連接起來的網絡系統，以實現信息交互、泛在連接的目的。在這一基礎上，通過相關專業技術應用，實現對特定物品的識別、定位、監測和管理等功能，以提高物品的管理效率。而物聯網在實際的運用過程中并不需要依靠網絡，其主要以表達人們在日常生活中所見到的人、事、物等形成的系統，將它安裝相應的傳感設備以后，通過與互聯網數據進行關聯，使其可以直接對連接的物品進行管理。隨著網絡技術的不斷發展，物聯網的形式和概念也在進行不斷的創新和完善，涵蓋面也越來越廣泛。物聯網在應用時主要是依靠運輸、智能處理及全面感知能力來進行工作，從而達到準確識別物品信息的目的[1]。

1.2 物聯網主要結構

物聯網主要包括感知層、網絡層和應用層,如圖1所示。

1.2.1 感知層

感知層就相當于人的皮膚和五官，是物聯網的核心，是信息采集的關鍵部分，主要包括RFID標簽、攝像頭、傳感器、二維碼識讀器、RPS、傳感器網絡以及終端等，通過各種不同類型的傳感器和傳感器相對應的網絡對物質的環境狀態、屬性、行為等動態或靜態的信息進行獲取和辨識，并通過協同處理等方式對多角度、多尺度及多種類的信息進行計算，與網絡中涉及到的其他單元進行信息傳輸和資源共享，部分應用還要通過智能終端或者執行器對所感知到的結果做出相應的反應，以此來實現智能化的控制。

1.2.2 網絡層

網絡層是物聯網的中間層，主要在感知層和應用層之間起到承上啟下的作用，從而完成對相關數據的傳輸和管理工作。網絡層也被人們稱之為傳播信息的橋梁。網絡層在日常的應用過程中，可以提高對感知層信息的接收效率，將其傳輸給應用層。網絡層的實現方式主要以通信網絡為主，例如GPRS、3G、4G和5G通信網絡、蜂窩無線通信網絡及有線通信等。

1.2.3 應用層

應用層是物聯網的最高層，主要負責對感知層傳輸的數據進行接收，并根據實際的情況對其進行運用或通過科學的技術進行處理，將具體的數據信息運用到各行業中。應用層的主要表達形式是以最終端的顯示器和數據庫為主，是物聯網中重要的組成部分。

1.3 物聯網的應用

物聯網應用范圍廣泛，包含了諸多領域，如在家居、交通、醫療、電網、物流、電力、安防、城市、汽車、建筑、稅務、商業、工業、農業等方面。

智能家居方面主要是通過先進的計算機技術的應用，運用WiFi、Zigbee、藍牙智能硬件、物聯網技術、通訊技術等，將家居生活中涉及到的各個子系統進行有效的結合，通過對其進行統籌管理，讓人們的居家生活變得更加舒適、方便、安全與有效。智能家居物聯網應用如圖2所示。

圖2 智能家居

智慧交通主要是將物聯網、智能傳感器技術、互聯網、信息網絡技術、數據處理技術以及通信傳輸技術等進行有效的融合，并將其應用在整個交通控制系統中，在更廣的范圍內發揮出其交通體系的作用。智慧交通主要是以智慧路網、智慧裝備、智慧物流、智慧出行以及智慧管理為主要內容，以信息技術的高度集成和信息資源的綜合運用為核心特征的交通發展新形式[2]。

2 Zigbee通信協議

Zigbee無線連接技術相對于其他技術更簡單，成本較低、能源消耗低，更適用于在近距離之間的無線網絡，尤其是在物聯網中的電子設備，在其傳輸間接性或者周期性的數據時，具有極強的價值，盡管其傳輸的速率偏低，但是相較于其他的無線接線，Zigbee的功耗更低。近幾年，IEE802.15.4工作組和Zigbee聯盟一起在對這種無線連接進行大力的推廣，Zigbee聯盟負責的是技術的組成應用和市場的推廣，而工作組主要負責的是簽訂MAC層與Zigbee物理層的通信協議，而其他的協議則是沿用當前的通信標準執行，以便于不同廠家的通信設備相互連接。Zigbee通信協議主要是以工作組協議為基礎，設備聯網性更完整，能夠全面支持網狀結構無線網絡以及形狀結構的無線網絡。同時由于其無線網絡屬于網狀結構，具有極強的系統可靠性和完整性，在城市照明的控制系統中具有極強的適應性。例如：一般城市路燈的間距在50 m以內，可將Zigbee無線傳感器安裝在路燈上，在各個模塊之間互相連接，再通過GPRS系統實現網絡城市照明控制系統和網絡集中調配器之間的數據傳輸和信息交換。

3 物聯網技術在城市照明控制系統中的應用

3.1 在城市照明系統結構中的應用

物聯網技術可以優化城市照明控制系統的結構，實現對城市照明控制中心、網絡集中協調器以及路燈信息終端等的設置。在城市的照明控制中心內，可以通過互聯網和GPRS通信網，始終保持與網絡集中協調器之間的信息通訊，對網絡集中協調器所接收到的數據信息進行收集，并向Zigbee無線傳感器發送。而Zigbee所對應的無線傳感器可以在2.4 G頻段向路燈終端發送相關數據信息，路燈信息終端在接受到相關信息數據之后，會與信息通訊協議相結合共同執行具體的命令，改變單燈的運行模式，或者對整個城市的照明燈具的運行功率進行相應的調整。

3.2 在單燈信息終端中的應用

在城市的照明燈具中裝入單燈信息終端，可以對燈具的運行參數進行動態的分析和采集，結合相關的電壓、電流和溫度等數據，對照明燈具的運行狀態進行全面的分析和掌握。路燈相關的數據信息會直接發送到網絡集中協調器，由協調器將所接收到的信息進行整合并對照明燈具的開關和亮度進行控制，同時還可以進行相應的報警。在單獨的燈具中設置Zigbee無線傳感器，可以與網絡集中協調器交換內部數據。在城市的照明控制系統硬件設計中可借助Zigbee無線傳感器和單片機對數據進行通信，在單燈信息模塊設計時，可以借助低功耗的設計來達到降低能源消耗的目的。

3.3 在用戶管理軟件中的應用

目前的城市照明控制系統主要包括控制中心和網絡客戶端兩個重要組成部分。在XML通信標準這一基礎上，能夠實現在網絡接口之間的信息數據傳輸與交換，同時還可以在網絡數據的連接過程中，實現網絡數據的共享。在城市的照明控制系統中運用物聯網技術，最重要的基礎就是NET平臺的架構，可以通過互聯網軟件所對應的操作系統，對視窗模塊進行有效的設計，同時在城市照明燈具相對應的GIS信息系統的支持下，對人機交流界面進行優化設計[3,4]。

3.4 借助物聯網技術豐富照明系統功能

在城市照明控制系統中運用物聯網技術，可以實現集成控制或者單點控制，根據不同城市在不同季節中照明的實際需求，對城市的照明系統中所涉及的全夜燈或半夜燈進行自動定時設置，或者進行遠程遙控相關照明燈具，還可以對控制系統中的單個路燈所對應的信息終端進行單點監測或單點控制[5,6]。除此之外，物聯網技術能夠實現照明的自動控制，對城市照明系統進行自動巡測，并對整個城市的多個不同區域所對應的照明情況進行及時和全面的監測，在事先預定的基礎之上進行開關等自動操作。

物聯網技術在城市照明控制系統中還可以實現精準定位和遠程控制，以提升對照明系統的控制率，Zigbee無線傳感器可以照明出現故障時及時將數據信息傳輸到網絡集中協調器上，通過協調器將信息發送到城市照明控制中心，此時相關工作人員只需要根據信息就可以知道發生故障的具體位置，及時維護和搶修，降低了工作量，確保城市照明控制系統的穩定安全運行。

借助物聯網技術，可以實現城市照明控制系統的附加服務功能, 有效地節約公共空間資源。（1）通過各種傳感器以及輔助設備，為居民提供實時的廣播信息播放，提供免費無線網絡，設置便捷充電樁等，以此來提升居民生活的便利性和社會的服務質量。（2）通過路燈等照明設備安裝定位系統，將攝像頭安裝在城市固定地點的路燈上，以此來完善對城市的監督和管理，同時還可以為公安部門提供有力的監控信息。（3）根據路燈上的監控和定位功能，為交通和汽車相關的科研等部門提供數據支持，在新型能源汽車和無人駕駛車輛的測試方面提供幫助。

4 結 論

綜上所述，隨著社會的不斷進步，城市照明系統的節能減排工作意義重大。物聯網技術的應用可以實現對城市照明系統的監測和遠程控制，極大地降低了城市照明系統的能量消耗。