楊濤

摘要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，智慧城市概念逐漸被人們熟知，在建設(shè)智慧城市的環(huán)節(jié)中，應合理應用LED智慧路燈系統(tǒng)，在降低城市能耗的同時，減少對環(huán)境的不利影響，為人們創(chuàng)設(shè)更加宜居的環(huán)境。本文簡要闡述了目前城市照明存在的問題，分析了LED智慧路燈系統(tǒng)在智慧城市中的應用優(yōu)勢，介紹了LED智慧路燈的種類與設(shè)計方案，并指出了應用時的注意事項。

關(guān)鍵詞：LED;智慧路燈系統(tǒng);智慧城市;系統(tǒng)應用

一、城市照明存在的問題

在當前的社會背景下，城市發(fā)展日新月異，過去的那種時控方式與遠程控制方式已經(jīng)無法滿足當下的實際需要。在夜幕降臨后，市政照明是能源消耗的重要設(shè)施，近些年，城市照明問題越來越明顯，照明設(shè)備可能會出現(xiàn)亮燈早熄燈晚、白天亮燈或者是過度照明等一系列問題，造成了嚴重

的電力浪費問題。

所以，在建設(shè)智慧城市的過程中，需要將路燈節(jié)能當作重要的建設(shè)目標，實現(xiàn)城市照明的節(jié)能不僅具備良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，同時還具備很強的社會效益。無論是路燈照明亦或是景觀照明，都可以改善城市的面貌，為了達到科學照明、綠色照明、節(jié)能減耗、科學照明的目標，應充分利用LED智慧路燈，強化城市照明的節(jié)能化、智能化建設(shè)。

二、LED智慧路燈系統(tǒng)在智慧城市中的應用價值

LED智慧路燈是一種新型的綠色光源，它最明顯的優(yōu)勢是能夠調(diào)控、響應的速度快，需要注意的是，智能控制技術(shù)是實現(xiàn)綠色節(jié)能目標的重要基礎(chǔ)。目前，智慧路燈也被人們叫作智慧公共照明管理平臺，智能路燈以及智慧路燈，它的原理是利用無線CDMA技術(shù)、無線GPRS技術(shù)以及載波通信技術(shù)等，遠程集中控制并管理路燈系統(tǒng)，進而減少電力資源的消耗，

降低維護成本，有助于提高照明管理的能力。

近些年，智慧城市漸漸被大眾熟知，然而在智慧城市的建設(shè)中依然存在著一些問題，有些地區(qū)信息化全局工作缺少一套系統(tǒng)的規(guī)劃，甚至存在著重復建設(shè)的問題，各個部門或行業(yè)無不在開展信息化工作，但是卻無法將其結(jié)合在一起，很難發(fā)揮出綜合性的效應。不同的部門之間，制定的信息化標準不一致，難以協(xié)調(diào)，在路燈照明的管理方面，體現(xiàn)出巡燈投入過高、燈況不清楚、線纜被盜、漏電、線路超負荷等問題，表明現(xiàn)階段的監(jiān)管效果有待提升，光污染問題嚴重，不利于操控，管理的效率偏低。

站在概念的角度上來看，智慧城市可以在城市的街頭巷尾增設(shè)各種類型的傳感器（包括紅外設(shè)備、視頻傳感器、溫度傳感器、圖像傳感器等等）。實時獲取有關(guān)的信息，將收集到的信息傳遞到控制平臺，構(gòu)成一個覆蓋面非常廣的城市感知網(wǎng)。而路燈作為城市并桿整治之后道路上唯一的桿體資源，自然成為各類智慧感知設(shè)備的天然載體，同時通過對供電線路的合理

規(guī)劃，可以實現(xiàn)燈桿上加載設(shè)施的24小時供電;即使在老舊設(shè)施上進行改

造，也可以通過加裝儲能設(shè)備來滿足加載設(shè)施的用電需求，同時路燈燈桿在城市道路上的全覆蓋，能夠打造無處不在的傳感網(wǎng)絡，完整地覆蓋整座智慧城市的感知節(jié)點。

三、LED智慧路燈的種類

隨著LED智慧路燈的不斷發(fā)展，在智慧城市的建設(shè)中，LED智慧路燈

應用越來越廣泛，最常見的有以下幾種：

Osrem開發(fā)方式：將LED燈具和光管理軟件控制的網(wǎng)絡連接在一起，使其分布在城市的各類照明環(huán)境當中。通過設(shè)置軟件、計算機或者是按照既定好的光點，用平面的形式，結(jié)合時間、地點光強實現(xiàn)燈具的打開或關(guān)閉。此種方式可以根據(jù)城市的實際需要來調(diào)制主干道、街道、公園或隧道區(qū)域的照明。它的系統(tǒng)架構(gòu)主要有：（1）SLC軟件，它負責規(guī)劃并管理照明系統(tǒng)。（2）IP，網(wǎng)關(guān)和軟件于不同的街道之間利用GPRS實現(xiàn)通信，打造安全的IP連接和以太網(wǎng)連接。（3）SLC網(wǎng)關(guān)，負責保存、執(zhí)行、轉(zhuǎn)換軟件下發(fā)的指令，同時還可以進行查詢。（4）電力線纜，它主要是用來保證燈具和網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)傳遞，不需要再增設(shè)其他的通信設(shè)施。（5）SLC系統(tǒng)控制器，它能夠?qū)崿F(xiàn)對燈具的單獨監(jiān)視與控制，組件既可以安裝在燈具的內(nèi)部，又可以安裝于燈管上。

東莞的一家科技公司研發(fā)出一種新型的LED智慧路燈，該路燈中設(shè)置了許多個腔體，主體一面設(shè)置了散熱器以及智核腔（將智能UCD安裝在智核腔內(nèi)部），在另一面中間腔體設(shè)置了多組LED燈棒（并列排布的）、外置電源、多功能天線等。路燈內(nèi)安裝了4G基站等一系列無線發(fā)射的設(shè)置，同時還設(shè)置了氣候監(jiān)測、攝像頭、雷達定位等眾多形式的偵測設(shè)備。通過引入智能控制設(shè)備延長燈具的使用壽命，實時將采集到的數(shù)據(jù)信息傳送至數(shù)據(jù)中心，降低設(shè)備安裝的成本，便于智慧城市的管理。

而在南京貢院街、大石壩街先行試點的智慧路燈，具備wifi覆蓋、人機互動、緊急呼救、手機充電、廣告發(fā)布等功能，結(jié)合夫子廟智慧旅游片區(qū)的整體建設(shè)，已然成為整個夫子廟智慧旅游體系的重要組成部分，該項目已于2020年整體交付夫子廟管委會，已正式投運超過1年時間。

智能信通提出的單等遠程控制系統(tǒng)最明顯的特點是節(jié)能和全智能管理，可以結(jié)合不同季節(jié)照明的實際需要分階段地調(diào)整燈具的開關(guān)時間，按

照不同地區(qū)日出和日落的時間精細化管理開關(guān)燈的時間，而且可以調(diào)控燈

光的照明亮度，按照具體的需要實現(xiàn)單燈的調(diào)光控制及分組調(diào)光控制。此外，燈具還具備自動干預、人為干預的功能，可以進行科學地調(diào)控，實時監(jiān)督燈具的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障因素，降低安全事故的發(fā)生率。

四、LED智慧路燈系統(tǒng)的設(shè)計分析

截止目前，LED智慧路燈系統(tǒng)都是以ZigBee技術(shù)和GPRS技術(shù)為基礎(chǔ)打造的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以遠程控制路燈的狀態(tài)、調(diào)整路燈的開關(guān)及功率、對路燈實現(xiàn)異地操控、加載的感知設(shè)備數(shù)據(jù)回傳分析等等。在LED智慧路燈系統(tǒng)當中，一共有3層控制模式，一個是遠程監(jiān)控中心，一個是網(wǎng)關(guān)節(jié)點，還有一個是普通節(jié)點。其中，遠程監(jiān)控中心主要監(jiān)管和控制網(wǎng)絡當中的子站，網(wǎng)關(guān)節(jié)點主要管理某條斷路中的全部普通節(jié)點，普通路燈節(jié)點的燈桿下方都設(shè)有一個控制箱，控制箱中集成著許多為智慧路燈系統(tǒng)配備的傳感器。

（一）遠程監(jiān)控中心的功能

首先，匯總各個普通路燈節(jié)點控制箱收集到的數(shù)據(jù)細膩，利用控制中心平臺處理這些數(shù)據(jù)，為管理人員呈現(xiàn)處理后的數(shù)據(jù)，便于管理工作者進行判斷。其次，管理工作者能夠利用監(jiān)控中心調(diào)控各個區(qū)域的不同節(jié)點部位，開展路燈節(jié)點的匹配和控制等操作。

（二）網(wǎng)關(guān)節(jié)點的功能

首先，對道路是所有的普通路燈節(jié)點的信息與狀態(tài)進行收集，將得到的精準數(shù)據(jù)進行分類，然后傳輸至遠程監(jiān)控中心。其次，接收遠程操控中心下發(fā)的指令，同時將指令內(nèi)容傳遞到相應的地址，把信息傳遞到各個路燈的普通節(jié)點。最后，對接收的信息和數(shù)據(jù)進行解析與處理，利用無線傳輸功能確保普通路燈節(jié)點間的通信暢通，利用GPRS技術(shù)實時和遠程控制中心保持通信。

五、多傳感器數(shù)據(jù)融合的辦法

以多傳感器為基礎(chǔ)的LED智慧路燈系統(tǒng)在使用中需要對數(shù)據(jù)進行融合，將傳感器收集到的環(huán)境信息經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換和電信號轉(zhuǎn)換等操作，變成能夠量化的數(shù)據(jù)，將干擾的噪聲去除，對檢測環(huán)節(jié)中的干擾信號進行補償，開展特征量提取的操作，最后實行信息傳輸。利用不同形式的數(shù)據(jù)融合輸

出判斷結(jié)果，現(xiàn)階段使用的數(shù)據(jù)融合方式主要包括以下幾種：

第一種，卡爾曼濾波法。此種方法主要是對傳感網(wǎng)絡當中的冗雜信息進行特性統(tǒng)計，遞推出現(xiàn)階段狀態(tài)量的最佳值，此種方式可以最大限度地發(fā)揮出小容量傳感器系統(tǒng)的應用優(yōu)勢。還可以將這種方法應用在機器人導航領(lǐng)域以及多目標識別領(lǐng)域當中，能夠同時融合n個傳感器收集到的數(shù)據(jù)，一方面可以準確地估計目標當前狀態(tài)，另一方面還能夠?qū)嵤┇@取測量目標的速度以及運動軌跡等信息。

第二種，貝葉斯估計法。此種方法是統(tǒng)計決策的重要組成部分，它的思想主要包括：（1）利用樣本數(shù)據(jù)修改先實驗分布得出后實驗分布;（2）應用和‘極大似然估計’等一系列方式開展統(tǒng)計推斷操作;（3）利用貝葉斯公式轉(zhuǎn)換為后驗算規(guī)律，結(jié)合后驗算概率實施決策的分類。一般來說，系統(tǒng)的傳感器在不同的空間和時間識別并判斷相同目標，可以利用貝葉斯估計法把單獨的概率分布組合為1個聯(lián)合后驗算概率函數(shù)，之后針對該后

驗算概率函數(shù)進行‘極大似然估計’，判定數(shù)據(jù)融合的目標值。

第三種，模糊邏輯算法。此種數(shù)據(jù)的融合形式需要對現(xiàn)實對象進行分析，對有關(guān)的數(shù)據(jù)進行梳理，打造模糊性的數(shù)學模型，識別并預判檢測目標，不難看出，對于模糊邏輯算法來說，待測目標是最重要的基礎(chǔ)。從本質(zhì)上看，模糊邏輯目標屬于一種多值的邏輯，在處理的環(huán)節(jié)中，對各個命題和推理數(shù)值賦一個0和1之間的一個實數(shù)，對各個數(shù)據(jù)在融合環(huán)節(jié)中的重要性做出標記，之后應用多值邏輯推理的方式，融合所有傳感器的數(shù)據(jù)信息。此種方式具有良好的抗干擾能力，而且響應的速度非?？臁?/p>

第四種，神經(jīng)網(wǎng)絡算法。此種算法是通過模擬大腦運行研發(fā)出的數(shù)據(jù)處理方法，它主要是利用神經(jīng)元實現(xiàn)對信息的處理。神經(jīng)網(wǎng)絡有著良好的容錯性、自適應性和自組織性，可以降低設(shè)計難度。神經(jīng)網(wǎng)絡非線性處理的能力非常強，能夠達到數(shù)據(jù)融合的標準。神經(jīng)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合流程為：在已經(jīng)選定的若干個傳感器當中收集數(shù)據(jù)信息——預處理之后展開特征提取操作——對特征數(shù)據(jù)實時統(tǒng)一處理——為神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入提供標準形式——把統(tǒng)一化的特征數(shù)據(jù)當作標準化信息，將其當作已知網(wǎng)絡——把新特征統(tǒng)一數(shù)據(jù)與標準化網(wǎng)絡展開比較，輸出被測試系統(tǒng)的狀態(tài)結(jié)果。

六、LED智慧路燈系統(tǒng)在智慧城市中的應用注意事項

（一）科學部署智慧照明管理平臺

在智慧城市中，應用智能路燈系統(tǒng)可以實現(xiàn)對城市級數(shù)據(jù)信息的智能化采集、后臺分析、終端響應等。在實現(xiàn)對燈光照明的精細化管理，提高照明系統(tǒng)的智能性、人性化和自動化的基礎(chǔ)上，還能實現(xiàn)諸如市政設(shè)施運行狀態(tài)監(jiān)控、5G信息化覆蓋、以及其他相關(guān)的應用功能。系統(tǒng)的主站可以利用瀏覽器登錄，對范圍內(nèi)的全部燈具設(shè)施進行管理，集數(shù)據(jù)分析、故障預警和能耗統(tǒng)計等功能于一體，實現(xiàn)對各個監(jiān)控對象的控制。

（二）節(jié)點、集中控制器的安裝

在LED智慧路燈系統(tǒng)中，控制裝置是非常重要的組成部分。在實際安裝時需要將控制設(shè)備安裝在配電柜里面，利用LAN技術(shù)、GPRS技術(shù)等把控制器和管理后臺連接在一起。智能化的集中控制器是現(xiàn)場主控的重點，在智能化方案解決方案中發(fā)揮著重要的價值，可以對戶外的照明設(shè)施以及加載的感知設(shè)施進行監(jiān)測、控制、診斷和二兩，在此基礎(chǔ)上按照實際的需要開展精細化管理，達到節(jié)能減排的效果。

結(jié)束語：

綜上所述，LED智能路燈系統(tǒng)是智慧城市的重要組成部分，但是在實際的使用當中還存在著一些不足，在今后的實際應用中，應充分參考上述內(nèi)容，進一步優(yōu)化LED智能路燈系統(tǒng)的研發(fā)，充分發(fā)揮其應用價值，提高城市照明系統(tǒng)的管理效果，同時提升其智能化、自動化程度，節(jié)省能源，減少城市照明系統(tǒng)的維護成本，更好地建設(shè)智慧城市。

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