基于智能路灯系统的智慧街区和智慧城市建设探讨

陈 涛

（济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司新疆分院，新疆 乌鲁木齐 830000 ）

在现代社会发展背景下，社会各个层面对于资源的占用都达到了一个新高度，导致许多资源供不应求，对此资源应用是否合理的问题引起了广泛关注。城市街区路灯系统作为电能消耗的一大源头，其早期能源应用方式往往大于实际需求，说明这种应用方式不合理，会造成能源浪费，所以在现代视角下需要进行改善，同时还需要在创新思维基础上，对系统功能进行优化。

1 传统路灯系统缺陷

在现代智能化视角下，对传统路灯系统应用时的表现进行分析，以了解其中主要缺陷。

1.1 能耗应用不合理

路灯照明对于城市街区固然重要，但并不是时时都需要路灯照射，同时每时每刻的照明需求是不同的，所以在理论上如果路灯系统时时刻刻依照统一标准开启、关闭，就会在需求较小的条件下出现能耗浪费，说明其能耗应用不合理。而传统路灯系统因为当时技术缺陷，只能通过统一标准来进行运作，说明其存在上述问题，同时在传统路灯系统的建设数量上，一般会根据城市街区的整体范围、单个路灯的照明范围，对路灯分布进行规划，相应决定路灯的数量。而这种方法实际上要精确控制路灯数量十分困难，或多或少都会存在一些缺陷，例如路灯无法实现全覆盖、存在多余路灯等，此时介于路灯系统的能耗，数量上的不合理会导致能耗应用不合理[1]。

1.2 功能较单一

在现代智能化视角下，城市街区路灯系统应当具备更多的功能，但传统路灯系统只具备单一的照明系统，说明其功能较单一[2]。理论上智能路灯系统除照明功能以外，还需要拥有更多的先进功能，那么相比于传统路灯系统可以直观看出两者在功能上的差距，说明需要对路灯系统功能进行改进。

2 智能路灯系统下智慧街区和智慧城市建设

2.1 远程控制系统建设

在本文设计思路当中，为了确保智能路灯系统运行稳定，需要先建设控制系统，同时出于便捷性考虑，控制系统需要支持远程操作功能。在上述前提下，本文主要借助现代3G/4G移动通信网络、以太网以及相应通信模块，建设得到基本远程控制框架。之后在控制功能方面，主要采用智能节点控制器、智能网关控制器来构建控制模块。例如远程智能监控中心和手机监测模块，在此基础上工作人员可以通过智能手机，查看系统中每个路灯的状态，如果需要对某个路灯进行状态调整，可以切换控制人工模式来进行管理，无须调整时默认为智能控制模式。该模式主要依照传感器提供数据支撑，智能判断路灯外光线明暗程度，当光线明亮度低于阈值则自动开启路灯，高于阈值则关闭路灯。此外，考虑到网络通信可能受外部因素影响导致无法通信，影响控制能效，所以还将设计无线通信远程控制系统。此项设计当中，主要采用以太网络，配合TCP/IP通信协议实现数据通信[3]。

2.2 远程通信网络的构建

在上述基础上可见，本文智能路灯系统的通信网络为3G/4G移动通信网络，那么为了在该网络渠道当中实现数据交互，需要进行相关设计，具体步骤分为数据通信链路建设、硬件设计，以下将各步骤进行分析。

（1） 数据通信链路建设。首先采用公共3G/4G通信、以太网通信模块配合TCP/IP通信协议实现数据传输，可以确保数据进入数据中心，数据中心主要由以太网建设而成，满足数据接收需求，同时在数据接收完毕之后，可以对数据进行分类、储存，当需要对数据中心数据进行调用时，可以依照相同的渠道将数据传输出去，实现双向传输；其次在手机端设计方面，同样采用上述方法进行设计，借助3G/4G通信、以太网通信模块与TCP/IP通信协议的通用性，实现数据双向传输[3]。图1为远程通信数据链路。

图1 远程通信数据链路

（2） 硬件设计。首先针对智能网关控制器进行设计，采用集成设备将3G/4G通信、RF通信、GPS授时定位模块整合，同时为了保障所有模块可以同时间正常运作，采用MCU来实现统一管理，在此基础上智能网关控制器可以自动与上位机TCP连接，这种连接可以保障数据调度与传输的实时性，还具备断点查询功能，有利于系统运行稳定性。其次针对智能节点控制器进行设计，采用集成设备将太阳能充电管理、RF通信、高精度功率检测、PWM调光、车流人流检测及环境光线模块整合，同样采用上述配置来支撑运作。表1为硬件具体配置。

表1 为硬件具体配置

3 远程智能数据中心设计

3.1 结构设计

在结构设计当中，首先设计数据链路通信层，采用3G/4G网络集成所有系统局域节点的数据集成，形成2个汇聚节点，每个节点通过互联网与远程智能监控中心连接，实现数据传输；其次数据链路通信层同时与综合数据处理层、终端应用层连接，其中综合数据处理层主要接收数据链路通信层数据，对应启动相应功能，终端应用层主要根据智能判断需求来发出相应指令，形成局域节点，其中每个节点当中都至少包含了100盏路灯，满足当前城市街区范围。

3.2 功能设计

针对传统路灯系统的功能缺陷，本文设计当中将在综合数据处理层当中进行功能设计，即根据现代需求设计ERP管理、天文时钟、故障报警，具体内容见下文。

（1） ERP管理。借助ERP模块实现管理功能，该功能与每个节点中的所有路灯相互连接，可以接收到路灯的实时数据，之后围绕数据进行分类、处理和记录，形成数据集成体。在数据集成体条件下，工作人员可以依照数据表查看相应数据，例如某路灯开闭状态、亮度状态配置、亮度显示时间、具体位置、状态配置信息、电压电路等[4]。

（2） 天文时钟。借助GPS定位系统以及互联网计时功能来进行天文时钟设计。首先借助GPS定位系统，对每个路灯进行定位，其次将互联网与定位路灯连接，即可实现天文时钟。天文时钟功能除了能够显示时间以外，还能够显示路灯地理位置信息，有利于人工路灯维修等工作。

（3） 故障报警。配合上述ERP管理功能的故障传感器，在板块中安装故障报警模块，利用传感器功能对路灯状态进行检测，当发现故障现象之后，将激发故障报警模块运行，警报会被发送到手机端，同时工作人员进行查看，并帮助工作人员对故障路灯进行定位。

此外，在智慧城市街道概念当中，智能路灯系统还可以增加一些外置功能，例如WIFI功能、监控功能、广告电子显示功能、报警功能、充电桩等。关于此类功能的设计，可以根据实际需求，在路灯处连接外置电路，再安装相应硬件设备即可，例如在WIFI功能建设当中，可以在路灯内部安置WIFI模块。WIFI信号发射天线等，在此基础上借助远程通信，可以使路灯系统与运营商网络连接，实现WIFI发送。

4 智能路灯系统智慧城市街道应用

4.1 城市街道综合管理

结合上述分析可见，智能路灯系统可以承载部分外置功能，说明其功能价值得到了增长，那么在各种外置功能下，通过路灯系统可以实现城市街道综合管理。具体来说，在路灯监控方面，可以有效防止部分不法行为的发生，即偷窃、斗殴等，这对于社区安全有良好帮助；在空气质量检监测当中，可以帮助当地气象单位进行空气分析，并提醒居民做出相应预防措施，关于这方面的表现还有很多，本文将不多加赘述。但综合来说，智能路灯系统的外置功能可以从多个方面来优化城市街道管理效果，相比于传统路灯系统的功能表现，其具有巨大优势。

4.2 能耗管理

传统路灯系统的能耗或多或少都存在与实际需求不匹配的问题，那么在智能路灯系统当中，借助环境光线模块、调光模块等，可以根据实际光线条件来判断当前是否需要照明，同时调节照明光线强度。在此前提下，智能路灯系统会根据实际需求来调节自身状态，说明其始终与实际需求保持高度匹配的关系，此时在路灯照明就不会出现能耗浪费的现象，同时可以确保能耗规划的科学性。此外，介于智能路灯系统同样可能出现故障现象，借助手机端与3G/4G通信网络的连接，可以实现人工实时检测，此举提高了系统运行容错率，因人工可以实时了解系统运行状态，当出现异常之后可以进行及时处理。

4.3 系统运行稳定性保障

虽然智能路灯系统运行同样会存在故障现象，但在智能技术条件下，可以大幅度降低其故障率，这对于系统运行稳定性具有保障作用。具体来说，在MCU管理下，系统可以实时接收到每个路灯的运行数据，集成之后借助数据中心的智能终端分析功能，来判断路灯当前是否存在故障预兆。当发现相应问题之后，数据中心会根据预先设定好的逻辑调整故障路灯，如果调整成功将把该路灯规划到正常队列，如果不成功则启动应急措施，即关闭路灯同时激发故障报警模块，通过人工来进行处理。此项功能相比于传统人员保障工作，具有深度高、效率高的优势，说明其应用价值更高。

5 结语

本文主要对智能路灯系统的智慧街区和智慧城市建设进行了分析，通过分析得到结论：传统路灯存在能耗、功能方面的缺陷，并不能完全发挥出路灯系统的价值，对此在现代智能技术背景下，有必要进行改善；围绕智能化技术，进行了智能路灯系统下智慧街区和智慧城市建设，通过此部分建设得到了智能路灯系统框架；为了改善智能路灯系统功能，且保障系统运行问题，进行了远程智能数据中心设计；对智能路灯系统智慧城市街道应用进行了介绍，证明本文设计系统有效，且对比于传统路灯系统具有更高的应用价值。