智能路灯的设计与应用

一、项目背景

随着智能城市和智能园区概念的提出，通过运用先进的信息处理技术手段，感测、分析、整合城市和园区运行核心系统的各项关键信息，结合包括民生、园区服务、公共安全、工商业活动在内的各种需求，以最为常见的路灯作为智能园区基础数据的入口和载体，开发一款多功能、多应用的智能型路灯。为了美化场地的环境，在基础建设设施方面提高园区土地面积的使用率，节省空间，结构多功能合一，外观体现功能特色、并展现时代的精神和风貌。

二、必要性分析

国内目前户外路灯控制在配电箱中安装定时设备，大多还停留在手动、光控、钟控等方式。受季节、天气和人为因素影响比较大，自动化管理水平低，经常该亮时不亮，该灭时不灭，可靠性不高。对于视频监控、园区广播、充电桩设施等设备需要重新立杆，土建施工、设备安装、对园区空间、人工成本极易造成大的资源浪费，增加了财政负担。

三、设计思路

整体的开发思路从数据交互的角度出发重点侧重于各个子系统之间的数据智能化整合统一，以及互联互通并按数据流向主要分为四层级，依次从下往上为：设备感知层;数据传输层;数据管理层; 数据应用层。通过将这四大块依次整合，组成智能路灯系统，从而实现城市运行核心信息采集应用，达到精益化管理服务大众的目的。

四、功能设计

1.智能照明功能：包括对单灯/灯群控制、节能调光控制、设备监测告警以及电压、电流、用电量的分析，并且使用了太阳能发电装置，将太阳能转换为电能点亮灯身的灯条。

2.各类传感器监测数据通过路灯网关终端传送到智能路灯平台，实现可对PM2.5、PM10、温湿度、甲醛、二氧化碳、风力、光照实时监测实现八合一传感器整合统一、等数据的自动采集分析，曲线绘制，异常数据告警等功能。

3.LED显示传感器实时监测的数据如：PM2.5、噪声、温度等，为市民提供实时的环境信息。平台支持管理播放多媒体素材，路灯管控平台可设定规则推送图片、文字、视频信息、政策动向、商业广告等，远程实现对LED大屏幕的開关调节，以及亮度、声音调节，具备防入侵等功能。

4.实现智能充电桩在结构上和智能路灯杆的杆体融合，路灯的网关设备对充电桩的状态以及充电信息的采集，智能交流充电桩与优易充管理平台通过无线网络实时通信，实现与平台、和手机APP应用之间互联互通，优易充平台实时监测前端电气参数（电压、电流、电能等），可设置充电电流实现7kW充电功率有序充电功能，以及告警语音播报等功能，监控前端设备状态，以便设备出现异常时可及时采取处理措施做好售后维护。

5.实现摄像头的统一管理，借助传感器与摄像头联动，监控中心与显示屏相结合的特点实现人流监控、安防监控、预警提示、智能城管等功能，管理人员可通过电脑后台实时查看视频、云台控制、远程遥视等功能。

6.路灯管理平台支持管理音频播放素材，支持智能定时播放背景音乐、广播 、通知信息，也支持播放实时的寻人寻物启事等功能。如遇紧急情况时可按下路灯上的求助按钮，监控中心根据视频监控具体情况联动公安、医疗、消防等救援单位及时处理紧急情况。

7.一般智能路灯不采用光伏发电的设计，影响美观度，这次突破传统思维在路灯灯头处采用柔性太阳能板材料，锂电池供电，高效太阳能电池片，高转换率，智能控制器，带有过充、过放、防反接、充电流、欠压、过压、短路、防水保护，光控、时控，多种工作模式，储能电池为智能路灯灯身的灯条提供绿色电力，夜晚通过感光传感器自动投入灯条，节省了部分电能。

8.通过安装LCD大屏幕，安装充电桩APP以及智能路灯的APP实现与人员进行充电信息选择交互，控制路灯、实现智能充电等功能。

五、设计标准

（一）杆体模块

1.设计原则

（1）杆体的设计应在参考道路环境的基础上，综合考虑设备安装空间、承重、安全、防风、抗风、供电等因素，并符合相关标准规范。

（2）杆体应采用模块化设计、并提供安装接口形式及美化方式。

（3）杆体与其他功能模块设备安装方式要求：所有功能模块与杆体连接不能采用抱箍方式连接，并陈述功能模块连接方式及美化方式。

（4）在满足安全适用的前提下，与周边环境及景观协调。

2.实施要求

（1）包含主杆体，预埋件，接地，灯杆成流线型，并带有发光灯带。（2）根据功能要求提供两款景观智能路灯的外观设计。

3.焊接要求

（1）具有平滑的细鳞形表面、无折皱、间断和未焊满的陷槽，并与基本金属平滑连接。（2）焊缝金属应细密无裂纹、夹渣等缺陷。

4.防雷要求

（1）灯杆参照《小型无线系统的防雷接地技术要求》（YD-T3007-2016）执行，做到电信级防雷与接地要求。（2）小型无线系统的防雷接地技术要求;确定了小型无线系统雷电保护区的划分方法和不同地理环境的雷电风险划分;适用于 3G、4G LTE 等各种制式和各个频段的小型无线系统的防雷与接地;适用于各类与无线局域网连接的交换系统雷电保护。（3）站点防雷应根据其所处地区的地理环境影响因素确定防护等级，同时应考虑雷电保护区的划分、地理环境、年雷暴日、遭受雷击频次区域无线通讯重要性等影响因素。

（二）5G微站模块

1.简洁、美观、大方的外形设计，与环境协调一致。

2.考虑天馈线的维护和扩容的需求。天线有时需要调整下倾角和方位角以及维护等，馈线需要增加，天馈线隐蔽方案需要。

3.微站隐蔽外罩需设置泄水孔，防止积水。

（三）照明模块

1.设计原则

照明模块遵循CJJ45-2015《城市道路照明设计标准》。

2.環境要求

照明模块工作环境要求如下：工作温度：-25℃～+60℃;贮存温度：-40℃～+85℃;相对湿度：10%～90%RH;大气压力：产品在大气压为86～106kPa范围内能可靠工作;产品间歇暴露在振动条件下不会危害到产品的正常工作。

3.性能要求

（1）系统的设备模块化、结构化、人性化设计，并且各单元部件具有故障定位指示，便于设备维修。触控器具有标准网络接口RJ45或单灯控制器和集中控制器采用符合IEEE.802.15.4技术规范的2.4GHz无线技术无线通信标准通讯，便于现场信号的调试和控制。（2）支持远程进行上电、断电、调光、开灯、关灯、单控、批控等操作。（3）LED路灯应具有过温保护功能。（4）实时对路灯电流、电压、功率、电能等状态进行监测、计量。

4.安全要求

（1）防触电保护，灯具应制造成当灯具按正常使用安装和接线后以及为更换光源或可替换的启动器而必须打开灯具时，即使不是徒手操作，其带电部件是不可触及的。（2）防雷接地保护，路灯防雷器的作用是在最短时间（纳秒级）内将被保护系统连入等电位系统中， 同时将电路中因雷击而产生的巨大脉冲能量经短路线释放到大地，降低设备各接口端的电位差，从而起到保护设备的作用。照明模块应具有10KA的C级浪涌保护器。

（四）视频监控

1.基本要求

基于宽带网络的图像远程监控、传输、存储、摄像头的控制。该系统利用宽带网络，通过网络查看监视地点的活动图像和获得监控点现场信息。

2.工作环境

视频监控工作环境要求如下：（1）工作温度：-25℃～+60℃;（2）贮存温度：-30℃～+65℃;（3）相对湿度：10%～90%RH;（4）大气压力：产品在大气压为86～106kPa范围内能可靠工作。

3.性能要求

像素200万;分辨率及帧率：支持主码流 50Hz：25fps （1920×1080） ;60Hz： 30fps（1920×1080）;支持水平及垂直范围：水平360°;垂直-15°-90°（自动翻转）;支持本地SD卡存储，最大支持【256G】;IP66防尘防水等级。

（五）音频广播

1.基本要求

音频广播系统由户外IP音柱、存储设备、通信设备等组成，可以通过服务器电脑上安装的软件，对电脑硬盘或U盘里的文件等等进行播报

2.工作环境

（1）工作温度：-25℃～+60℃;（2）贮存温度：-30℃～+65℃;（3）相对湿度：10%～90%RH;（4）大气压力：产品在大气压为86～106kPa范围内能可靠工作。

3.性能要求

（1）支持音频格式：MP3 MPEG1/MPEG2 MP3;支持TCP/IP、UDP、IGMP（组播）协议，实现网络化传输16位立体声CD音质的音频信号;支持DHCP，兼容路由器、Modem、Intelnet、2G、3G、4G、组播、单播等任意网络结构。（2）信噪比 >70dB。（3）外壳防护等级应达到 IP56 或以上。（4）音柱外框应具有防潮和防腐的特性。

（六）环境监测

1.基本要求

环境监测系统通过前端传感器来完成对空气监测因子的含量的监测与汇总、转换、传输工作，同时后台系统对采集到的数据进行分析处理后，可以通过发布平台实时发布，方便市民出行，为气象局提供基础气象数据，为环保局提供环境污染情况分析数据等。

2.工作环境

（1）工作温度：-30℃～+50℃;（2）贮存温度：-30℃～+60℃;（3）相对湿度：0%～100%RH;（4）大气压力：产品在大气压为60～110kPa范围内能可靠工作。

3.性能要求

（1）输入电压适用范围：12VDC。（2）监测内容包括：温度、湿度、PM2.5 、PM10、二氧化碳、TVOC、甲醛、光照强度等功能。

4.安全要求

外壳防护等级应达到IP33或以上。

（七）一键报警

1.基本要求。一键报警系统是一种一键式紧急报警求助系统，它能实现快速报警、全双工语音对讲、紧急插播广播，有助于提升整体城市的安防水平与整体形象。

2.工作环境。（1）工作温度：-30℃～+50℃;（2）贮存温度：-30℃～+60℃;（3）相对湿度：0%～100%RH;（4）大气压力：产品在大气压为60～110kPa范围内能可靠工作。

3.性能要求。（1）具备一键求助功能。（2）内置拾音器与喇叭，拾音范围3-5米。（3）支持平台远程监听、远程喊话等功能。（4）具有数字回声消除技术，可全面消除回声，防止啸叫。

4.安全要求。具有室外IP55级户外防护能力，并有防风、防雨、防雷设计。

（八）信息发布

1.基本要求。综合广告系统由户外全彩LED显示屏、显示卡、存储设备、通信设备等组成，可以通过网络传输或U盘拷贝信息后修改显示屏画面、文字、视频内容。

2.工作环境。（1）工作温度：-30℃～+50℃;（2）贮存温度：-30℃～+60℃;（3）相对湿度：0%～100%RH;（4）大气压力：产品在大气压为60～110kPa范围内能可靠工作。

3.性能要求。（1）支持媒体格式：视频【MP4，AVI，GIF】。（2）图片JPG，PNG等。（3）可通过管理平台的节目编辑，将屏幕划分为1-3个区域，可以直接将素材文件拖到各个区域，进行区域排版，实现不同区域播放不同内容，可视频、图片、文字、天气预报、数字时钟等等。

4.安全要求。外壳防护等级应达到IP43 或以上。

（九）公共WIFI

1.基本要求。覆盖目标：无线信号覆盖灯杆周边公共区域。目标覆盖灯杆区域内不低于200米的范围，接收信号电平≥-75dBm。

2.工作环境。（1）工作温度：-30℃～+50℃;（2）贮存温度：-30℃～+60℃;（3）相对湿度：0%～100%RH;（4）大气压力：产品在大气压为60～110kPa范围内能可靠工作。

3.性能要求。（1）支持802.11b/g/n：2.3GHz-2.7GHz 频段。（2）发射功率不低于500mW（27dBm），接收灵敏度不低与96dBm。

4.安全要求。外壳防护等级应达到IP65 或以上。

（十）智能充电桩

1.基本要求。（1）符合国标要求：符合《GBT20234.2-2015电动汽车传到充电用连接装置第二部分：交流充电接口》要求。（2）具备检测报告：所投产品应具有国家认可的产品检验检测机构（具备CMA及CNAS资质）出具的有效型式试验报告。（3）额定输出功率不低于7kW。

2.工作环境。（1）工作温度：-20℃～+60℃;（2）贮存温度：-35℃～+70℃;（3）相对湿度：10%～90%RH;（4）大气压力：产品在大气压为86～106kPa范围内能可靠工作。

3.功能要求。（1）具备智能控制功能，支持手机APP启动、VIN码一键启动、APP一键启动等多种充电方式。（2）语音播报：网络状态提示、充电状态提示、故障信息提示。（3）状态掌握：通过APP实现充电动态过程的实时信息掌握。（4）充电桩计费运营平台应与智能路灯监测平台分开运行。（5）充电桩具备与智能路灯平台的数据接入且具备独立的无线数据通道接入充电桩运营平台。（6）用户手机充电APP应支持Android系统和iOS系统。（7）具备有序充电的功能，电流大小平台可按需调节。

4.安全要求。外壳防护等级应达到IP53 或以上。

（十一）光伏供电系统

1.基本要求。应选取柔性太阳能电池板与灯杆相结合，设计美观，具有高效的转换率，满足智能路灯的备用供电。

2.工作环境。（1）工作温度：-20℃～+60℃;（2）贮存温度：-35℃～+70℃;（3）相对湿度：10%～90%RH;（4）大气压力：产品在大气压为86～106kPa范围内能可靠工作。

3.性能要求。（1）具备高效储能放电，12V储能电池 高效太阳能电池片。（2）智能控制器，带有过充、过放、防反接、充电流、欠压、过压、短路、防水保护，光控、时控，多种工作模式。（3）平台故障查询包括太陽能电池板、电流、电压，电量故障查询。

4.安全要求。外壳防护等级应达到IP65 或以上。

六、项目成效

本项目智能路灯整体设计美观实用，视觉智能路灯与园区周边环境相互映衬，使箱变整体融入科技园区的环境，且易于安装，安全实用。通过信息发布的LED显示屏展示高清的图片，视频，有良好的宣传效果和信息传达的作用，可播放宣传片，赛场风光等视频。灯杆整体体现设计元素，安全实用，在夜幕下成为科技园区一道靓丽的风景线，达到了项目的预期果。

作者单位：徐航    国网北京市电力公司