陳 濤

（濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司新疆分院，新疆 烏魯木齊 830000 ）

在現(xiàn)代社會發(fā)展背景下，社會各個層面對于資源的占用都達(dá)到了一個新高度，導(dǎo)致許多資源供不應(yīng)求，對此資源應(yīng)用是否合理的問題引起了廣泛關(guān)注。城市街區(qū)路燈系統(tǒng)作為電能消耗的一大源頭，其早期能源應(yīng)用方式往往大于實(shí)際需求，說明這種應(yīng)用方式不合理，會造成能源浪費(fèi)，所以在現(xiàn)代視角下需要進(jìn)行改善，同時還需要在創(chuàng)新思維基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)功能進(jìn)行優(yōu)化。

1 傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)缺陷

在現(xiàn)代智能化視角下，對傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)應(yīng)用時的表現(xiàn)進(jìn)行分析，以了解其中主要缺陷。

1.1 能耗應(yīng)用不合理

路燈照明對于城市街區(qū)固然重要，但并不是時時都需要路燈照射，同時每時每刻的照明需求是不同的，所以在理論上如果路燈系統(tǒng)時時刻刻依照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)開啟、關(guān)閉，就會在需求較小的條件下出現(xiàn)能耗浪費(fèi)，說明其能耗應(yīng)用不合理。而傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)因?yàn)楫?dāng)時技術(shù)缺陷，只能通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行運(yùn)作，說明其存在上述問題，同時在傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)的建設(shè)數(shù)量上，一般會根據(jù)城市街區(qū)的整體范圍、單個路燈的照明范圍，對路燈分布進(jìn)行規(guī)劃，相應(yīng)決定路燈的數(shù)量。而這種方法實(shí)際上要精確控制路燈數(shù)量十分困難，或多或少都會存在一些缺陷，例如路燈無法實(shí)現(xiàn)全覆蓋、存在多余路燈等，此時介于路燈系統(tǒng)的能耗，數(shù)量上的不合理會導(dǎo)致能耗應(yīng)用不合理[1]。

1.2 功能較單一

在現(xiàn)代智能化視角下，城市街區(qū)路燈系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備更多的功能，但傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)只具備單一的照明系統(tǒng)，說明其功能較單一[2]。理論上智能路燈系統(tǒng)除照明功能以外，還需要擁有更多的先進(jìn)功能，那么相比于傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)可以直觀看出兩者在功能上的差距，說明需要對路燈系統(tǒng)功能進(jìn)行改進(jìn)。

2 智能路燈系統(tǒng)下智慧街區(qū)和智慧城市建設(shè)

2.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)建設(shè)

在本文設(shè)計(jì)思路當(dāng)中，為了確保智能路燈系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，需要先建設(shè)控制系統(tǒng)，同時出于便捷性考慮，控制系統(tǒng)需要支持遠(yuǎn)程操作功能。在上述前提下，本文主要借助現(xiàn)代3G/4G移動通信網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)以及相應(yīng)通信模塊，建設(shè)得到基本遠(yuǎn)程控制框架。之后在控制功能方面，主要采用智能節(jié)點(diǎn)控制器、智能網(wǎng)關(guān)控制器來構(gòu)建控制模塊。例如遠(yuǎn)程智能監(jiān)控中心和手機(jī)監(jiān)測模塊，在此基礎(chǔ)上工作人員可以通過智能手機(jī)，查看系統(tǒng)中每個路燈的狀態(tài)，如果需要對某個路燈進(jìn)行狀態(tài)調(diào)整，可以切換控制人工模式來進(jìn)行管理，無須調(diào)整時默認(rèn)為智能控制模式。該模式主要依照傳感器提供數(shù)據(jù)支撐，智能判斷路燈外光線明暗程度，當(dāng)光線明亮度低于閾值則自動開啟路燈，高于閾值則關(guān)閉路燈。此外，考慮到網(wǎng)絡(luò)通信可能受外部因素影響導(dǎo)致無法通信，影響控制能效，所以還將設(shè)計(jì)無線通信遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。此項(xiàng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要采用以太網(wǎng)絡(luò)，配合TCP/IP通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信[3]。

2.2 遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

在上述基礎(chǔ)上可見，本文智能路燈系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)為3G/4G移動通信網(wǎng)絡(luò)，那么為了在該網(wǎng)絡(luò)渠道當(dāng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，需要進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，具體步驟分為數(shù)據(jù)通信鏈路建設(shè)、硬件設(shè)計(jì)，以下將各步驟進(jìn)行分析。

（1） 數(shù)據(jù)通信鏈路建設(shè)。首先采用公共3G/4G通信、以太網(wǎng)通信模塊配合TCP/IP通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，可以確保數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心主要由以太網(wǎng)建設(shè)而成，滿足數(shù)據(jù)接收需求，同時在數(shù)據(jù)接收完畢之后，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、儲存，當(dāng)需要對數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用時，可以依照相同的渠道將數(shù)據(jù)傳輸出去，實(shí)現(xiàn)雙向傳輸；其次在手機(jī)端設(shè)計(jì)方面，同樣采用上述方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助3G/4G通信、以太網(wǎng)通信模塊與TCP/IP通信協(xié)議的通用性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸[3]。圖1為遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)鏈路。

圖1 遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)鏈路

（2） 硬件設(shè)計(jì)。首先針對智能網(wǎng)關(guān)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用集成設(shè)備將3G/4G通信、RF通信、GPS授時定位模塊整合，同時為了保障所有模塊可以同時間正常運(yùn)作，采用MCU來實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，在此基礎(chǔ)上智能網(wǎng)關(guān)控制器可以自動與上位機(jī)TCP連接，這種連接可以保障數(shù)據(jù)調(diào)度與傳輸?shù)膶?shí)時性，還具備斷點(diǎn)查詢功能，有利于系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。其次針對智能節(jié)點(diǎn)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用集成設(shè)備將太陽能充電管理、RF通信、高精度功率檢測、PWM調(diào)光、車流人流檢測及環(huán)境光線模塊整合，同樣采用上述配置來支撐運(yùn)作。表1為硬件具體配置。

表1 為硬件具體配置

3 遠(yuǎn)程智能數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，首先設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路通信層，采用3G/4G網(wǎng)絡(luò)集成所有系統(tǒng)局域節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)集成，形成2個匯聚節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)通過互聯(lián)網(wǎng)與遠(yuǎn)程智能監(jiān)控中心連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；其次數(shù)據(jù)鏈路通信層同時與綜合數(shù)據(jù)處理層、終端應(yīng)用層連接，其中綜合數(shù)據(jù)處理層主要接收數(shù)據(jù)鏈路通信層數(shù)據(jù)，對應(yīng)啟動相應(yīng)功能，終端應(yīng)用層主要根據(jù)智能判斷需求來發(fā)出相應(yīng)指令，形成局域節(jié)點(diǎn)，其中每個節(jié)點(diǎn)當(dāng)中都至少包含了100盞路燈，滿足當(dāng)前城市街區(qū)范圍。

3.2 功能設(shè)計(jì)

針對傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)的功能缺陷，本文設(shè)計(jì)當(dāng)中將在綜合數(shù)據(jù)處理層當(dāng)中進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)現(xiàn)代需求設(shè)計(jì)ERP管理、天文時鐘、故障報警，具體內(nèi)容見下文。

（1） ERP管理。借助ERP模塊實(shí)現(xiàn)管理功能，該功能與每個節(jié)點(diǎn)中的所有路燈相互連接，可以接收到路燈的實(shí)時數(shù)據(jù)，之后圍繞數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、處理和記錄，形成數(shù)據(jù)集成體。在數(shù)據(jù)集成體條件下，工作人員可以依照數(shù)據(jù)表查看相應(yīng)數(shù)據(jù)，例如某路燈開閉狀態(tài)、亮度狀態(tài)配置、亮度顯示時間、具體位置、狀態(tài)配置信息、電壓電路等[4]。

（2） 天文時鐘。借助GPS定位系統(tǒng)以及互聯(lián)網(wǎng)計(jì)時功能來進(jìn)行天文時鐘設(shè)計(jì)。首先借助GPS定位系統(tǒng)，對每個路燈進(jìn)行定位，其次將互聯(lián)網(wǎng)與定位路燈連接，即可實(shí)現(xiàn)天文時鐘。天文時鐘功能除了能夠顯示時間以外，還能夠顯示路燈地理位置信息，有利于人工路燈維修等工作。

（3） 故障報警。配合上述ERP管理功能的故障傳感器，在板塊中安裝故障報警模塊，利用傳感器功能對路燈狀態(tài)進(jìn)行檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象之后，將激發(fā)故障報警模塊運(yùn)行，警報會被發(fā)送到手機(jī)端，同時工作人員進(jìn)行查看，并幫助工作人員對故障路燈進(jìn)行定位。

此外，在智慧城市街道概念當(dāng)中，智能路燈系統(tǒng)還可以增加一些外置功能，例如WIFI功能、監(jiān)控功能、廣告電子顯示功能、報警功能、充電樁等。關(guān)于此類功能的設(shè)計(jì)，可以根據(jù)實(shí)際需求，在路燈處連接外置電路，再安裝相應(yīng)硬件設(shè)備即可，例如在WIFI功能建設(shè)當(dāng)中，可以在路燈內(nèi)部安置WIFI模塊。WIFI信號發(fā)射天線等，在此基礎(chǔ)上借助遠(yuǎn)程通信，可以使路燈系統(tǒng)與運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)WIFI發(fā)送。

4 智能路燈系統(tǒng)智慧城市街道應(yīng)用

4.1 城市街道綜合管理

結(jié)合上述分析可見，智能路燈系統(tǒng)可以承載部分外置功能，說明其功能價值得到了增長，那么在各種外置功能下，通過路燈系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)城市街道綜合管理。具體來說，在路燈監(jiān)控方面，可以有效防止部分不法行為的發(fā)生，即偷竊、斗毆等，這對于社區(qū)安全有良好幫助；在空氣質(zhì)量檢監(jiān)測當(dāng)中，可以幫助當(dāng)?shù)貧庀髥挝贿M(jìn)行空氣分析，并提醒居民做出相應(yīng)預(yù)防措施，關(guān)于這方面的表現(xiàn)還有很多，本文將不多加贅述。但綜合來說，智能路燈系統(tǒng)的外置功能可以從多個方面來優(yōu)化城市街道管理效果，相比于傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)的功能表現(xiàn)，其具有巨大優(yōu)勢。

4.2 能耗管理

傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)的能耗或多或少都存在與實(shí)際需求不匹配的問題，那么在智能路燈系統(tǒng)當(dāng)中，借助環(huán)境光線模塊、調(diào)光模塊等，可以根據(jù)實(shí)際光線條件來判斷當(dāng)前是否需要照明，同時調(diào)節(jié)照明光線強(qiáng)度。在此前提下，智能路燈系統(tǒng)會根據(jù)實(shí)際需求來調(diào)節(jié)自身狀態(tài)，說明其始終與實(shí)際需求保持高度匹配的關(guān)系，此時在路燈照明就不會出現(xiàn)能耗浪費(fèi)的現(xiàn)象，同時可以確保能耗規(guī)劃的科學(xué)性。此外，介于智能路燈系統(tǒng)同樣可能出現(xiàn)故障現(xiàn)象，借助手機(jī)端與3G/4G通信網(wǎng)絡(luò)的連接，可以實(shí)現(xiàn)人工實(shí)時檢測，此舉提高了系統(tǒng)運(yùn)行容錯率，因人工可以實(shí)時了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)異常之后可以進(jìn)行及時處理。

4.3 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性保障

雖然智能路燈系統(tǒng)運(yùn)行同樣會存在故障現(xiàn)象，但在智能技術(shù)條件下，可以大幅度降低其故障率，這對于系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性具有保障作用。具體來說，在MCU管理下，系統(tǒng)可以實(shí)時接收到每個路燈的運(yùn)行數(shù)據(jù)，集成之后借助數(shù)據(jù)中心的智能終端分析功能，來判斷路燈當(dāng)前是否存在故障預(yù)兆。當(dāng)發(fā)現(xiàn)相應(yīng)問題之后，數(shù)據(jù)中心會根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的邏輯調(diào)整故障路燈，如果調(diào)整成功將把該路燈規(guī)劃到正常隊(duì)列，如果不成功則啟動應(yīng)急措施，即關(guān)閉路燈同時激發(fā)故障報警模塊，通過人工來進(jìn)行處理。此項(xiàng)功能相比于傳統(tǒng)人員保障工作，具有深度高、效率高的優(yōu)勢，說明其應(yīng)用價值更高。

5 結(jié)語

本文主要對智能路燈系統(tǒng)的智慧街區(qū)和智慧城市建設(shè)進(jìn)行了分析，通過分析得到結(jié)論：傳統(tǒng)路燈存在能耗、功能方面的缺陷，并不能完全發(fā)揮出路燈系統(tǒng)的價值，對此在現(xiàn)代智能技術(shù)背景下，有必要進(jìn)行改善；圍繞智能化技術(shù)，進(jìn)行了智能路燈系統(tǒng)下智慧街區(qū)和智慧城市建設(shè)，通過此部分建設(shè)得到了智能路燈系統(tǒng)框架；為了改善智能路燈系統(tǒng)功能，且保障系統(tǒng)運(yùn)行問題，進(jìn)行了遠(yuǎn)程智能數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)；對智能路燈系統(tǒng)智慧城市街道應(yīng)用進(jìn)行了介紹，證明本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)有效，且對比于傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)具有更高的應(yīng)用價值。