基于路燈控制系統通信技術與物聯網架構研究

魏麗

（陜西烽火通信集團有限公司，陜西 西安 710075）

基于路燈控制系統通信技術與物聯網架構研究

魏麗

（陜西烽火通信集團有限公司，陜西 西安 710075）

針對智慧城市建設快速發展的趨勢，通過對現有路燈的重新定位與改造，集合智能傳感器技術、電力載波通信技術、云計算等先進技術，方便快速的建設覆蓋廣、容納終端數量多、成本低、智能化程度高的城市物聯網基礎平臺，實現對路燈照明的主動式管理、廣域開環運行。

路燈控制系統；物聯網；通信

1 物聯網與路燈控制系統

物聯網（M2M）的本質是指把信息通信技術（ICT）應用到各個行業中去，實現工業化和信息化的結合。路燈機構強健、駐點固定，同時也有電力供應，因此是很適合用來建立高密度的城市感測網絡。在很多方面可以成為物聯網智慧應用的資源，除了達到路燈的照明、節能、防盜的智能監控以外，充分發揮路燈的線性延展、面積覆蓋，發揮路燈隨處可見的優勢，擴展物聯網應用層潛在的經濟價值和社會效益是智慧控制系統發展的必然趨勢。

2 國內外城市路燈系統現狀

（1）極佳的通信位置。作為道路周邊數量最多，分布最為規律的路基側設備，為了保證對路面及周邊環境的照明效果，其所架設的位置優勢是非常明顯的。通信運營商根據自身的網絡覆蓋需求，規劃出滿足網絡覆蓋的城市路燈的位置，并對現有的路燈進行改造，以滿足天線的安裝，實現對周邊區域的覆蓋。

（2）現成的供電線路。一直以來，公交站廣告牌，節日道路景觀亮化等均是直接將路燈桿作為供電電源接入，遠期甚至可以直接將路燈作為汽車充電樁進行使用。如果將路燈供電電纜同時用來傳輸電力載波信號，則形成了一張覆蓋于整個城市的供電及通信基礎網絡。

3 總體方案設計

（1）基于城市路燈系統的物聯網架構。結合路燈最為主要的物聯網價值，對現有城市路燈實行升級，就可以方便快捷地建立起覆蓋范圍足夠廣的信息感知網，從而建立實現智慧城市的物聯網基礎網絡平臺。新型的物聯網路燈除去單純的照明功能外，通過整合各種傳感器技術，能夠同時具備信息感知、收集、傳遞、處理等多種功能（如圖1所示）。

圖1 典型物聯網路燈組成示意圖

物聯網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整個基于路燈的物聯網系統的關鍵，優先選擇電力載波技術，主要是因為其免布線、低成本、便于統一管理等特性。物聯網路燈內部的控制及監測模塊用于對路燈本身進行調光和工作狀態監測，實現真正意義上的智能照明。

在整個物聯網路燈中，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實際應用需要進行選擇和組合。為通過路燈實現城市物聯網的建設，就必須要將所有的物聯網路燈整合到一個平臺上，而該平臺由三個部分組成，包括物聯網路燈，現場智能基站和統一的服務平臺。服務平臺通過INTERNET與現場智能基站進行數據交換，可以根據數據采集的需要，控制相應傳感器的開啟與關閉，也可以根據與照明相關的傳感器信息控制路燈的工作狀態。同時，服務平臺可以匯集路燈采集的相應傳感器數據，并加以分析處理，實現各種智慧城市所需要的應用。

（2）系統的硬件組成。路燈系統硬件架構主要分為三層，底層是數據采集和控制層，中間層為網絡通信層，上層為系統監控中心，構成了分布式無線遙測、遙信、遙控的自動化“三遙”功能，實現對路燈系統的遙測變量參數、遙信設備狀態信息、遙控路燈啟／閉、調光，保證信息實時性、操作可視化和管理的科學性。

4 技術方案分析

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

通過路燈內置的控制器，可以實現真正意義上的按需照明和精細化管理。通過紅外、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，調整每一盞路燈的合理開閉時間及亮度等級，保證道路交通安全的同時，達到最優的能源使用效率。同時通過電力載波通信，將路燈的實時工作狀態及故障狀態上傳到服務平臺，使路燈管理部門對整個城市路燈的運行狀態一目了然，減少日常巡燈投入的同時，大幅度提高城市路燈的精細化、科學化管理水平。

（2）移動通信與熱點覆蓋?？紤]到下一代移動通信系統不僅要求比第3代移動通信系統具有更快的傳輸速率、更大的系統容量和更高的頻譜利用率，還要考慮更低的功率消耗、更復雜的網絡環境(面臨多種通信網絡體制的共存)等問題，尤其要徹底解決移動通信發展過程中的4個根本性問題：基站選址困難問題，手機輻射功率大的問題，傳統基站周圍強輻射問題，5GHz以下的無線電頻譜昂貴問題。由于路燈已覆蓋整個城市，只要用戶身在城市中，就有一盞路燈離其很近，將無線接人點集成在路燈中，將能夠組成具有信息收發功能的路燈。路燈接人點通過電力線中心信號處理器相連，實現與主干網的通信。這種分布式基站結構將較好地解決移動通信發展過程中的4個根本性問題，并具有自身的結構優勢。

5 方案的優越性和前景

針對智慧城市快速發展的趨勢，通過對現有路燈的重新定位與改造，集合智能傳感器技術、電力載波通信技術、云計算技術等先進技術，則可方便快速的建設覆蓋廣、容納終端數量多、成本低、智能化程度高的城市物聯網基礎平臺，可以實現對物的主動式管理、可以廣域開環運行、可信可靠，并便于復制且低成本運營。在此城市物聯網平臺基礎上實現智能照明、智能交通、環境監測、城市安全、無線城市等多個智慧應用。更為重要的是，基于路燈的城市物聯網作為智慧城市建設的一個全新視角，最大的意義體現在通過物聯網的角度來重新認知原有的城市資源，并借助其特點來實現可持續發展的智慧城市應用。例如，基于城市路燈的大數量規律分布可以快速部署各種信息采集終端，借助多種通信技術及路燈組成供電網絡可低成本實現覆蓋整個城市的物聯網絡，城市路燈的原有專業維護服務可以保障其穩定與可靠運行，而在此基礎上可快速實現多種跨行業整合應用與服務。充分認知并發揮原有城市資源的特點與優勢，對于促進智慧城市的建設與發展具備極大價值與意義。

6 結語

隨著物聯網、移動互聯網、云計算等技術的發展，對于城市道路管理的重要組成部分——道路路燈的管理，從簡單的照明功能也進行了延伸。路燈已經不止是一個簡單的照明，而是未來智慧城市道路綜合管理的末梢，承載了節能、安防、便民等多種的用途。作為未來智慧城市神經網絡的末梢，路燈網絡具有落地快、覆蓋全、電力和電信網絡易于到位等優勢，除了承載節能、便民、wifi、監控定位等用途外，還可以開發多種基于智慧城市的智能應用。相信隨著產業鏈的進一步成熟，相應的技術也將逐步邁向成熟。

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

［2］陳國嘉.移動物聯網［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，大學本科，工程師，主要研究方向：機械結構設計、機械加工工藝、LED技術應用。