CN108834279B - 基于多网融合的城市照明智能管理系统及定位方法 - Google Patents

基于多网融合的城市照明智能管理系统及定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多网融合的城市照明智能管理系统及定位方法，包括远程云端服务器、灯具以及分别安装在灯具上且用于监控灯具运行的智能灯盖，所述智能灯盖内安装有NB_IOT终端，或安装有PLC电缆防盗终端，或安装有LORA终端，或安装有NB_IOT终端和PLC电缆防盗终端，或安装有LORA终端和PLC电缆防盗终端，所述NB_IOT终端或LORA终端与灯具内部线路连接，用于监控灯具的状态，所述PLC电缆防盗终端与灯具所在电缆连接，用于监控灯具所在电缆的状态；所述远程云端服务器通过NB_IOT广域网与NB_IOT终端实现网络通讯、或通过NB_IOT广域网和电力载波转NB_IOT网关与PLC电缆防盗终端实现网络通讯、或通过NB_IOT广域网和LORA转NB_IOT网关与LORA终端实现网络通讯，实现远程监控灯具。

Description

基于多网融合的城市照明智能管理系统及定位方法
技术领域
本发明涉及智慧城市照明与物联网领域，更具体地，涉及一种基于多网融合的城市照明智能管理系统及定位方法。
背景技术
随着国家逐步大力推动智慧城市的建设，传统的城市照明管理日益跟不上时代的发展。它们普遍存在如下问题：
A）大部分城市照明灯具是不具备智能管理的，既实现不了单点控制，而且维护非常麻烦，需要大量人员不断地巡查，非常耗费人工。
B）小部分城市照明具备半智能化，表现为只能群控，但不能远程知道异常灯具位置，同样不便于维护。
C）另外，还有小部分城市照明灯具具备智能化。但它的灯与灯之间通信是基于短距离局域网技术。例如：zigbee技术等。其致命缺点是：只有满足特定要求的灯具才能接入其系统。例如：灯具需要特定电气接口、天线要安装于灯杆高位等。而对于常见的传统城市照明产品的智能化升级来说，它存在非常大的技术风险以及非常高的改造成本。总之，不具备大规模推广的通用性。
发明内容
为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种能快速对灯具进行智能化管理且通用性高、成本低的基于多网融合的城市照明智能管理系统及定位方法。
为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：
基于多网融合的城市照明智能管理系统，包括远程云端服务器、灯具以及分别安装在灯具上且用于监控灯具运行的智能灯盖，所述智能灯盖内安装有NB_IOT终端，或安装有PLC电缆防盗终端，或安装有LORA终端，或安装有NB_IOT终端和PLC电缆防盗终端，或安装有LORA终端和PLC电缆防盗终端，所述NB_IOT终端或LORA终端与灯具内部线路连接，用于监控灯具的状态，所述PLC电缆防盗终端与灯具所在电缆连接，用于监控灯具所在电缆的状态；所述远程云端服务器通过NB_IOT广域网与NB_IOT终端实现网络通讯、或通过NB_IOT广域网和电力载波转NB_IOT网关与PLC电缆防盗终端实现网络通讯、或通过NB_IOT广域网和LORA转NB_IOT网关与LORA终端实现网络通讯，远程收集与管理灯具，并提供灯具的地理信息。
在本发明中，远程云端服务器主要用于远程收集与管理灯具，并提供灯具的地理信息，远程云端服务器优选基于GIS地理信息的城市灯具智能管理服务器，可以很方便在远程收集与管理灯具，并提供精准的异常灯具地理信息。
智能灯盖安装于灯具上，主要用于监控灯具的运行，本发明将智能灯盖直接安装于灯具上，相比于现有技术中将传统的灯具更换成智能灯杆的技术方案更为方便且大大节省了成本，实用性更强。
智能灯盖内安装NB_IOT终端，或PLC电缆防盗终端，或LORA终端，或NB_IOT终端和PLC电缆防盗终端，或LORA终端和PLC电缆防盗终端，并与灯具的火线、零线接通，从而通过NB_IOT终端或LORA终端对灯具监控，实现灯具的远程开关、状态查询以及防盗功能，通过PLC电缆防盗终端实现电缆的监控，防止电缆被盗或被破坏。在智能灯盖内安装各种不同的网络终端，能将其各自的优势进行优化组合，相对于单一网络，不同网络混合的网络可靠性以及性价比更高。
远程云端服务器与NB_IOT终端或电力载波转NB_IOT网关或LORA转NB_IOT网关之间通过NB_IOT广域网实现网络通讯，NB_IOT广域网又名为窄带物联网，是万物互联网的一个重要分支，NB_IOT广域网构建于蜂窝网络，能对网络进行高效连接，具有覆盖广、连接多、速率快、部署成本低、低功耗和架构优的有益效果。
网关，又称网间连接器、协议转换器，用于连通终端和远程云端服务器，实现网络稳定运行以及网络间正常通讯。电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术，具有不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递的有益效果。
进一步地，所述远程云端服务器包括总服务器和至少一个城市区域控制器，所述总服务器通过以太网与城市区域控制器实现信号互传，所述城市区域控制器通过NB_IOT广域网与其所在区域内的NB_IOT终端或电力载波转NB_IOT网关或LORA转NB_IOT网关或基站实现信号互传，或由基站与其所在区域内的NB_IOT终端或电力载波转NB_IOT网关或LORA转NB_IOT网关实现信号互传，或由电力载波转NB_IOT网关与PLC电缆防盗终端实现信号互传，或由LORA转NB_IOT网关与LORA终端实现信号互传，进而监控灯具以及电缆的运行。
总服务器用于向城市区域控制器发送信号或接收城市区域控制器传输过来的信号，城市区域控制器用于将总服务器传输过来的信号处理后传输给其所在区域内的NB_IOT终端或PLC电缆防盗终端或LORA终端；或将其所在区域内的NB_IOT终端或PLC电缆防盗终端或LORA终端的传输过来的信号处理后传输给总服务器，进而监控灯具的运行。
进一步地，所述城市区域控制器包括MCU控制模块、无线收发模块、Flash数据存储模块电路和网络数据转换模块电路，所述MCU控制模块分别与无线收发模块、Flash数据存储模块电路和网络数据转换模块电路连接，用于负责网络数据的处理和电路控制，所述无线收发模块主要负责对MCU控制模块的网络数据进行无线接收或发送；所述网络数据转换模块电路主要负责对以太网数据的接收和发送，并将以太网数据传输给MCU控制模块或将MCU控制模块的数据通过以太网发送；所述Flash数据存储模块电路主要负责存储城市区域控制器查询到的灯具相关信息以及相关维护日志。
进一步地，所述城市区域控制器还包括交流开关电源、滤波电路、电压转换模块、输入隔离变压器和输出隔离变压器，所述交流开关电源、滤波电路和电压转换模块依次连接，所述电压转换模块分别连接无线收发模块、MCU控制模块以及Flash数据存储模块电路，所述交流开关电源与外部电路连接，用于将100~240V高压转换成5V低压，作为城市区域控制器的第一级供电来源，分别供给滤波电路和电压转换模块使用，所述电压转换模块将5V电压转换成3.3V电压，作为城市区域控制器的第二级供电来源，分别供给无线收发模块、MCU控制模块以及Flash数据存储模块电路使用；所述输入隔离变压器和输出隔离变压器分别与网络数据转换模块电路连接，主要负责对以太网通信电气隔离。
进一步地，所述智能灯盖内侧边缘环绕安装有天线，所述天线与智能灯盖内的NB_IOT终端，或PLC电缆防盗终端，或LORA终端，或NB_IOT终端和PLC电缆防盗终端，或LORA终端和PLC电缆防盗终端信号连通，用于增强智能灯盖内终端的发送信号和接收信号，所述智能灯盖内侧边缘设有用于安装天线的线槽。
本发明中，智能灯盖采用了天线与灯盖一体化设计，将天线融入智能灯盖内的边缘处，这种无线天线的安装方式具有简单、方便且容易安装的有益效果。进一步地，智能灯盖内的信号源电路上设计了信号放大器，有利于进一步增强信号增益效果。进一步地，在信号频段的选择方面，优选绕射能力强的中低频信号，有利于达到信号增益的效果；例如，选择频率为小于1GHz的中低频信号，而不是外面常见的2.4G，有利于信号增益。进一步地，在天线设计上采用柔性天线，柔性天线可以很灵活地弯曲，能便于将天线绕到灯盖边缘，增强信号的接收面积。进一步地，在灯盖的结构设计方面，放置天线的线槽采用便于信号穿透的非金属材料或在线槽处开设有暗孔，能尽量避免遮挡物对信号的阻挡，相比于传统的无线信号能有效提高信号的穿透能力。
进一步地，所述智能灯盖内设有用于安装NB_IOT终端，或安装PLC电缆防盗终端，或安装LORA终端，或安装NB_IOT终端和PLC电缆防盗终端，或安装LORA终端和PLC电缆防盗终端的容纳槽。
进一步地，所述智能灯盖的供电电路包括市电和后备电池，所述智能灯盖内设有电子开关模块，所述电子开关模块与智能灯盖内的低功耗电路连接，且电子开关模块选择性地与市电和后备电池连通，并由市电或后备电池为智能灯盖内的低功耗电路供电，所述电子开关模块与市电的连接之间设有开关电源，并通过开关电源的开闭实现市电的通断；所述低功耗电路与智能灯盖内的天线以及其他线路连接，并分别给智能灯盖内的天线和其他线路供电。
本发明中，其他线路包括安装在智能灯盖上的NB_IOT终端或PLC电缆防盗终端或LORA终端的线路，使得低功耗电路能为NB_IOT终端或PLC电缆防盗终端或LORA终端供电，保证NB_IOT终端或PLC电缆防盗终端或LORA终端正常工作。
进一步地，所述智能灯盖内还设有用于与远程控制终端通讯实现门磁报警功能的门磁传感开关，所述门磁传感开关与低功耗电路连接，并通过低功耗电路实现供电。
门磁传感开关主要用于防盗，为避免智能灯盖安装在灯具上时被他人非法打开，因此，在智能灯盖上设有门磁传感开关，所述门磁传感开关通过NB_IOT广域网与远程云端服务器实现信号传递。当智能灯盖被非法打开时，门磁传感开关会马上将报警信息传输给远程云端服务器，进而通知工作人员，实现防盗功能。
进一步地，所述PLC电缆防盗终端包括PLC发送器和PLC接收器，所述PLC接收器与远程服务终端网络通讯，所述PLC发送器通过电缆定期给PLC接收器传输数据包，所述PLC接收器根据是否接收到PLC发送器的数据包选择是否将信号传输给远程服务终端实现电缆防盗监控。
进一步地，所述PLC发送器的电路模块包括：供电电池、MCU控制电路和电力载波发送模块。所述PLC发送器的MCU控制电路与电力载波发送模块连接并实现信号互传，所述供电电池为MCU控制电路和电力载波发送模块供电。
进一步地，所述PLC接收器的电路模块包括：供电电池、MCU控制电路、电力载波接收模块和NB_IOT无线收发模块。所述电力载波接收模块与PLC发送器电力载波发送模块通过电缆连通，并通过电缆实现信号发送和信号接收。所述NB_IOT无线收发模块与远程云端服务器通过NB_IOT广域网实现网络通讯。
进一步地，所述数据包为心跳信号包，所述PLC发送器定期通过电缆将心跳信号包传输给PLC接收器，若PLC接收器在设定时间内收到心跳信号包则表示电缆线路正常，若PLC接收器在设定的时间内没有接收到心跳信号包，则表示电缆线路异常，则通过所述NB_IOT无线收发模块向远程云端服务器传输报警信号。
一种适用于上述的基于多网融合的城市照明智能管理系统的定位方法，所述系统包括远程云端服务器、灯具、分别安装在灯具上且用于监控灯具运行的智能灯盖、安装在智能灯盖内的LORA终端、用于将LORA网络转为NB_IOT网络实现网络通讯的LORA 转 NB_IOT网关，所述灯具定位方法包括以下定位步骤：
S1：以所需定位的灯具作为定位中心，选取3个定位中心周围的LORA 转 NB_IOT网关，获取所选取的3个LORA 转 NB_IOT网关的经纬度信息；
S2：计算定位中心分别与3个LORA 转 NB_IOT网关之间的距离；
S3：根据3个LORA 转 NB_IOT网关的经纬度信息以及步骤S2中计算得到3个距离信息计算出定位中心的经纬度，从而确定所需定位灯具的位置；
其中，步骤S1中，LORA 转 NB_IOT网关的经纬度信息的获取方式为：
S1-1： LORA 转 NB_IOT网关分别向附近基站多次发出请求信号，LORA 转 NB_IOT网关根据接收到的基站应答信号选取其中的 3个基站，获取所选取的基站的经纬度信息以及每个基站向该LORA 转 NB_IOT网关发出应答信号的时间；
S1-2：计算LORA 转 NB_IOT网关分别与3个基站的距离；
S1-3：根据步骤S1-2中计算得到的LORA 转 NB_IOT网关分别与3个基站的距离以及3个基站的经纬度信息，计算出LORA 转 NB_IOT网关的经纬度。
进一步地，步骤S1-1中，LORA 转 NB_IOT网关通过NB_IOT广域网分别向附近基站多次发出请求信号，LORA 转 NB_IOT网关根据接收到的基站应答信号选取其中的 3个基站，其中所选取3个基站为基站1、基站2和基站3，基站1的经纬度是（X1，Y1）；基站2的经纬度是（X2，Y2）；基站3的经纬度是（X3，Y3）；LORA 转 NB_IOT网关接收到基站1、基站2和基站3应答信号的平均时间T1、T2和T3。
进一步地，步骤S1-2中，根据距离与时间的计算公式R=T×C，分别计算出LORA 转NB_IOT网关与基站1之间的距离R1、LORA 转 NB_IOT网关与基站2之间的距离R2，以及LORA转 NB_IOT网关与基站3之间的距离R3；其中C表示电磁波传输速度，为已知常数，T表示LORA转 NB_IOT网关接收到基站1、基站2和基站3应答信号的平均时间T1、T2和T3，通过步骤S1-1计算得出。
进一步地，步骤S1-3的操作步骤包括：分别以3个基站的经纬度为圆心，以LORA 转NB_IOT网关与3个基站之间的距离为半径作圆，得到3个圆，所述3个圆的交汇点即为LORA转 NB_IOT网关的位置；根据3个基站与LORA 转 NB_IOT网关的计算公式
Figure 336082DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 584661DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 448712DEST_PATH_IMAGE006
，计算出LORA 转 NB_IOT网关的经纬度（X，Y）。
进一步地，步骤S2中，定位中心分别向3个LORA 转 NB_IOT网关发出LORATM数据包，计算LORATM数据包的传输时间T，通过LORATM数据包的传输时间T与距离R的关系公式R=T×C，分别计算出定位中心与3个LORA 转 NB_IOT网关之间的距离，其中， C表示电磁波传输速度，为已知常数。
进一步地，步骤S2中，LORATM数据包的传输时间T等于前导码时间与有效负载时间之和，其中，前导码时间Tpreamble通过关系公式
Figure 242179DEST_PATH_IMAGE008
计算，有效负载时间Tpayload等于符号周期Ts乘以有效负载符号数payloadSymNb。其中，Npreamble 表示已设定的前导码长度，其值来自寄存器上的RegPreambleMsb和RegPreambleLsb位，Ts表示符号周期，根据符号速率Rs与符号周期Ts的关系
Figure 533483DEST_PATH_IMAGE010
计算得出。其中，符号速率Rs通过与信号带宽的关系BW=Rs×(1+α)计算得出。其中，α表示低通滤波器的滚降系数，BW表示信号带宽，均为已知常数。有效负载符号数payloadSymNb通过计算公式
Figure 269358DEST_PATH_IMAGE012
计算得出。其中，PL表示有效负载的字节数，使用报头时，H=0；没有报头时，H=1；当LowDataRateOptimize位设置为1时，DE=1；否则DE=0；CR表示编码率，取值范围为1-4；SF表示扩频因子，CR表示编码率，均为已知常数。
进一步地，步骤S3中，分别以3个LORA 转 NB_IOT网关的经纬度为圆心，以定位中心与3个LORA 转 NB_IOT网关之间的距离为半径作圆，得到3个圆，所述3个圆的交汇点即为定位中心的位置；通过定位中心与3个LORA 转 NB_IOT网关之间的位置关系
Figure 937100DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 809241DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 271446DEST_PATH_IMAGE018
，计算出所需定位的灯具的经纬度（x，y），其中，（xi，yi）、（xj，yj）、（xk，yk）分别为3个LORA 转 NB_IOT网关的经纬度信息，Ri、Rj和Rk分别为定位中心与3个LORA 转 NB_IOT网关之间的距离。
现有技术中通过GPRS技术定位出灯具的位置，但其需要在每个灯具上安装GPS定位模块，成本非常高，且容易受到信号强弱的限制，在网络信号较弱的地方，无法使用GPRS定位技术定位出灯具的位置。而本发明提供的定位算法无需安装GPS定位模块，大大节省了成本，且其先通过基于NB_IOT蜂窝网络的基站获得LORA 转 NB_IOT网关的经纬度信息，再通过LORA 转 NB_IOT网关的相对位置，根据相关算法计算出所需定位的灯具的经纬度，此方法不容易受限于信号的强弱，在信号较差的地方同样适用。
对于设置了NB_IOT终端或PLC电缆防盗终端的灯具，其定位方法可选择以上的定位方法，也可直接由基站一步定位到NB_IOT终端或PLC电缆防盗终端，从而定位出所需的灯具位置。优选地，由于NB_IOT终端或PLC电缆防盗终端所在的网络信号较强，可选择直接由基站一步定位到灯具所在的NB_IOT终端或PLC电缆防盗终端的定位方法。
与现有技术比较，本发明具有以下有益效果：
（1）能对户外常见的灯具进行快速智能化升级，对灯具不需特定要求，例如不需要特定接口，本发明的智能灯盖可安装于低位，且信号不会受到影响，通用性高。
（2）本发明采用智能灯盖代替传统的智能灯具，智能灯盖直接安装于灯具上，无需更换灯具，大大节省了安装成本。
（3）本发明对灯具的定位采用了用于确定LORA 转 NB_IOT网关位置的NB_IOT蜂窝网络基站定位法以及用于确定灯具位置的LORA无线定位法，通过分级定位确定灯具的位置，相对于传统的GPRS定位方法，本发明有效解决了在偏远位置信号较差时，无法通过GPRS确定出灯具位置的情况。
（4）本发明提供的城市照明智能管理系统及方法能有效对灯具进行智能化升级，智能化升级后的灯具包括但不限于以下功能：远程灯具开关控制、远程灯具状态查询、防盗监控、灯具图形化界面管理、多种灯具控制模式以及路灯环境信息采集。
附图说明
图1为本发明的系统总框图。
图2为本发明远程云端服务器的构造图。
图3为本申请城市区域控制器的原理框图。
图4为本申请智能灯盖的立体图。
图5为本申请智能灯盖的俯视图。
图6为本申请智能灯盖与灯具连接的示意图。
图7为本申请智能灯盖的供电电路结构示意图。
图8为本申请PLC电缆防盗终端电路原理框图。
图9为本申请定位算法流程图。
图10为本申请定位LORA 转 NB_IOT网关的示意图。
图11为本申请三点定位示意图。
图12为本申请定位灯具的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细地说明。
实施例
如图1所示，基于多网融合的城市照明智能管理系统，包括远程云端服务器、灯具以及分别安装在灯具上且用于监控灯具运行的智能灯盖，所述智能灯盖内安装有NB_IOT终端，或安装有PLC电缆防盗终端，或安装有LORA终端，或安装有NB_IOT终端和PLC电缆防盗终端，或安装有LORA终端和PLC电缆防盗终端，根据工程现场实际情况，灵活使用不同的终端进行组合，从而达到成本与性能的最优化。所述NB_IOT终端或LORA终端与灯具内部线路连接，用于监控灯具的状态，所述PLC电缆防盗终端与灯具所在电缆连接，用于监控灯具所在电缆的状态；所述远程云端服务器通过NB_IOT广域网与NB_IOT终端实现网络通讯、或通过NB_IOT广域网和电力载波转NB_IOT网关与PLC电缆防盗终端实现网络通讯、或通过NB_IOT广域网和LORA转NB_IOT网关与LORA终端实现网络通讯，远程收集与管理灯具，并提供灯具的地理信息。
如图2所示，所述远程云端服务器包括总服务器和至少一个城市区域控制器，所述总服务器通过以太网与城市区域控制器实现信号互传，所述城市区域控制器通过NB_IOT广域网与其所在区域内的NB_IOT终端或电力载波转NB_IOT网关或LORA转NB_IOT网关或基站实现信号互传，或由基站与其所在区域内的NB_IOT终端或电力载波转NB_IOT网关或LORA转NB_IOT网关实现信号互传，或由电力载波转NB_IOT网关与PLC电缆防盗终端实现信号互传，或由LORA转NB_IOT网关与LORA终端实现信号互传，进而监控灯具以及电缆的运行。
如图3所示，所述城市区域控制器包括MCU控制模块、无线收发模块、Flash数据存储模块电路和网络数据转换模块电路，所述MCU控制模块分别与无线收发模块、Flash数据存储模块电路和网络数据转换模块电路连接，用于负责网络数据的处理和电路控制，所述无线收发模块主要负责对MCU控制模块的网络数据进行无线接收或发送；所述网络数据转换模块电路主要负责对以太网数据的接收和发送，并将以太网数据传输给MCU控制模块或将MCU控制模块的数据通过以太网发送；所述Flash数据存储模块电路主要负责存储城市区域控制器查询到的灯具相关信息以及相关维护日志。
所述城市区域控制器还包括交流开关电源、滤波电路、电压转换模块、输入隔离变压器和输出隔离变压器，所述交流开关电源、滤波电路和电压转换模块依次连接，所述电压转换模块分别连接无线收发模块、MCU控制模块以及Flash数据存储模块电路，所述交流开关电源与外部电路连接，用于将100~240V高压转换成5V低压，作为城市区域控制器的第一级供电来源，分别供给滤波电路和电压转换模块使用，所述电压转换模块将5V电压转换成3.3V电压，作为城市区域控制器的第二级供电来源，分别供给无线收发模块、MCU控制模块以及Flash数据存储模块电路使用；所述输入隔离变压器和输出隔离变压器分别与网络数据转换模块电路连接，主要负责对以太网通信电气隔离。
如图4~5所示，所述智能灯盖内侧边缘环绕安装有天线1，所述天线与智能灯盖内的NB_IOT终端，或PLC电缆防盗终端，或LORA终端，或NB_IOT终端和PLC电缆防盗终端，或LORA终端和PLC电缆防盗终端信号连通，用于增强智能灯盖内终端的发送信号和接收信号，所述智能灯盖内侧边缘设有用于安装天线的线槽。所述智能灯盖内设有用于安装NB_IOT终端，或安装PLC电缆防盗终端，或安装LORA终端，或安装NB_IOT终端和PLC电缆防盗终端，或安装LORA终端和PLC电缆防盗终端的容纳槽2。
本实施例中，智能灯盖采用了天线与灯盖一体化设计，将天线1融入智能灯盖内的边缘处，这种无线天线的安装方式具有简单、方便且容易安装的有益效果。智能灯盖内的信号源电路上设计了信号放大器，有利于进一步增强信号增益效果。在信号频段的选择方面，选择绕射能力强的频率为小于1GHz的中低频信号，有利于达到信号增益的效果；在天线设计上采用柔性天线，柔性天线可以很灵活地弯曲，能便于将天线绕到灯盖边缘，增强信号的接收面积。在灯盖的结构设计方面，放置天线的线槽采用便于信号穿透的非金属材料或在线槽处开设有暗孔，能尽量避免遮挡物对信号的阻挡，相比于传统的无线信号能有效提高信号的穿透能力。
如图6所示，智能灯盖通过火线、零线与灯具连接，实现对灯具开关的控制以及防盗监控。
如图7所示，智能灯盖的供电电路包括市电和后备电池，所述智能灯盖内设有电子开关模块，所述电子开关模块与智能灯盖内的低功耗电路连接，且电子开关模块选择性地与市电和后备电池连通，并由市电或后备电池为智能灯盖内的低功耗电路供电，所述电子开关模块与市电的连接之间设有开关电源，并通过开关电源的开闭实现市电的通断；所述低功耗电路与智能灯盖内的天线以及其他线路连接，并分别给智能灯盖内的天线和其他线路供电。
所述智能灯盖内还设有用于与远程控制终端通讯实现门磁报警功能的门磁传感开关，所述门磁传感开关与低功耗电路连接，并通过低功耗电路实现供电。当智能灯盖被非法打开时，门磁传感开关会马上将报警信息传输给远程云端服务器，进而通知工作人员，实现防盗功能。
如图8所示，所述PLC电缆防盗终端包括PLC发送器和PLC接收器，所述PLC接收器与远程服务终端网络通讯，所述PLC发送器通过电缆定期给PLC接收器传输数据包，所述PLC接收器根据是否接收到PLC发送器的数据包选择是否将信号传输给远程服务终端实现电缆防盗监控。
所述PLC发送器的电路模块包括：供电电池、MCU控制电路和电力载波发送模块。所述PLC发送器的MCU控制电路与电力载波发送模块连接并实现信号互传，所述供电电池为MCU控制电路和电力载波发送模块供电。
所述PLC接收器的电路模块包括：供电电池、MCU控制电路、电力载波接收模块和NB_IOT无线收发模块。所述电力载波接收模块与PLC发送器电力载波发送模块通过电缆连通，并通过电缆实现信号发送和信号接收。所述NB_IOT无线收发模块与远程云端服务器通过NB_IOT广域网实现网络通讯。
所述数据包为心跳信号包，所述PLC发送器定期通过电缆将心跳信号包传输给PLC接收器，若PLC接收器在设定时间内收到心跳信号包则表示电缆线路正常，若PLC接收器在设定的时间内没有接收到心跳信号包，则表示电缆线路异常，则通过所述NB_IOT无线收发模块向远程云端服务器传输报警信号。
如图9所示，适用于上述的基于多网融合的城市照明智能管理系统的定位方法，所述系统包括远程云端服务器、灯具、分别安装在灯具上且用于监控灯具运行的智能灯盖、安装在智能灯盖内的LORA终端、用于将LORA网络转为NB_IOT网络实现网络通讯的LORA 转NB_IOT网关，所述灯具定位方法包括以下定位步骤：
S1：以所需定位的灯具作为定位中心，选取3个定位中心周围的LORA 转 NB_IOT网关，获取所选取的3个LORA 转 NB_IOT网关的经纬度信息；
S2：计算定位中心分别与3个LORA 转 NB_IOT网关之间的距离；
S3：根据3个LORA 转 NB_IOT网关的经纬度信息以及步骤S2中计算得到3个距离信息计算出定位中心的经纬度，从而确定所需定位灯具的位置；
其中，步骤S1中，LORA 转 NB_IOT网关的经纬度信息的获取方式为：
S1-1：网关初始化，LORA 转 NB_IOT网关通过广播方式搜索附近基站的信息，并分别向附近基站多次发出请求信号，LORA 转 NB_IOT网关根据是否收到反馈信息选择是否继续向附近基站再次发出请求信号。若收到了反馈信息，则计算收到反馈信息的时间，并向下一基站发送请求信息，直到收取到3个基站应答信号的时间；
S1-2：计算LORA 转 NB_IOT网关分别与3个基站的距离；
S1-3：根据步骤S1-2中计算得到的LORA 转 NB_IOT网关分别与3个基站的距离以及3个基站的经纬度信息，计算出LORA 转 NB_IOT网关的经纬度。
如图10所示，步骤S1-1中，LORA 转 NB_IOT网关通过NB_IOT广域网分别向附近基站多次发出请求信号，LORA 转 NB_IOT网关根据接收到的基站应答信号选取其中的 3个基站，其中所选取3个基站为基站1、基站2和基站3，基站1的经纬度是（X1，Y1）；基站2的经纬度是（X2，Y2）；基站3的经纬度是（X3，Y3）；LORA 转 NB_IOT网关接收到基站1、基站2和基站3应答信号的平均时间T1、T2和T3。
步骤S1-2中，根据距离与时间的计算公式R=T×C，分别计算出LORA 转 NB_IOT网关与基站1之间的距离R1、LORA 转 NB_IOT网关与基站2之间的距离R2，以及LORA 转 NB_IOT网关与基站3之间的距离R3；其中C表示电磁波传输速度，为已知常数，T表示LORA 转NB_IOT网关接收到基站1、基站2和基站3应答信号的平均时间T1、T2和T3，通过步骤S1-1计算得出。
如图11所示，步骤S1-3的操作步骤包括：分别以3个基站的经纬度为圆心，以LORA 转NB_IOT网关与3个基站之间的距离为半径作圆，得到3个圆，所述3个圆的交汇点即为LORA 转NB_IOT网关的位置；根据3个基站与LORA 转 NB_IOT网关的计算公式
Figure 494617DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，计算出LORA 转 NB_IOT网关的经纬度（X，Y）。
步骤S2中，定位中心分别向3个LORA 转 NB_IOT网关发出LORATM数据包，计算LORATM数据包的传输时间T，通过LORATM数据包的传输时间T与距离R的关系公式R=T×C，分别计算出定位中心与3个LORA 转 NB_IOT网关之间的距离，其中， C表示电磁波传输速度，为已知常数。
步骤S2中，LORATM数据包的传输时间T等于前导码时间与有效负载时间之和，其中，前导码时间Tpreamble通过关系公式
Figure DEST_PATH_IMAGE021
计算，有效负载时间Tpayload等于符号周期Ts乘以有效负载符号数payloadSymNb。其中，Npreamble表示已设定的前导码长度，其值来自寄存器上的RegPreambleMsb和RegPreambleLsb位，Ts表示符号周期，根据符号速率Rs与符号周期Ts的关系
Figure 871110DEST_PATH_IMAGE010
计算得出。其中，符号速率Rs通过与信号带宽的关系BW=Rs×(1+α)计算得出。其中，α表示低通滤波器的滚降系数，BW表示信号带宽，均为已知常数。有效负载符号数payloadSymNb通过计算公式
Figure 863337DEST_PATH_IMAGE012
计算得出。其中，PL表示有效负载的字节数，使用报头时，H=0；没有报头时，H=1；当LowDataRateOptimize位设置为1时，DE=1；否则DE=0；CR表示编码率，取值范围为1-4；SF表示扩频因子，CR表示编码率，均为已知常数。
如图12所示，步骤S3中，分别以3个LORA 转 NB_IOT网关的经纬度为圆心，以定位中心与3个LORA 转 NB_IOT网关之间的距离为半径作圆，得到3个圆，所述3个圆的交汇点即为定位中心的位置；通过定位中心与3个LORA 转 NB_IOT网关之间的位置关系
Figure 762022DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 472489DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 216455DEST_PATH_IMAGE018
，计算出所需定位的灯具的经纬度（x，y），其中，（xi，yi）、（xj，yj）、（xk，yk）分别为3个LORA 转 NB_IOT网关的经纬度信息，Ri、Rj和Rk分别为定位中心与3个LORA 转 NB_IOT网关之间的距离。

Claims (8)

1.基于多网融合的城市照明智能管理系统，其特征在于，包括远程云端服务器、灯具以及分别安装在灯具上且用于监控灯具运行的智能灯盖，所述智能灯盖内安装有NB_IOT终端，或安装有PLC电缆防盗终端，或安装有LORA终端，或安装有NB_IOT终端和PLC电缆防盗终端，或安装有LORA终端和PLC电缆防盗终端，所述NB_IOT终端或LORA终端与灯具内部线路连接，用于监控灯具的状态，所述PLC电缆防盗终端与灯具所在电缆连接，用于监控灯具所在电缆的状态；所述远程云端服务器通过NB_IOT广域网与NB_IOT终端实现网络通讯、或通过NB_IOT广域网和电力载波转NB_IOT网关与PLC电缆防盗终端实现网络通讯、或通过NB_IOT广域网和LORA转NB_IOT网关与LORA终端实现网络通讯，远程收集与管理灯具，并提供灯具的地理信息；
所述智能灯盖的供电电路包括市电和后备电池，所述智能灯盖内设有电子开关模块，所述电子开关模块与智能灯盖内的低功耗电路连接，且电子开关模块选择性地与市电和后备电池连通，并由市电或后备电池为智能灯盖内的低功耗电路供电，所述电子开关模块与市电的连接之间设有开关电源，并通过开关电源的开闭实现市电的通断；所述低功耗电路与智能灯盖内的天线以及其他线路连接，并分别给智能灯盖内的天线和其他线路供电；
所述智能灯盖内还设有用于与远程控制终端通讯实现门磁报警功能的门磁传感开关，所述门磁传感开关与低功耗电路连接，并通过低功耗电路实现供电；所述灯具作为定位中心，通过选取3个定位中心周围的LORA转NB_IOT网关，获取所选取的3个LORA转NB_IOT网关的经纬度信息；计算定位中心分别与3个LORA转NB_IOT网关之间的距离；根据3个LORA转NB_IOT网关的经纬度信息以及3个距离信息计算出定位中心的经纬度，从而确定所需定位灯具的位置。
2.根据权利要求1所述的基于多网融合的城市照明智能管理系统，其特征在于，所述远程云端服务器包括总服务器和至少一个城市区域控制器，所述总服务器通过以太网与城市区域控制器实现信号互传，所述城市区域控制器通过NB_IOT广域网与其所在区域内的NB_IOT终端或电力载波转NB_IOT网关或LORA转NB_IOT网关或基站实现信号互传，或由基站与其所在区域内的NB_IOT终端或电力载波转NB_IOT网关或LORA转NB_IOT网关实现信号互传，或由电力载波转NB_IOT网关与PLC电缆防盗终端实现信号互传，或由LORA转NB_IOT网关与LORA终端实现信号互传，进而监控灯具以及电缆的运行。
3.根据权利要求1所述的基于多网融合的城市照明智能管理系统，其特征在于，所述智能灯盖内侧边缘环绕安装有天线，所述天线与智能灯盖内的NB_IOT终端，或PLC电缆防盗终端，或LORA终端，或NB_IOT终端和PLC电缆防盗终端，或LORA终端和PLC电缆防盗终端信号连通，用于增强智能灯盖内终端的发送信号和接收信号；所述智能灯盖内侧边缘设有用于安装天线的线槽。
4.根据权利要求1所述的基于多网融合的城市照明智能管理系统，其特征在于，所述智能灯盖内设有用于安装NB_IOT终端，或安装PLC电缆防盗终端，或安装LORA终端，或安装NB_IOT终端和PLC电缆防盗终端，或安装LORA终端和PLC电缆防盗终端的容纳槽。
5.根据权利要求1所述的基于多网融合的城市照明智能管理系统，其特征在于，所述PLC电缆防盗终端包括PLC发送器和PLC接收器，所述PLC接收器与远程服务终端网络通讯，所述PLC发送器通过电缆定期给PLC接收器传输数据包，所述PLC接收器根据是否接收到PLC发送器的数据包选择是否将信号传输给远程服务终端实现电缆防盗监控。
6.一种适用于权利要求1～5任一项所述的基于多网融合的城市照明智能管理系统的定位方法，其特征在于，所述系统包括远程云端服务器、灯具、分别安装在灯具上且用于监控灯具运行的智能灯盖、安装在智能灯盖内的LORA终端、用于将LORA网络转为NB_IOT网络实现网络通讯的LORA转NB_IOT网关，所述定位方法包括以下定位步骤：
S1：以所需定位的灯具作为定位中心，选取3个定位中心周围的LORA转NB_IOT网关，获取所选取的3个LORA转NB_IOT网关的经纬度信息；
S2：计算定位中心分别与3个LORA转NB_IOT网关之间的距离；
S3：根据3个LORA转NB_IOT网关的经纬度信息以及步骤S2中计算得到的3个距离信息计算出定位中心的经纬度，从而确定所需定位灯具的位置；
其中，步骤S1中，LORA转NB_IOT网关的经纬度信息的获取方式为：
S1-1：LORA转NB_IOT网关分别向附近基站多次发出请求信号，LORA转NB_IOT网关根据接收到的基站应答信号选取其中的3个基站，获取所选取的基站的经纬度信息以及每个基站向该LORA转NB_IOT网关发出应答信号的时间；
S1-2：计算LORA转NB_IOT网关分别与3个基站的距离；
S1-3：根据步骤S1-2中计算得到的LORA转NB_IOT网关分别与3个基站的距离以及3个基站的经纬度信息，计算出LORA转NB_IOT网关的经纬度。
7.根据权利要求6所述的基于多网融合的城市照明智能管理系统的定位方法，其特征在于，步骤S2中，定位中心分别向3个LORA转NB_IOT网关发出LORATM数据包，计算LORATM数据包的传输时间T，通过LORATM数据包的传输时间T与距离R的关系公式R＝T×C，分别计算出定位中心与3个LORA转NB_IOT网关之间的距离，其中，C表示电磁波传输速度，为已知常数。
8.根据权利要求6所述的基于多网融合的城市照明智能管理系统的定位方法，其特征在于，步骤S3中，分别以3个LORA转NB_IOT网关的经纬度为圆心，以定位中心与3个LORA转NB_IOT网关之间的距离为半径作圆，得到3个圆，所述3个圆的交汇点即为定位中心的位置；通过定位中心与3个LORA转NB_IOT网关之间的位置关系
Figure FDA0002829725910000031
Figure FDA0002829725910000032
计算出所需定位的灯具的经纬度(x，y)，其中，(xi，yi)、(xj，yj)、(xk，yk)分别为3个LORA转NB_IOT网关的经纬度信息，Ri、Rj和Rk分别为定位中心与3个LORA转NB_IOT网关之间的距离。
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