基于路灯的智慧型数字城市系统方案设计

引 言

“十三五”国家信息化规划指出，到 2020 年，新型智慧城市建设取得显著成效，形成无处不在的惠民服务、透明高效的在线政府、融合创新的信息经济、精准精细的城市治理、安全可靠的运行体系 [1]。在政策支持下，目前智慧城市建设的硬件基础已经基本完备，智慧城市需要一个承载信息发布、信息采集、信息传输的智能节点。路灯作为城市的一项基础设施随处可见，本文通过对路灯杆进行大数据融合，多功能扩展，使设备真正智能起来，使城市智慧起来，实现城市道路照明的科学管理与绿色节能，同时推动智慧型数字城市的快速发展 [2]。

1 系统组成

本文提出的基于路灯的智慧型数字城市系统集成度更高，更便捷，只需基于原始路灯进行整体系统集成，打造一个统一平台，设立城市数据中心，构建三张基础网络，通过分层建设，达到平台能力及应用的可成长、可扩充，创造面向未来的智慧型数字城市系统框架。基于路灯的智慧型数字城市系统架构如图 1 所示。

2 基于路灯的智慧型数字城市建设

基于路灯的智慧型数字城市融合绿色环保、公共安全、无线网络、智慧数字、智慧照明等技术进行无缝系统集成。系统构建统一的后台数据平台，利用通信消息传输、规范的数据格式、开放的数据接口，实现各系统之间的数据高效交互，为城市带来绿色、安全、互联、智慧、光明。

系统可实现高效联动，发现道路拥堵，查看相应点位视 频，调派最近警力，发布诱导信息，实现多图层信息展示 ； 进行可视化管理，实时查看设备 /人 /车状况，实现实时路况电子地图展示，同时提供丰富的数据展示与用户体验。

系统采用无线通信技术，辅助电力载波通信，成本更低且更安全可靠 ；集中控制器的内核固件采用双备份，设备固件故障可自行修复 ；集中云计算底层架构的软件平台具备高可靠性、负载均衡等优势。设备集成外观如图 2 所示。

2.1 系统特色

系统利用风光互补发电设施提供电力支撑，降低不可再生资源消耗，利用环境监测设备改善大气基础环境质量，提供多种便民服务，给居民带来更智能、绿色的室外生活。

2.1.1 风光互补发电

系统可自动进行发电状态、储电状态、供电状态的实时监控，并及时做出预测响应。

单灯控制器可依据当天当地气候数据及日照判断标准检测发电量是否正常 ；控制监控站实时检测储电环节是否正常， 电池储量是否能够供给 3 天连续阴天使用 ；通过负载预先存入的用电量标准判断负载工作状态，实时检测供电环节是否正常，若出现各类发 / 储 / 供电异常，则系统服务中心得到数据后通知售后进行查看维修服务，在问题发生前进行有效预防。

2.1.2 环境监测

灯杆上安装一系列环境监测传感器，利用大气环境传感器、温湿度传感器、风速风向仪、噪声测试仪等，对空气PM2.5、地面温湿度、风速 / 风向、噪声等数据进行实时监测， 利用无线网络上传至环境监测部门实现实时准确监测与科学预测，同时可利用显示屏显示实时环境参数。

通过比对监测到的环境数据与系统设置的环境数据，同时联动视频监控系统，对行人等进行检测，在无人情况下对路面进行洒水或旋转喷雾，起到周边绿化带智能灌溉及局部灰尘抑制的效果 [3]。

2.1.3 便民服务

灯杆上设置便民充电桩，利用风光互补发电存储的电能为行人提供路边便携式充电。

2.2 安全防范

在监控摄像机和 4G 网络支持下，实现报警 - 监控 - 定位追踪 - 指挥 - 处置全部流程。系统通过以下手段实现社会公共安全防护。

2.2.1 多途径、不间断监控

在固定摄像机或通信线损坏的情况下，基于自建的 4G网络，可实现多途径、不间断监控。

2.2.2 高清视频监控

全天候清晰地拍摄到路面、人、车、物的细节，提供高质量的全景图像，记录更大范围、更宽场景内的信息。

2.2.3 智能分析

通过智能分析技术进行围栏攀爬监测、自动跟踪、偷盗监测、徘徊监测、遗弃物监测、非法停车监测等。设置“无人值守”智能监控设备，进行人脸 / 车牌识别及人体行为分析。

2.2.4 全景监测

利用高清全景摄像机识别出潜在的人群聚集管理问题， 可视化线索、热区图展示潜在的拥堵问题，异常天气和视频证实路况拥堵趋势。

2.3 网络互联

利用路灯杆自建 4G 网络，可与通信运营商对接，节省4G 网络建设费用，也可形成政务、警用等专网，所有道路实现无线网络（WiFi）全地域覆盖，打造通信、互联、物联三张网络。

2.3.1 大型活动保障

系统适用于会议、交易会、比赛、博览会等临时性大型活动。

无需临时布线， 只要在新闻中心、场馆内布放 AP 及CPE，将 TD-LTE 转换成 WiFi 信号，即可灵活简便地架设无线上网热点。

新闻记者及观众进行互联网访问、内容上传及下载、精彩内容回顾等，即时消息、报道、视频亦可下发到场馆内外显示屏，实现信息无缝链接。

通过连接 WiFi 的设备数量可获得附近区域总人数，并实时上报交管部门部署警力，防止踩踏事件及交通拥堵等事故发生。

2.3.2 视频监控手机查看

统一支撑平台支持手机 WAP 及手机客户端观看。

2.3.3 RFID 设备管理

通过在路灯及其附属设备上使用 RFID 电子标签可实现设备精细化管理，并将这些数据通过 4G 数据通道传输到监控中心的数据库，设备管理人员可即时了解相关信息并进行管理。

2.3.4 电子公告牌显示

电子公告牌安装在灯杆上，带有 LED 显示屏，内置无线接收模块，接收指挥中心发来的相关信息，依托指挥中心获取的路面拥堵情况指导司机选择最佳路线。利用无线数字发射网的数字电视信号或使用 4G 带宽进行远程视频文件传输，实现广告或新闻播放，当有紧急情况发生时，可通过电子公告牌发布应急疏散信息。

2.4 智慧交通

利用高效的系统联动发现道路拥堵，通过可视化管理， 实时查看设备 / 人 / 车状况，同时提供丰富的数据展示和用户体验。

2.4.1 车辆管理

系统利用 RFID+ 高清视频监控车辆身份及行驶关键路径 ；利用 TD-LTE 实现海量数据上传，实现多种基于车辆身份的定制化应用服务。

由突击行动转为日常追查，大幅降低假 / 套牌车数量及危害 ；科技排查与人工追查有机配合，大幅提升肇事逃逸事件破案率 ；实时监控车辆位置、速度、驾驶员状况等，对突发状况及非规定线路、时间行驶，非规定地点卸货，碰撞 / 非法开关门等状况进行告警。

2.4.2 停车管理

利用 RFID 获得精确泊位占用情况 ；利用 TD-LTE 实现海量数据上传，同时诱导信息下发。

系统有效缓解停车难带来的交通拥堵，提升城市文明形 象 ；改善停车秩序，有效治理乱停现象，减少车辆被盗事件 ； 泊位状态实时监控，实现分时分段精确计费，为城市规划部 门决策提供理论与数据支撑。

2.4.3 交通拥堵预测与诱导

系统通过信息显示屏、控制系统、数据采集系统、通信网络进行交通事件应急处理，显示屏主要展示交通拥堵信息、警示信息、气象信息、违章信息、道路限速信息、交通管制、宣传标语、政务通告、突发事件信息，便于交管部门进行道路拥堵预测及道路疏导调度。对于已发生的拥堵现象，系统可对信号灯进行配时调整，及时解决拥堵问题。

2.5 智能照明

为了响应国家政策要求，节约能源消耗，对城市照明系统进行智能化管控，提升公共照明管理，保障城市道路明亮， 节约设施运维成本，降低公共能源消耗。

2.5.1 智慧运维

高级图像处理分析技术使每条道路及路灯环境处于实时监控状态，在问题发生之前有效预防，提高维护人员的工作效率。

当路灯设备出现异常时，设备自动发送警报至监控中心，供监管人员安排维修。

系统利用多种可视化手段展示道路路灯部署及运行情况，科学制定检修策略，优化维修资源，无需人工巡测，实现故障自动上报及精确定位，提高路灯管理人员的工作效率， 降低设备运维成本。

2.5.2 自适应光照控制

根据天气情况及实际光照度，自动控制灯具的开 / 关及灯具亮度。例如，在天气不好时及时打开路灯 ；对于安装在桥下或隧道的路灯，通过实测光强自动展现最佳亮度，提高公众满意度。在灾害天气情况下使路灯更加人性化，实现真正的智能控制。

在夜间行人较少的情况下，自动调整该路段景观路灯亮度。同时，在感知到有行人走过来后，能够逐渐调亮其前进方向的路灯。当车辆停在路旁进行故障维修时，路灯可给予智能化个性照明，自动提高亮度，节能又智能。

2.5.3 故障感知

该系统能够通过部署在路灯上的控制器实时获取路灯故障信息，发送故障发生的时间与位置信息，并将该信息显示到 GIS 地图上。

2.5.4 多终端支持

根据城市规划合理部署绿色能源路灯，通过监控平台设置管理员号码后，可采用平板电脑、手机等终端进行开灯、关灯、调光等控制灯具的开 / 关与亮度，从而显著延长灯具的有效寿命，减少灯具更换次数，节约资源，减少有害气体污染环境。

3 结 语

智慧路灯基于智慧型数字城市系统设计，将智慧路灯作为智慧城市的接入口，可以延伸至每个角落，方便各类前端感知数据融合，降低复杂性，不仅很好地解决城市资源浪费的问题，而且能够有效推动智慧城市的发展进程，同时使“路灯”更好地服务民生，提高城市居民的生活质量，在城市信息化与自动化建设中发挥更大的作用。