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引 言
“十三五”國家信息化規(guī)劃指出,到 2020 年,新型智慧城市建設(shè)取得顯著成效,形成無處不在的惠民服務(wù)、透明高效的在線政府、融合創(chuàng)新的信息經(jīng)濟(jì)、精準(zhǔn)精細(xì)的城市治理、安全可靠的運行體系 [1]。在政策支持下,目前智慧城市建設(shè)的硬件基礎(chǔ)已經(jīng)基本完備,智慧城市需要一個承載信息發(fā)布、信息采集、信息傳輸?shù)闹悄芄?jié)點。路燈作為城市的一項基礎(chǔ)設(shè)施隨處可見,本文通過對路燈桿進(jìn)行大數(shù)據(jù)融合,多功能擴(kuò)展,使設(shè)備真正智能起來,使城市智慧起來,實現(xiàn)城市道路照明的科學(xué)管理與綠色節(jié)能,同時推動智慧型數(shù)字城市的快速發(fā)展 [2]。
1 系統(tǒng)組成
本文提出的基于路燈的智慧型數(shù)字城市系統(tǒng)集成度更高,更便捷,只需基于原始路燈進(jìn)行整體系統(tǒng)集成,打造一個統(tǒng)一平臺,設(shè)立城市數(shù)據(jù)中心,構(gòu)建三張基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),通過分層建設(shè),達(dá)到平臺能力及應(yīng)用的可成長、可擴(kuò)充,創(chuàng)造面向未來的智慧型數(shù)字城市系統(tǒng)框架?;诼窡舻闹腔坌蛿?shù)字城市系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示。
2 基于路燈的智慧型數(shù)字城市建設(shè)
基于路燈的智慧型數(shù)字城市融合綠色環(huán)保、公共安全、無線網(wǎng)絡(luò)、智慧數(shù)字、智慧照明等技術(shù)進(jìn)行無縫系統(tǒng)集成。系統(tǒng)構(gòu)建統(tǒng)一的后臺數(shù)據(jù)平臺,利用通信消息傳輸、規(guī)范的數(shù)據(jù)格式、開放的數(shù)據(jù)接口,實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)高效交互,為城市帶來綠色、安全、互聯(lián)、智慧、光明。
系統(tǒng)可實現(xiàn)高效聯(lián)動,發(fā)現(xiàn)道路擁堵,查看相應(yīng)點位視 頻,調(diào)派最近警力,發(fā)布誘導(dǎo)信息,實現(xiàn)多圖層信息展示 ; 進(jìn)行可視化管理,實時查看設(shè)備 /人 /車狀況,實現(xiàn)實時路況電子地圖展示,同時提供豐富的數(shù)據(jù)展示與用戶體驗。
系統(tǒng)采用無線通信技術(shù),輔助電力載波通信,成本更低且更安全可靠 ;集中控制器的內(nèi)核固件采用雙備份,設(shè)備固件故障可自行修復(fù) ;集中云計算底層架構(gòu)的軟件平臺具備高可靠性、負(fù)載均衡等優(yōu)勢。設(shè)備集成外觀如圖 2 所示。
2.1 系統(tǒng)特色
系統(tǒng)利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電設(shè)施提供電力支撐,降低不可再生資源消耗,利用環(huán)境監(jiān)測設(shè)備改善大氣基礎(chǔ)環(huán)境質(zhì)量,提供多種便民服務(wù),給居民帶來更智能、綠色的室外生活。
2.1.1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電
系統(tǒng)可自動進(jìn)行發(fā)電狀態(tài)、儲電狀態(tài)、供電狀態(tài)的實時監(jiān)控,并及時做出預(yù)測響應(yīng)。
單燈控制器可依據(jù)當(dāng)天當(dāng)?shù)貧夂驍?shù)據(jù)及日照判斷標(biāo)準(zhǔn)檢測發(fā)電量是否正常 ;控制監(jiān)控站實時檢測儲電環(huán)節(jié)是否正常, 電池儲量是否能夠供給 3 天連續(xù)陰天使用 ;通過負(fù)載預(yù)先存入的用電量標(biāo)準(zhǔn)判斷負(fù)載工作狀態(tài),實時檢測供電環(huán)節(jié)是否正常,若出現(xiàn)各類發(fā) / 儲 / 供電異常,則系統(tǒng)服務(wù)中心得到數(shù)據(jù)后通知售后進(jìn)行查看維修服務(wù),在問題發(fā)生前進(jìn)行有效預(yù)防。
2.1.2 環(huán)境監(jiān)測
燈桿上安裝一系列環(huán)境監(jiān)測傳感器,利用大氣環(huán)境傳感器、溫濕度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向儀、噪聲測試儀等,對空氣PM2.5、地面溫濕度、風(fēng)速 / 風(fēng)向、噪聲等數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測, 利用無線網(wǎng)絡(luò)上傳至環(huán)境監(jiān)測部門實現(xiàn)實時準(zhǔn)確監(jiān)測與科學(xué)預(yù)測,同時可利用顯示屏顯示實時環(huán)境參數(shù)。
通過比對監(jiān)測到的環(huán)境數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設(shè)置的環(huán)境數(shù)據(jù),同時聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng),對行人等進(jìn)行檢測,在無人情況下對路面進(jìn)行灑水或旋轉(zhuǎn)噴霧,起到周邊綠化帶智能灌溉及局部灰塵抑制的效果 [3]。
2.1.3 便民服務(wù)
燈桿上設(shè)置便民充電樁,利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電存儲的電能為行人提供路邊便攜式充電。
2.2 安全防范
在監(jiān)控攝像機(jī)和 4G 網(wǎng)絡(luò)支持下,實現(xiàn)報警 - 監(jiān)控 - 定位追蹤 - 指揮 - 處置全部流程。系統(tǒng)通過以下手段實現(xiàn)社會公共安全防護(hù)。
2.2.1 多途徑、不間斷監(jiān)控
在固定攝像機(jī)或通信線損壞的情況下,基于自建的 4G網(wǎng)絡(luò),可實現(xiàn)多途徑、不間斷監(jiān)控。
2.2.2 高清視頻監(jiān)控
全天候清晰地拍攝到路面、人、車、物的細(xì)節(jié),提供高質(zhì)量的全景圖像,記錄更大范圍、更寬場景內(nèi)的信息。
2.2.3 智能分析
通過智能分析技術(shù)進(jìn)行圍欄攀爬監(jiān)測、自動跟蹤、偷盜監(jiān)測、徘徊監(jiān)測、遺棄物監(jiān)測、非法停車監(jiān)測等。設(shè)置“無人值守”智能監(jiān)控設(shè)備,進(jìn)行人臉 / 車牌識別及人體行為分析。
2.2.4 全景監(jiān)測
利用高清全景攝像機(jī)識別出潛在的人群聚集管理問題, 可視化線索、熱區(qū)圖展示潛在的擁堵問題,異常天氣和視頻證實路況擁堵趨勢。
2.3 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)
利用路燈桿自建 4G 網(wǎng)絡(luò),可與通信運營商對接,節(jié)省4G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費用,也可形成政務(wù)、警用等專網(wǎng),所有道路實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)(WiFi)全地域覆蓋,打造通信、互聯(lián)、物聯(lián)三張網(wǎng)絡(luò)。
2.3.1 大型活動保障
系統(tǒng)適用于會議、交易會、比賽、博覽會等臨時性大型活動。
無需臨時布線, 只要在新聞中心、場館內(nèi)布放 AP 及CPE,將 TD-LTE 轉(zhuǎn)換成 WiFi 信號,即可靈活簡便地架設(shè)無線上網(wǎng)熱點。
新聞記者及觀眾進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)訪問、內(nèi)容上傳及下載、精彩內(nèi)容回顧等,即時消息、報道、視頻亦可下發(fā)到場館內(nèi)外顯示屏,實現(xiàn)信息無縫鏈接。
通過連接 WiFi 的設(shè)備數(shù)量可獲得附近區(qū)域總?cè)藬?shù),并實時上報交管部門部署警力,防止踩踏事件及交通擁堵等事故發(fā)生。
2.3.2 視頻監(jiān)控手機(jī)查看
統(tǒng)一支撐平臺支持手機(jī) WAP 及手機(jī)客戶端觀看。
2.3.3 RFID 設(shè)備管理
通過在路燈及其附屬設(shè)備上使用 RFID 電子標(biāo)簽可實現(xiàn)設(shè)備精細(xì)化管理,并將這些數(shù)據(jù)通過 4G 數(shù)據(jù)通道傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫,設(shè)備管理人員可即時了解相關(guān)信息并進(jìn)行管理。
2.3.4 電子公告牌顯示
電子公告牌安裝在燈桿上,帶有 LED 顯示屏,內(nèi)置無線接收模塊,接收指揮中心發(fā)來的相關(guān)信息,依托指揮中心獲取的路面擁堵情況指導(dǎo)司機(jī)選擇最佳路線。利用無線數(shù)字發(fā)射網(wǎng)的數(shù)字電視信號或使用 4G 帶寬進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻文件傳輸,實現(xiàn)廣告或新聞播放,當(dāng)有緊急情況發(fā)生時,可通過電子公告牌發(fā)布應(yīng)急疏散信息。
2.4 智慧交通
利用高效的系統(tǒng)聯(lián)動發(fā)現(xiàn)道路擁堵,通過可視化管理, 實時查看設(shè)備 / 人 / 車狀況,同時提供豐富的數(shù)據(jù)展示和用戶體驗。
2.4.1 車輛管理
系統(tǒng)利用 RFID+ 高清視頻監(jiān)控車輛身份及行駛關(guān)鍵路徑 ;利用 TD-LTE 實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)上傳,實現(xiàn)多種基于車輛身份的定制化應(yīng)用服務(wù)。
由突擊行動轉(zhuǎn)為日常追查,大幅降低假 / 套牌車數(shù)量及危害 ;科技排查與人工追查有機(jī)配合,大幅提升肇事逃逸事件破案率 ;實時監(jiān)控車輛位置、速度、駕駛員狀況等,對突發(fā)狀況及非規(guī)定線路、時間行駛,非規(guī)定地點卸貨,碰撞 / 非法開關(guān)門等狀況進(jìn)行告警。
2.4.2 停車管理
利用 RFID 獲得精確泊位占用情況 ;利用 TD-LTE 實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)上傳,同時誘導(dǎo)信息下發(fā)。
系統(tǒng)有效緩解停車難帶來的交通擁堵,提升城市文明形 象 ;改善停車秩序,有效治理亂?,F(xiàn)象,減少車輛被盜事件 ; 泊位狀態(tài)實時監(jiān)控,實現(xiàn)分時分段精確計費,為城市規(guī)劃部 門決策提供理論與數(shù)據(jù)支撐。
2.4.3 交通擁堵預(yù)測與誘導(dǎo)
系統(tǒng)通過信息顯示屏、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交通事件應(yīng)急處理,顯示屏主要展示交通擁堵信息、警示信息、氣象信息、違章信息、道路限速信息、交通管制、宣傳標(biāo)語、政務(wù)通告、突發(fā)事件信息,便于交管部門進(jìn)行道路擁堵預(yù)測及道路疏導(dǎo)調(diào)度。對于已發(fā)生的擁堵現(xiàn)象,系統(tǒng)可對信號燈進(jìn)行配時調(diào)整,及時解決擁堵問題。
2.5 智能照明
為了響應(yīng)國家政策要求,節(jié)約能源消耗,對城市照明系統(tǒng)進(jìn)行智能化管控,提升公共照明管理,保障城市道路明亮, 節(jié)約設(shè)施運維成本,降低公共能源消耗。
2.5.1 智慧運維
高級圖像處理分析技術(shù)使每條道路及路燈環(huán)境處于實時監(jiān)控狀態(tài),在問題發(fā)生之前有效預(yù)防,提高維護(hù)人員的工作效率。
當(dāng)路燈設(shè)備出現(xiàn)異常時,設(shè)備自動發(fā)送警報至監(jiān)控中心,供監(jiān)管人員安排維修。
系統(tǒng)利用多種可視化手段展示道路路燈部署及運行情況,科學(xué)制定檢修策略,優(yōu)化維修資源,無需人工巡測,實現(xiàn)故障自動上報及精確定位,提高路燈管理人員的工作效率, 降低設(shè)備運維成本。
2.5.2 自適應(yīng)光照控制
根據(jù)天氣情況及實際光照度,自動控制燈具的開 / 關(guān)及燈具亮度。例如,在天氣不好時及時打開路燈 ;對于安裝在橋下或隧道的路燈,通過實測光強(qiáng)自動展現(xiàn)最佳亮度,提高公眾滿意度。在災(zāi)害天氣情況下使路燈更加人性化,實現(xiàn)真正的智能控制。
在夜間行人較少的情況下,自動調(diào)整該路段景觀路燈亮度。同時,在感知到有行人走過來后,能夠逐漸調(diào)亮其前進(jìn)方向的路燈。當(dāng)車輛停在路旁進(jìn)行故障維修時,路燈可給予智能化個性照明,自動提高亮度,節(jié)能又智能。
2.5.3 故障感知
該系統(tǒng)能夠通過部署在路燈上的控制器實時獲取路燈故障信息,發(fā)送故障發(fā)生的時間與位置信息,并將該信息顯示到 GIS 地圖上。
2.5.4 多終端支持
根據(jù)城市規(guī)劃合理部署綠色能源路燈,通過監(jiān)控平臺設(shè)置管理員號碼后,可采用平板電腦、手機(jī)等終端進(jìn)行開燈、關(guān)燈、調(diào)光等控制燈具的開 / 關(guān)與亮度,從而顯著延長燈具的有效壽命,減少燈具更換次數(shù),節(jié)約資源,減少有害氣體污染環(huán)境。
3 結(jié) 語
智慧路燈基于智慧型數(shù)字城市系統(tǒng)設(shè)計,將智慧路燈作為智慧城市的接入口,可以延伸至每個角落,方便各類前端感知數(shù)據(jù)融合,降低復(fù)雜性,不僅很好地解決城市資源浪費的問題,而且能夠有效推動智慧城市的發(fā)展進(jìn)程,同時使“路燈”更好地服務(wù)民生,提高城市居民的生活質(zhì)量,在城市信息化與自動化建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。
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