物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智慧路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：針對傳統(tǒng)的城市道路照明系統(tǒng)存在著管理方式粗放、能源消耗大、運(yùn)維效率低下、照明控制不靈活等缺點(diǎn)，文中探討一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)由智慧路燈智能終端和智慧路燈管理云平臺兩部分組成，通過云平臺對智能終端進(jìn)行全面高效控制，包括路燈的自動控制、遠(yuǎn)程控制、自動巡檢、自動生成和派發(fā)工單，并且具備一定的可拓展性。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧城市；智慧路燈系統(tǒng)；照明系統(tǒng)；智能終端；云平臺

引言

作為城市基礎(chǔ)設(shè)施重要的組成部分，城市道路照明系統(tǒng)在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中扮演著重要的角色，然而傳統(tǒng)的城市道路照明系統(tǒng)存在著管理方式粗放、能源消耗大、運(yùn)維效率低下、照明控制不靈活等缺點(diǎn)，極大的增加了管理難度和成本。所以在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算等新興信息技術(shù)不斷發(fā)展的當(dāng)下，加速城市道路照明系統(tǒng)的信息化、智能化改造，提高城市管理效率和管理水平、降低管理成本已是勢在必行[1]?；诖?，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過LTE網(wǎng)絡(luò)和MQTT通信協(xié)議，智慧路燈管理云平臺可以實(shí)現(xiàn)對每一盞路燈的精確控制和信息跟蹤，實(shí)現(xiàn)綠色照明和降本增效的愿景。

1系統(tǒng)總體架構(gòu)

智慧路燈系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)、無線通信等技術(shù)，通過對路燈的遠(yuǎn)程集中控制與管理實(shí)現(xiàn)高效率、低成本的照明，并且路燈還具備溫濕度信息采集、大氣數(shù)據(jù)采集、圖像采集和無線AP等模塊，與物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市融合，能夠成為智慧城市重要的組成部分。智慧路燈系統(tǒng)整體分為兩大部分：智慧路燈終端和智慧路燈管理云平臺。其中智慧路燈終端由主控核心板模塊、通信模塊、無線AP模塊、電源模塊、LED控制模塊、電壓電流檢測及報(bào)警模塊、前端傳感器等部分組成；而智慧路燈管理云平臺則由設(shè)備管理平臺和業(yè)務(wù)平臺這兩大部分組成。其中設(shè)備管理平臺包括設(shè)備接入、設(shè)備狀態(tài)查詢、命令收發(fā)、運(yùn)行與命令日志查詢、歷史數(shù)據(jù)存儲與查詢功能等功能，而業(yè)務(wù)平臺包括設(shè)備監(jiān)控、人員管理、工單業(yè)務(wù)管理、基礎(chǔ)管理、報(bào)表管理、系統(tǒng)管理、大屏展示等功能。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。智慧路燈系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需要，通過云平臺實(shí)現(xiàn)按需照明，采用降低照明亮度、單側(cè)亮燈，甚至采用隔一亮一等自由組合的新型控制方式，改變傳統(tǒng)路燈桿的運(yùn)行和管理模式，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的[2]。智慧路燈系統(tǒng)通過云平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，云平臺的設(shè)備監(jiān)控功能和終端的自動報(bào)障功能可以對路燈實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控。終端采集的溫濕度、大氣數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、WiFi流量熱力圖也可以通過云平臺一并進(jìn)行展示。在發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)的上報(bào)故障信息，通過平臺的大屏功能也能全面真實(shí)地監(jiān)測和展示亮燈率、故障燈率等重要數(shù)據(jù)。云平臺的工單業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)也改變了傳統(tǒng)的人工巡查模式，發(fā)生故障或報(bào)警時(shí)平臺會將報(bào)警或者故障信息以短信方式發(fā)送到運(yùn)維人員或者管理員處，并根據(jù)設(shè)定自動生成工單，大大減輕運(yùn)維人員的勞動強(qiáng)度，有效降低了運(yùn)維成本，從而實(shí)現(xiàn)對城市路燈的規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、日常巡查、維修管理等工作的精細(xì)化、規(guī)范化、網(wǎng)絡(luò)化[3]。

2智慧路燈智能終端設(shè)計(jì)

智慧路燈智能終端作為智慧路燈系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)了物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)中的感知層的角色，負(fù)責(zé)采集前端信息到后端平臺并執(zhí)行來自后端平臺的查詢或控制命令。它包括主控核心板模塊、通信模塊、無線AP模塊、電源模塊、LED控制模塊、電壓電流檢測及報(bào)警模塊、前端傳感器等部分。智慧路燈智能終端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。主控核心板模塊采用高性能的核心板作為主控制器，實(shí)現(xiàn)對智慧路燈智能終端各個(gè)部分的控制，相比于單片機(jī)，可以配合前端設(shè)備開發(fā)更多更強(qiáng)大的功能，拓展性更好。通信模塊采用LTE多模通信模組，通過4G網(wǎng)絡(luò)，采用物聯(lián)網(wǎng)業(yè)內(nèi)流行的MQTT協(xié)議與后端平臺進(jìn)行通信。該方式比傳統(tǒng)的GPRS擁有更快的上下行速率，能夠勝任傳輸大文件的傳輸工作，配合無線AP模塊可以輕松做到WiFi共享功能；相比于NB-IoT等網(wǎng)絡(luò)制式可以上傳下載更多數(shù)據(jù)，并且可以做到實(shí)時(shí)在線，實(shí)時(shí)控制，實(shí)時(shí)掌握路燈狀態(tài)的在線狀態(tài)。無線AP模塊負(fù)責(zé)將通信模塊的網(wǎng)絡(luò)作為WiFi熱點(diǎn)共享出來，供市民使用[4-5]。電源模塊負(fù)責(zé)接入外部供電給智慧路燈智能終端各個(gè)部分進(jìn)行供電，保證設(shè)備正常運(yùn)行。電壓電流檢測及報(bào)警模塊負(fù)責(zé)對智慧路燈智能終端的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)電壓電流異常，則立即向主控核心板模塊告警，主控核心板模塊則會馬上通過通信模塊將報(bào)警信息發(fā)往后端平臺。LED控制模塊則負(fù)責(zé)針對主控核心板模塊的控制命令，對LED路燈進(jìn)行控制，包括開斷和亮度進(jìn)行調(diào)整。前端傳感器包括溫濕度傳感器、大氣傳感器、紅外傳感器、攝像頭等部件，負(fù)責(zé)采集當(dāng)前的溫濕度，空氣質(zhì)量，路況等信息，由主控核心板模塊整合采集數(shù)據(jù)，通過通信模塊發(fā)送到后端平臺進(jìn)行處理。

3智慧路燈管理云平臺設(shè)計(jì)

智慧路燈管理云平臺作為整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)進(jìn)行設(shè)備管理、業(yè)務(wù)管理和數(shù)據(jù)管理，它由設(shè)備管理平臺和業(yè)務(wù)平臺兩部分組成，智慧路燈管理云平臺框架如圖3所示。

3.1設(shè)備管理平臺

設(shè)備管理平臺，主要包括設(shè)備接入、設(shè)備狀態(tài)查詢、命令收發(fā)、運(yùn)行與命令日志查詢、歷史數(shù)據(jù)存儲與查詢功能。（1）設(shè)備接入負(fù)責(zé)終端設(shè)備的接入，保證設(shè)備可以在各種正?；蚍钦Ｇ闆r下可以連接平臺進(jìn)行通信交互，保證業(yè)務(wù)流程順利進(jìn)行。（2）設(shè)備狀態(tài)查詢功能則可以查看設(shè)備的鑒權(quán)信息、在線狀態(tài)、位置信息等消息。（3）命令收發(fā)功能的作用是對設(shè)備下發(fā)各類命令并接受來自設(shè)備的回復(fù)。（4）運(yùn)行與命令日志查詢則可以查詢設(shè)備的運(yùn)行日志和命令下發(fā)與接受的日志。（5）歷史數(shù)據(jù)存儲與查詢功能則是查看設(shè)備的上傳數(shù)據(jù)。

3.2業(yè)務(wù)平臺

業(yè)務(wù)平臺包括設(shè)備監(jiān)控、人員管理、工單業(yè)務(wù)管理、基礎(chǔ)管理、報(bào)表管理、系統(tǒng)管理、大屏展示功能。（1）設(shè)備監(jiān)控是針對設(shè)備管理平臺的設(shè)備狀態(tài)和上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，展示在用戶面前，可以查看設(shè)備是否運(yùn)行正常，數(shù)據(jù)是否在閾值區(qū)間，命令是否執(zhí)行。（2）人員管理可以進(jìn)行終端設(shè)備運(yùn)維人員信息的各項(xiàng)管理和查詢工作。（3）工單業(yè)務(wù)管理可以進(jìn)行設(shè)備維修管理、巡檢維保管理、維保計(jì)劃管理，可以進(jìn)行工單自動化管理，出現(xiàn)故障自動派發(fā)工單到指定運(yùn)維人員那里，進(jìn)行現(xiàn)場檢查。（4）基礎(chǔ)管理包括設(shè)備檔案管理（設(shè)備檔案錄入管理，對客服信息、廠家信息、設(shè)備信息等進(jìn)行管理）、庫房的備件管理。（5）報(bào)表管理包括維修報(bào)表、巡檢報(bào)表、維保報(bào)表、故障報(bào)表、無線AP流量報(bào)表、環(huán)境參數(shù)報(bào)表、能耗報(bào)表等。（6）系統(tǒng)管理包括用戶賬號管理、權(quán)限管理、短信報(bào)警管理等功能。（7）大屏展示功能則是以大屏幕配合GIS展示路燈系統(tǒng)的各項(xiàng)狀態(tài)指標(biāo)，如路燈亮滅的熱力圖、故障情況、告警情況、溫濕度、大氣數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、WiFi流量熱力圖等。

4結(jié)語

本文提出的一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用LTE移動網(wǎng)絡(luò)制式和物聯(lián)網(wǎng)主流通信協(xié)議MQTT協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)路燈的自動控制、遠(yuǎn)程控制，還可以做到自動巡檢，自動生成和派發(fā)工單，環(huán)境參數(shù)檢測和圖像采集，并且擁有WiFi功能，方便廣大市民，未來可以進(jìn)行硬件拓展，增加5G微基站和電瓶車充電站功能。所以通過該系統(tǒng)可以提高城市管理效率和管理水平、降低管理成本。

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作者：譚云月 單位：中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司