探討LED智慧路燈系統在智慧城市中的應用

楊濤

摘要：隨著社會經濟的不斷發展，智慧城市概念逐漸被人們熟知，在建設智慧城市的環節中，應合理應用LED智慧路燈系統，在降低城市能耗的同時，減少對環境的不利影響，為人們創設更加宜居的環境。本文簡要闡述了目前城市照明存在的問題，分析了LED智慧路燈系統在智慧城市中的應用優勢，介紹了LED智慧路燈的種類與設計方案，并指出了應用時的注意事項。

關鍵詞：LED;智慧路燈系統;智慧城市;系統應用

一、城市照明存在的問題

在當前的社會背景下，城市發展日新月異，過去的那種時控方式與遠程控制方式已經無法滿足當下的實際需要。在夜幕降臨后，市政照明是能源消耗的重要設施，近些年，城市照明問題越來越明顯，照明設備可能會出現亮燈早熄燈晚、白天亮燈或者是過度照明等一系列問題，造成了嚴重

的電力浪費問題。

所以，在建設智慧城市的過程中，需要將路燈節能當作重要的建設目標，實現城市照明的節能不僅具備良好的經濟效益和環境效益，同時還具備很強的社會效益。無論是路燈照明亦或是景觀照明，都可以改善城市的面貌，為了達到科學照明、綠色照明、節能減耗、科學照明的目標，應充分利用LED智慧路燈，強化城市照明的節能化、智能化建設。

二、LED智慧路燈系統在智慧城市中的應用價值

LED智慧路燈是一種新型的綠色光源，它最明顯的優勢是能夠調控、響應的速度快，需要注意的是，智能控制技術是實現綠色節能目標的重要基礎。目前，智慧路燈也被人們叫作智慧公共照明管理平臺，智能路燈以及智慧路燈，它的原理是利用無線CDMA技術、無線GPRS技術以及載波通信技術等，遠程集中控制并管理路燈系統，進而減少電力資源的消耗，

降低維護成本，有助于提高照明管理的能力。

近些年，智慧城市漸漸被大眾熟知，然而在智慧城市的建設中依然存在著一些問題，有些地區信息化全局工作缺少一套系統的規劃，甚至存在著重復建設的問題，各個部門或行業無不在開展信息化工作，但是卻無法將其結合在一起，很難發揮出綜合性的效應。不同的部門之間，制定的信息化標準不一致，難以協調，在路燈照明的管理方面，體現出巡燈投入過高、燈況不清楚、線纜被盜、漏電、線路超負荷等問題，表明現階段的監管效果有待提升，光污染問題嚴重，不利于操控，管理的效率偏低。

站在概念的角度上來看，智慧城市可以在城市的街頭巷尾增設各種類型的傳感器（包括紅外設備、視頻傳感器、溫度傳感器、圖像傳感器等等）。實時獲取有關的信息，將收集到的信息傳遞到控制平臺，構成一個覆蓋面非常廣的城市感知網。而路燈作為城市并桿整治之后道路上唯一的桿體資源，自然成為各類智慧感知設備的天然載體，同時通過對供電線路的合理

規劃，可以實現燈桿上加載設施的24小時供電;即使在老舊設施上進行改

造，也可以通過加裝儲能設備來滿足加載設施的用電需求，同時路燈燈桿在城市道路上的全覆蓋，能夠打造無處不在的傳感網絡，完整地覆蓋整座智慧城市的感知節點。

三、LED智慧路燈的種類

隨著LED智慧路燈的不斷發展，在智慧城市的建設中，LED智慧路燈

應用越來越廣泛，最常見的有以下幾種：

Osrem開發方式：將LED燈具和光管理軟件控制的網絡連接在一起，使其分布在城市的各類照明環境當中。通過設置軟件、計算機或者是按照既定好的光點，用平面的形式，結合時間、地點光強實現燈具的打開或關閉。此種方式可以根據城市的實際需要來調制主干道、街道、公園或隧道區域的照明。它的系統架構主要有：（1）SLC軟件，它負責規劃并管理照明系統。（2）IP，網關和軟件于不同的街道之間利用GPRS實現通信，打造安全的IP連接和以太網連接。（3）SLC網關，負責保存、執行、轉換軟件下發的指令，同時還可以進行查詢。（4）電力線纜，它主要是用來保證燈具和網關之間的數據傳遞，不需要再增設其他的通信設施。（5）SLC系統控制器，它能夠實現對燈具的單獨監視與控制，組件既可以安裝在燈具的內部，又可以安裝于燈管上。

東莞的一家科技公司研發出一種新型的LED智慧路燈，該路燈中設置了許多個腔體，主體一面設置了散熱器以及智核腔（將智能UCD安裝在智核腔內部），在另一面中間腔體設置了多組LED燈棒（并列排布的）、外置電源、多功能天線等。路燈內安裝了4G基站等一系列無線發射的設置，同時還設置了氣候監測、攝像頭、雷達定位等眾多形式的偵測設備。通過引入智能控制設備延長燈具的使用壽命，實時將采集到的數據信息傳送至數據中心，降低設備安裝的成本，便于智慧城市的管理。

而在南京貢院街、大石壩街先行試點的智慧路燈，具備wifi覆蓋、人機互動、緊急呼救、手機充電、廣告發布等功能，結合夫子廟智慧旅游片區的整體建設，已然成為整個夫子廟智慧旅游體系的重要組成部分，該項目已于2020年整體交付夫子廟管委會，已正式投運超過1年時間。

智能信通提出的單等遠程控制系統最明顯的特點是節能和全智能管理，可以結合不同季節照明的實際需要分階段地調整燈具的開關時間，按

照不同地區日出和日落的時間精細化管理開關燈的時間，而且可以調控燈

光的照明亮度，按照具體的需要實現單燈的調光控制及分組調光控制。此外，燈具還具備自動干預、人為干預的功能，可以進行科學地調控，實時監督燈具的運行狀態，及時發現故障因素，降低安全事故的發生率。

四、LED智慧路燈系統的設計分析

截止目前，LED智慧路燈系統都是以ZigBee技術和GPRS技術為基礎打造的控制系統，該系統可以遠程控制路燈的狀態、調整路燈的開關及功率、對路燈實現異地操控、加載的感知設備數據回傳分析等等。在LED智慧路燈系統當中，一共有3層控制模式，一個是遠程監控中心，一個是網關節點，還有一個是普通節點。其中，遠程監控中心主要監管和控制網絡當中的子站，網關節點主要管理某條斷路中的全部普通節點，普通路燈節點的燈桿下方都設有一個控制箱，控制箱中集成著許多為智慧路燈系統配備的傳感器。

（一）遠程監控中心的功能

首先，匯總各個普通路燈節點控制箱收集到的數據細膩，利用控制中心平臺處理這些數據，為管理人員呈現處理后的數據，便于管理工作者進行判斷。其次，管理工作者能夠利用監控中心調控各個區域的不同節點部位，開展路燈節點的匹配和控制等操作。

（二）網關節點的功能

首先，對道路是所有的普通路燈節點的信息與狀態進行收集，將得到的精準數據進行分類，然后傳輸至遠程監控中心。其次，接收遠程操控中心下發的指令，同時將指令內容傳遞到相應的地址，把信息傳遞到各個路燈的普通節點。最后，對接收的信息和數據進行解析與處理，利用無線傳輸功能確保普通路燈節點間的通信暢通，利用GPRS技術實時和遠程控制中心保持通信。

五、多傳感器數據融合的辦法

以多傳感器為基礎的LED智慧路燈系統在使用中需要對數據進行融合，將傳感器收集到的環境信息經由A/D轉換和電信號轉換等操作，變成能夠量化的數據，將干擾的噪聲去除，對檢測環節中的干擾信號進行補償，開展特征量提取的操作，最后實行信息傳輸。利用不同形式的數據融合輸

出判斷結果，現階段使用的數據融合方式主要包括以下幾種：

第一種，卡爾曼濾波法。此種方法主要是對傳感網絡當中的冗雜信息進行特性統計，遞推出現階段狀態量的最佳值，此種方式可以最大限度地發揮出小容量傳感器系統的應用優勢。還可以將這種方法應用在機器人導航領域以及多目標識別領域當中，能夠同時融合n個傳感器收集到的數據，一方面可以準確地估計目標當前狀態，另一方面還能夠實施獲取測量目標的速度以及運動軌跡等信息。

第二種，貝葉斯估計法。此種方法是統計決策的重要組成部分，它的思想主要包括：（1）利用樣本數據修改先實驗分布得出后實驗分布;（2）應用和‘極大似然估計’等一系列方式開展統計推斷操作;（3）利用貝葉斯公式轉換為后驗算規律，結合后驗算概率實施決策的分類。一般來說，系統的傳感器在不同的空間和時間識別并判斷相同目標，可以利用貝葉斯估計法把單獨的概率分布組合為1個聯合后驗算概率函數，之后針對該后

驗算概率函數進行‘極大似然估計’，判定數據融合的目標值。

第三種，模糊邏輯算法。此種數據的融合形式需要對現實對象進行分析，對有關的數據進行梳理，打造模糊性的數學模型，識別并預判檢測目標，不難看出，對于模糊邏輯算法來說，待測目標是最重要的基礎。從本質上看，模糊邏輯目標屬于一種多值的邏輯，在處理的環節中，對各個命題和推理數值賦一個0和1之間的一個實數，對各個數據在融合環節中的重要性做出標記，之后應用多值邏輯推理的方式，融合所有傳感器的數據信息。此種方式具有良好的抗干擾能力，而且響應的速度非常快。

第四種，神經網絡算法。此種算法是通過模擬大腦運行研發出的數據處理方法，它主要是利用神經元實現對信息的處理。神經網絡有著良好的容錯性、自適應性和自組織性，可以降低設計難度。神經網絡非線性處理的能力非常強，能夠達到數據融合的標準。神經網絡數據融合流程為：在已經選定的若干個傳感器當中收集數據信息——預處理之后展開特征提取操作——對特征數據實時統一處理——為神經網絡的輸入提供標準形式——把統一化的特征數據當作標準化信息，將其當作已知網絡——把新特征統一數據與標準化網絡展開比較，輸出被測試系統的狀態結果。

六、LED智慧路燈系統在智慧城市中的應用注意事項

（一）科學部署智慧照明管理平臺

在智慧城市中，應用智能路燈系統可以實現對城市級數據信息的智能化采集、后臺分析、終端響應等。在實現對燈光照明的精細化管理，提高照明系統的智能性、人性化和自動化的基礎上，還能實現諸如市政設施運行狀態監控、5G信息化覆蓋、以及其他相關的應用功能。系統的主站可以利用瀏覽器登錄，對范圍內的全部燈具設施進行管理，集數據分析、故障預警和能耗統計等功能于一體，實現對各個監控對象的控制。

（二）節點、集中控制器的安裝

在LED智慧路燈系統中，控制裝置是非常重要的組成部分。在實際安裝時需要將控制設備安裝在配電柜里面，利用LAN技術、GPRS技術等把控制器和管理后臺連接在一起。智能化的集中控制器是現場主控的重點，在智能化方案解決方案中發揮著重要的價值，可以對戶外的照明設施以及加載的感知設施進行監測、控制、診斷和二兩，在此基礎上按照實際的需要開展精細化管理，達到節能減排的效果。

結束語：

綜上所述，LED智能路燈系統是智慧城市的重要組成部分，但是在實際的使用當中還存在著一些不足，在今后的實際應用中，應充分參考上述內容，進一步優化LED智能路燈系統的研發，充分發揮其應用價值，提高城市照明系統的管理效果，同時提升其智能化、自動化程度，節省能源，減少城市照明系統的維護成本，更好地建設智慧城市。

參考文獻：

[1]梁國軍.LED智慧路燈在智慧城市中的應用[J].百科論壇電子雜志，2019，000（002）：97-97.

[2]周志強.LED智慧路燈在智慧城市中的應用[J].電子樂園，2020（8）：

1-1.

[3]陳濤.基于智能路燈系統的智慧街區和智慧城市建設探討[J].2021（2019-6）：44-45.