智慧灯杆物联网大数据系统平台应用示范

吴 刚，张 伟，裴 勇

（重庆光电信息研究院有限公司，重庆401120）

1 智慧灯杆物联网大数据平台构建

中国正在大力开展智慧城市建设，智慧路灯作为智慧城市建设的优良载体，需要被赋予更多的公共服务功能。而目前路灯改造中拆除原有路灯更换智慧路灯的方案存在许多缺陷。

1）现有技术中的抱杆件大都是为了固定杆状物而设计的，并没有考虑到与抱箍杆件相连的结构设计。例如，在安装智慧路灯时，需要考虑箱体挂载件与抱杆件之间的装配固定关系，而现有的抱箍杆件不能满足箱体挂载件之间的装配要求，且不具有定位和止动功能。

2）箱体挂载件一方面需要抱杆件连接，另一方面需要和模块化箱体建立连接，因此，箱体挂载件是过渡连接部件。然而，现有技术中的箱体挂载件在与抱杆件连接时，不能利用其结构特性和抱杆件挂扣在一起，且具有锁定功能，不能实现定位安装。

3）智慧灯杆上的各种设备是相互独立的，各自构成独立的体系，各个设备的数据难以统一采集、统一控制，且所采集的数据格式各不相同。需管控的设备和所支持的设备间的协议各不相同，例如，某些传感器厂商的协议有行业公有协议，也有厂家私有协议。这样，设备间的通信、设备数据的采集等十分艰难，互联互通有阻碍，给智慧路灯上设备的统一监控和管理带来很大的困难，也不便于维护和检修，尤其是设备的远程维护和管理。

随着物联网技术的发展，智慧灯杆将会更加 “智慧”。利用先进的信息感知技术、数据通信传输技术、计算机处理技术，通过物联网将所有智慧灯杆形成一张相互连接的巨大网络，通过智慧城市物联网信息综合管理平台对大数据进行整理和分布式处理，实现城市全方位的实时管理。

智慧灯杆物联网大数据平台结合物联网技术、云技术、大数据技术以及多种网络通信技术，应用于智慧城市、智慧园区、智慧商圈等基于物联网的现代化城市环境建设中。

智慧灯杆物联网大数据平台按照功能应用划分为智慧照明、智慧感知、智能安防、信息发布、WiFi管理等多个功能模块。通过标准结构件，实现不同功能模块的灵活组合应用，其功能具有可扩充性和延伸性。平台系统架构图如图1所示。

图1 平台系统架构图

感知层是实现其 “智慧”的基本条件。感知层具有超强的环境感知能力和智能性，通过传感器、求助器、摄像头等物联网技术实现对城市范围内基础设施、环境、建筑、安全等的监测和控制。传输层利用电缆、无线、光纤、NB－IOT窄带传输，传送、发射和接收标识、文字、图像、声音或其他信号，构成多个用户通信互连的通信体系。物联网将各种信息传感设备，如射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等装置与互联网连接，主要功能是与互联网进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

平台层为数据的集合汇总中心，各方面的数据都在平台层汇总，打破各个部门的信息孤岛现状，利用先进的云计算技术，统计分析数据，对数据进行融合共享，最终为智慧园区管理者决策提供参考。

应用层是在感知层、通信层、数据层的基础上建立起来的具体各方面的应用。在智慧照明系统、环境监测、信息发布、WiFi管理、智能安防系统等子系统智慧应用层面，从管理、经济产业等多个方面提升智慧园区的建设。

表现层主要是业务平台的呈现，利用电脑客户端、Web端、手机App、信息发布屏显示终端、监控中心大屏幕等方式将各业务板块数据直观呈现。

智慧灯杆物联网综合管理服务平台可提供海量物联网终端 （节点）并具有适配接入、大数据分析等相关功能 （资源管理和用户管理）。具体功能版块见图2～图6。

图2 平台登录界面

管理平台完成多个子系统功能应用的开发，包括智能安防子系统、照明管理子系统、多媒体发布子系统、环境监测子系统、WiFi管理、智能策略应用、数据统计应用子系统。平台功能界面如图3所示。

图3 平台功能界面

设备管理版块包括设备命名、设备添加、设备删除、查看设备运行状态等，可实现各业务资源集中配置和监管，实现各模块之间的资源共享、协作联动和统一调度 （见图4）。

图4 设备管理界面

用户管理版块主要功能是对使用权限的控制，对用户数据统一登记与修改，根据不同身份属性为用户分配不同的 “角色”，按不同的职能属性分配不同的 “用户”。其中，“角色”与 “用户”均为权限分组定义方式，按此分类批量授权，可提高业务管理效率 （见图5）。

图5 用户管理界面

日志管理版块对平台运行过程中的全部信息进行记录，方便日常维护和查询，监控平台运行情况，提高管理效率 （见图6）。

图6 日志管理界面

智能策略功能应用是指平台通过应用子系统采集数据，通过业务逻辑对数据进行融合，并建立各种策略模型，实现照明功能的智能化控制。

根据数据采集的来源，控灯策略可分为时间控制策略和经纬度控制策略。在同一时刻，这两种策略类别只能启用一种。时间策略包括分时段控灯策略、光线强度控灯策略、车流量控灯策略。

数据统计功能主要通过多元数据融合及深度数据挖掘，研发智能调度及控制策略，对资产维护及运维管理的智能辅助决策提供支持等，并生成各类统计报表、趋势曲线、分析报告。

基于项目前期开展的技术研究，以仙桃数据谷街道为示范点，进行智慧灯杆物联网大数据平台测试，完成各个子系统的整体兼容调试，搭载大数据分析平台，对已获取的数据进行分析，细化问题解决方案，实现智能化管理目标，提高综合服务水平和效率。该示范项目于2019年在仙桃数据谷建设完成并通过验收。仙桃数据谷智慧园区作为渝北区首个智慧园区示范基地，实现了园区的智能化、便捷化、绿色化。遵照 《重庆市智慧园区建设导则 （试行）》，将整个业务扩展到重庆市44个园区，之后可通过更完善的解决方案将整个市场范围扩散到重庆周边的省市。

2 项目应用规模及效果

整体实施改造传统灯杆30根，加装传感器 （WiFi、监控、信息屏）设备30套。安装点位如图7所示。

图7 安装点位示意图

仙桃数据谷项目建设本着集成性、稳定性、可靠性、先进性、易维护性和完整性的原则，实现了功能完善、可靠实用、便于维护等预期目标。现场效果如图8所示。

图8 仙桃数据谷应用效果图

3 结论

智慧灯杆物联网大数据平台拥有广阔的发展空间和应用空间，结合项目的实际需要，设计智慧灯杆物联网大数据平台系统，经过实际应用，达到了预期效果。

概要介绍了系统设计的技术背景和技术情况，阐述详细设计方案，描述了系统的功能需求和非功能需求，从系统各板块着手，逐步分析系统架构中各模块之间的通信流程。从系统设计的角度，详细分析了硬件设计和软件设计，以及示范项目的具体实施过程。

系统按照实际需要设计，是智慧灯杆物联网概念运用的一种延伸。实现功能的范围比较广泛，采集数据、处理数据到反馈数据均有涉及。该系统已初步在市场上取得了示范应用成果，应在此基础上进一步优化设计，实现更多模块的扩展功能，开展更深入的研究工作。