智能路燈的設計與應用

一、項目背景

隨著智能城市和智能園區概念的提出，通過運用先進的信息處理技術手段，感測、分析、整合城市和園區運行核心系統的各項關鍵信息，結合包括民生、園區服務、公共安全、工商業活動在內的各種需求，以最為常見的路燈作為智能園區基礎數據的入口和載體，開發一款多功能、多應用的智能型路燈。為了美化場地的環境，在基礎建設設施方面提高園區土地面積的使用率，節省空間，結構多功能合一，外觀體現功能特色、并展現時代的精神和風貌。

二、必要性分析

國內目前戶外路燈控制在配電箱中安裝定時設備，大多還停留在手動、光控、鐘控等方式。受季節、天氣和人為因素影響比較大，自動化管理水平低，經常該亮時不亮，該滅時不滅，可靠性不高。對于視頻監控、園區廣播、充電樁設施等設備需要重新立桿，土建施工、設備安裝、對園區空間、人工成本極易造成大的資源浪費，增加了財政負擔。

三、設計思路

整體的開發思路從數據交互的角度出發重點側重于各個子系統之間的數據智能化整合統一，以及互聯互通并按數據流向主要分為四層級，依次從下往上為：設備感知層;數據傳輸層;數據管理層; 數據應用層。通過將這四大塊依次整合，組成智能路燈系統，從而實現城市運行核心信息采集應用，達到精益化管理服務大眾的目的。

四、功能設計

1.智能照明功能：包括對單燈/燈群控制、節能調光控制、設備監測告警以及電壓、電流、用電量的分析，并且使用了太陽能發電裝置，將太陽能轉換為電能點亮燈身的燈條。

2.各類傳感器監測數據通過路燈網關終端傳送到智能路燈平臺，實現可對PM2.5、PM10、溫濕度、甲醛、二氧化碳、風力、光照實時監測實現八合一傳感器整合統一、等數據的自動采集分析，曲線繪制，異常數據告警等功能。

3.LED顯示傳感器實時監測的數據如：PM2.5、噪聲、溫度等，為市民提供實時的環境信息。平臺支持管理播放多媒體素材，路燈管控平臺可設定規則推送圖片、文字、視頻信息、政策動向、商業廣告等，遠程實現對LED大屏幕的開關調節，以及亮度、聲音調節，具備防入侵等功能。

4.實現智能充電樁在結構上和智能路燈桿的桿體融合，路燈的網關設備對充電樁的狀態以及充電信息的采集，智能交流充電樁與優易充管理平臺通過無線網絡實時通信，實現與平臺、和手機APP應用之間互聯互通，優易充平臺實時監測前端電氣參數（電壓、電流、電能等），可設置充電電流實現7kW充電功率有序充電功能，以及告警語音播報等功能，監控前端設備狀態，以便設備出現異常時可及時采取處理措施做好售后維護。

5.實現攝像頭的統一管理，借助傳感器與攝像頭聯動，監控中心與顯示屏相結合的特點實現人流監控、安防監控、預警提示、智能城管等功能，管理人員可通過電腦后臺實時查看視頻、云臺控制、遠程遙視等功能。

6.路燈管理平臺支持管理音頻播放素材，支持智能定時播放背景音樂、廣播 、通知信息，也支持播放實時的尋人尋物啟事等功能。如遇緊急情況時可按下路燈上的求助按鈕，監控中心根據視頻監控具體情況聯動公安、醫療、消防等救援單位及時處理緊急情況。

7.一般智能路燈不采用光伏發電的設計，影響美觀度，這次突破傳統思維在路燈燈頭處采用柔性太陽能板材料，鋰電池供電，高效太陽能電池片，高轉換率，智能控制器，帶有過充、過放、防反接、充電流、欠壓、過壓、短路、防水保護，光控、時控，多種工作模式，儲能電池為智能路燈燈身的燈條提供綠色電力，夜晚通過感光傳感器自動投入燈條，節省了部分電能。

8.通過安裝LCD大屏幕，安裝充電樁APP以及智能路燈的APP實現與人員進行充電信息選擇交互，控制路燈、實現智能充電等功能。

五、設計標準

（一）桿體模塊

1.設計原則

（1）桿體的設計應在參考道路環境的基礎上，綜合考慮設備安裝空間、承重、安全、防風、抗風、供電等因素，并符合相關標準規范。

（2）桿體應采用模塊化設計、并提供安裝接口形式及美化方式。

（3）桿體與其他功能模塊設備安裝方式要求：所有功能模塊與桿體連接不能采用抱箍方式連接，并陳述功能模塊連接方式及美化方式。

（4）在滿足安全適用的前提下，與周邊環境及景觀協調。

2.實施要求

（1）包含主桿體，預埋件，接地，燈桿成流線型，并帶有發光燈帶。（2）根據功能要求提供兩款景觀智能路燈的外觀設計。

3.焊接要求

（1）具有平滑的細鱗形表面、無折皺、間斷和未焊滿的陷槽，并與基本金屬平滑連接。（2）焊縫金屬應細密無裂紋、夾渣等缺陷。

4.防雷要求

（1）燈桿參照《小型無線系統的防雷接地技術要求》（YD-T3007-2016）執行，做到電信級防雷與接地要求。（2）小型無線系統的防雷接地技術要求;確定了小型無線系統雷電保護區的劃分方法和不同地理環境的雷電風險劃分;適用于 3G、4G LTE 等各種制式和各個頻段的小型無線系統的防雷與接地;適用于各類與無線局域網連接的交換系統雷電保護。（3）站點防雷應根據其所處地區的地理環境影響因素確定防護等級，同時應考慮雷電保護區的劃分、地理環境、年雷暴日、遭受雷擊頻次區域無線通訊重要性等影響因素。

（二）5G微站模塊

1.簡潔、美觀、大方的外形設計，與環境協調一致。

2.考慮天饋線的維護和擴容的需求。天線有時需要調整下傾角和方位角以及維護等，饋線需要增加，天饋線隱蔽方案需要。

3.微站隱蔽外罩需設置泄水孔，防止積水。

（三）照明模塊

1.設計原則

照明模塊遵循CJJ45-2015《城市道路照明設計標準》。

2.環境要求

照明模塊工作環境要求如下：工作溫度：-25℃～+60℃;貯存溫度：-40℃～+85℃;相對濕度：10%～90%RH;大氣壓力：產品在大氣壓為86～106kPa范圍內能可靠工作;產品間歇暴露在振動條件下不會危害到產品的正常工作。

3.性能要求

（1）系統的設備模塊化、結構化、人性化設計，并且各單元部件具有故障定位指示，便于設備維修。觸控器具有標準網絡接口RJ45或單燈控制器和集中控制器采用符合IEEE.802.15.4技術規范的2.4GHz無線技術無線通信標準通訊，便于現場信號的調試和控制。（2）支持遠程進行上電、斷電、調光、開燈、關燈、單控、批控等操作。（3）LED路燈應具有過溫保護功能。（4）實時對路燈電流、電壓、功率、電能等狀態進行監測、計量。

4.安全要求

（1）防觸電保護，燈具應制造成當燈具按正常使用安裝和接線后以及為更換光源或可替換的啟動器而必須打開燈具時，即使不是徒手操作，其帶電部件是不可觸及的。（2）防雷接地保護，路燈防雷器的作用是在最短時間（納秒級）內將被保護系統連入等電位系統中， 同時將電路中因雷擊而產生的巨大脈沖能量經短路線釋放到大地，降低設備各接口端的電位差，從而起到保護設備的作用。照明模塊應具有10KA的C級浪涌保護器。

（四）視頻監控

1.基本要求

基于寬帶網絡的圖像遠程監控、傳輸、存儲、攝像頭的控制。該系統利用寬帶網絡，通過網絡查看監視地點的活動圖像和獲得監控點現場信息。

2.工作環境

視頻監控工作環境要求如下：（1）工作溫度：-25℃～+60℃;（2）貯存溫度：-30℃～+65℃;（3）相對濕度：10%～90%RH;（4）大氣壓力：產品在大氣壓為86～106kPa范圍內能可靠工作。

3.性能要求

像素200萬;分辨率及幀率：支持主碼流 50Hz：25fps （1920×1080） ;60Hz： 30fps（1920×1080）;支持水平及垂直范圍：水平360°;垂直-15°-90°（自動翻轉）;支持本地SD卡存儲，最大支持【256G】;IP66防塵防水等級。

（五）音頻廣播

1.基本要求

音頻廣播系統由戶外IP音柱、存儲設備、通信設備等組成，可以通過服務器電腦上安裝的軟件，對電腦硬盤或U盤里的文件等等進行播報

2.工作環境

（1）工作溫度：-25℃～+60℃;（2）貯存溫度：-30℃～+65℃;（3）相對濕度：10%～90%RH;（4）大氣壓力：產品在大氣壓為86～106kPa范圍內能可靠工作。

3.性能要求

（1）支持音頻格式：MP3 MPEG1/MPEG2 MP3;支持TCP/IP、UDP、IGMP（組播）協議，實現網絡化傳輸16位立體聲CD音質的音頻信號;支持DHCP，兼容路由器、Modem、Intelnet、2G、3G、4G、組播、單播等任意網絡結構。（2）信噪比 >70dB。（3）外殼防護等級應達到 IP56 或以上。（4）音柱外框應具有防潮和防腐的特性。

（六）環境監測

1.基本要求

環境監測系統通過前端傳感器來完成對空氣監測因子的含量的監測與匯總、轉換、傳輸工作，同時后臺系統對采集到的數據進行分析處理后，可以通過發布平臺實時發布，方便市民出行，為氣象局提供基礎氣象數據，為環保局提供環境污染情況分析數據等。

2.工作環境

（1）工作溫度：-30℃～+50℃;（2）貯存溫度：-30℃～+60℃;（3）相對濕度：0%～100%RH;（4）大氣壓力：產品在大氣壓為60～110kPa范圍內能可靠工作。

3.性能要求

（1）輸入電壓適用范圍：12VDC。（2）監測內容包括：溫度、濕度、PM2.5 、PM10、二氧化碳、TVOC、甲醛、光照強度等功能。

4.安全要求

外殼防護等級應達到IP33或以上。

（七）一鍵報警

1.基本要求。一鍵報警系統是一種一鍵式緊急報警求助系統，它能實現快速報警、全雙工語音對講、緊急插播廣播，有助于提升整體城市的安防水平與整體形象。

2.工作環境。（1）工作溫度：-30℃～+50℃;（2）貯存溫度：-30℃～+60℃;（3）相對濕度：0%～100%RH;（4）大氣壓力：產品在大氣壓為60～110kPa范圍內能可靠工作。

3.性能要求。（1）具備一鍵求助功能。（2）內置拾音器與喇叭，拾音范圍3-5米。（3）支持平臺遠程監聽、遠程喊話等功能。（4）具有數字回聲消除技術，可全面消除回聲，防止嘯叫。

4.安全要求。具有室外IP55級戶外防護能力，并有防風、防雨、防雷設計。

（八）信息發布

1.基本要求。綜合廣告系統由戶外全彩LED顯示屏、顯示卡、存儲設備、通信設備等組成，可以通過網絡傳輸或U盤拷貝信息后修改顯示屏畫面、文字、視頻內容。

2.工作環境。（1）工作溫度：-30℃～+50℃;（2）貯存溫度：-30℃～+60℃;（3）相對濕度：0%～100%RH;（4）大氣壓力：產品在大氣壓為60～110kPa范圍內能可靠工作。

3.性能要求。（1）支持媒體格式：視頻【MP4，AVI，GIF】。（2）圖片JPG，PNG等。（3）可通過管理平臺的節目編輯，將屏幕劃分為1-3個區域，可以直接將素材文件拖到各個區域，進行區域排版，實現不同區域播放不同內容，可視頻、圖片、文字、天氣預報、數字時鐘等等。

4.安全要求。外殼防護等級應達到IP43 或以上。

（九）公共WIFI

1.基本要求。覆蓋目標：無線信號覆蓋燈桿周邊公共區域。目標覆蓋燈桿區域內不低于200米的范圍，接收信號電平≥-75dBm。

2.工作環境。（1）工作溫度：-30℃～+50℃;（2）貯存溫度：-30℃～+60℃;（3）相對濕度：0%～100%RH;（4）大氣壓力：產品在大氣壓為60～110kPa范圍內能可靠工作。

3.性能要求。（1）支持802.11b/g/n：2.3GHz-2.7GHz 頻段。（2）發射功率不低于500mW（27dBm），接收靈敏度不低與96dBm。

4.安全要求。外殼防護等級應達到IP65 或以上。

（十）智能充電樁

1.基本要求。（1）符合國標要求：符合《GBT20234.2-2015電動汽車傳到充電用連接裝置第二部分：交流充電接口》要求。（2）具備檢測報告：所投產品應具有國家認可的產品檢驗檢測機構（具備CMA及CNAS資質）出具的有效型式試驗報告。（3）額定輸出功率不低于7kW。

2.工作環境。（1）工作溫度：-20℃～+60℃;（2）貯存溫度：-35℃～+70℃;（3）相對濕度：10%～90%RH;（4）大氣壓力：產品在大氣壓為86～106kPa范圍內能可靠工作。

3.功能要求。（1）具備智能控制功能，支持手機APP啟動、VIN碼一鍵啟動、APP一鍵啟動等多種充電方式。（2）語音播報：網絡狀態提示、充電狀態提示、故障信息提示。（3）狀態掌握：通過APP實現充電動態過程的實時信息掌握。（4）充電樁計費運營平臺應與智能路燈監測平臺分開運行。（5）充電樁具備與智能路燈平臺的數據接入且具備獨立的無線數據通道接入充電樁運營平臺。（6）用戶手機充電APP應支持Android系統和iOS系統。（7）具備有序充電的功能，電流大小平臺可按需調節。

4.安全要求。外殼防護等級應達到IP53 或以上。

（十一）光伏供電系統

1.基本要求。應選取柔性太陽能電池板與燈桿相結合，設計美觀，具有高效的轉換率，滿足智能路燈的備用供電。

2.工作環境。（1）工作溫度：-20℃～+60℃;（2）貯存溫度：-35℃～+70℃;（3）相對濕度：10%～90%RH;（4）大氣壓力：產品在大氣壓為86～106kPa范圍內能可靠工作。

3.性能要求。（1）具備高效儲能放電，12V儲能電池 高效太陽能電池片。（2）智能控制器，帶有過充、過放、防反接、充電流、欠壓、過壓、短路、防水保護，光控、時控，多種工作模式。（3）平臺故障查詢包括太陽能電池板、電流、電壓，電量故障查詢。

4.安全要求。外殼防護等級應達到IP65 或以上。

六、項目成效

本項目智能路燈整體設計美觀實用，視覺智能路燈與園區周邊環境相互映襯，使箱變整體融入科技園區的環境，且易于安裝，安全實用。通過信息發布的LED顯示屏展示高清的圖片，視頻，有良好的宣傳效果和信息傳達的作用，可播放宣傳片，賽場風光等視頻。燈桿整體體現設計元素，安全實用，在夜幕下成為科技園區一道靚麗的風景線，達到了項目的預期果。

作者單位：徐航? ? 國網北京市電力公司