CN103118116A - 一种基于路灯的智慧城市物联网系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于路灯的智慧城市物联网技术，其技术特点是，包括遍布整个城市的智能路灯，无线通信网络和中央监控服务器。智能路灯用于城市道路照明和采集路灯周边的气象、环境或交通信息，通过无线通信网络与中央监控服务器进行双向通信。利用本发明，城市管理者可按照地理信息系统（Geographic Information System，GIS）的方式查询/控制网络内每一盏路灯的运行情况，实现路灯的智能化控制；另一方面，路灯上安装的智能传感模块可以采集路灯周围的信息，为城市管理和服务提供精确的、网格化的信息。

Description

一种基于路灯的智慧城市物联网系统

技术领域

本发明涉及信息技术与处理领域，尤其涉及一种基于路灯的智慧城市物联网。

背景技术

物联网是一个基于互联网、电信网和移动网络等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它将无处不在的终端设备，包括传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统以及携带无线终端的个人与车辆等，通过各种形式的网络实现互联互通。

十八大报告明确提出了2020年全面建成小康社会的主要目标，并强调走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路。智慧城市就是利用各种的感知设备和智能化系统，实现对城市管理各方面监测和全面感知，并与业务流程智能化集成，继而主动做出响应，促进城市各个关键系统和谐高效地运行。物联网是智慧城市建设的一个重要基石和环节。

然而，在智慧城市物联网的具体实施中，面临着以下两个关键技术问题：（1）物联网传感器节点的供电问题；（2）物联网传感器节点的网络通信问题。尽管目前存在着许多关于这两个问题的解决方案，例如，采用能量收集方法来为传感器节点收集能源，又或者采用超低功耗的芯片来延长传感器的工作寿命，然而，这些方法都面临着能量需求和供给的缺口问题，将在很长一段时间内仅仅停留在学术研究的水平。

发明内容

为了解决上述的技术问题，提出了一种基于路灯的智慧城市物联网。该物联网包括：遍布全市的智能路灯，无线通信网络和中央监控服务器。

所述的智能路灯，装备有智能传感模块和无线通信模块。其中智能传感模块用于感知周围环境条件和实现故障诊断；无线通信模块实现路灯之间组网和通信。

所述的无线通信网络，用于路灯之间组网和通信，并且与中央监控服务器通信。

所述的中央监控服务器，监控中心可按照地理信息系统（Geographic Information System, GIS）的方式查询/控制网络内每一盏路灯的运行情况，实现路灯的智能化控制；另一方面，路灯上安装的智能传感模块可以采集路灯周围的信息，为城市管理和服务提供精确的、网格化的信息。

所述的智能传感模块包括温度传感器、光照度传感器、集成化风速/风向传感器等，可以提供城市道路的精确的气象信息。

所述的智能传感模块还包括噪声传感器、交通流量传感器等，可以提供城市道路的精确的交通信息。

所述的无线通信模块可以采用Zigbee无线通信协议，通过自组织和无线线路的功能可以提供多个数据通路。当最优路径出现故障时，冗余的其他通路提供相应的路径。因此网状结构缩短了信息传输的延迟并提高了通讯网络的可靠性。

所述的无线通信网络，可以采用GRPS和3G通信网络，通过与路灯物联网中的每个Zigbee子网的路由器通信，实现对每一个路灯的寻址和通信。

本发明一方面可以使得城市的路灯管理部门能够远程监控每一盏路灯，对路灯的运行状况了如指掌；另一方面，通过在路灯上加装智能传感模块，能够获得整个城市范围内精确的、网格化的气象、交通和环境等信息，为构建智慧城市提供精细的数字化信息。

附图说明

图1 是本发明的一种基于路灯的智慧城市物联网结构示意图；

图2 是本发明的智能化路灯内部功能模块示意图；

图3 是本发明的中央监控服务器的功能模块的结构示意图；

图4 是本发明的路灯远程控制功能示意图；

图5 是本发明的路灯物联网智慧城市数据处理示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步的详细描述。

本发明提供的基于路灯的智慧城市物联网100如图1所示，包括由智能化路灯101、无线通信网络102和中央监控服务器103。

其工作流程描述如下：智能化路灯101中的每个路灯，获取当前位置的气象、环境或交通等信息，通过无线通信网络102，发送到中央监控服务器103上；另一方面，中央监控服务器103，也可以通过无线通信网络102，将控制指令发送到智能化路灯101中的每一盏路灯上。与现有的路灯远程控制技术不同，本发明采用Zigbee自组网的方式，实现1个Zigbee网络协调器即可控制上百盏路灯，大大降低了路灯网络的运行成本；另外，路灯作为物联网传感器的节点，可以实现城市中有路灯的地方就可获得传感器信息，为城市管理提供精细化的信息。

如图2所示，所述的智能化路灯101，包括：温度传感器201，用于采集周围环境的气温；照度传感器202，用于采集周围环境的光照；集成化的风速/风向传感器203，用于采集周围环境的风速/风向；中央处理单元203，用于采集、控制和处理各种传感器的信息；无线通信模块205，用于实现与通信网络的交互；以及路灯必备的电源驱动模块206等。显而易见，本物联网传感器平台还可以根据具体应用需求，集成其他的传感器204。

所述温度传感器201可以是DS18B20单线智能温度传感器。该传感器采用“单线”总线技术，通过串行接口可以直接输出被测温度值的数字信号，体积小巧，应用简便。它的测温范围是-55―+125℃。

所述照度传感器202可以是LXl970可见光亮度传感器。它是一种能实现人眼仿真的集成化传感器，峰值发光波长为520 nm，非线性误差小，重复性好。

所述集成化风速/风向传感器203可以是一种集成化的固态硅基风速传感器。这种传感器采用微电子工艺加工制备，在芯片上集成了硅电阻加热元件和温度传感器，通过测量温度梯度来计算出风速和风向，风速检测范围是0.1-25m/s，误差为0.5m/s。

所述的无线通信模块205可以是一种Zigbee无线通信模块。多个Zigbee无线通信模块可以采用网状网的拓扑结构建立数百个路灯之间的自组织网络。它是一种高可靠性的AdHoc网络（一种无中心自组织的多跳无线网络），与集群树状网不同的是，具有路由功能的节点之间可以进行通讯，从而网状网通过自组织和无线线路的功能可以提供多个数据通路。当最优路径出现故障时，冗余的其他通路提供相应的路径。因此网状结构缩短了信息传输的延迟并提高了通讯网络的可靠性。

所述无线通信网络102可以是无线局域网络、无线移动网络中的通用分组无线业务GPRS、第三代无线通信网络3G或第四代无线通信网络4G，用于实现物联网传感器信息的上行和下行传输。

如图3所示，中央监控服务器103包括：物联网信息接收模块301，用于接收路灯物联网节点的传感器信息；路灯物联网信息处理模块302，用于处理接收到的物联网节点的传感器信息；路灯物联网信息存储模块303，用于存储关键的物联网信息；路灯物联网信息显示模块304，用于采用合适的形式把数据显示给城市管理者。

路灯物联网信息处理模块302包括以下功能：

显示城市中每一盏路灯的运行状态，包括正常、警告和故障等工作状态；另外，还可以对每一盏路灯进行远程的控制，分为自动控制和手动控制两种模式。如图4所示。

 

根据路灯智能传感模块返回的信息，显示城市道路中的温度、光照、风速/风向，以及噪声和交通状况等三维地图，为城市管理提供精细化的数据。在绘制三维地图时，可以采用空间数据插值的方法，计算出路灯网络节点之间的数据。如图5所示。

本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (6)

1.一种基于路灯的智慧城市物联网，其特征在于，包括：遍布整个城市的智能路灯，无线通信网络和中央监控服务器；智能路灯用于城市道路照明和采集路灯周边的气象、环境或交通信息，通过无线通信网络与中央监控服务器进行双向通信。

2.如权利要求1所述的智能路灯，装备有智能传感模块和无线通信模块；其中智能传感模块用于感知周围环境条件和实现故障诊断；无线通信模块实现路灯之间组网和通信。

3.如权利要求2所述的智能传感模块，包括温度传感器、光照度传感器、集成化风速/风向传感器等，可以提供城市道路的精确的气象信息。

4.如权利要求2所述的智能传感模块，还包括噪声传感器、交通流量传感器等，可以提供城市道路的精确的交通信息。

5.如权利要求1所述的无线通信网络，采用Zigbee无线通信协议，通过自组织和无线线路的功能可以提供多个数据通路；当最优路径出现故障时，冗余的其他通路提供相应的路径；并且通过GPRS或者3G通信网络与中央监控服务器进行通信，实现对每一个路灯的寻址和通信。

6.如权利要求1所述的中央监控服务器，可按照地理信息系统（Geographic Information System, GIS）的方式查询/控制网络内每一盏路灯的运行情况，实现路灯的智能化控制；另一方面，路灯上安装的智能传感模块可以采集路灯周围的信息，为城市管理和服务提供精确的、网格化的信息。

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