基于GIS和物联网技术的智慧路灯信息系统

刘浩然 赵希奇

【摘 要】本文在我国城市路灯分布广、数量和种类多、管线配置复杂及耗电量大的背景下，结合路灯管理部门设施管理、生产管理、节电规划等需求，采用地理信息、物联网等技术，在城市空间信息、地下管网、基础地理信息数据的统一平台上，设计了智慧路灯信息系统，有效解决了路灯管理部门管理维护压力巨大、管理信息化智能化程度低等问题。

【关键词】路灯管理；物联网；智慧路灯；信息系统

一、背景

随着城市化进程的加快，城市公共照明规模越来越大，形成了分布广、数量和种类多、管线配置复杂及耗电量巨大等城市路灯网络[1-2]。在城市照明的规划设计、建设施工和日常管理的工作中，如果缺乏完备的信息与系统的支持，调控手段不足，就会遇到诸多不便，甚至影响城市形象。

目前大多数城市路灯管理部门仍采用台账来实行档案管理，监控和维护仍主要依赖于人工巡检。照明设施的信息化、自动化程度不够，对异常天气、环境的应对能力也足[3]。针对这种现状，迫切需要建设智慧路灯信息系统，在统一平台上，实现路灯设施全数据立体化展示，实现城市路灯设施数据管理和控制一体化，并安装集中控制器，实现路灯设备远程遥控、路灯状态远程遥测、指令信息远程遥信、工作状态远程遥调、重点地段远程遥视的“五遥”应用[4-5]，提升城市路灯设施规划、建设、管理和维护水平。

二、需求分析

目前，路灯管理部门存在管理维护压力巨大、管理信息化智能化程度低等问题[6]在路灯设施的日常管理方面存在需求如下：

1、设施管理需求

实现路灯设施的购置、存储、使用的全过程记录和实际设备的一一对应，实现路灯设施施工档案数字化管理，辅助路灯施工改造及相关信息查询。同时能够满足数据频繁更新。

2、生产管理需求

结合部件信息和路灯管线信息，精确位置信息，实现路灯设施故障精确定位，实现快速维修；实现故障上报、工单生成、派发工单、维修确认、效果反馈，实现全过程数字化管理。

3、节电规划需求

制定全市节电规划，结合道路、景点、居民区、商业区对路灯划分不同的功能区块，设定不同用光原则，使用不同的路灯设备，从而保证科学用光，提升照明效率。此外，还能够结合三维场景对路灯的亮灯效果进行全方位展示。

三、数据库设计

智慧路灯信息系统为了满足对路灯设施建设、管理、维护等过程中的各类业务需求，需要基础地理信息数据、城市空间信息数据、地下管网数据、路灯设备专业数据和动态监测数据。

1、基础地理信息数据库

基础地理信息数据库主要包括数字线划图数据、数字高程模型数据、数字正射影像数据、数字栅格图数据及城市三维模型数据，为路灯管理部门提供统一的空间定位和空间分析的基础地理单元。

2、地下管网信息数据库

地下管网信息数据是城市基础设施的重要组成部分，主要包括路灯管线及属性信息。

3、城市空间信息数据库

包括公用设施、道路交通、市容环境、园林绿化、房屋土地、其他设施的六大类数据，承担城市照明功能的城市空间信息的信息，包括位置信息、物理属性和管理属性等全要素信息。

4、动态监测信息数据库

动态检测信息的存储管理，包括路灯状态信息、路灯供电设备以及链路状态信息、路灯周边环境信息、异常报警信息的存储等。

5、路灯专业信息数据库

路灯专业信息的存储管理，包括路灯维护的工区划分信息、路灯设施采购信息、路灯设施库存信息、路灯设备台账信息、路灯维护人员信息的存储等。

四、信息系统设计

智慧路灯信息系统包括一大平台和五大应用分系统。分别是智慧路灯信息服务平台、设备监控分系统、设施管理分系统、生产管理分系统、亮灯策略管理分系统及绩效评价分系统。

1、智慧路灯信息服务平台

以城市空间信息数据、地下管网数据、路灯专业数据和动态监测数据为基础，提供二三维地图展示服务、路灯信息查询服务和路灯数据分析服务，实现路灯管理过程中相关信息的查询统计和二三维地图管理与基本操作等功能，具有用户权限控制功能。同时，以服务的形式为应用服务系统提供各类数据服务。

2、设备监控分系统

以物联网技术为基础，采用传感器技术、远程控制技术等各种信息化手段对路灯的电流、电压、照明强度等路灯主要参数进行实时监测，并对路灯输电线路、配电箱等输电设备的输电状态以及完整性进行实时观测；同时将故障点信息与报警信息及时上传。具备根据采集到的环境状态信息对路灯的配照方案进行智能调节的功能。

3、设施管理分系统

该系统可以对路灯设施的安装、维护、管理过程中所涉及到的购买入库、使用出库、设施维修使用和设施报废等过程形成全信息化的管理；同时为用户提供通过该功能对路灯设施的工作状态、物理属性和管理属性等信息进行查询，并能够在二、三维地图上对路灯设施信息进行展示。另外，用户还可以进行分组查询。

4、生产管理分系统

根据设备监控分系统中获得的故障点精确位置信息在线形成维修工单，并将工单及时派发给维修站，或者直接派发到维修人员手中。允许市民进行故障报修，从而实现报修管理功能。同时，为路灯维修过程中维修人员的临时通电等请求进行信息化流程审批，并将路灯设施的状态进行更新，上传至智慧路灯信息服务平台。另外，该系统能够为日常的亮灯、稽查等流程提供全信息化的流程审批。

5、亮灯策略管理分系统

為路灯设施的日常开关灯提供预设策略接口，通过该接口对路灯日常的开关灯策略和节能策略进行预先设定，并支持优先级设定和策略组设定，并支持快捷配置功能。同时，结合城市空间信息系统的三维数据对节电效果进行可视化的直观展示，对预设的开关灯策略和节电策略的照明效果进行直观评估。

6、绩效评价分系统

以设备监控分系统监控得到的监控数据为基础，实现报警数据、设备采集数据、上电时间数据等的管理。具有将系统内的监控数据以统计图表的方式进行展示，支持数据的年表、月表的切换展示。支持对用电量、节能率、亮灯率等数据的统计报表展示。同时，可扩展进行照度测量、PM2.5测量、空气湿度探测、温度监测及位置分享等能。

五、结束语

面对我国城市公共照明规模越来越大的背景，对城市路灯及其设施的管理和维护工作提出了更高的要求。结合路灯管理部门管理工作存在的问题。设计了智慧路灯信息系统，有效保证了路灯亮灯率和道路亮化率，提高极端天气下的应急处理能力，改善城市居住环境，保证了市民生命财产安全。另外，通过合理的节能策略制定与下发，达到了节省电能的预期目的。

【参考文献】

[1]智慧路灯的应用探讨[J]. 吴春海.照明工程学报.2017（05）

[2]基于路灯的智慧城市信息化建设[J].王涛.科技与创新.2017（17）

[3]Thorne C. Griffiths C. Smart. Smarter. Smartest： Redefining Our Cities[M]. Cham： Springer International Publishing. 2014： 93.

[4]智慧灯杆在智慧城市中的应用研究[J]. 赵成升，张晓峰.中国新通信.2018（10）

[5]智慧路灯安全通信控制系统研究[J]. 王进燕，苏华.数字通信世界.2017（12）

[6]复合型路灯杆在城市照明中的应用[J]. 白鹭，李阳.农村电气化.2017（08）

[7]加强城市照明管理 推进城市照明节能[J]. 柳成.智能城市.2016（09）