王義

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 引言

隨著智慧城市概念的推出，越來(lái)越多的城市將其納入衡量城市管理水平的指標(biāo)之一。在實(shí)踐中，大多數(shù)采用數(shù)字化城市管理模式的城市，對(duì)城市管理的有效性、降低城市管理成本和促進(jìn)精細(xì)管理都產(chǎn)生了顯著的影響。其中，路燈是城市公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容之一，公共路燈是未來(lái)智慧城市獲取信息的終端載體重要切入口，建立基于互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的智能路燈公共系統(tǒng)已經(jīng)成為相當(dāng)一部分城市信息化建設(shè)的一種直接有效方式。

2 智能路燈系統(tǒng)概述

智能路燈系統(tǒng)是信息技術(shù)滲透到城市管理系統(tǒng)的具體體現(xiàn)。傳統(tǒng)路燈只為城市提供照明功能，改變了人們的傳統(tǒng)認(rèn)知。智能路燈具有路燈遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)和調(diào)光控制、遠(yuǎn)程交通監(jiān)控、遠(yuǎn)程公共安全監(jiān)控、遠(yuǎn)程信息發(fā)布、遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控、災(zāi)害預(yù)警監(jiān)控、一鍵報(bào)警和廣播、路側(cè)充電樁及自動(dòng)駕駛車輛協(xié)同控制等多種功能。以信息技術(shù)為載體，構(gòu)建自動(dòng)化、智能化、系統(tǒng)化的路燈綜合服務(wù)系統(tǒng)，滿足城市管理多樣化的功能需求。智能路燈系統(tǒng)還可以整合相關(guān)數(shù)據(jù)資源，由前端設(shè)備、通信傳輸設(shè)備和后端數(shù)據(jù)中心三個(gè)模塊組成。前端設(shè)備由多個(gè)功能不同的傳感器、攝像頭、音頻設(shè)備、發(fā)光二極管顯示屏等設(shè)備組成。各種傳感器是感知環(huán)境狀態(tài)和收集數(shù)據(jù)信息的主要設(shè)備。高清攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)前端音視頻、圖像等的實(shí)時(shí)采集。音頻設(shè)備主要完成音頻廣播服務(wù)。顯示屏是顯示圖片、文本、視頻等的主要載體。通信傳輸設(shè)備是負(fù)責(zé)從前端設(shè)備接收數(shù)據(jù)信息的主要設(shè)備。接收到的信號(hào)被加密并上傳到數(shù)據(jù)中心。后端數(shù)據(jù)中心是集成各種服務(wù)器、系統(tǒng)平臺(tái)和監(jiān)控中心等各種管理功能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平臺(tái)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)查詢、接收和處理。

3 智能安全路燈系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容分析

3.1 安全方案分析

為了提高路燈的安全性能，加強(qiáng)智能路燈的遠(yuǎn)程控制，減少信息重復(fù)和被盜等不良現(xiàn)象的發(fā)生，相關(guān)部門按照國(guó)家電網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展了相關(guān)工作。ESAM安全芯片用于加強(qiáng)其安全系統(tǒng)的處理。數(shù)據(jù)加密采用SM1 算法，數(shù)據(jù)簽名采用SM2 算法。這樣做的好處主要包括以下兩點(diǎn):一方面可以有效提高工作效率，另一方面可以提高安全性，這是ESAM 更顯著的優(yōu)勢(shì)，為智能路燈的安全提供了保障。

3.2 安全路燈系統(tǒng)分析

一般來(lái)說(shuō)，智能路燈的系統(tǒng)架構(gòu)主要由以下三部分組成:管理控制軟件、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境采集反饋圖和智能路燈安全通信系統(tǒng)。智能路燈通信系統(tǒng)可分為主站層、通信層和終端層。安全芯片和密鑰管理系統(tǒng)的配合為智能路燈系統(tǒng)的安全提供了更加可靠的保護(hù)措施。

為了智能路燈系統(tǒng)的安全管理，應(yīng)設(shè)立智能路燈安全管理機(jī)構(gòu)，定期進(jìn)行安全檢查和安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，應(yīng)采取措施控制檢查和評(píng)估中出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，并定期向主管單位報(bào)告。應(yīng)對(duì)智能路燈的施工、安裝、操作和維護(hù)人員進(jìn)行安全培訓(xùn)，并制定安全操作規(guī)程和規(guī)范。未經(jīng)授權(quán)，不得訪問(wèn)和非法收集、下載、共享或傳輸系統(tǒng)視頻、圖片、數(shù)據(jù)等信息。建立信息安全應(yīng)急機(jī)制，制定應(yīng)急預(yù)案，定期演練，重新評(píng)估和完善應(yīng)急機(jī)制，確保智能路燈各設(shè)備的兼容性，避免功能模塊相互干擾，應(yīng)進(jìn)行第三方的單元測(cè)試和整體測(cè)試，并應(yīng)進(jìn)行桿體力學(xué)驗(yàn)算與測(cè)試。智能路燈系統(tǒng)應(yīng)具備防盜防破壞基本要求，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)應(yīng)由政府相關(guān)主管部門或授權(quán)第三方進(jìn)行統(tǒng)一保存管理[1]。

4 基于路燈的智慧城市信息化建設(shè)

4.1 城市感知

由于城市污染、損壞或損失的基礎(chǔ)設(shè)施和其他不利因素增多，從而導(dǎo)致了政府提出的要求越來(lái)越高。承載在智能路燈上的環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，可以準(zhǔn)確快速的監(jiān)測(cè)各個(gè)不同區(qū)域的溫度、濕度、風(fēng)力、噪音、PM10、PM2.5、降雨、水質(zhì)等環(huán)境參數(shù)。城市道路上的各類井蓋經(jīng)常丟失、翻轉(zhuǎn)，造成人員傷亡，在井蓋下附上智能模塊，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)可以感知井蓋狀態(tài)。在路側(cè)消火栓上增加智能模塊，可以感知消火栓狀態(tài)，為水務(wù)部門提供消火栓狀態(tài)信息數(shù)據(jù)。視頻全息感知對(duì)人行道上的行人進(jìn)行人臉識(shí)別，也可以對(duì)道路積水進(jìn)行圖像識(shí)別，從而為城市安全提供保障。交通監(jiān)控視頻可采集車輛通行流量和速度參數(shù)以及對(duì)車牌進(jìn)行識(shí)別等，為交通部門提供交通信息數(shù)據(jù)。WIFI 模塊為市民提供無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)通信的同時(shí)，也可以為城市管理者提供公交車站人流信息。路燈充電樁為路側(cè)電動(dòng)汽車提供充電功能，道路側(cè)車路協(xié)同設(shè)備可以為城市自動(dòng)駕駛提供硬件支撐；一鍵報(bào)警及廣播可以連接公安部門，為城市安全增加保障，信息發(fā)布屏可以為市民提供出行及信息服務(wù)。智能照明模塊可以對(duì)路燈進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制、調(diào)光控制及故障路燈報(bào)警，為路燈管理部門提供準(zhǔn)確、全面的路燈管理信息。5G 是新一代移動(dòng)通信最新技術(shù)，5G 基站建設(shè)相比4G 基站相對(duì)要更加密集，路燈桿作為城市公共基礎(chǔ)設(shè)施，具有桿體距離合適和供電方便的優(yōu)勢(shì)，是5G 基站最好的承載體。城市感知終端設(shè)備是保障智慧城市建設(shè)的基本服務(wù)設(shè)施，為城市安全、實(shí)時(shí)監(jiān)控的城市服務(wù)管理平臺(tái)及時(shí)提供準(zhǔn)確的信息[2]。

4.2 智能路燈維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.2.1 日常工作信息維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以為智能路燈的高效運(yùn)行提供保障。系統(tǒng)的日常維護(hù)必須以智能路燈系統(tǒng)的工作信息為基礎(chǔ)，利用物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集智能路燈的工作信息。系統(tǒng)功能需要完成路燈控制系統(tǒng)是否達(dá)到預(yù)期效果、路燈工作狀態(tài)是否穩(wěn)定等信息的采集。該信息通過(guò)傳感器采集和通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒胩幚砥?，以便管理人員根據(jù)路燈的運(yùn)行情況調(diào)整運(yùn)行參數(shù)或進(jìn)行故障排除。

4.2.2 常見(jiàn)故障應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了減少智能路燈故障造成的損失，需要在智能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)中增加應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以保持智能路燈的高效運(yùn)行。例如，故障報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)應(yīng)急系統(tǒng)，可以及時(shí)排除智能路燈的故障，提醒人們迅速處理。報(bào)警系統(tǒng)以電路傳輸為載體，與控制中心有效連接。當(dāng)智能路燈系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，故障信息可以快速傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

4.3 智能路燈管理平臺(tái)

智能路燈管理和數(shù)據(jù)分析，是用于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)及其獲得流量、環(huán)境和安全的事件，通過(guò)總結(jié)和分析上述數(shù)據(jù)，通過(guò)更直觀的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和分析，幫助城市實(shí)現(xiàn)精確的計(jì)算機(jī)信息化。以智能路燈照明平臺(tái)管理為例，管理程序如下:

1）設(shè)備檢查

啟動(dòng)/關(guān)閉控制、故障狀態(tài)、照度時(shí)間設(shè)置和光檢測(cè)數(shù)據(jù)允許對(duì)一盞燈進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制。

①獨(dú)立路燈開(kāi)關(guān)。公共照明的開(kāi)啟和關(guān)閉取決于每盞燈的位置、樹(shù)木的黑暗和氣候變化，環(huán)境變化是自主感知的。

②夜晚結(jié)束時(shí)很少有人使用的個(gè)人照明。在后半段的夜里，行人在路上的交通流量，客觀上減少，以及路燈可以搜集(人數(shù)、車輛運(yùn)行速度)來(lái)提供合適的照明。

③街道照明和導(dǎo)航系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。借助移動(dòng)應(yīng)用、夜間旅客可提前規(guī)劃自己的路線和車輛及行人通行的位置，可實(shí)時(shí)接收的是光源的信號(hào)，誰(shuí)都可以提前點(diǎn)亮每一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃路線上的每一盞燈，甚至成為在偏僻地區(qū)的照明指南。

④色溫變化。冬天的路燈是暖色的，夏天的路燈是冷色的，以緩解情緒。

2）智能故障報(bào)警

智能燈電源、電壓及其波動(dòng)、電源供電和故障報(bào)警。

3）輔助維護(hù)目標(biāo)

通過(guò)監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)，結(jié)合大云數(shù)據(jù)，路燈自動(dòng)旋轉(zhuǎn)并發(fā)出維護(hù)指令，使維護(hù)人員能夠有效維護(hù)路燈。

①設(shè)備狀況自我評(píng)價(jià)，維修方案建議。通過(guò)將云數(shù)據(jù)與終端瞬時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，向維護(hù)人員提出維護(hù)計(jì)劃。

②電纜防盜。該系統(tǒng)具有短信報(bào)警功能，用戶可以通過(guò)手機(jī)設(shè)置報(bào)警主機(jī)的參數(shù)。

③自我修復(fù)和維護(hù)后的評(píng)估。終端可以立即下載數(shù)據(jù)，將其與健康狀況進(jìn)行比較，并主動(dòng)報(bào)告問(wèn)題。維護(hù)完成后，對(duì)安裝進(jìn)行評(píng)估并記錄數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

智能路燈作為智慧城市的重要組成部分，是未來(lái)路燈的發(fā)展趨勢(shì)。隨著5G應(yīng)用加速、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展、人工智能、通信技術(shù)、電子工業(yè)等技術(shù)的發(fā)展、感知環(huán)境的變化、視頻全息感知、萬(wàn)物互聯(lián)、城市光照強(qiáng)度的自動(dòng)調(diào)節(jié)以及智能路燈帶來(lái)的多場(chǎng)景自動(dòng)切換，城市的管理水平得到了提高，為市民的工作、生活和學(xué)習(xí)提供了綠色、智能的環(huán)境技術(shù)。未來(lái)，隨著智慧城市和智能路燈的廣泛應(yīng)用，更多綠色、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的城市標(biāo)志將越來(lái)越多地進(jìn)入人們的生活，改變?nèi)藗兊纳罘较颉Ｖ悄苈窡舻膭?chuàng)新和發(fā)展，智慧城市的建設(shè)和發(fā)展必將越來(lái)越好。