基于物聯網的城市路燈智能控制研究

【關鍵詞】物聯網；城市路燈；智能控制

引言

現階段，人工智能與物聯網等技術已深入各行業，為城市的現代化發展提供了技術支撐。城市路燈可以保證居民夜間生活的安全性與便利性，必須積極應用物聯網等先進技術，但部分城市路燈的建設與控制存在功能單一與能源消耗過多等突出問題，在一定程度上阻礙了城市的高質量發展。所以，需要基于物聯網技術從智能控制組織架構、定時與時區控制、通信系統與遠程監控等途徑實現對城市路燈的智能控制，進一步改善城市環境并提升城市品質。

一、物聯網技術與路燈智能控制概述

（一）物聯網技術概念

物聯網即借助射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）與傳感器等多個信息傳感設備對物理世界產生的數據進行收集與分析，根據分析結果進行智能決策。該技術以通信技術與區塊鏈等技術為重要支撐，同時綜合運用了傳感器技術與通信技術，通過物物相連來實現信息的傳輸與控制，可用于智能家居、智慧城市與智慧醫療等多樣化場景。

（二）路燈智能控制概念

城市路燈智能控制是通過物聯網與通信等多項技術的綜合運用來實現對路燈進行智能化管理與精細化控制，其核心包括硬件與軟件等不同組建，可以實時檢測周圍環境信息并根據實際情況對照明強度與時間進行相應調整，從而達到節能降耗的目的。路燈智能控制系統涵蓋環境感知模塊、服務器與控制器等多個組成部分，以此來實現“一桿多用”，成功升級傳統照明控制系統。

二、物聯網在城市路燈智能控制中的應用價值

（一）有助于提高節能增效價值

在城市路燈智能控制中，物聯網技術的應用可以實現路燈亮度的自動調節，尤其是光照傳感器可以自動在深夜時段降低路燈運行功率，同時依托人車流量監測技術做到動態調光，減少路燈運行過程中的整體能耗量。在路燈運行時，如遇陰雨與風沙等惡劣天氣則啟動自動管理模式，對路燈照度進行適當提升，避免單燈消耗過多能量。這在一定程度上減少了路燈運行過程中的碳排放，既能滿足節能降耗要求，又能增強整體環保效果。除此之外，部分城市率先使用光伏儲能路燈，在突然斷網的情況下可以依托清潔能源的使用來保證主干道路燈的正常照明需求。

（二）有助于革新運維管理模式

物聯網技術在城市路燈智能控制中的應用可以借助通信技術優勢，通過遠程方式對全城路燈進行開關與場景模式切換，也能夠根據路燈照明具體需要遠程調節路燈亮度，從而提升管理工作的整體效率。在此前提下，物聯網技術需要滿足路燈電流與電壓的實時監測要求，保證在第一時間發現異常數據，并且快速并精準定位故障點，及時向管理人員與維修人員推送相應的報警與維護信息，縮短維修與應急處置響應時間[1]。

（三）有助于驅動城市治理升級

在物聯網技術支持下，智能控制設備與傳感器能夠緊密結合，加之對通信模塊的應用，可以有效采集多維度數據。技術人員可以將溫濕度與噪音等傳感器搭載于路燈上，從而借助傳感器獲得所需數據，再通過通信技術模塊上傳環境數據，便于城市管理平臺對數據進行分析與判斷，同時調取歷史能耗等相關數據并生成內容詳盡的分析報表，便于相關管理部門結合人流變化情況制定針對性的亮度提升方案，從而有效驅動城市治理水平的提升。

三、城市路燈智能控制的需求分析

（一）照明亮度與時間需求

正常來講，城市布局與區域功能往往存在不同，對路燈的亮度與時間需求也各不相同：經濟發展勢態良好的中心區域需要延長照明時間或者增強照明亮度，而工業區處于相對偏遠的位置，所以可以適當降低照明強度并縮短路燈工作時間；陰雨天氣需要提升亮度，所以對動態調光有一定需求，既能滿足基礎照明需求又能將無效能耗最大限度的減少；主干道與商業區需要保持高亮度，確保行車安全并滿足商業活動開展的需要，公園應適應降低亮度；交通高峰時段要全功率運行，平峰時段考慮降低亮度運行功率，兼顧節能與安全；冬季與夏季適當延長或者縮短照明時間，確保與自然光照變化規律相匹配。

（二）節能降耗需求

在城市路燈智慧照明控制過程中，節能需求是關鍵要素，以此來實現智慧城市的低碳化發展，具體的節能需求如下。

結合電力能源增長需求，聚焦照明與節能控制。對智能調光技術要積極引入，并且利用雷達和攝像頭做好交通流量檢測，在低峰時段關閉部分路燈；在節能降耗下需要開展科學的能源管理，在電網出現故障時需要及時切換供電模式，采用太陽能光伏或者儲能系統來降低路燈對傳統電網的依賴；城市路燈智能控制對能源利用有一定需求，技術人員應集成調光驅動器與邊緣計算模塊對電流沖擊做到有效減少，既能保證能源利用率的提高，又可以滿足降低能耗的需求[2]。

（三）遠程監控與應急處理需求

城市路燈智慧控制在遠程控制與監管方面有一定要求，一方面要滿足實時監控與集中管理需求，另一方面要保證可以快速啟動應急模式。這就需要相關管理部門利用5G和窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things，NBIoT）技術對單燈的開關與亮度等狀態進行實時采集，借助信息化管理平臺生成具有可視化特點的地圖。地圖中需要標明單燈工作的能耗與時間，便于快速精準定位異常點位，使管理人員可以根據實際情況對一定范圍內的路燈亮度適當調低或者調高。除此之外，管理部門在進行遠程監控時還需要考慮到操作與控制的便捷性。所以，路燈智能控制需要兼容電腦或者手機等具有便捷性的多種智能終端，以滿足實時調整照明策略的需要，確保在大雨天氣能夠利用便攜設備進行路燈的臨時增亮，也可以在電壓異常狀態下利用主動預警方式做到快速響應，使維修響應時間真正縮短[3]。

四、基于物聯網的城市路燈智能控制

（一）優化智能控制組織架構

為更好地融合物聯網與城市路燈智能控制，相關管理部門與技術人員應共同完成智能控制組織架構的優化，保證組織架構層次分明與合理，具體而言，要做到以下幾個方面。

（1）技術人員要明確總體架構的組成部分，包括感知層、網絡層與應用層。感知層是通過高精密度的傳感器設備對路燈各時間段具體運行過程中的光照強度與功率等數據進行檢測與收集；再借助網絡層中的5G無線通信技術對這部分數據進行安全與快速傳輸，保證數據能夠安全存儲于應用層，便于系統通過數據分析計算法對數據潛在價值進行充分挖掘，同時生成有針對性的控制指令，從而對路燈進行有效控制。

（2）技術人員通過對高性能組件的運用來保證物聯網技術優勢得以充分發揮，從而保證路燈智能系統的高效與穩定運行。以智能控制器為核心控制單元并配置嵌入式系統和微處理系統，用于調節城市路燈亮度或者控制城市路燈的開關。技術人員要考慮智能控制需要并以此為依據對傳感器進行選擇，如優先考慮使用光照傳感器與電壓傳感器等一些微型傳感器，確保可以實時感知城市路燈各關鍵參數的變化，將一定時間內的數據傳輸至上層系統，還應結合通信模塊的兼容性來保證通信模塊的設置能夠支持不同類型的通信協議，從而提高路燈數據傳輸全過程的可靠性。

（3）軟件平臺要求通過數據采集與云端計算決策等模塊組成有相互協作功能的智慧照明控制系統路燈平臺，輔助管理人員開展遠程控制，讓每一步操作更加穩定與精確。

（二）定時控制與區域控制

基于物聯網的城市路燈智能控制需要相關部門設計相應的照明控制措施，結合照明功能與具體作用進行定時與區域等控制。針對定時控制，可以根據前期預設要求在不同時段運用不同的策略來控制城市路燈的運行。所以物聯網技術與城市路燈智能控制的結合需要通過在可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）中內置時鐘模塊來對季節化開關時間表進行預設，并支持遠程調整節假日特殊時段的路燈控制。例如根據經緯度計算出日落時間，確保對亮燈時刻進行動態調整，保證誤差在5分鐘之內。同時應用光敏傳感器收集與分析實時數據，例如陰雨天通過提前開啟路燈的方式對定時控制具有的局限性進行有效彌補。23點至凌晨5點之間為深夜時間段，可以實施“時間+亮度”雙閾值控制策略，一旦檢測到周圍人車移動數量增加則觸發全亮。此外，路燈終端中應內置人工智能芯片，用于分析歷史交通流量數據變化，從而制定分時段亮度控制措施。針對區域控制即基于路燈所在區域的合理劃分，通過分組分段管控的方式來控制城市路燈的措施。相關管理人員需要劃分出商業區、工業區與住宅區等多個類型的虛擬網格，借助管理平臺下發差異化措施，并且在關鍵路段位置安裝攝像頭與雷達等設備用于觸發區域照明策略，還應建立起主次干道與支路的控制體系，以此來應對突發停電事故，保證主干道的正常照明需求[4]。

（三）設計與應用通信系統

在物聯網技術支持下，城市路燈智能控制需要考慮控制的靈活性與安全性，還應結合擴展性與穩定性等需求對通信系統進行設計與應用。（1）相關管理部門在應用通信技術來設計通信系統時，在智能調光控制中可以使用具有低時延優勢的5G通信技術對城市路燈亮度進行毫秒級調整，一旦遇到特殊天氣狀況可以瞬間做出快速響應，也能根據交通流量的突然變化對路燈照明狀態進行動態調整，從而保證照明的精準性與靈活性。（2）應用網絡切片技術為智能控制系統的運行提供專用網絡通道，使系統及時對城市路燈運行過程中產生的數據進行安全、穩定與快速傳輸，減少其他網絡業務對路燈智能控制的影響。（3）安裝網絡防火墻為通信網絡運行帶來安全保障，同時要求路燈智能控制系統具有兼容性與可擴展性，提高后期接入路燈設備的適配性并結合道路與街路照明燈具性能要求，來提高電氣安全與電磁兼容性。

（四）遠程監控與操作路燈

基于物聯網的城市路燈智能控制可以實現遠程監控與操作，借助現代化信息技術的融合，管理人員可以通過各種遠程終端設備接入路燈智能控制系統。例如使用智能手機、平板電腦與計算機等便攜設備獲取城市路燈運行狀態與參數信息，結合路燈所在區域與周邊具體情況遠程操作目標路燈，將管理效率與質量做到進一步提高，同時也降低了人工作業成本。在此前提下，管理人員通過城市路燈智能控制與物聯網技術的結合對海量數據的價值進行深度挖掘，獲取有助于控制路燈運行狀態的高價值信息。借助大數據與云計算等技術分析高價值信息并自動生成詳細的報表，使管理人員根據數據變化趨勢了解管控區域范圍內城市路燈在不同運行時間段的電力能源消耗，也掌握歷史故障次數與維修情況，同時評估路燈照明效果，便于制定極具可行性與科學性的路燈智能控制措施[5]。除此之外，管理人員要借助物聯網技術完成故障檢測與維修，通過內置的故障檢測模型對城市路燈運行過程中出現的電路短路、信號中斷與燈具損毀等異常情況進行快速識別，通過報警信息的發送來提醒管理與維修人員及時開展故障排查與故障維修等工作。例如，當某路段路燈于夜間突然熄滅，路燈智能控制系統依托物聯網技術在最短時間內定位故障點并自動派單，維修人員利用APP導航快速抵達現場及時更換驅動電源，待路燈正常運行后關閉工單。

結語

物聯網技術在城市路燈智能控制中的應用進一步加快了智慧城市建設與發展。通過物聯網技術的融入來實現路燈智能化改造與升級，借助技術優勢減少路燈用電量過大和路燈管理混亂等各種管控問題，依托路燈智能控制系統來實現節能減排并滿足城市路燈智能控制需要，為城市發展創造社會、生態與經濟等綜合效益。因此，城市相關管理部門要積極運用物聯網技術拓展城市路燈照明控制系統功能，打造高水平與高品質的智慧城市。未來，還要不斷探索物聯網下城市路燈智能控制的新思路與新途徑，加快技術迭代與功能擴展，不斷升級技術架構，讓路燈成為智慧城市關鍵的神經節點，促進現代城市多維度融合發展。

參考文獻：

[1] 王偉庭.基于物聯網的城市路燈智慧照明控制系統設計分析[J].通訊世界，2024，31（12）：181183.

[2] 周旭良.基于物聯網的城市道路LED路燈照明智能控制系統研究[J].光源與照明，2024（08）：4850.

[3] 申利民，蔣應龍.基于5G和物聯網城市路燈智能控制系統研究[J].中國照明電器，2024（03）：14.

[4] 佘晨沐.基于物聯網技術的城市路燈智能控制系統設計[J].信息記錄材料，2022，23（05）：204206.

[5] 楊亞豪，馬理想，王小妮，等.基于物聯網技術的城市路燈智能控制系統設計[J].黃河科技學院學報，2022，24（02）：3643.