一种基于物联网技术的智慧路灯系统设计
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摘 要：针对传统的城市道路照明系统存在着管理方式粗放、能源消耗大、运维效率低下、照明控制不灵活等缺点，文中探讨一种基于物联网技术的智慧路灯系统设计。该系统设计由智慧路灯智能终端和智慧路灯管理云平台两部分组成，通过云平台对智能终端进行全面高效控制，包括路灯的自动控制、远程控制、自动巡检、自动生成和派发工单，并且具备一定的可拓展性。
关键词：物联网;智慧城市;智慧路灯系统;照明系统;智能终端;云平台
中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）03-0-02
0 引 言
作为城市基础设施重要的组成部分，城市道路照明系统在城镇化进程中扮演着重要的角色，然而传统的城市道路照明系统存在着管理方式粗放、能源消耗大、运维效率低下、照明控制不灵活等缺点，极大的增加了管理难度和成本。所以在物联网技术、云计算等新兴信息技术不断发展的当下，加速城市道路照明系统的信息化、智能化改造，提高城市管理效率和管理水平、降低管理成本已是势在必行[1]。基于此，本文提出一种基于物联网技术的智慧路灯系统设计，通过LTE网络和MQTT通信协议，智慧路灯管理云平台可以实现对每一盏路灯的精确控制和信息跟踪，实现绿色照明和降本增效的愿景。
1 系统总体架构
智慧路灯系统采用物联网、无线通信等技术，通过对路灯的远程集中控制与管理实现高效率、低成本的照明，并且路灯还具备温湿度信息采集、大气数据采集、图像采集和无线AP等模块，与物联网、智慧城市融合，能够成为智慧城市重要的组成部分。智慧路灯系统整体分为两大部分：智慧路灯终端和智慧路灯管理云平台。其中智慧路灯终端由主控核心板模块、通信模块、无线AP模块、电源模块、LED控制模块、电压电流检测及报警模块、前端传感器等部分组成;而智慧路灯管理云平台则由设备管理平台和业务平台这两大部分组成。其中设备管理平台包括设备接入、设备状态查询、命令收发、运行与命令日志查询、历史数据存储与查询功能等功能，而业务平台包括设备监控、人员管理、工单业务管理、基础管理、报表管理、系统管理、大屏展示等功能。系统总体框架如图1所示。
智慧路灯系统可以根据实际需要，通过云平台实现按需照明，采用降低照明亮度、单侧亮灯，甚至采用隔一亮一等自由组合的新型控制方式，改变传统路灯杆的运行和管理模式，从而达到节能降耗的目的[2]。
智慧路灯系统通过云平台进行远程管理，云平台的设备监控功能和终端的自动报障功能可以对路灯实现智能监控。终端采集的温湿度、大气数据、图像数据、WiFi流量热力图也可以通过云平台一并进行展示。在发生故障时能够及时的上报故障信息，通过平台的大屏功能也能全面真实地监测和展示亮灯率、故障灯率等重要数据。云平台的工单业务管理系统也改变了传统的人工巡查模式，发生故障或报警时平台会将报警或者故障信息以短信方式发送到运维人员或者管理员处，并根据设定自动生成工单，大大减轻运维人员的劳动强度，有效降低了运维成本，从而实现对城市路灯的规划设计、工程建设、日常巡查、维修管理等工作的精细化、规范化、网络化[3]。
2 智慧路灯智能终端设计
智慧路灯智能终端作为智慧路灯系统的重要组成部分，承担了物联网基本架构中的感知层的角色，负责采集前端信息到后端平台并执行来自后端平台的查询或控制命令。它包括主控核心板模块、通信模块、无线AP模块、电源模块、LED控制模块、电压电流检测及报警模块、前端传感器等部分。
智慧路灯智能终端拓扑结构如图2所示。
主控核心板模块采用高性能的核心板作为主控制器，实现对智慧路灯智能终端各个部分的控制，相比于单片机，可以配合前端设备开发更多更强大的功能，拓展性更好。
通信模块采用LTE多模通信模组，通过4G网络，采用物联网业内流行的MQTT协议与后端平台进行通信。该方式比传统的GPRS拥有更快的上下行速率，能够胜任传输大文件的传输工作，配合无线AP模块可以轻松做到WiFi共享功能;相比于NB-IoT等网络制式可以上传下载更多数据，并且可以做到实时在线，实时控制，实时掌握路灯状态的在线状态。无线AP模块负责将通信模块的网络作为WiFi热点共享出来，供市民使用[4-5]。
电源模块负责接入外部供电给智慧路灯智能终端各个部分进行供电，保证设备正常运行。电压电流检测及报警模块负责对智慧路灯智能终端的运行状态进行检测，一旦发现电压电流异常，则立即向主控核心板模块告警，主控核心板模塊则会马上通过通信模块将报警信息发往后端平台。LED控制模块则负责针对主控核心板模块的控制命令，对LED路灯进行控制，包括开断和亮度进行调整。
前端传感器包括温湿度传感器、大气传感器、红外传感器、摄像头等部件，负责采集当前的温湿度，空气质量，路况等信息，由主控核心板模块整合采集数据，通过通信模块发送到后端平台进行处理。
3 智慧路灯管理云平台设计
智慧路灯管理云平台作为整个系统的重要组成部分，主要负责进行设备管理、业务管理和数据管理，它由设备管理平台和业务平台两部分组成，智慧路灯管理云平台框架如图3所示。
3.1 设备管理平台
设备管理平台，主要包括设备接入、设备状态查询、命令收发、运行与命令日志查询、历史数据存储与查询功能。
（1）设备接入负责终端设备的接入，保证设备可以在各种正常或非正常情况下可以连接平台进行通信交互，保证业务流程顺利进行。
（2）设备状态查询功能则可以查看设备的鉴权信息、在线状态、位置信息等消息。
（3）命令收发功能的作用是对设备下发各类命令并接受来自设备的回复。
（4）运行与命令日志查询则可以查询设备的运行日志和命令下发与接受的日志。 （5）历史数据存储与查询功能则是查看设备的上传数据。
3.2 业务平台
业务平台包括设备监控、人员管理、工单业务管理、基础管理、报表管理、系统管理、大屏展示功能。
（1）设备监控是针对设备管理平台的设备状态和上传数据进行分析，展示在用户面前，可以查看设备是否运行正常，数据是否在阈值区间，命令是否执行。
（2）人员管理可以进行终端设备运维人员信息的各项管理和查询工作。
（3）工单业务管理可以进行设备维修管理、巡检维保管理、维保计划管理，可以进行工单自动化管理，出现故障自动派发工单到指定运维人员那里，进行现场检查。
（4）基础管理包括设备档案管理（设备档案录入管理，对客服信息、厂家信息、设备信息等进行管理）、库房的备件管理。
（5）报表管理包括维修报表、巡检报表、维保报表、故障报表、无线AP流量报表、环境参数报表、能耗报表等。
（6）系统管理包括用户账号管理、权限管理、短信报警管理等功能。
（7）大屏展示功能则是以大屏幕配合GIS展示路灯系统的各项状态指标，如路灯亮灭的热力图、故障情况、告警情况、温湿度、大气数据、图像数据、WiFi流量热力图等。
4 结 语
本文提出的一种基于物聯网技术的智慧路灯系统设计。该系统设计采用LTE移动网络制式和物联网主流通信协议MQTT协议，可以实现路灯的自动控制、远程控制，还可以做到自动巡检，自动生成和派发工单，环境参数检测和图像采集，并且拥有WiFi功能，方便广大市民，未来可以进行硬件拓展，增加5G微基站和电瓶车充电站功能。所以通过该系统可以提高城市管理效率和管理水平、降低管理成本。
参 考 文 献
[1]徐晖.基于物联网技术的智能路灯系统[J].信息通信技术，2018（4）：47-52.
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