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1、1 三思公司智慧型多功能路燈設計方案三思公司智慧型多功能路燈設計方案 2014 年 8 月下旬，國家發改委、工業和信息化部、住建部等八部委聯合印發了關于促進智慧城市健康發展的指導意見（以下簡稱意見），提出“到2020 年，我國要建成一批特色鮮明的智慧城市”的宏偉目標。同時，意見 在“公共服務便捷化、城市管理精細化和生活環境宜居化”等分支目標中多次強調需要在“交通管理、環境監測、公共安全、應急管理、節能減排、社會保障”等方面要融合各項技術，加快智能化基礎設施的建設，為智慧城市的全面建設奠定扎實的技術基礎與產業基礎，確保智慧城市建設健康有序推進。針對城市道路照明與社區照明的技術提升和產業提升，是未2、來智慧城市基礎設施建設中非常重要的一個環節。三思公司作為相關行業的龍頭型企業，經過數年的努力與技術攻關，創新地設計成功系列化多款式“智慧型多功能路燈”產品。“智慧型多功能路燈”產品不僅集成了多種功能模塊，以實現燈光調控、信息顯示、攝像監控、環境監測、人/車流測算等功能；更能依據獨特的應用模式展開多功能聯動運作，真正實現面向智慧城市基礎設施建設所急需的“智慧型”路燈。1.智慧型多功能路燈設計智慧型多功能路燈設計 在城市中，傳統路燈較為單一，主要應用于城市道路的照明和公共社區的照明。在這兩類應用環境中，存在較多相似性的應用特性，如：路燈安裝位置基本固定、照明時間段基本固定、服務對象基本相同。兩者之3、間最明顯的不同處在于：路燈安裝布局的方式和區域控制的規模。面向智慧城市的智慧型多功能路燈雖然延續了傳統路燈的應用環境與領域，但其將在傳統路燈單一照明功能的基礎上，充分利用路燈這一有利的載體/平臺，引入更多的功能，以滿足現有或者未來的路邊綜合性應用需求與技術需求。同時，為有效將智慧型多功能路燈融入未來智慧城市的物聯網體系中，智慧型多功能路燈在頂層設計中，遵循了物聯網三層結構的設計原則 另外，智慧型多功能路燈還能在一定的范圍內組成一個高效的分布型管理系統，以滿足各類管理層次的特殊需求，更能便捷地滿足政府管理部門對城市道路2 與公共社區的綜合性管理。1.1 多功能架構多功能架構 智慧型多功能路燈的整4、體架構如圖 1 所示。由以下幾個部分組成：GPRS 模塊 GPRS 是通用分組無線服務技術（General Packet Radio Service）的簡稱，它是 GSM 移動電話用戶可用的一種移動數據業務。GPRS 和以往連續在頻道傳輸的方式不同，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS 的傳輸速率為56 甚至 114Kbps。GPRS 可以實現智慧型多功能路燈的無線傳輸和組網。GPRS模塊運用在：環境狀況突變時的應急照明與多功能聯動應用模式、特殊人群的呵護照明與定位跟蹤的模式、LED 顯示屏的多用途模式和道5、路交通狀況反應模式。LED 可調光照明 LED 可調光照明是一種不僅可調節光照亮度，更能調節光的色溫、色度和顏色等多方面控制的照明燈，且耗電量低，節能環保。LED 可調光照明運用在：智慧照明調光模式、環境狀況突變時的應急照明與多功能聯動應用模式和特殊人群的呵護照明與定位跟蹤的模式。光敏傳感器 光敏傳感器是一種能夠感應光強度的感應設備。智慧型多功能路燈可以通過光敏傳感器來調節路燈的亮度。光敏傳感器運用在：智慧照明調光模式。時鐘模塊 智慧型多功能路燈的工作時間均可參考內置在路燈里面的時鐘模塊。同樣，通過設置工作時間，智慧型多功能路燈的亮度、LED 顯示屏的亮度均可根據不同的時間來顯示相應的亮度。時6、鐘模塊運用在：智慧照明調光模式。攝像機 攝像機是智慧型多功能路燈中采集圖像的設備。攝像機的拍攝方向可以由中控控制，或者智能的根據人流車流信息旋轉。其工作時間也可以自行設定。同時，攝像機采集到的信息也可以作為其他設備反應的依據。攝像機運用在：環境狀況突變時的應急照明與多功能聯動應用模式、特殊人群的呵護照明與定位跟蹤的模3 式和道路交通狀況反應模式。揚聲器 揚聲器是集成在智慧型多功能路燈中可以實現重要信息的廣播，對于特殊人群如盲人進行語音引導，或者關鍵信息的語言錄入等功能。揚聲器運用在：環境狀況突變時的應急照明與多功能聯動應用模式、特殊人群的呵護照明與定位跟蹤的模式、LED 顯示屏的多用途模式和道7、路交通狀況反應模式。LED 顯示屏 智慧型多功能路燈的所有信息均能顯示在 LED 顯示屏上。LED 顯示屏可以間接的做廣告宣傳、公共信息的發布、緊急情況的警告、區域地圖的顯示、周邊空氣污染情況等各式各樣的信息。LED 顯示屏運用在：環境狀況突變時的應急照明與多功能聯動應用模式、特殊人群的呵護照明與定位跟蹤的模式、LED 顯示屏的多用途模式和道路交通狀況反應模式。環境監測設備 環境監測設備安裝在距離地面 1.5 米左右的地方。能夠采集到周圍環境的污染情況，比如 PM2.5，二氧化硫濃度等數據，并分析得到一個相對準確的數據顯示在 LED 顯示屏上。環境監測設備包括：“溫度傳感器”、“煙霧傳感器”、8、“瓦斯傳感器”、“PM2.5 傳感器”、“紅外熱敏傳感器”等。環境監測設備運用在：智慧照明調光模式和環境狀況突變時的應急照明與多功能聯動應用模式。RFID 讀頭 在智慧型多功能路燈大規模布局以后，只需要在我們需要的對象上如小孩、老人、汽車等放置一個 RFID 貼片。RFID 讀頭就可以讀取相關的信息，并且根據檢測到的情況對智慧型多功能路燈上的各個功能進行聯動來實現需要的動作。RFID 讀頭運用在：特殊人群的呵護照明與定位跟蹤的模式和道路交通狀況反應模式。按鈕和麥克風 麥克風和按鈕安置在距離地面 1 米的地方，當發生緊急情況時，按住按鈕即可接通處理中心并且通話。麥克風和按鈕運用在：環境狀況突變時9、的應急照明與多功能聯動應用模式、LED 顯示屏的多用途模式和道路交通狀況反應模式。4 圖1 智慧型多功能路燈架構 整個智慧型多功能路燈有兩種通信方式：無線和有線。其中無線為 GPRS 模式，GPRS 模式雖然傳輸速度比較慢，但是成本很低。有線通信方式為電力線載波通訊。1.2 適應物聯網融合的層次結構適應物聯網融合的層次結構 智慧型多功能路燈是整個智慧城市的核心部分，特別是可有效融入未來智慧城市的物聯網體系中，故我公司依據物聯網分層結構設計原則來確立智慧型多功能路燈的三層結構，即：感知層、網絡層、應用層。其對應的分層結構圖如圖 2所示，其中感知層顧名思義就是感知外界環境的變化，智慧型多功能路燈就10、具有這樣的功能，它能感知人流車流、空氣環境的變化，并且通過有線電力線載波通5 訊方式或者無線 GPRS 的方式傳輸到網絡層；網絡層定義為傳輸數據和信息的層，它直接接入互聯網，信息在這里得到傳輸和共享；在網絡層之上，將應用層定義為對感知信息做出的反應，感知層采集到的信息通過網絡層特定的傳輸到一個大數據的處理中心，處理中心對數據進行分析處理后針對性的發送指令給特定的地方，比如環境監測設備采集到的數據發送給環境監測中心，監測中心根據得到的數據以廣播電視或者短信的方式提示大家。應用層網絡層感知層RFIDPLCGPRS 圖2 智慧型多功能路燈的分層結構 1.3 高效的分布型管理系統高效的分布型管理系統 11、智慧型多功能路燈的分布型管理系統組成如圖 3 所示，其將若干組智慧型多功能路燈分為一個管理組，由一個信息采集設備采集它們的信息。智慧型多功能路燈和信息采集設備之間可以通過有線電力線載波通訊方式或者無線 GPRS 的方式傳輸信息。信息采集設備采集到的信息經由路由器發送到處理中心，處理中心是管理一定區域內智慧型多功能路燈的總控制站。處理中心對數據收集分析之后會將有用的信息分類發送給各個應用中心，如：環境監測中心會收到處理中心發來的環境監測指標，交通控制中心會收到處理中心發來的車流人流實時情況，廣播電視會收到處理中心發來的預警或者廣告信息，應用中心還會安裝一個大屏幕來顯示實時的道路情況或者監控畫面等12、等。整個城市的智慧型多功能路燈在這6 樣的管理系統組織模式下能夠形成基于物聯網、服務于物聯網的智慧型系統，是打造智慧城市的主要環節。圖3 智慧型多功能路燈的分布型管理系統 2.智慧型多功能路燈的應用模式設計智慧型多功能路燈的應用模式設計 目前市場上所出現的，或本領域正在研發的大量多功能路燈，主要運行于單一功能堆積的應用形態。三思公司推出的智慧型多功能路燈完全擺脫了這一應用形態。真正向智慧型的方向大大邁出了堅實的一步。智慧型多功能路燈將依據自身所具有的獨特的應用模式展開多功能聯動性的工作。2.1 智慧照明調光模式設計智慧照明調光模式設計 在這種應用模式下，主要應用到“LED 可調光照明燈”、“光13、敏傳感器”、“時鐘模塊”、“環境監測設備”（“溫度傳感器”）等。其對應有三種基本的調光模式：7 圖4 智慧照明調光模式 亮度時間聯動調光模式 由“光敏傳感器”感應到環境自然光照度的變化來自動調節“LED 可調光照明燈”的亮度變化。同時，這一亮度變化并非是單向性的，即并非是環境自然光照度越暗燈越亮；其是會依據一天時間區間的不同，實現雙向性的燈亮度變化，即在白天 5:3017:30 的時間區間內，根據環境自然光照度變暗而燈光變亮，在夜晚22:305:00 的時間區間內，根據環境自然光照度變暗燈光反而變暗。根據不同地區、不同時節的變化，時間區間的設定是可變的 溫度調光模式 溫度調光模式是由“環境監測14、設備”的“溫度傳感器”感應到外界季節溫度的變化，改變“LED 可調光照明燈”的色度與色溫，從而讓“LED 可調光照明燈”發出的光線更柔和更接近自然的顏色。特殊調光模式 特殊調光模式是根據節假日的應景需求，改變“LED 可調光照明燈”的色彩、色度與色溫，來配合符合節日的氣氛。當出現特殊或者緊急狀況時，“LED 可調光照明燈”也會亮起紅燈并閃爍以示警告。2.2 環境狀況突變時的應急照明與多功能聯動應用模式設計環境狀況突變時的應急照明與多功能聯動應用模式設計 在這種應用模式下，主要應用到“GPRS 模塊”、“LED 可調光照明燈”、“攝像機”、“揚聲器”、“LED 顯示屏”、“麥克風”、“環境監測設15、備（“溫度傳感器”、“煙霧傳感器”、“瓦斯傳感器”、“PM2.5 傳感器”、“紅外熱敏傳感器”）”、等。其對應有四種基本的應用模式：8 圖5 應急照明與多功能聯動應用模式 瓦斯泄漏模式 當“環境監測設備”的“瓦斯傳感器”檢測到瓦斯濃度超標時，“LED 可調光照明燈”會亮起紅燈并閃爍以示警告；同時，“揚聲器”會鳴笛警告，并通知人員疏散；“LED 顯示屏”也會顯示瓦斯濃度超標、警告、人員疏散等提示信息。此外，“GPRS 模塊”會及時的將信息發送給處理中心并聯動的推送信息給消防大隊，周圍人群也會收到短信提示不要進入前方區域等字樣的提醒。火警模式 當“環境監測設備”的“溫度傳感器”、“煙霧傳感器”和“16、紅外熱敏傳感器”檢測到火災發生時，“LED 可調光照明燈”會亮起紅燈并閃爍以示警告；同時，“揚聲器”會鳴笛警告，并通知人員疏散；“LED 顯示屏”也會顯示火災警告、人員疏散等提示信息。此外，“GPRS 模塊”會及時的將信息發送給處理中心并聯動的推送信息給消防大隊，周圍人群也會收到短信提示不要進入前方區域等字樣的提醒。“攝像機”在這個時候也會啟動，并在多個“LED 顯示屏”上顯示火災內部的情況來協助消防人員滅火。PM2.5 超標模式 當“環境監測設備”的“PM2.5 傳感器”檢測到 PM2.5 超標時，“揚聲器”會不定時的播報當前的 PM2.5 指標，并通知老幼身體較弱者減少室外活動；“LED 17、顯示屏”也會顯示 PM2.5 的濃度等提示信息。此外，“GPRS 模塊”會將信息發送給處理中心并推送信息給環境監測中心。9 緊急呼叫模式 當出現特殊情況如老人突發疾病或者身體不適時，按下智慧型多功能路燈上的緊急按鈕就會連接處理中心的人員，基于“麥克風”和“揚聲器”可以實現語音通話。同時，“攝像機”會根據突發情況調整拍攝位置以實現對對象的實時監控。此外，“GPRS 模塊”會將信息發送給處理中心并聯動的推送給醫院。2.3 特殊人群的呵護照明與定位跟蹤的模式設計特殊人群的呵護照明與定位跟蹤的模式設計 在這種應用模式下，主要應用到“GPRS 模塊”、“LED 可調光照明燈”、“攝像機”、“揚聲器”、“18、RFID 讀頭”、“LED 顯示屏”等。其對應有四種基本的應用模式：圖6 特殊人群的呵護照明與定位跟蹤模式 帶有 RFID 標簽的老人、中小學生、幼童路經時的增亮及提醒模式 當“RFID 讀頭”讀到帶有 RFID 標簽的老人、中小學生、幼童路經時，“攝像機”會立即打開進行跟蹤拍攝，“LED 可調光照明燈”會增亮光照亮度。此時，“揚聲器”會播報廣播提醒路過車輛注意避讓，“LED 顯示屏”也會間斷的顯示減速慢行注意避讓等字樣。帶有 RFID 標簽的老人、中小學生、幼童路經時的信息采集模式 當“RFID 讀頭”讀到帶有 RFID 標簽的老人、中小學生、幼童路經時，“攝像機”會立即打開進行跟蹤拍攝，智19、慧型多功能路燈也會分類記錄下經過的老人、中小學生、幼童數量。同時“GPRS 模塊”將信息發送到處理中心，采集的數據用10 以分析哪里需要安裝紅綠燈哪里需要劃定斑馬線等道路設計。對帶有 RFID 標簽的老人、中小學生、幼童實時定位跟蹤模式 當有老人、中小學生、幼童失蹤或者家長需要了解孩子動向時，若“RFID 讀頭”讀到帶有 RFID 標簽的老人、中小學生、幼童路經時，“攝像機”會立即打開進行跟蹤拍攝，“GPRS 模塊”也會將實時的圖像和位置信息發送到處理中心。此外，家長需要監管孩子時，在處理中心輸入孩子的 RFID 標簽號就可以查詢到孩子的行走路線和監控畫面。災害性天氣或者空氣污染嚴重時，帶有 20、RFID 標簽的老人、中小學生、幼童路經時的語音提示模式。當出現災害性天氣或者空氣污染嚴重時，“揚聲器”會不定時的播報老幼身體較弱者減少室外活動；“LED 顯示屏”也會顯示相應的提示信息。除此之外，當“RFID 讀頭”讀到帶有 RFID 標簽的老人、中小學生、幼童路經時，“揚聲器”會特別提示回到室內躲避或者減少戶外活動等提示信息，“LED 顯示屏”也會配合“揚聲器”顯示相應的提示信息。2.4 LED 顯示屏的多用途模式設計顯示屏的多用途模式設計 除了上述應用模式中的應用，LED 顯示屏還有更多更為主要應用的模式。在這相應的應用模式下，主要應用到“GPRS 模塊”、“揚聲器”、“LED 顯示屏”21、“麥克風”、等，其對應有三種基本的應用模式：11 圖7 LED顯示屏的多用途模式 動態廣告推送模式“LED 顯示屏”會間斷的播出廣告，當廣告需要更換時，只要在處理中心設置廣告的內容、廣告發放的時間，處理中心就會根據設定要求通過“GPRS 模塊”向管理區域內的智慧型多功能路燈推送廣告內容。廣告內容可以是動態的，并且配合“揚聲器”播出動畫效果。國家政策與公共信息發布模式 當需要宣傳國家政策或者發布公告信息時，處理中心會根據要求通過“GPRS模塊”向管理區域內的智慧型多功能路燈推送相應內容，智慧型多功能路燈接收到信息之后，“LED 顯示屏”會立即顯示相應的國家政策與公共信息。同時“揚聲器”也會間斷22、播報相應的國家政策與公共信息。由“麥克風”語音輸入識別技術啟動的區域地圖顯示模式 當路人不知道自己具體的所處位置時，路人可以按下路燈上的按鈕，此時智慧型多功能路燈會提示你要選擇的服務，并且可以通過語音輸入識別技術來判斷。當選擇地圖服務時，“LED 顯示屏”就會顯示當前區域內的地圖。2.5 道路交通狀況反應模式設計道路交通狀況反應模式設計 在這相應的應用模式下，主要應用到“GPRS 模塊”、“揚聲器”、“LED 顯示屏”、“麥克風”、“RFID 讀頭”、“攝像機”等，其對應有兩種基本的應用模式：圖8 道路交通狀況反應模式 12 交通應急救援和堵車模式 當發生交通事故或者“RFID 讀頭”讀到車輛 RFID 標簽在短時間內過于密集時，攝像機”會立即打開進行跟蹤拍攝，“GPRS 模塊”會即時將信息發送到處理中心并聯動的推送到交通管理中心。另外，“LED 顯示屏”會間斷的顯示當前區域內擁堵的路段，并提示繞道避行；同時“揚聲器”也會播報相應的信息提示。在領近區域內的車輛用戶也會收到短信提示。擾民提醒模式 當“麥克風”接收到的聲音信號超過設定指標，也即環境噪聲在一定程度上打擾到附近居民時，“LED 顯示屏”會間斷的顯示禁鳴喇叭或者注意吵鬧等字樣；同時“揚聲器”也會播報相應的信息提示。