浅析市政路灯智能化控制管理

李步云

摘要：智能化路灯是在传统路灯杆件基础上装配各种环境监测设备，根据实时反馈的环境状况自动调节色温，基于ZigBee、NB-IoT等网络通信技术，运用统一的B/S或手机App的监控软件平台，通过电脑或手机终端，就可以实时了解路灯的工作状态、当地环境质量，实时对路灯远程控制，从而实现路灯的节能与网络化。该文基于现有智能化路灯的技术现状，展开了新型的智能化路灯设计的研究，可实现多杆合一的应用，为智慧化城市建设提供参考。

关键词：市政亮化；路灯控制；智能化；管理分析

引言

现如今，城市道路的传统路灯大多功能单一、色温恒定，能源应用不充分。为此，该文提出一种多杆合一的智能化路灯设计方案，并探索其应用前景。设计的路灯利用传感技术智能化调节色温，并基于物联网无线通信技术实现区域内路灯的相互通信及与远程监控中心交互式通信，使城市路灯资源得到充分利用。智能化路灯的建设也为智慧城市的建设提供参考。

1智能化路灯通讯网络的搭建

该产品采用基于单灯节点控制技术的远程控制管理系统，其中单灯节点控制器具备互联网通信的功能。当带有这种控制器的路灯被自由分布到某一片区域，将自动组建成一种由一点发散、互相关联局域网络系统。配置其中任意一盏智能路灯充当协调控制器，负责智能无线网络的日常功能建立、维持和管理。其他路灯根据实际路况配置为终端连接设备，通过信道扫描方式加入由协调控制器建立的无线网络。

路灯与远程监控中心之间通过GPRS网络和互联网通信。协调控制器接入GPRS1，充当远程路灯监控中心的PC机接入互联网，通过串口接入GPRS2。这样的配置方式具有移动性，当监控中心由于特殊情况需要转移时，其IP号通过GPRS2发送前文所述GPRS1告知协调控制器。初步建立连接关系时，由远程监控控制中心建立一个网络Socket，并通过GPRS2将当前的IP号以SMS发送给GPRS1，协调控制器据此通过GPRS网络和Internet连接到监控控制中心主机。之后由协调控制器与监控中心管理软件协调工作，对所有智能路灯进行监控。

2智能化路灯系统设计

基于环境反馈的自动调节色温智能化设计，有以下3个方面。

2.1温智能化调控单元设计

该产品通过环境数据采集单元采集的数据自动对路灯色温进行调节，可实现LED色温由2800K的暖黄色到5500K的冷白色转换，并采用单灯管无极调光技术来实现该自动转换，搭建的色温调节电路采用PWM开关调光的方式，不同占空比的PWM信号对应不同色温，故只要调节占空比就能实现不同色温转换。

2.2人、车流量监测单元设计

该产品集成运动传感器SE-10PIＲ和视觉传感器。路灯安装在道路两侧，由带有主控制器的路灯负责当地路段人、车流量计算。视觉传感器采集原始图像，控制器对图像进行分析得出人、车密集程度。通过相邻之间的传感器捕获的人、车运动状态和密集程度，主控制器负责计算分析得出人、车流量大小。以视觉传感器为辅、运动传感器为主的人、车流量监测单元具有较高精度。

2.3环境数据采集单元设计

综合考虑影响光照亮度的因素，包括阴雨、雾霾天气和夜晚时段，环境数据采集单元集成了光照传感器TSL2561（判断是否夜晚时段）、雨滴传感器SI7021（检测雨水天气）、温湿度传感器DHT11（判断大雾天气）、灰尘传感器DSM501（判断雾霾天气），控制器对不同环境数据设置相应阈值，当达到相应阈值，说明光照需求大，此时控制路灯实现色温转换。此外，环境数据采集单元还集成了大气污染物浓度监测传感器，包括甲烷、硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳传感器等，用于监测大气质量。

3基于物联网的交互式通信智能化设计

3.1感知层

路灯灯杆的控制器集成了各种环境监测传感器和自身故障检测设备，这些设备、传感器和传感器网关一起构成了感知层，收集外界的环境信息，并接入上一层来发送信息。

3.2网络层

基于光通信硬件设备搭建数据信息传递网络构成传输层，用单灯节点控制技术建立起一点发散、互相关联的局域网络，再由协调控制器统一发送给远程终端监控中心。通过终端监控平台实现对传输设备、时钟拓扑进行智能化的展示与控制。汇聚层通过大数据处理技术和GIS可视化技术的结合，用于处理数据。处理的数据信息再结合GIS可视化技术制成图表形式，可以直观地了解当地路段的人和车流量、环境质量以及照明需求等。

3.3应用层

当地政府以及任何对环境数据资源有需要的用户都可接入系统，享有服务，应用包括不限于对路灯实时监控控制、对环境状况监督工作、环境信息科学应用等。

3.4物联网终端监控控制平台

该文以ESP8266硬件配合BlinkerApp为例，ESP8266装在灯杆上用于传输数据，并结合GPRS辅助定位，将位置反馈到监控中心，BlinkerApp作为监控中心。控制器将数据及时地发送给监控中心，监控中心处理环境数据，与协调控制器对所有智能路灯进行监测和管理，以此实现交互式通信。

4智能化路灯的实际应用

现如今，我国传统的路灯多数都是采用高压钠光源或者LED灯。高压钠灯耗能严重，而对比发现5500K左右的白色LED灯更节能，但由于色温太低，容易产生视觉疲劳，在雨天、雾霾等恶劣天气，这种照明灯光穿透性能较差，也降低出行安全。黄色LED色温在2800K左右，具有不眩晕、穿透强的优势，但是由于色温低，相同视觉效果下白色LED更耗能。对此，笔者综合利用前述几种灯的特性，通过反馈的环境状况，采用精细化人工智能调节色温方案。默认5500K冷白色色温节约能源，再根据不同环境参数设置对应的阈值，当其中任一参数低于该阈值时，路灯自动转换为2800K的黄色色温。基于环境反馈的自动调节色温设计既能满足照明需求，保障出行安全，又能节约能源，合理利用路灯资源，真正实现了多杆合一的智能化应用。

路灯作为路面上最常见的基础设施之一，基于路灯搭建环境质量监测网组，结合现有技术，可实现当污染物超标，有效监督企业排污等作用，也可利用监测网组所获取的数据做科学研究工作，诸如气象、地理环境演变等研究。基于物联网的交互式通信设计使路灯资源更进一步充分利用，真正实现了路灯的智能化、网络化。

5结语

该文设计一种基于GPRS、物联网通信技术、ArduinoMega2560、环境监测传感器的智能化路灯系统，系统可以根据环境监测传感器采集的数据实现自动调节色温并将数据传输至监控中心，监控中心对数据进行处理利用。相较于传统路灯，更能保障人们出信息技术行安全，也更节能，搭建了路灯监测网组，充分利用路灯所拥有的地理环境资源，实现对当地环境质量和企业污染物排放的有效监控，也有利于对当地地理、气象演变进行科学性研究。同时，推进了路灯智能化设计，实现了多杆合一的应用。

参考文献

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