智慧城市智能照明系统

杨佳宁

【摘要】我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，能源节约措施未落地。本文介绍通过互联网+、大数据、节能减排、人工智能、5G基站模块、充电桩模块技术等融为一体，使其相互作用而设计出一套模块化智能道路照明系统。能够增强充电网络互联互通能力并全面优化充电设施布局。将充电桩与太阳能发电板路灯融合，不仅能够节省发电桩的占用空间，同时节省了能源。

【关键词】智慧城市;能源节约;照明系统 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.35.081

1、智能照明系统原理分析

智能节能路灯调控系统主要原理为：路灯调控系统全天候24小时处于工作状态，分级检测周围环境，并进行明暗程度的调节。第一级检测包括路况环境和行驶车辆信息。分三类检测程序，同時进行检测，包括：1.光敏传感器检测：当路况亮度值低于设定值（以日出日落300LUX为例）路灯光敏传感器接收到路况信息，发出控制信号。2.雾霾传感器检测：当道路雾霾严重，能见度低，雾霾浓度达到设计最低值，路况能见度严重影响车辆行驶安全，雾霾传感器发出控制信号。3.湿度传感器检测：当道路出现严重雨雪天气，湿度较大，路况复杂时，湿度传感器检测湿度值超过预定范围，发出控制信号。当路灯控制系统接收到其中一条控制信号后，智能调节单双等控制器，将路面照明调节为最大值。而车辆信息检测系统则依靠路灯灯体上红外光电传感器，检测车流量及车速信息，试试反馈云端处理系统，进行网络路况大数据共享。

第二级检测为车辆行驶检测，当路灯因明暗程度判断执行开启状态时，路灯自身红外光电传感器收集车流量信息。若公路所处环境良好，未出现能见度低的情况，则红外光电传感器自主识别车流量信息，并实时传输到智能控制系统;当车流量稀少时，控制系统向单双灯控制器发出指令，使其照明亮度调节为50%，降低能耗;当传感器测得的高速行驶的汽车驶过路面，实时将信息反馈到路灯处理系统，控制系统调节单双灯控制器使当前路灯前方500米和后方100米路灯亮度调节为100%;当传感器测得低速信号（人，牲畜等）则发出路灯前100米后50米亮度调节为100%;当传感器持续接收到较大的车流量或人流量时信息时，系统智能调节为全路段路灯亮度达100%，待大批车流驶过5min后，系统再次恢复低能耗状态;且当车辆行驶至路灯之间时，车辆未通过下一个路灯则不改变路灯整体亮度程序。

2、智能照明系统分析

2.1照明系统

主体分别为单双灯控制开关，中心控制器，传感器。其中单双灯控制开关，负责连接在普通路灯电源处，调控路灯的明暗程度，减少改装费用，节能环保。路灯传感器，负责识别路灯周围信息，主要为：温湿度模块，红外光电传感器，粉尘传感器，光敏电阻传感器等因路灯感应而所需的传感器装置。控制器主要为路灯进行明暗调控分析处理信息，道路车流量，塞车情况预警，并通过大数据分析，下达对路灯明暗程度的调整。其硬件主要由Luby控制器，舵机开关，漫反射光电传感器等组成。其应用性能，已可以完成对车辆行驶经过的检测，智能控制路灯明暗程度，智能预警车量位置等功能。

2.2道路安全预警系统

安全预警车控制系统的硬件部分主要由6个模块组成：控制模块、循迹模块、避障模块、电机驱动模块、舵机驱动模块、电源模块。该装置工作时，颜色传感器9能够实时监测路面上白色标线与黄色标线的状态，将信号反馈到单片机中，单片机就能够对接收到的信号进行分析处理，然后控制驱动电机调整移动机器人前进的方向，从而实现自动寻迹功能，当该移动装置与障碍物之间的距离小于预先输出的最小距离，超声波测距传感器和红外测距传感器就会感应到，并将检测的数据反馈至单片机，单片机控制驱动电机调整移动方向，使得移动下车前进的方向避开障碍物掉头调整之后再继续循线同时。

2.3跨障碍擦拭系统

新型跨障碍擦洗机器人在使用时，在大气压强的作用下使得擦洗机器人吸附在灯罩、太阳能板上，根据伯努利原理计算可以得出负压离心风机的功率大小，在跨越障碍时，可以通过控制跨障机械臂使得其上的跨障接头上的电磁吸盘与玻璃之间的隔架固定连接，然后通过跨障接头内侧的调节电机配合转动连接带动该擦洗机器人进行转动，使得擦洗机器人从玻璃之间的隔架一侧转动到另一侧，从而继续进行擦洗，实现跨越障碍进行擦洗。通过四轮驱动的模式，能够使得在操作时转角方便，容易控制，也不存在清洁死角。将设置擦洗机器人在路灯上的具体停留位置，当智能路灯检测系统检测到灯罩、太阳能板需要擦洗时，将由智能路灯控制系统自动控制擦洗机器人完成工作并返航。

2.4大数据系统与5G基站模块

汽车流量的统计可以借助设定矩形区域内的亮度阈值来确定。为识别运动对象（汽车）的状态，可使用背景提取算法，如MOG2和KNN算法。通过比较不同算法间的处理时间，我们应当合理选择一种耗时短且提取车辆准确性高的一种算法。此外，识别统计车流量较为重要的一环便是设置合理的亮度阈值，亮度阈值设置的合理性直接关系到车流量统计准确性。通过千兆网口和千兆光纤口，以及220V电源输入、输出口，能够为路灯杆载设备提供集中通信和供电，高度契合接入5G基站的设备需求。内置高性能的工业级ARM高端处理器，提供标准API接口及开发指导，能够根据用户接入不同设备的需要，为二次应用开发提供稳定快捷的平台。

通过技术手段已经能够实现对路灯的远程集中控制与管理。如远程照明控制、根据车流量在非高峰时段调低灯光亮度，降低能耗;故障检测、异常报警等。并且可以接入气体、声音、气象等各类传感器，提供包括PM2.5，扬尘、烟雾、温湿度、气压、风向风速、降雨等数据的采集、分析与存储，并传输到各政府管理平台，为城市管理提供客观依据。

通过研究分析不难发现，智能照明系统所具有的强大功能性和能源节约性能够促进我国节能减排，实现“绿色化”、可持续发展的目标。把一个人口大国的工业化、城镇化进程，跟绿色化结合起来，同步推进，助益智慧城市的建设与发展。

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