基于物联网的智慧路灯系统设计分析

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：和传统的路灯系统相比较而言，智慧路灯系统具有更加可观的应用效果和便利性。本文从路灯系统设计的一系列问题概述开始，分别从智慧路灯系统总体设计、智慧路灯控制系统设计、智慧路灯照明系统设计、智慧路灯维护设计四个方面入手，对基于物联网的智慧路灯系统设计思路进行简单的分析和研究。
　　关键词：物联网;智慧路灯系统;设计
　　中图分类号：TU113.6+6;TP391.44;TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）01-0030-02
　　0 引言
　　随着我国的城市化进程不断推进，各种各样的配套基础设施建设也是借此东风取得了突破性进展。而其中最具有代表性的、与人民生活关系最为密切的一项基础设施正是路灯系统，传统的路灯系统设计方案中存在一些不足之处，造成了电能浪费、抢修缓慢等问题，而智慧路灯系统的出现则从根本上解决了这些问题，因此我们有必要对基于物联网的智慧路灯系统设计进行研究。
　　1 路灯系统设计概述
　　城市生活相对于农村地区而言具有更高的便利性，而照明系统恰好是其中最具有代表性的、最能给人们提供便利的配套设施之一，当然与此同时城市照明系统也无时无刻不在消耗着巨大的电力能源。在这种情况下，基于物联网技术的智慧路灯系统设计就显得格外具有必要性，它除了能够有效的提升运行维护自动化水平、降低运维成本之外，还能够让路灯系统的照明功能更加多样化，以便于适应更多种的复杂场景照明需求，可以说是从根本上提升了城市路灯系统的使用效果[1]。
　　具体来说，智慧路灯的实现原理如下：（1）智慧路灯是一种以电力线载波通信技术和无线GPRS/CDMA通信技術为基础，对路灯进行远程控制的新型路灯系统，它能够结合车流量调整路灯亮度、在发生故障的时候自动报警、还具有、灯具线缆防盗、远程抄表等功能。（2）智慧路灯系统主要可以分成软件及硬件系统两部分，大致可以分成通信层数据采集层、应用处理层和交互层。其中软件平台优势智慧路灯系统的核心构成，通过地图的方式，迅速定位路灯并进行管理，包括设置单灯或组灯的调度策略、提供路灯的各类报表等功能。（3）基于物联网的智慧路灯系统能够对集中器及每个节点控制器进行控制。同时系统还具备GIS定位功能，可以对路灯进行定位并显示。最后，移动控制终端具备单灯控制、故障定位等功能，方便维护人员检修路灯和进行移动管理。
　　2 基于物联网的智慧路灯系统设计
　　2.1 系统总体设计
　　智慧路灯系统是新的时代背景下出现的一种路灯设计新思路，作为智慧城市建设的重要构成部分，在城市的稳定运行方面发挥了不可替代的积极作用，整体的运行基于数据支撑系统、底层数据处理和收集则以物联网技术为根据。因此，在基于物联网的智慧路灯系统（见图1）设计中，其本身也应该是分层次的。
　　首先需要强调的是感知层，这个层次和传统的物联网结构相同，主要是不同的传感器构成的。当然也有一定的不同之处，那就是智慧路灯系统的感知层传感器都设置在路灯杆上，智慧路灯杆装备有智能的LED灯、传感器、摄像头灯设备，同时能够将控制信号、设备状态等通过网络上传到上层系统中。为了确保感知层路灯系统的正常运行，我们主要需要做的就是要强化路灯杆的配置管理工作，比如说对路灯杆传感器的信号进行检测、合理配置传感器的参数、准确设计摄像头系统等等，另外在传感器出现故障的情况下，需要从上层系统获取故障原因和故障信号进行分析，及时恢复智慧路灯杆的正常运行。在智慧化城市的新模式越来越普及的今天，许多二三线城市也开始了智慧城市建设步伐，而在物联网技术的支持之下，对路灯系统进行智慧设计则是智慧化城市建设中最重要的一部分内容。其次要提到的是汇聚层，汇聚层顾名思义指的就是对各种数据进行检测收集的系统，其能够对传感器、摄像头等设备记录下来的信息进行存储和计算。举个例子来说，智慧路灯杆上配备的温度传感器、摄像头（见图2）、电子屏幕等等能够实时记录和测定路灯杆周边的车流量、人流量、温度等数据，汇聚层的主要功能就是对这些数据进行储存和计算，并且结合大数据挖掘技术对这些数据进行学习和深度分析，从而最终汇总成对城市管理有用的数据，确保城市主体的正常运行[2]。
　　2.2 智慧路灯控制系统设计
　　（1）必须要做好中央处理系统方案设计。路灯控制系统一般来说可以分成中央处理系统和信号传输系统，目前我国大部分城市都尚未引入中央处理系统，想要实现路灯的智能化控制基本上是毫无可能。所以，以物联网技术为基础对智慧路灯的中央处理系统进行设计势在必行，中央处理系统一般能够对传感器等收集到的信息进行处理和分析，同时将不同的控制信号回馈到其他子系统当中，这样一来只需要设置好中央处理系统中的芯片，就能实现对路灯的整体控制。同时，我们还需要考虑到我国城市地区路灯系统的实际情况，我国的路灯分布非常密集、路灯数量非常多，如果在每一个路灯上都安装中央处理芯片，其造价必然会非常高，所以可以采取区域化管理的思路，将不同路段的路灯分成不同区域，统一建设控制基站进行智能化控制[3]。这样一来，一个中央处理系统就能够控制某区域内的全部路灯，有助于节约成本。另外，随着计算机技术的高度发展，拥有大数据处理能力的微型计算机已经出现，因此为了尽可能的降低成本也可以选择微型计算机作为中央处理系统的核心部件，保证中央处理系统的正常运行。
　　（2）务必要加强信号传输系统方案设计。中央处理系统的稳定运行需要各种信号数据的支持，而信号传输系统正是传输信号、传递信息的功能组成部分。路灯系统是城市道路施工中不可或缺的一部分，能够为人们的夜间出行提供支持和帮助，但是这种功能性往往也决定了路灯需要在恶劣环境下工作，必须要应对恶劣天气和自然腐蚀的挑战。换而言之，智慧路灯信号传输系统必须要能够抵抗外界因素的复杂影响，并且顺利的将信号传送到中央处理系统中。目前来看，相对比较成熟的一种信号传输技术为电信号传输，具有传输速度快、稳定性突出、传输成本低的优势，但是同时它也具有一定的不足之处，那就是在雷雨天气电信号稳定性会发生变化，很难保证信息数据顺利传输到中央处理系统中。而利用光纤信号传输系统进行传输，具有传输速率高、稳定性突出、信息量大的优点。现阶段光纤信号传输系统主要用于网络信号的传输，应用效果比较突出，因此在设计信号传输系统的时候最终选择光纤信号手段。 　　2.3 智慧路灯照明系统设计
　　（1）要保证路灯照明时间系统设计的效果。路灯系统存在的根本性目标就是给夜间出行的城市居民提供便利，但是我们必须要认识到夜间出行的人流量确实比白昼出行的人流量小，且存在严重的区域化差异，有的路段夜间人流量大、有照明需求，但是有的路段夜间基本没有照明需求，只有根据实际情况确定照明时间，才能从根本上提升路灯系统的资源节约效果。而智慧路灯照明系统则能够根据不同路段的人流量情况，自动确定路灯的工作时间。以物联网技术为基础，对智慧路灯照明时间控制系统进行设计，是未来智慧路灯照明系统设计不可或缺的重要步骤。
　　（2）路灯照明亮度系统设计也值得我们进行探讨。路灯系统的耗能多少，除了取决于其工作时长以外，还取决于工作时其照明的亮度。换而言之，我们必须要加强路灯照明亮度的控制效果，根据光电传感器收集到的外界光照信息，实现不同时间段不同照明亮度的功能。举个例子来说，城郊的一些非主干道车流量往往并不大，因此一般情况下不需要太大的照明亮度;市中心的城市道路周邊往往都是鳞次栉比的高楼大厦，夜间霓虹灯闪烁制造出了良好的光照氛围，因此一般只需要普通亮度的路灯就能满足夜间出行所需，如果不考虑这些实际情况、采用统一的照明亮度，那么路灯系统的不必要消耗就会大幅度提升。所以，在路灯照明系统的设计中，我们必须要根据人流量、车流量、流量类型、流量集中时间段等信息做好判定工作，从而选择最合理的设计方案，确保路灯的照明亮度既能满足实际需求、又不会造成资源浪费。
　　2.4 智慧路灯维护系统设计
　　（1）通过对路灯系统工作信息的研究，确定某个区域的路灯能否正常运行，利用物联网的相关技术进行设计，是我们在设计中的不二之选。日常工作信息系统的业务范围主要在于：对路灯控制系统的控制效果进行判别、对路灯工作效果进行判别等等，将传感器安装到路灯杆上就能实现这些功能，在判别信号出现异常波动的情况下，信息收集系统会自动将问题上报到总控制室，为工作人员提供准确的数据支持。
　　（2）常见系统故障应急系统设计是维护系统设计的重中之重。路灯系统一旦出现故障，该片区域的夜间照明、人员出行都可能受到负面影响。为了降低出现故障的几率、为了将故障带来的影响降到最低，必须要做好常见故障应急系统的设计工作。就比如说备用照明灯就是最具有代表性的一种应急设备，其电路和路灯电路是互不相连、独立存在的，在路灯照明电路发生故障的时候备用照明灯就会自动打开保证夜间照明效果。同时，想要确保维护系统的实际作用，还需要设计警报系统，利用光纤信号传输系统将警报系统和总控制室连接起来，在路灯运行出现故障的时候，警报系统会第一时间示警，这样一来维修人员就能第一时间找到故障点的位置、判断故障的类型，从而及时做好检查抢修的工作[4]。
　　3 结语
　　智慧路灯系统的设计十分复杂，稍有不慎就会出现设计质量问题。因此在今后的工作中，我们必须要从智慧路灯的控制系统、照明系统、维护系统等方面分别切入，结合最先进的物联网技术，在充分了解总体设计思路的前期下做好智慧路灯系统的设计工作。
　　参考文献
　　[1] 郑淑鉴.基于智慧路灯的城市道路物联网系统设计研究[C].中国智能交通协会.第十三届中国智能交通年会大会论文集.中国智能交通协会：中国智能交通协会，2018：747-754.
　　[2] 刘霁葳.以物联网技术为基础的智慧路灯系统设计探讨[J].智能建筑与智慧城市，2018（10）：127-128.
　　[3] 张家英.基于物联网的智慧路灯系统设计[J].电子技术与软件工程，2017（22）：103-104.
　　[4] 陈鑫元，李筠，杨海马，等.基于物联网技术的智慧路灯系统设计[J].数据通信，2016（01）：45-49.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15171009.htm