基于视频的路灯智能控制的研究

黄汉滨，张治国，朱浩

（黑龙江省科学院大庆分院，黑龙江大庆163319）

基于视频的路灯智能控制的研究

黄汉滨，张治国，朱浩

（黑龙江省科学院大庆分院，黑龙江大庆163319）

本文研究的智能路灯控制系统是针对我国在城市照明中存在的巨大能源消耗问题而开发的基于视频的路灯智能控制系统，通过高精度摄像头和创新视频识别算法相结合，可准确识别路上行人及车辆，动态控制路灯的亮度，进而达到节能的目的。

视频控制；节能路灯；强化边缘算法

随着我国城市化水平的不断提高，城市的路灯照明系统也不断扩大［1］，路灯照明是城市基础设施的组成部分，在城市的交通安全、社会治安、人民生活和市容风貌中居于举足轻重的地位，发挥着不可替代的作用，标志着城市实力和成熟的程度。目前中国照明用电占总发电量的12%左右，路灯的电费和管理费用成为政府一项巨大的财政支出。目前，大多数城市街道路灯均采用人工控制。这种方法浪费人力、操作烦琐且每天早晚路灯开闭时间不准，人为因素影响大。各大城市路灯能源利用率普遍不高，在一个城市中，除了主干道外，还有很多次干道和小的路段，这些街道在夜晚的人流量和车流量一般非常少。但是即使没有人或车经过，这些路灯也是长期点亮的，这时电能就被白白浪费掉了。很多路段真正有效的照明时间只占到整个照明时间的20%～30%，大部分电能被浪费掉了。这种浪费现象不仅阻碍经济的发展而且与建设节约型社会的要求背道而驰。

随着我国节能减排工作的不断深入，作为城市功能性照明主力路灯必然将走上“绿色之路”。路灯在夜间照明中起了很大的作用，但同时夜间路上没有车辆通过时，路灯仍然空照却是一种浪费。在市政开支极度紧张的今天，国内绝大部分的城市和地区几乎不约而同地采用了国外已经抛弃的路灯隔盏关灯的方法，以实现节能的目的，但这其中隐含着很大的弊端，不仅导致了路面照度分布不均，给治安及交通安全埋下了隐患，还无法避免后半夜电网电压的升高对路灯寿命的减损，因此不能称作是真正意义上的节能。

随着科技的不断进步，计算机技术的发展日新月异，给人们生活带来了极大的便利［2］。目前传感器技术趋于成熟，例如红外传感器、声音传感器、光敏传感器等开始普及生活中。利用现有手段，整合计算机技术、网络技术、传感器技术，通过编写程序，灵活地运用传感器技术实现路灯的自动控制，智能化管理路灯的亮灭在技术上是可行的。

因此笔者考虑设计一种智能路灯控制系统，分时控制，在车流量大的时段，路灯100%功率输出，在夜间没有车辆通过时，路灯熄灭或低度照亮，而有行人及车辆通过则自动提高亮度。这样既可达到照明的效果，又可有效节省电能。

1　系统概述

考虑到路灯在电力资源上的巨大浪费，我们设想这样一个路灯系统，每天繁忙时段，路上行人、车辆流量大时（如晚上六点到十点）控制路灯100%点亮；当接近午夜时，开始自动调光，根据传感器反馈的信息，来调整路灯的亮度，比如当有行人或车辆通过时，控制路灯亮起来，当行人或车辆通过后，路灯调整为30%亮度，这样既保证夜间行人行车的安全，还节约了电力资源。

系统主要的关键技术分为两个部分：

1.1视频传感器的选择及算法的优化

想要实现智能化路灯系统，传感器是必不可少的环节，是系统的眼睛，传感的特性及精度决定了整个智能系统优劣。通过对现有技术的查询，可用于本系统中的传感器大致分为以下几类：地感线圈、微波检测、红外线检测、视频检测。经过对各类传感器优点及缺点的分析，本系统采用基于视频的智能路灯控制方式，通过对摄像机采集回传的图像进行分析来实现路灯的自动控制。视频检测的优点是具有采集信息量大、准确、直观可靠、安装调试维护方便，可根据需要灵活设置检测区域，便于管理。随着视频处理水平的不断提高，检测算法不断完善，本项目结合大量现有优秀图像检测算法，如天气抑制算法、树及车辆阴影抑制算法、灯光反光抑制算法等，整合研发一套图像识别算法，其中改进了高斯——拉普拉斯边缘检测算子：灵敏度明显超过常用的Sobel算子和Prewitt算子［3］，而且计算量不会有较大的增加。

改进的对象，二维拉普拉斯算子：

边缘识别采用图像灰度分布与二维高斯函数的拉普拉斯值相卷积：

对应的拉普拉斯值：

此算子可以准确地得到背景中不存在图像的轮廓，从而实现对行人与车辆的识别。通过模拟，此算法具有抗噪能力强、识别速度快且准确性高的特点，能够非常高效准确地为智能系统提供控制依据。

1.2智能控制系统及联网

以高性能计算机服务器作为控制系统的核心，多线程的工作能力可以同时处理来自多个传感的数据［4］，有了能够准确感知行人及车辆的依据，路灯控制系统就可以通过板卡或PLC驱动路灯控制器，从而控制路灯的亮度；控制系统提供三种控制方式：定时控制，手动控制，自动控制。自主开发应用程序，界面友好，简单易学，操作方便，图1给出路灯控制系统的简单示意图。

图1　路灯控制系统示意图Fig.1 Schematic diagram of street lamp control system

2　智能路灯的现状

国内开发智能路灯的企业，多数采用定时控制方式和红外线检测方式，前一种分时间段来控制路灯的亮度，虽然有效地减少了电力资源的浪费，但给夜间行驶的车辆行人带来了安全隐患；后一种红外线检测方式与本项目相似，区别是通过红外线传感器来获取行人车辆数据，缺点是红外线传感器是反射型传感器，容易被阻挡或反射；而且因为外界对红外线的反射率不一样，会造成检测不准的现象，这些情况会导致在没有行人及车辆时，传感器也会产生假信号，系统控制路灯保持高亮度状态，达不到节能效果。

我们总结前人的经验和教训，利用多年视频处理工作累积的技术特长，以摄像机为传感器，通过创新视频处理算法来提高智能系统的精度，确保本系统的安全可靠。

3　预计节省电子计算

据统计，一个中型城市，在夜间要点亮10万盏路灯，按每盏200W计算，一晚需要点亮10h，那么一晚的耗电量大约在20万KW，其中有25%～30%的电力因为路灯空照而白白浪费了，使用本套路灯控制系统，将不会再因为路灯空照而产生电力资源的浪费［5］。

4　总结

基于视频的智能路灯控制系统可以有效节约路灯的电力资源。由高效夜视摄像机对监控区域进行实时的图像采集，将图像数据与背景灰度数据进行比对，找到有效数据，当存在行人与车辆时，驱动路灯使其照度开到100%，当行人及车辆通过一段时间后，系统将驱动路灯将其照度逐渐降低，来达到节能的目的。

［1］郭威.基于ZigBee的无线智能路灯系统研究［D］.北京：北京交通大学，2014.

［2］任康.计算机软件开发设计的难点及解决措施［J］.信息通信，2014，（09）：121-122.

［3］刘晨，张东.边缘检测算子研究及其在医学图像中的应用［J］.计算机技术与发展，2006，16（8）：128-130.

［4］姚登举.基于多线程的视频会议控制系统的设计与实现［D］.哈尔滨：哈尔滨理工大学，2007.

［5］邵子扬.新型智能节能路灯的设计［J］.世界产品与技术，2009，（02）：78-81.

Research of Intelligent Control of the Lamps Based on Videos

HUANGHan-bin,ZHANGZhi-guo,ZHUHao
（DaqingBranch ofHeilongjiangAcademyofSciences,Daqing163319,China）

Intelligent street light control system of this study is aimed at problems existing in urban lighting huge energy consumption and the development of street lamp intelligent control system based on video,through high resolution camera and video recognition algorithm,the combination of innovation can accurately identify the pedestrians and vehicles on the road,dynamic control the brightness of the lamp,and the goal ofenergy savingis achieved.

Videocontrol;Energysavinglamp;Strengthen the edge algorithm

TP273+.2

A

1674-8646（2015）09-0048-02

2015-05-28

黄汉滨（1985-），男，黑龙江哈尔滨人，学士，实习研究员，从事自动化控制技术。