1、1 三思公司智慧型多功能路灯设计方案三思公司智慧型多功能路灯设计方案 2014 年 8 月下旬，国家发改委、工业和信息化部、住建部等八部委联合印发了关于促进智慧城市健康发展的指导意见（以下简称意见），提出“到2020 年，我国要建成一批特色鲜明的智慧城市”的宏伟目标。同时，意见 在“公共服务便捷化、城市管理精细化和生活环境宜居化”等分支目标中多次强调需要在“交通管理、环境监测、公共安全、应急管理、节能减排、社会保障”等方面要融合各项技术，加快智能化基础设施的建设，为智慧城市的全面建设奠定扎实的技术基础与产业基础，确保智慧城市建设健康有序推进。针对城市道路照明与社区照明的技术提升和产业提升，是未2、来智慧城市基础设施建设中非常重要的一个环节。三思公司作为相关行业的龙头型企业，经过数年的努力与技术攻关，创新地设计成功系列化多款式“智慧型多功能路灯”产品。“智慧型多功能路灯”产品不仅集成了多种功能模块，以实现灯光调控、信息显示、摄像监控、环境监测、人/车流测算等功能；更能依据独特的应用模式展开多功能联动运作，真正实现面向智慧城市基础设施建设所急需的“智慧型”路灯。1.智慧型多功能路灯设计智慧型多功能路灯设计 在城市中，传统路灯较为单一，主要应用于城市道路的照明和公共社区的照明。在这两类应用环境中，存在较多相似性的应用特性，如：路灯安装位置基本固定、照明时间段基本固定、服务对象基本相同。两者之3、间最明显的不同处在于：路灯安装布局的方式和区域控制的规模。面向智慧城市的智慧型多功能路灯虽然延续了传统路灯的应用环境与领域，但其将在传统路灯单一照明功能的基础上，充分利用路灯这一有利的载体/平台，引入更多的功能，以满足现有或者未来的路边综合性应用需求与技术需求。同时，为有效将智慧型多功能路灯融入未来智慧城市的物联网体系中，智慧型多功能路灯在顶层设计中，遵循了物联网三层结构的设计原则 另外，智慧型多功能路灯还能在一定的范围内组成一个高效的分布型管理系统，以满足各类管理层次的特殊需求，更能便捷地满足政府管理部门对城市道路2 与公共社区的综合性管理。1.1 多功能架构多功能架构 智慧型多功能路灯的整4、体架构如图 1 所示。由以下几个部分组成：GPRS 模块 GPRS 是通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service）的简称，它是 GSM 移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS 和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS 的传输速率为56 甚至 114Kbps。GPRS 可以实现智慧型多功能路灯的无线传输和组网。GPRS模块运用在：环境状况突变时的应急照明与多功能联动应用模式、特殊人群的呵护照明与定位跟踪的模式、LED 显示屏的多用途模式和道5、路交通状况反应模式。LED 可调光照明 LED 可调光照明是一种不仅可调节光照亮度，更能调节光的色温、色度和颜色等多方面控制的照明灯，且耗电量低，节能环保。LED 可调光照明运用在：智慧照明调光模式、环境状况突变时的应急照明与多功能联动应用模式和特殊人群的呵护照明与定位跟踪的模式。光敏传感器 光敏传感器是一种能够感应光强度的感应设备。智慧型多功能路灯可以通过光敏传感器来调节路灯的亮度。光敏传感器运用在：智慧照明调光模式。时钟模块 智慧型多功能路灯的工作时间均可参考内置在路灯里面的时钟模块。同样，通过设置工作时间，智慧型多功能路灯的亮度、LED 显示屏的亮度均可根据不同的时间来显示相应的亮度。时6、钟模块运用在：智慧照明调光模式。摄像机 摄像机是智慧型多功能路灯中采集图像的设备。摄像机的拍摄方向可以由中控控制，或者智能的根据人流车流信息旋转。其工作时间也可以自行设定。同时，摄像机采集到的信息也可以作为其他设备反应的依据。摄像机运用在：环境状况突变时的应急照明与多功能联动应用模式、特殊人群的呵护照明与定位跟踪的模3 式和道路交通状况反应模式。扬声器 扬声器是集成在智慧型多功能路灯中可以实现重要信息的广播，对于特殊人群如盲人进行语音引导，或者关键信息的语言录入等功能。扬声器运用在：环境状况突变时的应急照明与多功能联动应用模式、特殊人群的呵护照明与定位跟踪的模式、LED 显示屏的多用途模式和道7、路交通状况反应模式。LED 显示屏 智慧型多功能路灯的所有信息均能显示在 LED 显示屏上。LED 显示屏可以间接的做广告宣传、公共信息的发布、紧急情况的警告、区域地图的显示、周边空气污染情况等各式各样的信息。LED 显示屏运用在：环境状况突变时的应急照明与多功能联动应用模式、特殊人群的呵护照明与定位跟踪的模式、LED 显示屏的多用途模式和道路交通状况反应模式。环境监测设备 环境监测设备安装在距离地面 1.5 米左右的地方。能够采集到周围环境的污染情况，比如 PM2.5，二氧化硫浓度等数据，并分析得到一个相对准确的数据显示在 LED 显示屏上。环境监测设备包括：“温度传感器”、“烟雾传感器”、8、“瓦斯传感器”、“PM2.5 传感器”、“红外热敏传感器”等。环境监测设备运用在：智慧照明调光模式和环境状况突变时的应急照明与多功能联动应用模式。RFID 读头 在智慧型多功能路灯大规模布局以后，只需要在我们需要的对象上如小孩、老人、汽车等放置一个 RFID 贴片。RFID 读头就可以读取相关的信息，并且根据检测到的情况对智慧型多功能路灯上的各个功能进行联动来实现需要的动作。RFID 读头运用在：特殊人群的呵护照明与定位跟踪的模式和道路交通状况反应模式。按钮和麦克风 麦克风和按钮安置在距离地面 1 米的地方，当发生紧急情况时，按住按钮即可接通处理中心并且通话。麦克风和按钮运用在：环境状况突变时9、的应急照明与多功能联动应用模式、LED 显示屏的多用途模式和道路交通状况反应模式。4 图1 智慧型多功能路灯架构 整个智慧型多功能路灯有两种通信方式：无线和有线。其中无线为 GPRS 模式，GPRS 模式虽然传输速度比较慢，但是成本很低。有线通信方式为电力线载波通讯。1.2 适应物联网融合的层次结构适应物联网融合的层次结构 智慧型多功能路灯是整个智慧城市的核心部分，特别是可有效融入未来智慧城市的物联网体系中，故我公司依据物联网分层结构设计原则来确立智慧型多功能路灯的三层结构，即：感知层、网络层、应用层。其对应的分层结构图如图 2所示，其中感知层顾名思义就是感知外界环境的变化，智慧型多功能路灯就10、具有这样的功能，它能感知人流车流、空气环境的变化，并且通过有线电力线载波通5 讯方式或者无线 GPRS 的方式传输到网络层；网络层定义为传输数据和信息的层，它直接接入互联网，信息在这里得到传输和共享；在网络层之上，将应用层定义为对感知信息做出的反应，感知层采集到的信息通过网络层特定的传输到一个大数据的处理中心，处理中心对数据进行分析处理后针对性的发送指令给特定的地方，比如环境监测设备采集到的数据发送给环境监测中心，监测中心根据得到的数据以广播电视或者短信的方式提示大家。应用层网络层感知层RFIDPLCGPRS 图2 智慧型多功能路灯的分层结构 1.3 高效的分布型管理系统高效的分布型管理系统 11、智慧型多功能路灯的分布型管理系统组成如图 3 所示，其将若干组智慧型多功能路灯分为一个管理组，由一个信息采集设备采集它们的信息。智慧型多功能路灯和信息采集设备之间可以通过有线电力线载波通讯方式或者无线 GPRS 的方式传输信息。信息采集设备采集到的信息经由路由器发送到处理中心，处理中心是管理一定区域内智慧型多功能路灯的总控制站。处理中心对数据收集分析之后会将有用的信息分类发送给各个应用中心，如：环境监测中心会收到处理中心发来的环境监测指标，交通控制中心会收到处理中心发来的车流人流实时情况，广播电视会收到处理中心发来的预警或者广告信息，应用中心还会安装一个大屏幕来显示实时的道路情况或者监控画面等12、等。整个城市的智慧型多功能路灯在这6 样的管理系统组织模式下能够形成基于物联网、服务于物联网的智慧型系统，是打造智慧城市的主要环节。图3 智慧型多功能路灯的分布型管理系统 2.智慧型多功能路灯的应用模式设计智慧型多功能路灯的应用模式设计 目前市场上所出现的，或本领域正在研发的大量多功能路灯，主要运行于单一功能堆积的应用形态。三思公司推出的智慧型多功能路灯完全摆脱了这一应用形态。真正向智慧型的方向大大迈出了坚实的一步。智慧型多功能路灯将依据自身所具有的独特的应用模式展开多功能联动性的工作。2.1 智慧照明调光模式设计智慧照明调光模式设计 在这种应用模式下，主要应用到“LED 可调光照明灯”、“光13、敏传感器”、“时钟模块”、“环境监测设备”（“温度传感器”）等。其对应有三种基本的调光模式：7 图4 智慧照明调光模式 亮度时间联动调光模式 由“光敏传感器”感应到环境自然光照度的变化来自动调节“LED 可调光照明灯”的亮度变化。同时，这一亮度变化并非是单向性的，即并非是环境自然光照度越暗灯越亮；其是会依据一天时间区间的不同，实现双向性的灯亮度变化，即在白天 5:3017:30 的时间区间内，根据环境自然光照度变暗而灯光变亮，在夜晚22:305:00 的时间区间内，根据环境自然光照度变暗灯光反而变暗。根据不同地区、不同时节的变化，时间区间的设定是可变的 温度调光模式 温度调光模式是由“环境监测14、设备”的“温度传感器”感应到外界季节温度的变化，改变“LED 可调光照明灯”的色度与色温，从而让“LED 可调光照明灯”发出的光线更柔和更接近自然的颜色。特殊调光模式 特殊调光模式是根据节假日的应景需求，改变“LED 可调光照明灯”的色彩、色度与色温，来配合符合节日的气氛。当出现特殊或者紧急状况时，“LED 可调光照明灯”也会亮起红灯并闪烁以示警告。2.2 环境状况突变时的应急照明与多功能联动应用模式设计环境状况突变时的应急照明与多功能联动应用模式设计 在这种应用模式下，主要应用到“GPRS 模块”、“LED 可调光照明灯”、“摄像机”、“扬声器”、“LED 显示屏”、“麦克风”、“环境监测设15、备（“温度传感器”、“烟雾传感器”、“瓦斯传感器”、“PM2.5 传感器”、“红外热敏传感器”）”、等。其对应有四种基本的应用模式：8 图5 应急照明与多功能联动应用模式 瓦斯泄漏模式 当“环境监测设备”的“瓦斯传感器”检测到瓦斯浓度超标时，“LED 可调光照明灯”会亮起红灯并闪烁以示警告；同时，“扬声器”会鸣笛警告，并通知人员疏散；“LED 显示屏”也会显示瓦斯浓度超标、警告、人员疏散等提示信息。此外，“GPRS 模块”会及时的将信息发送给处理中心并联动的推送信息给消防大队，周围人群也会收到短信提示不要进入前方区域等字样的提醒。火警模式 当“环境监测设备”的“温度传感器”、“烟雾传感器”和“16、红外热敏传感器”检测到火灾发生时，“LED 可调光照明灯”会亮起红灯并闪烁以示警告；同时，“扬声器”会鸣笛警告，并通知人员疏散；“LED 显示屏”也会显示火灾警告、人员疏散等提示信息。此外，“GPRS 模块”会及时的将信息发送给处理中心并联动的推送信息给消防大队，周围人群也会收到短信提示不要进入前方区域等字样的提醒。“摄像机”在这个时候也会启动，并在多个“LED 显示屏”上显示火灾内部的情况来协助消防人员灭火。PM2.5 超标模式 当“环境监测设备”的“PM2.5 传感器”检测到 PM2.5 超标时，“扬声器”会不定时的播报当前的 PM2.5 指标，并通知老幼身体较弱者减少室外活动；“LED 17、显示屏”也会显示 PM2.5 的浓度等提示信息。此外，“GPRS 模块”会将信息发送给处理中心并推送信息给环境监测中心。9 紧急呼叫模式 当出现特殊情况如老人突发疾病或者身体不适时，按下智慧型多功能路灯上的紧急按钮就会连接处理中心的人员，基于“麦克风”和“扬声器”可以实现语音通话。同时，“摄像机”会根据突发情况调整拍摄位置以实现对对象的实时监控。此外，“GPRS 模块”会将信息发送给处理中心并联动的推送给医院。2.3 特殊人群的呵护照明与定位跟踪的模式设计特殊人群的呵护照明与定位跟踪的模式设计 在这种应用模式下，主要应用到“GPRS 模块”、“LED 可调光照明灯”、“摄像机”、“扬声器”、“18、RFID 读头”、“LED 显示屏”等。其对应有四种基本的应用模式：图6 特殊人群的呵护照明与定位跟踪模式 带有 RFID 标签的老人、中小学生、幼童路经时的增亮及提醒模式 当“RFID 读头”读到带有 RFID 标签的老人、中小学生、幼童路经时，“摄像机”会立即打开进行跟踪拍摄，“LED 可调光照明灯”会增亮光照亮度。此时，“扬声器”会播报广播提醒路过车辆注意避让，“LED 显示屏”也会间断的显示减速慢行注意避让等字样。带有 RFID 标签的老人、中小学生、幼童路经时的信息采集模式 当“RFID 读头”读到带有 RFID 标签的老人、中小学生、幼童路经时，“摄像机”会立即打开进行跟踪拍摄，智19、慧型多功能路灯也会分类记录下经过的老人、中小学生、幼童数量。同时“GPRS 模块”将信息发送到处理中心，采集的数据用10 以分析哪里需要安装红绿灯哪里需要划定斑马线等道路设计。对带有 RFID 标签的老人、中小学生、幼童实时定位跟踪模式 当有老人、中小学生、幼童失踪或者家长需要了解孩子动向时，若“RFID 读头”读到带有 RFID 标签的老人、中小学生、幼童路经时，“摄像机”会立即打开进行跟踪拍摄，“GPRS 模块”也会将实时的图像和位置信息发送到处理中心。此外，家长需要监管孩子时，在处理中心输入孩子的 RFID 标签号就可以查询到孩子的行走路线和监控画面。灾害性天气或者空气污染严重时，带有 20、RFID 标签的老人、中小学生、幼童路经时的语音提示模式。当出现灾害性天气或者空气污染严重时，“扬声器”会不定时的播报老幼身体较弱者减少室外活动；“LED 显示屏”也会显示相应的提示信息。除此之外，当“RFID 读头”读到带有 RFID 标签的老人、中小学生、幼童路经时，“扬声器”会特别提示回到室内躲避或者减少户外活动等提示信息，“LED 显示屏”也会配合“扬声器”显示相应的提示信息。2.4 LED 显示屏的多用途模式设计显示屏的多用途模式设计 除了上述应用模式中的应用，LED 显示屏还有更多更为主要应用的模式。在这相应的应用模式下，主要应用到“GPRS 模块”、“扬声器”、“LED 显示屏”21、“麦克风”、等，其对应有三种基本的应用模式：11 图7 LED显示屏的多用途模式 动态广告推送模式“LED 显示屏”会间断的播出广告，当广告需要更换时，只要在处理中心设置广告的内容、广告发放的时间，处理中心就会根据设定要求通过“GPRS 模块”向管理区域内的智慧型多功能路灯推送广告内容。广告内容可以是动态的，并且配合“扬声器”播出动画效果。国家政策与公共信息发布模式 当需要宣传国家政策或者发布公告信息时，处理中心会根据要求通过“GPRS模块”向管理区域内的智慧型多功能路灯推送相应内容，智慧型多功能路灯接收到信息之后，“LED 显示屏”会立即显示相应的国家政策与公共信息。同时“扬声器”也会间断22、播报相应的国家政策与公共信息。由“麦克风”语音输入识别技术启动的区域地图显示模式 当路人不知道自己具体的所处位置时，路人可以按下路灯上的按钮，此时智慧型多功能路灯会提示你要选择的服务，并且可以通过语音输入识别技术来判断。当选择地图服务时，“LED 显示屏”就会显示当前区域内的地图。2.5 道路交通状况反应模式设计道路交通状况反应模式设计 在这相应的应用模式下，主要应用到“GPRS 模块”、“扬声器”、“LED 显示屏”、“麦克风”、“RFID 读头”、“摄像机”等，其对应有两种基本的应用模式：图8 道路交通状况反应模式 12 交通应急救援和堵车模式 当发生交通事故或者“RFID 读头”读到车辆 RFID 标签在短时间内过于密集时，摄像机”会立即打开进行跟踪拍摄，“GPRS 模块”会即时将信息发送到处理中心并联动的推送到交通管理中心。另外，“LED 显示屏”会间断的显示当前区域内拥堵的路段，并提示绕道避行；同时“扬声器”也会播报相应的信息提示。在领近区域内的车辆用户也会收到短信提示。扰民提醒模式 当“麦克风”接收到的声音信号超过设定指标，也即环境噪声在一定程度上打扰到附近居民时，“LED 显示屏”会间断的显示禁鸣喇叭或者注意吵闹等字样；同时“扬声器”也会播报相应的信息提示。