基于路灯控制系统通信技术与物联网架构研究

魏丽

（陕西烽火通信集团有限公司，陕西 西安 710075）

基于路灯控制系统通信技术与物联网架构研究

魏丽

（陕西烽火通信集团有限公司，陕西 西安 710075）

针对智慧城市建设快速发展的趋势，通过对现有路灯的重新定位与改造，集合智能传感器技术、电力载波通信技术、云计算等先进技术，方便快速的建设覆盖广、容纳终端数量多、成本低、智能化程度高的城市物联网基础平台，实现对路灯照明的主动式管理、广域开环运行。

路灯控制系统；物联网；通信

1 物联网与路灯控制系统

物联网（M2M）的本质是指把信息通信技术（ICT）应用到各个行业中去，实现工业化和信息化的结合。路灯机构强健、驻点固定，同时也有电力供应，因此是很适合用来建立高密度的城市感测网络。在很多方面可以成为物联网智慧应用的资源，除了达到路灯的照明、节能、防盗的智能监控以外，充分发挥路灯的线性延展、面积覆盖，发挥路灯随处可见的优势，扩展物联网应用层潜在的经济价值和社会效益是智慧控制系统发展的必然趋势。

2 国内外城市路灯系统现状

（1）极佳的通信位置。作为道路周边数量最多，分布最为规律的路基侧设备，为了保证对路面及周边环境的照明效果，其所架设的位置优势是非常明显的。通信运营商根据自身的网络覆盖需求，规划出满足网络覆盖的城市路灯的位置，并对现有的路灯进行改造，以满足天线的安装，实现对周边区域的覆盖。

（2）现成的供电线路。一直以来，公交站广告牌，节日道路景观亮化等均是直接将路灯杆作为供电电源接入，远期甚至可以直接将路灯作为汽车充电桩进行使用。如果将路灯供电电缆同时用来传输电力载波信号，则形成了一张覆盖于整个城市的供电及通信基础网络。

3 总体方案设计

（1）基于城市路灯系统的物联网架构。结合路灯最为主要的物联网价值，对现有城市路灯实行升级，就可以方便快捷地建立起覆盖范围足够广的信息感知网，从而建立实现智慧城市的物联网基础网络平台。新型的物联网路灯除去单纯的照明功能外，通过整合各种传感器技术，能够同时具备信息感知、收集、传递、处理等多种功能（如图1所示）。

图1 典型物联网路灯组成示意图

物联网路灯主要由中央处理模块，通信模块，电源模块，路灯控制模块，传感器模块及信息发布及通信接人模块等几部分组成。所选择的通信方式及通信模块作为建设整个基于路灯的物联网系统的关键，优先选择电力载波技术，主要是因为其免布线、低成本、便于统一管理等特性。物联网路灯内部的控制及监测模块用于对路灯本身进行调光和工作状态监测，实现真正意义上的智能照明。

在整个物联网路灯中，中央处理模块、通信模块、电源模块必须具备，而传感器模块则可以根据实际应用需要进行选择和组合。为通过路灯实现城市物联网的建设，就必须要将所有的物联网路灯整合到一个平台上，而该平台由三个部分组成，包括物联网路灯，现场智能基站和统一的服务平台。服务平台通过INTERNET与现场智能基站进行数据交换，可以根据数据采集的需要，控制相应传感器的开启与关闭，也可以根据与照明相关的传感器信息控制路灯的工作状态。同时，服务平台可以汇集路灯采集的相应传感器数据，并加以分析处理，实现各种智慧城市所需要的应用。

（2）系统的硬件组成。路灯系统硬件架构主要分为三层，底层是数据采集和控制层，中间层为网络通信层，上层为系统监控中心，构成了分布式无线遥测、遥信、遥控的自动化“三遥”功能，实现对路灯系统的遥测变量参数、遥信设备状态信息、遥控路灯启／闭、调光，保证信息实时性、操作可视化和管理的科学性。

4 技术方案分析

（1）智能照明。传统路灯照明能耗巨大，除去路灯光源本身的能耗问题外，没有合理的管理方式与手段也是造成能源浪费的重要原因之一。

通过路灯内置的控制器，可以实现真正意义上的按需照明和精细化管理。通过红外、车流车速、亮度传感器的共同工作，按照路面照度状况及道路上车流、人流的情况，调整每一盏路灯的合理开闭时间及亮度等级，保证道路交通安全的同时，达到最优的能源使用效率。同时通过电力载波通信，将路灯的实时工作状态及故障状态上传到服务平台，使路灯管理部门对整个城市路灯的运行状态一目了然，减少日常巡灯投入的同时，大幅度提高城市路灯的精细化、科学化管理水平。

（2）移动通信与热点覆盖。考虑到下一代移动通信系统不仅要求比第3代移动通信系统具有更快的传输速率、更大的系统容量和更高的频谱利用率，还要考虑更低的功率消耗、更复杂的网络环境(面临多种通信网络体制的共存)等问题，尤其要彻底解决移动通信发展过程中的4个根本性问题：基站选址困难问题，手机辐射功率大的问题，传统基站周围强辐射问题，5GHz以下的无线电频谱昂贵问题。由于路灯已覆盖整个城市，只要用户身在城市中，就有一盏路灯离其很近，将无线接人点集成在路灯中，将能够组成具有信息收发功能的路灯。路灯接人点通过电力线中心信号处理器相连，实现与主干网的通信。这种分布式基站结构将较好地解决移动通信发展过程中的4个根本性问题，并具有自身的结构优势。

5 方案的优越性和前景

针对智慧城市快速发展的趋势，通过对现有路灯的重新定位与改造，集合智能传感器技术、电力载波通信技术、云计算技术等先进技术，则可方便快速的建设覆盖广、容纳终端数量多、成本低、智能化程度高的城市物联网基础平台，可以实现对物的主动式管理、可以广域开环运行、可信可靠，并便于复制且低成本运营。在此城市物联网平台基础上实现智能照明、智能交通、环境监测、城市安全、无线城市等多个智慧应用。更为重要的是，基于路灯的城市物联网作为智慧城市建设的一个全新视角，最大的意义体现在通过物联网的角度来重新认知原有的城市资源，并借助其特点来实现可持续发展的智慧城市应用。例如，基于城市路灯的大数量规律分布可以快速部署各种信息采集终端，借助多种通信技术及路灯组成供电网络可低成本实现覆盖整个城市的物联网络，城市路灯的原有专业维护服务可以保障其稳定与可靠运行，而在此基础上可快速实现多种跨行业整合应用与服务。充分认知并发挥原有城市资源的特点与优势，对于促进智慧城市的建设与发展具备极大价值与意义。

6 结语

随着物联网、移动互联网、云计算等技术的发展，对于城市道路管理的重要组成部分——道路路灯的管理，从简单的照明功能也进行了延伸。路灯已经不止是一个简单的照明，而是未来智慧城市道路综合管理的末梢，承载了节能、安防、便民等多种的用途。作为未来智慧城市神经网络的末梢，路灯网络具有落地快、覆盖全、电力和电信网络易于到位等优势，除了承载节能、便民、wifi、监控定位等用途外，还可以开发多种基于智慧城市的智能应用。相信随着产业链的进一步成熟，相应的技术也将逐步迈向成熟。

［1］秦鹏.基于ZigBee的LED道路照明智能控制系统［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2015.

［2］陈国嘉.移动物联网［M］.北京：人民邮电出版社，2016.

Research on Communication Technology and Internet of Things Based on Street Light Control System

WEI Li
（Shanxi Fiber Home Communication Group Co.，Ltd.，Xi'an，Shaanxi 710075，China）

In view of the trend of rapid development of intelligent city construction，through the repositioning and transformation of existing street lamps，the advanced technologies such as intelligent sensor technology，power carrier communication technology and cloud computing are convenient to build platform based on the intelligence of the city，which is of a wide range，low cost，and high degree.It can achieve the active lighting management of street lighting,wide area open operation.

streetlight control system；Internet of things；communication

TM923.5；TP273

A

2095-980X（2017）06-0083-02

2017-05-02

魏丽（1982-），女，陕西渭南人，大学本科，工程师，主要研究方向：机械结构设计、机械加工工艺、LED技术应用。