魏麗

（陜西烽火通信集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710075）

基于路燈控制系統(tǒng)通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)研究

魏麗

（陜西烽火通信集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710075）

針對(duì)智慧城市建設(shè)快速發(fā)展的趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有路燈的重新定位與改造，集合智能傳感器技術(shù)、電力載波通信技術(shù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，方便快速的建設(shè)覆蓋廣、容納終端數(shù)量多、成本低、智能化程度高的城市物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈照明的主動(dòng)式管理、廣域開環(huán)運(yùn)行。

路燈控制系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；通信

1 物聯(lián)網(wǎng)與路燈控制系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)（M2M）的本質(zhì)是指把信息通信技術(shù)（ICT）應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)中去，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和信息化的結(jié)合。路燈機(jī)構(gòu)強(qiáng)健、駐點(diǎn)固定，同時(shí)也有電力供應(yīng)，因此是很適合用來(lái)建立高密度的城市感測(cè)網(wǎng)絡(luò)。在很多方面可以成為物聯(lián)網(wǎng)智慧應(yīng)用的資源，除了達(dá)到路燈的照明、節(jié)能、防盜的智能監(jiān)控以外，充分發(fā)揮路燈的線性延展、面積覆蓋，發(fā)揮路燈隨處可見的優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益是智慧控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 國(guó)內(nèi)外城市路燈系統(tǒng)現(xiàn)狀

（1）極佳的通信位置。作為道路周邊數(shù)量最多，分布最為規(guī)律的路基側(cè)設(shè)備，為了保證對(duì)路面及周邊環(huán)境的照明效果，其所架設(shè)的位置優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。通信運(yùn)營(yíng)商根據(jù)自身的網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求，規(guī)劃出滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋的城市路燈的位置，并對(duì)現(xiàn)有的路燈進(jìn)行改造，以滿足天線的安裝，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊區(qū)域的覆蓋。

（2）現(xiàn)成的供電線路。一直以來(lái)，公交站廣告牌，節(jié)日道路景觀亮化等均是直接將路燈桿作為供電電源接入，遠(yuǎn)期甚至可以直接將路燈作為汽車充電樁進(jìn)行使用。如果將路燈供電電纜同時(shí)用來(lái)傳輸電力載波信號(hào)，則形成了一張覆蓋于整個(gè)城市的供電及通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。

3 總體方案設(shè)計(jì)

（1）基于城市路燈系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。結(jié)合路燈最為主要的物聯(lián)網(wǎng)價(jià)值，對(duì)現(xiàn)有城市路燈實(shí)行升級(jí)，就可以方便快捷地建立起覆蓋范圍足夠廣的信息感知網(wǎng)，從而建立實(shí)現(xiàn)智慧城市的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。新型的物聯(lián)網(wǎng)路燈除去單純的照明功能外，通過(guò)整合各種傳感器技術(shù)，能夠同時(shí)具備信息感知、收集、傳遞、處理等多種功能（如圖1所示）。

圖1 典型物聯(lián)網(wǎng)路燈組成示意圖

物聯(lián)網(wǎng)路燈主要由中央處理模塊，通信模塊，電源模塊，路燈控制模塊，傳感器模塊及信息發(fā)布及通信接人模塊等幾部分組成。所選擇的通信方式及通信模塊作為建設(shè)整個(gè)基于路燈的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵，優(yōu)先選擇電力載波技術(shù)，主要是因?yàn)槠涿獠季€、低成本、便于統(tǒng)一管理等特性。物聯(lián)網(wǎng)路燈內(nèi)部的控制及監(jiān)測(cè)模塊用于對(duì)路燈本身進(jìn)行調(diào)光和工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能照明。

在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)路燈中，中央處理模塊、通信模塊、電源模塊必須具備，而傳感器模塊則可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行選擇和組合。為通過(guò)路燈實(shí)現(xiàn)城市物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，就必須要將所有的物聯(lián)網(wǎng)路燈整合到一個(gè)平臺(tái)上，而該平臺(tái)由三個(gè)部分組成，包括物聯(lián)網(wǎng)路燈，現(xiàn)場(chǎng)智能基站和統(tǒng)一的服務(wù)平臺(tái)。服務(wù)平臺(tái)通過(guò)INTERNET與現(xiàn)場(chǎng)智能基站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可以根據(jù)數(shù)據(jù)采集的需要，控制相應(yīng)傳感器的開啟與關(guān)閉，也可以根據(jù)與照明相關(guān)的傳感器信息控制路燈的工作狀態(tài)。同時(shí)，服務(wù)平臺(tái)可以匯集路燈采集的相應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)，并加以分析處理，實(shí)現(xiàn)各種智慧城市所需要的應(yīng)用。

（2）系統(tǒng)的硬件組成。路燈系統(tǒng)硬件架構(gòu)主要分為三層，底層是數(shù)據(jù)采集和控制層，中間層為網(wǎng)絡(luò)通信層，上層為系統(tǒng)監(jiān)控中心，構(gòu)成了分布式無(wú)線遙測(cè)、遙信、遙控的自動(dòng)化“三遙”功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈系統(tǒng)的遙測(cè)變量參數(shù)、遙信設(shè)備狀態(tài)信息、遙控路燈啟／閉、調(diào)光，保證信息實(shí)時(shí)性、操作可視化和管理的科學(xué)性。

4 技術(shù)方案分析

（1）智能照明。傳統(tǒng)路燈照明能耗巨大，除去路燈光源本身的能耗問(wèn)題外，沒(méi)有合理的管理方式與手段也是造成能源浪費(fèi)的重要原因之一。

通過(guò)路燈內(nèi)置的控制器，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的按需照明和精細(xì)化管理。通過(guò)紅外、車流車速、亮度傳感器的共同工作，按照路面照度狀況及道路上車流、人流的情況，調(diào)整每一盞路燈的合理開閉時(shí)間及亮度等級(jí)，保證道路交通安全的同時(shí)，達(dá)到最優(yōu)的能源使用效率。同時(shí)通過(guò)電力載波通信，將路燈的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)及故障狀態(tài)上傳到服務(wù)平臺(tái)，使路燈管理部門對(duì)整個(gè)城市路燈的運(yùn)行狀態(tài)一目了然，減少日常巡燈投入的同時(shí)，大幅度提高城市路燈的精細(xì)化、科學(xué)化管理水平。

（2）移動(dòng)通信與熱點(diǎn)覆蓋?？紤]到下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅要求比第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)具有更快的傳輸速率、更大的系統(tǒng)容量和更高的頻譜利用率，還要考慮更低的功率消耗、更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(面臨多種通信網(wǎng)絡(luò)體制的共存)等問(wèn)題，尤其要徹底解決移動(dòng)通信發(fā)展過(guò)程中的4個(gè)根本性問(wèn)題：基站選址困難問(wèn)題，手機(jī)輻射功率大的問(wèn)題，傳統(tǒng)基站周圍強(qiáng)輻射問(wèn)題，5GHz以下的無(wú)線電頻譜昂貴問(wèn)題。由于路燈已覆蓋整個(gè)城市，只要用戶身在城市中，就有一盞路燈離其很近，將無(wú)線接人點(diǎn)集成在路燈中，將能夠組成具有信息收發(fā)功能的路燈。路燈接人點(diǎn)通過(guò)電力線中心信號(hào)處理器相連，實(shí)現(xiàn)與主干網(wǎng)的通信。這種分布式基站結(jié)構(gòu)將較好地解決移動(dòng)通信發(fā)展過(guò)程中的4個(gè)根本性問(wèn)題，并具有自身的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。

5 方案的優(yōu)越性和前景

針對(duì)智慧城市快速發(fā)展的趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有路燈的重新定位與改造，集合智能傳感器技術(shù)、電力載波通信技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，則可方便快速的建設(shè)覆蓋廣、容納終端數(shù)量多、成本低、智能化程度高的城市物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物的主動(dòng)式管理、可以廣域開環(huán)運(yùn)行、可信可靠，并便于復(fù)制且低成本運(yùn)營(yíng)。在此城市物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能照明、智能交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市安全、無(wú)線城市等多個(gè)智慧應(yīng)用。更為重要的是，基于路燈的城市物聯(lián)網(wǎng)作為智慧城市建設(shè)的一個(gè)全新視角，最大的意義體現(xiàn)在通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的角度來(lái)重新認(rèn)知原有的城市資源，并借助其特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的智慧城市應(yīng)用。例如，基于城市路燈的大數(shù)量規(guī)律分布可以快速部署各種信息采集終端，借助多種通信技術(shù)及路燈組成供電網(wǎng)絡(luò)可低成本實(shí)現(xiàn)覆蓋整個(gè)城市的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，城市路燈的原有專業(yè)維護(hù)服務(wù)可以保障其穩(wěn)定與可靠運(yùn)行，而在此基礎(chǔ)上可快速實(shí)現(xiàn)多種跨行業(yè)整合應(yīng)用與服務(wù)。充分認(rèn)知并發(fā)揮原有城市資源的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，對(duì)于促進(jìn)智慧城市的建設(shè)與發(fā)展具備極大價(jià)值與意義。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于城市道路管理的重要組成部分——道路路燈的管理，從簡(jiǎn)單的照明功能也進(jìn)行了延伸。路燈已經(jīng)不止是一個(gè)簡(jiǎn)單的照明，而是未來(lái)智慧城市道路綜合管理的末梢，承載了節(jié)能、安防、便民等多種的用途。作為未來(lái)智慧城市神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的末梢，路燈網(wǎng)絡(luò)具有落地快、覆蓋全、電力和電信網(wǎng)絡(luò)易于到位等優(yōu)勢(shì)，除了承載節(jié)能、便民、wifi、監(jiān)控定位等用途外，還可以開發(fā)多種基于智慧城市的智能應(yīng)用。相信隨著產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步成熟，相應(yīng)的技術(shù)也將逐步邁向成熟。

［1］秦鵬.基于ZigBee的LED道路照明智能控制系統(tǒng)［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015.

［2］陳國(guó)嘉.移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)［M］.北京：人民郵電出版社，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

魏麗（1982-），女，陜西渭南人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械加工工藝、LED技術(shù)應(yīng)用。