探讨LED智慧路灯系统在智慧城市中的应用

杨涛

摘要：随着社会经济的不断发展，智慧城市概念逐渐被人们熟知，在建设智慧城市的环节中，应合理应用LED智慧路灯系统，在降低城市能耗的同时，减少对环境的不利影响，为人们创设更加宜居的环境。本文简要阐述了目前城市照明存在的问题，分析了LED智慧路灯系统在智慧城市中的应用优势，介绍了LED智慧路灯的种类与设计方案，并指出了应用时的注意事项。

关键词：LED;智慧路灯系统;智慧城市;系统应用

一、城市照明存在的问题

在当前的社会背景下，城市发展日新月异，过去的那种时控方式与远程控制方式已经无法满足当下的实际需要。在夜幕降临后，市政照明是能源消耗的重要设施，近些年，城市照明问题越来越明显，照明设备可能会出现亮灯早熄灯晚、白天亮灯或者是過度照明等一系列问题，造成了严重

的电力浪费问题。

所以，在建设智慧城市的过程中，需要将路灯节能当作重要的建设目标，实现城市照明的节能不仅具备良好的经济效益和环境效益，同时还具备很强的社会效益。无论是路灯照明亦或是景观照明，都可以改善城市的面貌，为了达到科学照明、绿色照明、节能减耗、科学照明的目标，应充分利用LED智慧路灯，强化城市照明的节能化、智能化建设。

二、LED智慧路灯系统在智慧城市中的应用价值

LED智慧路灯是一种新型的绿色光源，它最明显的优势是能够调控、响应的速度快，需要注意的是，智能控制技术是实现绿色节能目标的重要基础。目前，智慧路灯也被人们叫作智慧公共照明管理平台，智能路灯以及智慧路灯，它的原理是利用无线CDMA技术、无线GPRS技术以及载波通信技术等，远程集中控制并管理路灯系统，进而减少电力资源的消耗，

降低维护成本，有助于提高照明管理的能力。

近些年，智慧城市渐渐被大众熟知，然而在智慧城市的建设中依然存在着一些问题，有些地区信息化全局工作缺少一套系统的规划，甚至存在着重复建设的问题，各个部门或行业无不在开展信息化工作，但是却无法将其结合在一起，很难发挥出综合性的效应。不同的部门之间，制定的信息化标准不一致，难以协调，在路灯照明的管理方面，体现出巡灯投入过高、灯况不清楚、线缆被盗、漏电、线路超负荷等问题，表明现阶段的监管效果有待提升，光污染问题严重，不利于操控，管理的效率偏低。

站在概念的角度上来看，智慧城市可以在城市的街头巷尾增设各种类型的传感器（包括红外设备、视频传感器、温度传感器、图像传感器等等）。实时获取有关的信息，将收集到的信息传递到控制平台，构成一个覆盖面非常广的城市感知网。而路灯作为城市并杆整治之后道路上唯一的杆体资源，自然成为各类智慧感知设备的天然载体，同时通过对供电线路的合理

规划，可以实现灯杆上加载设施的24小时供电;即使在老旧设施上进行改

造，也可以通过加装储能设备来满足加载设施的用电需求，同时路灯灯杆在城市道路上的全覆盖，能够打造无处不在的传感网络，完整地覆盖整座智慧城市的感知节点。

三、LED智慧路灯的种类

随着LED智慧路灯的不断发展，在智慧城市的建设中，LED智慧路灯

应用越来越广泛，最常见的有以下几种：

Osrem开发方式：将LED灯具和光管理软件控制的网络连接在一起，使其分布在城市的各类照明环境当中。通过设置软件、计算机或者是按照既定好的光点，用平面的形式，结合时间、地点光强实现灯具的打开或关闭。此种方式可以根据城市的实际需要来调制主干道、街道、公园或隧道区域的照明。它的系统架构主要有：（1）SLC软件，它负责规划并管理照明系统。（2）IP，网关和软件于不同的街道之间利用GPRS实现通信，打造安全的IP连接和以太网连接。（3）SLC网关，负责保存、执行、转换软件下发的指令，同时还可以进行查询。（4）电力线缆，它主要是用来保证灯具和网关之间的数据传递，不需要再增设其他的通信设施。（5）SLC系统控制器，它能够实现对灯具的单独监视与控制，组件既可以安装在灯具的内部，又可以安装于灯管上。

东莞的一家科技公司研发出一种新型的LED智慧路灯，该路灯中设置了许多个腔体，主体一面设置了散热器以及智核腔（将智能UCD安装在智核腔内部），在另一面中间腔体设置了多组LED灯棒（并列排布的）、外置电源、多功能天线等。路灯内安装了4G基站等一系列无线发射的设置，同时还设置了气候监测、摄像头、雷达定位等众多形式的侦测设备。通过引入智能控制设备延长灯具的使用寿命，实时将采集到的数据信息传送至数据中心，降低设备安装的成本，便于智慧城市的管理。

而在南京贡院街、大石坝街先行试点的智慧路灯，具备wifi覆盖、人机互动、紧急呼救、手机充电、广告发布等功能，结合夫子庙智慧旅游片区的整体建设，已然成为整个夫子庙智慧旅游体系的重要组成部分，该项目已于2020年整体交付夫子庙管委会，已正式投运超过1年时间。

智能信通提出的单等远程控制系统最明显的特点是节能和全智能管理，可以结合不同季节照明的实际需要分阶段地调整灯具的开关时间，按

照不同地区日出和日落的时间精细化管理开关灯的时间，而且可以调控灯

光的照明亮度，按照具体的需要实现单灯的调光控制及分组调光控制。此外，灯具还具备自动干预、人为干预的功能，可以进行科学地调控，实时监督灯具的运行状态，及时发现故障因素，降低安全事故的发生率。

四、LED智慧路灯系统的设计分析

截止目前，LED智慧路灯系统都是以ZigBee技术和GPRS技术为基础打造的控制系统，该系统可以远程控制路灯的状态、调整路灯的开关及功率、对路灯实现异地操控、加载的感知设备数据回传分析等等。在LED智慧路灯系统当中，一共有3层控制模式，一个是远程监控中心，一个是网关节点，还有一个是普通节点。其中，远程监控中心主要监管和控制网络当中的子站，网关节点主要管理某条断路中的全部普通节点，普通路灯节点的灯杆下方都设有一个控制箱，控制箱中集成着许多为智慧路灯系统配备的传感器。

（一）远程监控中心的功能

首先，汇总各个普通路灯节点控制箱收集到的数据细腻，利用控制中心平台处理这些数据，为管理人员呈现处理后的数据，便于管理工作者进行判断。其次，管理工作者能够利用监控中心调控各个区域的不同节点部位，开展路灯节点的匹配和控制等操作。

（二）网关节点的功能

首先，对道路是所有的普通路灯节点的信息与状态进行收集，将得到的精准数据进行分类，然后传输至远程监控中心。其次，接收远程操控中心下发的指令，同时将指令内容传递到相应的地址，把信息传递到各个路灯的普通节点。最后，对接收的信息和数据进行解析与处理，利用无线传输功能确保普通路燈节点间的通信畅通，利用GPRS技术实时和远程控制中心保持通信。

五、多传感器数据融合的办法

以多传感器为基础的LED智慧路灯系统在使用中需要对数据进行融合，将传感器收集到的环境信息经由A/D转换和电信号转换等操作，变成能够量化的数据，将干扰的噪声去除，对检测环节中的干扰信号进行补偿，开展特征量提取的操作，最后实行信息传输。利用不同形式的数据融合输

出判断结果，现阶段使用的数据融合方式主要包括以下几种：

第一种，卡尔曼滤波法。此种方法主要是对传感网络当中的冗杂信息进行特性统计，递推出现阶段状态量的最佳值，此种方式可以最大限度地发挥出小容量传感器系统的应用优势。还可以将这种方法应用在机器人导航领域以及多目标识别领域当中，能够同时融合n个传感器收集到的数据，一方面可以准确地估计目标当前状态，另一方面还能够实施获取测量目标的速度以及运动轨迹等信息。

第二种，贝叶斯估计法。此种方法是统计决策的重要组成部分，它的思想主要包括：（1）利用样本数据修改先实验分布得出后实验分布;（2）应用和‘极大似然估计’等一系列方式开展统计推断操作;（3）利用贝叶斯公式转换为后验算规律，结合后验算概率实施决策的分类。一般来说，系统的传感器在不同的空间和时间识别并判断相同目标，可以利用贝叶斯估计法把单独的概率分布组合为1个联合后验算概率函数，之后针对该后

验算概率函数进行‘极大似然估计’，判定数据融合的目标值。

第三种，模糊逻辑算法。此种数据的融合形式需要对现实对象进行分析，对有关的数据进行梳理，打造模糊性的数学模型，识别并预判检测目标，不难看出，对于模糊逻辑算法来说，待测目标是最重要的基础。从本质上看，模糊逻辑目标属于一种多值的逻辑，在处理的环节中，对各个命题和推理数值赋一个0和1之间的一个实数，对各个数据在融合环节中的重要性做出标记，之后应用多值逻辑推理的方式，融合所有传感器的数据信息。此种方式具有良好的抗干扰能力，而且响应的速度非常快。

第四种，神经网络算法。此种算法是通过模拟大脑运行研发出的数据处理方法，它主要是利用神经元实现对信息的处理。神经网络有着良好的容错性、自适应性和自组织性，可以降低设计难度。神经网络非线性处理的能力非常强，能够达到数据融合的标准。神经网络数据融合流程为：在已经选定的若干个传感器当中收集数据信息——预处理之后展开特征提取操作——对特征数据实时统一处理——为神经网络的输入提供标准形式——把统一化的特征数据当作标准化信息，将其当作已知网络——把新特征统一数据与标准化网络展开比较，输出被测试系统的状态结果。

六、LED智慧路灯系统在智慧城市中的应用注意事项

（一）科学部署智慧照明管理平台

在智慧城市中，应用智能路灯系统可以实现对城市级数据信息的智能化采集、后台分析、终端响应等。在实现对灯光照明的精细化管理，提高照明系统的智能性、人性化和自动化的基础上，还能实现诸如市政设施运行状态监控、5G信息化覆盖、以及其他相关的应用功能。系统的主站可以利用浏览器登录，对范围内的全部灯具设施进行管理，集数据分析、故障预警和能耗统计等功能于一体，实现对各个监控对象的控制。

（二）节点、集中控制器的安装

在LED智慧路灯系统中，控制装置是非常重要的组成部分。在实际安装时需要将控制设备安装在配电柜里面，利用LAN技术、GPRS技术等把控制器和管理后台连接在一起。智能化的集中控制器是现场主控的重点，在智能化方案解决方案中发挥着重要的价值，可以对户外的照明设施以及加载的感知设施进行监测、控制、诊断和二两，在此基础上按照实际的需要开展精细化管理，达到节能减排的效果。

结束语：

综上所述，LED智能路灯系统是智慧城市的重要组成部分，但是在实际的使用当中还存在着一些不足，在今后的实际应用中，应充分参考上述内容，进一步优化LED智能路灯系统的研发，充分发挥其应用价值，提高城市照明系统的管理效果，同时提升其智能化、自动化程度，节省能源，减少城市照明系统的维护成本，更好地建设智慧城市。

参考文献：

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