物聯網的城市路燈智慧照明控制系統研究

侯永剛

（敦化市建筑工程質量監督站，吉林延邊，133700）

社會經濟發展水平不斷提高，在人們生活的各個領域廣泛利用各種新型科技，在建設城市路燈智慧照明控制系統的過程中，需要靈活利用物聯網技術，進一步提高城市照明系統的工作效率，優化城市照明管理工作的水平，實現照明系統節能減排的工作目標。

1 概述智慧城市照明和物聯網技術

■1.1 智慧城市照明

在城市現代化發展過程中，不斷擴大城市發展規模，可以為社會發展提供優質的服務，也因此形成智慧城市理念。智慧城市利用各種科學技術和科學設備，順利開展城市公共服務工作，推動城市健康發展。在智慧城市發展過程中，智慧城市照明屬于重要的一部分，路燈照明關系到人們的生活質量。但是傳統城市照明管理工作還不夠完善，需要進一步解決存在的問題，落實管理工作，提高維護工作的效率，利用智慧照明系統，可以優化管理工作的效果，促進城市健康穩定的發展[1]。

■1.2 物聯網技術

物聯網技術屬于一種新型技術，可以促進城市建設發展。物聯網主要是聯系物與物，構建網絡結構，結合電子計算機技術和通信技術以及網路控制技術等，形成新型技術網絡，利用智能系統可以連接這一網絡，突出了物聯網的兼容性。在物聯網系統中融合各種技術，可以高效收集和傳輸信息，并且具有豐富的接收終端。物聯網技術在我國具有良好的發展形勢，利用物聯網兼容性優勢，可以節省工作成本，顯著提升資源利用率和經濟收益，進一步發展新興產業，不斷提升生產力，有效提高我國的綜合國力。

2 研究城市路燈智慧照明控制系統

■2.1 系統基礎設施模塊

基礎設施模塊利用物聯網技術構建城市路燈智慧照明控制系統，主要包括能源供應系統和照明控制系統，以及通信系統等，可以優化路燈功能。落實單燈可調控照明模式，利用傳感器管理照明的亮度和開關時間。傳感器可以搜集周邊環境的數據，根據實際情況合理設置閥限，并且利用物聯網技術自主管控路燈照明系統，合理調節路燈開關和照明。針對傳統的路燈照明系統，只是可以實現開關功能，無法調整控制照明功率。利用城市路燈智慧照明控制系統，可以完善傳統路燈照明系統。例如，在早晨天剛亮的時候，可以降低路燈照明功率，這就需要利用城市路燈智慧照明控制系統，根據設計程序調控路燈照明度，利用單燈控制方案，統一控制所有的路燈，并且可以調節某個路燈的亮度，實現節能減排的目標[2]。

■2.2 可實現的功能

城市路燈智慧照明控制系統具有顯著的優越性，一方面可以保障路燈照明效果，在照明階段，可以根據設定的程序合理控制照明亮度，不僅可以保障照明效果，還可以高效利用資源，避免浪費電力資源。另一方面利用單燈管理模式，可以在每個燈具中落實城市照明設施管理工作，管理人員可以根據燈具照明情況實時監督管控故障問題，創新人工操作模式，高效的利用資源，同時可以為后續維護工作提供便利。此外在智慧照明系統中引入智能監控系統，可以利用三遙管理技術，有效監督和管控照明設施，并且可以收集統計各項數據信息，提供可靠性數據，實現城市路燈智能管控效果。最后利用路燈各種附加服務功能，可以多維拓展整個系統，因此設計人員需要不斷優化設計思路。

3 設計城市路燈智慧照明控制系統方案

■3.1 系統功能需求

圖1 城市路燈智慧照明控制系統框架

智能控制路燈，首先需要有效控制路燈硬件平臺，其次是處理路徑軟件平臺，最后需要落實路燈調光算法。城市路燈智慧照明控制系統需要采集數據，根據數據需求，全面采集路燈環境數據，例如需要采集光照強度和實時電壓等信息數據。城市路燈智慧照明控制系統在數據傳輸過程中，需要向后臺管理系統中傳輸數據，主要是利用ZigBee 和GPRS傳輸數據，ZigBee 負責傳輸路燈節點和集中控制器的數據，GPRS 負責連接集中控制器和云服務器無線遠程網絡，云服務器利用TCP/IP 協議向后臺發送數據。完成環境數據采集之后，系統需要根據調光分類模型，判斷路燈調光等級。在智慧路燈后臺管理系統中利用表格和曲線的形式顯示路燈環境數據。通過數據庫存儲各種歷史信息，為后續查詢工作提供便利。技術人員可以獨立控制每個路燈節點，結合特定算法，自動調節路燈的調光等級。如果路燈發生故障，可以利用警告窗口和響鈴等方式提醒工作人員及時處理故障。在百度地圖中可以定位顯示出每盞路燈的位置，這樣有利于及時明確故障路燈的地點，提高搶修維護的效率。技術人員可以通過數據庫查詢每盞路燈的狀態信息和故障信息等，方便技術人員隨時調閱相關信息。技術人員利用后臺管理系統，通過點擊調光按鈕，可以對于路燈調光系統進行改變。此外技術人員可以利用手機APP 確定路燈的實際情況，調節路燈的光亮[3]。

■3.2 城市路燈智慧照明控制系統總體結構

城市路燈智慧照明控制系統主要包括路燈節點控制器和集中控制器以及云服務器等部分，利用ZigBee 網絡拓撲結構建立區域網，通過ZigBee 傳輸數據。集中控制器和云服務器通信需要利用GPRS。系統通信協議采用TCP/IP 協議，在每臺路燈燈桿中安裝節點控制器，負責控制有關路燈的各項信息，可以向集中控制器中發送采集到的信息，利用集中控制器可以有效控制不同的路燈節點控制器，同時利用GPRS 向云服務器上傳接收的數據，云服務器向后臺管理系統和手機APP 發送數據，后臺管理系統分析處理上傳的數據之后，可以在系統界面上顯示出數據處理結果，如果發現故障信息，系統可以自動提出警報，此外手機APP 也可以提醒管理人員，及時處理故障問題。

■3.3 系統無線通信網絡技術

ZigBee 組網通信過程中主要是利用網狀、星型以及樹狀網絡拓撲結構，在每個ZigBee 網絡中具有一個協調器，通過多個路由和終端組網實現數據遠距離傳輸。可以將一個路燈節點作為路由器，周圍的路燈節點作為終端，因此完成組網工作，最終實現多個路燈聯網[4]。

■3.4 城市路燈智慧照明控制系統的硬件配置

(1)路燈節點控制器

路燈節點控制器主要是采集路燈濕度和溫度以及光照等周邊環境數據，并且利用ZigBee 網絡向集中控制器上傳采集到的環境數據，路燈節點控制器的芯片可以傳輸ZigBee 組網的數據。

(2)集中控制器

在城市路燈智慧照明控制系統中，集中控制器發揮著重要的作用，一方面可以向云服務器和后臺管理系統中上傳路燈節點數據，同時可以向路燈終端下發系統調光指令。集中控制器主要包括協調器和核心板等部分，利用局域網接受系統工作指令之后，實現節點管控，可以預先處理節點控制器和后臺管理系統的數據[5]。

4 結束語

利用物聯網的城市路燈智慧照明控制系統，可以保障居民夜間出行的便利性，同時可以實現城市照明系統節能減排的目標，促進城市健康發展。