智慧路灯建设方案

杨 广

（上海市政工程设计科学研究所有限公司，上海市 200092）

0 引言

智慧路灯作为智慧城市的重要组成部分，是智慧城市的公共服务应用项目之一，将其更好地融合到智慧城市建设的大潮中，具有重要意义。智慧照明是综合计算、网络、物理环境的多维复杂系统，具备全新城市照明系统的功能，并融合微基站、视频探头、多媒体屏、信息交互屏、太阳能光伏、传感器以及LED照明于一体[1]的新型公共服务设施。

1 项目概述

豫园作为位于上海市中心的老城厢，是沪上著名的旅游景点，景区内人流量大，主要区域已被辟为步行区，为了美化景区环境，提高景区服务质量，拟采用智慧路灯替换部分区域内道路两侧的路灯、视频监控杆，WiFi杆和灯箱广告杆等。本次工程改造区域包含：丽水路、福佑路的河南南路至安仁街、旧校场路由北向南至方浜中路。

2 设计原则

（1）智慧路灯应充分考虑所在区域的实际的信息化需求，合理的进行改造，沿用原有的管线，更大程度上减少道路开挖的工程浪费。

（2）智慧路灯应充分体现美观，与区域的主要建筑或功能特性相融合，使之成为景观亮化的一部分，为城市照明提供新的亮点。同时，新型智慧路灯作为信息发布节点，应该具有让周边人流感知到该路灯节点标识、该智慧路灯可实现的智慧化作用的目的。

（3）智慧路灯应充分考虑到公共设施投入的经费压力，实现最大性价比目标，最大限度节约公共经费的投入。

（4）智慧路灯应充分考虑信息化节点所应有的功能扩展性，在依据上述设计原则基础上，进一步根据实际项目需要和区域道路的功能特点，为未来的功能需求提供便捷的扩展能力，达到硬件可叠加，软件可植入。

3 设计方案

（1）根据项目的实际情况及需求，对本项目智慧路灯设定如下功能版本：

a.普通版：加载智能化软硬件设备、道旗杆，并预留WIFI、摄像头等功能接口，通过连接公网网络，实现单灯的各类硬件设备可操作、可运行的工作状态。此类版本应用于每条道路的中段区域，共计14套。

b.交互屏版：在普通版基础上添加一块触摸交互屏，方便游客查询园区内各种信息，如园区内地图、商户、各类活动等。此类版本应用于每条道路的路口或应用于商业性或管理性园区出入口处，共计10套。

c.一键报警版：在普通版基础上增加一个一键报警模块，以便游客或行人遇到紧急情况时可以得到及时帮助。此类版本应用于每条道路，且分散分布，共计12套。

（2）本工程路灯设计满足CJJ45—2015[2]及DG/TJ08-2182-2015[3]上相关技术要求，照明灯具采用模块化LED灯具，LED光组件和电源可以替换，灯具功率为120W，色温为2 800~3 000 K，光效不小于120 lm/W,LED路灯整体寿命不小于50,000 h，灯具安装位置为现有灯具位置，灯具高度为10 m。

（3）在传统路灯的供电设计上已足够为新开发智慧路灯硬件设备提供供电需求，同时智慧路灯硬件设备功率因素均大于0.9，且谐波含量低，不对电网造成新型污染，配电方案如下：

a.原有路灯供电网络内总电箱内含时间控交流接触器，每天夜间定时开启，替换智慧灯杆后，灯杆内的灯具沿用原有供电方式，并同时配有单灯控制系统，可以进行程序化自动、远程遥控开关路灯。

b.对于智慧灯杆内新加设备的供电，需设置独立电力计量表，独立计量。同时，新加各类设备原则上应采用重新布设独立电缆进行供电的方式进行设计。

c.由于原路灯电箱空间不足以放置新添加设备及线路，因此在原电箱旁新装一个配电箱，用于新添加设备的线路配置、增设电表等。

4 通信网络架设方案

（1）设置一处通信中心节点，通信中心节点与灯杆以光纤通信连接，每根灯杆通入多芯光纤，为后续的微基站功能扩展做预留，光纤通过原有电力管道穿线。

（2）通信中心节点通过光纤连接中国电信Internet，供信息交互屏联网使用。

（3）通信中心节点租用管线公司光纤专线，连通设备管理部门，以备路灯以外其他设备的日常运维。

（4）灯杆内部设置交换机，连接硬件控制板、信息交互屏和一键报警模等块，并为后续的WiFi、视频监控等功能扩展做预留。灯杆交换机通过单模光纤接到中心节点处的汇聚交换机。

（5）路灯远程集中控制系统采用GPRS无线和以太网有线两种通讯方式与监控运行端进行通信，使用电脑和手机就可以轻松实现对路灯照明系统的管理控制，同时在无线通信出现故障时，可以手动切换到有线通信模式，保证了系统通信的稳定。远程集中控制器通过PLC电力载波或zigbee方式完成对单灯的智能控制，见图1。

图1 通信网络架构图

5 路灯控制

智慧照明系统利用单灯控制技术，将对本次工程中的任意一盏智慧路灯进行联网控制和运行状态检测，对每一盏灯实施数据采集、状态显示及自动报警，提高照明系统的管理水平，降低管理维护成本，避免了照明能源浪费。系统包含实时监测、智能控制、主动告警、智能分析、移动智能5大功能块。

（1）实时监测：采用单灯控制器监测每盏灯具运行电压、电流、功率、电量、运行时间数据、每盏灯具运行状态、故障类型。

（2）智能控制：采用本地和远程控制相结合的办法，根据时间和天气的明暗程度自动控制开关灯；实时动态调节照明光源的照度，在人流量和车流量大幅下降的情况下，降低照度，节约电能量；根据天气和四季变化自动调节开关灯时间，达到按需照明的目的。

（3）主动告警：灯杆和灯具工作状态异常时，如白天亮灯、晚上灭灯、电压或电流超限、功率超限等，单灯控制器将会自动报警。控制平台获得报警信息将做出初步分析后向管理人员报告。管理人员根据告警类别及时下发抢修任务，抢修完成后，单灯设备检测到告警消除，上报到控制平台，完成故障告警的闭环处理。

（4）智能分析：平台对采集到的数据分类存储，对存储的数据挖掘分析，以报表和图形的形式输出显示，结合历史大数据提高故障报警判断准确性，通过多种数据组合判断出故障类型，故障类别，分析故障产生原因。

（5）移动智能：移动管理平台根据权限不同可以在在移动端实现灯具控制、运行数据查询、故障信息查询相关功能。

6 智慧路灯信息管理系统

6.1 系统架构

智慧路灯信息管理系统的底层数据主要来源于控制面板，面板能够控制各类终端设备并且与终端设备进行数据交互与控制，是底层设备的主要核心控制单元，同时，为了配合后续能够进行拓展，还提供其他外部接口，方便后续对设备终端进行不断地扩充。

拥有底层数据后将根据专业的数据通道，数据通道可利用传统的3G/4G、Internet、VPN等方式进行数据通道的选择。

当数据传输完成后将经过一系列中间服务进行内容转化，主要包括中间件服务、数据解析、数据集成、用户认证、安全机制等对该类数据进行处理或转化并最终形成最终的智慧路灯信息管理系统应用服务，由该服务转化成最终的应用进行前端展现。主要转化的应用：设备管理、报警管理、重启记录、视频监控、信息发布、灯光控制、环境指数、计量等。

智慧路灯信息管理系统建设的核心价值主要是为了方便各方在各自职能下的工作。对管理方来说，可以快速获知当前所有设备的运行状态。对建设来说，可以快速设备问题并及时安排维护。对生产方来说，可以根据设备运行情况来综合判断设备存在的缺陷以及后续版本迭代路线的规划。

6.2 系统功能建设

智慧路灯信息管理系统可实现对路灯以外设备的管理工作，通过软件的方式实现对各个设备运行状态的监控，能够及时掌握异常状态设备的最新动态，并根据长时间异常的设备进行报警处理。

因此，为了满足上述功能要求，智慧路灯信息管理系统建设的模块主要包括：设备管理、报警管理、重启记录、视频监控、信息发布、灯光控制。

6.2.1 设备管理

设备管理是针对除路灯以外所有设备的条目总览，可对摄像头、WIFI、控制面板、充电桩、交互屏等设备进行总体运行状态查看。主要监控各模块的开关状态，以及所属的设备编号以及监控时间。该模块建设的目的在于能够让管理者在第一时间能够所所有独立运行的设备状态进行监管，快速发现问题并做及时处理。

6.2.2 报警管理

智慧路灯信息管理系统会对出现运行异常的设备进行自动重启，当系统发现重启无效时就会将该信息列入报警范畴，在报警管理模块中可查看当前出现异常的数据信息。该模块下将显示报警的时间、设备编号、设备信息、持续时间、维护状态。如果该报警信息已经处理完毕，则在维护状态那一栏就会显示已维护。这样能够让管理者在第一时间定位报警时间较长同时又还未维护的设备信息。

6.2.3 重启记录

本模块主要是记录各个设备的重启信息进行记录，主要是为了能够对经常重启的设备能够进行长期有效的跟踪统计，因此，该模块主要包含重启时间、设备编号、设备名称、重启次数、备注字段。系统默认统计一周内的重启记录，这样就可以让维护人员知晓哪些设备存在经常性重启的现象，为以后产品的迭代升级提供有力的数据支撑。

6.2.4 视频监控

该模块主要针对的是视频监控设备，该模块可以对视频监控设备进行调整，包括8向调节、焦距调整、光圈调整、视频录制等主要功能。

刚进入该模块主要显示各视频监控设备的列表信息，在各列表信息后方有操作按钮，点击操作后可对各视频监控设备进行操作，并且可以实时查看个监控设备当前的视频画面。

6.2.5 信息发布

智慧路灯集成了主流的LED电子屏，因此智慧路灯信息管理系统可对该LED电子屏进行信息管理和发布。可在系统中增删改查发布的信息，一经发布的信息就会立即在LED电子屏上进行显示，方便用户管理和控制。

6.2.6 灯光控制

灯光控制模块主要是针对各路灯信息进行展示以及进行控制状态展示。可显示各控制器详细内容信息，并且为了方便维护可对各路灯信息进行增删改查管理。

6.3 软件系统特性

智慧路灯信息管理系统根据多年的行业经验进行了合理的设计和优化，构建了设备管理、报警管理、异常记录、视频监控、信息发布、灯光控制等核心业务系统，并通过标准接口与数据库系统相联，使得整个系统充分实现数据共享，从而达到监控、提醒、管理的自动化、网络化、数字化，为建设部门的监管提供真实、准确、及时的智慧路灯运行可靠信息，以达到提高工作效率，提高管理水平，提高决策的正确性的目的。

7 功能扩展性

在本次试点项目的实施安装时，智慧路灯先期搭载LED照明、灯控、信息交互屏和一键报警的功能。后期根据实际实际需求，搭载其他功能，如：视频监控、WiFi、环境监测、公共广播、微基站、声联网等。各项功能所需要的电力、通信需求均在先期进行预留，并可方便迅速的在灯杆上加装和接线。

8 结语

智慧路灯是未来道路照明发展的一种方向，也是城市公共设施资源整合利用的良好解决方案，在今后的城市发展中将成为重要的一环，智慧路灯相关技术和市场尚处在不断发展变化中，还涉及跨领域和跨部门制度支撑问题，目前标准化工作难度较大，框架体系尚未建立[4]。因此需要因地制宜、科学规划、精心设计，才能发挥最好的效果。