CN105512990A - 一种基于灯联网传感器群的城市管理分析系统 - Google Patents

Abstract

<b>本发明公开了一种基于灯联网传感器群的城市运行状态数据采集系统，在城市各关键节点布设大量不同类型的传感器集群，所述传感器集群与灯联网连接，所述灯联网通过数据中心模块与大数据分析处理服务器连接。用互联网</b><b>+</b><b>的思想，将灯联网、城市级传感器群、大数据和云计算等技术有机整合，突出对城市级传感器集群数据的采集和挖掘，深入查找和探寻城市管理内涵性规律，为优化城市管理水平、预防公共安全事件、减少各类灾害事件损失，提供富含价值的决策支持。</b>

Description

一种基于灯联网传感器群的城市管理分析系统

技术领域

本发明属于灯联网数据分析技术领域，具体地涉及一种基于灯联网传感器群的城市运行状态数据采集系统以及管理分析系统。

背景技术

智慧城市：是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内各种需求做出智能响应的应用技术。

一般意义上的灯联网（InternetofLamps）的内涵，指的是将遍布城市各处的智能灯具，通过各种无线、有线的长、短距离通讯网络实现互联互通。在此基础上编制的灯控平台，主要是对管辖区域内的照明系统实现“单灯”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。灯控平台可以对灯联网上各处的智能灯具安全可控，和个性化的实时在线监测、远程控制、远程单灯调光节能、故障定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、远程调度、监视等管理和服务功能。

以某灯控平台为示例，其主要功能是实现对某线路上照明灯具的远程控制、调光配光、在线升级、状态监控、自动开关等操作，是一个公共照明领域的专业管理平台。功能专注且单一，服务目标群定位为照明管理部门。

现有关于智能灯具的控制网络，基本功能主要是局限于实现对网络内各灯具实现在线监测、远程控制和远程单灯调光节能等管控一体化功能。这从功能定位上限制了灯联网作为一种遍布城市大街小巷载体功能的最大化。特别是户外公共照明的灯联网络，是普遍分布在城市各个地点，与城市的发展栖息与共的制高点。如果能充分发挥灯联网络的潜在优势，将能产生巨大的社会和经济效应。

现有基于灯联网络的灯控平台，是以实现应用为第一目的，“重应用、轻数据、缺分析”的特点比较显著，其功能定位缺点有以下几个方面：

一是软件服务对象单一，仅限于城市照明管理部门。

二是软件功能局限于对智能灯具的运营监控，仅限于实现对灯具的远程在线监控即可。

三是数据分析能力薄弱，对系统各类数据只能实现常规的数据报表计算，不能实现对综合性数据的系统而深入的分析。

四是忽视对运营数据的采集管理，对于系统运行中产生的灯具损耗数据、维修数据、亮度调光数据、能耗管理以及用户使用习惯等数据，没有纳入系统管理中。

发明内容

针对灯联网络管理平台的诸多不足，本发明目的是：提供基于灯联网传感器群的城市运行状态数据采集系统以及管理分析系统，用互联网+的思想，将灯联网、城市级传感器群、大数据和云计算等技术有机整合，突出对城市级传感器集群数据的采集和挖掘，深入查找和探寻城市管理内涵性规律，为优化城市管理水平、预防公共安全事件、减少各类灾害事件损失，提供富含价值的决策支持。

本发明的技术方案是：

一种基于灯联网传感器群的城市运行状态数据采集系统，在城市各关键节点布设大量不同类型的传感器集群，所述传感器集群与灯联网连接，所述灯联网通过数据中心模块与大数据分析处理服务器连接。

优选的，所述传感器集群包括但不限于桥梁结构健康监测传感器集群、地面变形沉降监测传感器集群、地下管线运营监测传感器集群、市政公共设施监测传感器集群、车道通行状态监测传感器集群、道路周边环境监测传感器集群、防灾减灾指标监测传感器集群。

本发明还公开了一种基于灯联网传感器群的城市运行状态数据采集系统的城市管理分析系统，包括应用模块和通用模块，所述应用模块包括智慧照明模块、智慧市政模块、感知联动模块，所述通用模块包括智慧巡检模块、智慧决策模块和数据中心模块；

智慧照明模块，用于城市路灯管理部门管理照明系统，监控照明系统的各线路运行状态，发出控制指令；管理灯具及传感器报警事件，并将报警事件发送至维护人员；用于信息采集和信息发布；对智慧照明内相关灯具/传感器数据实行大数据查询展示与初步分析；对照明系统的运行和维护策略进行设定，配置运维管理方式；

智慧市政模块，用于管理采集市政数据的传感器集群，分析评估设施的健康状态；

与智慧市政模块连接的感知联动模块，负责监视各类传感器数据状态，当超出预定界限值时，触发相关模块执行预定联动动作，用于编辑联动规则，定义触发动作；

智慧巡检模块，用于现场数据采集、故障设备提示、故障点定位、巡检路线导航、维护工单派送、维护工作签单、路灯维护部门发送移动OA；

智慧决策模块，用于对系统累积的管理维护数据进行分析，对系统能耗、费用支出、巡检历史、电表计量、街区车/人流量、市政设施状况、环境数据、防灾预警信息实现分析统计，并能综合历史和当前数据，实现对下一阶段相关信息发展趋势的分析预测；

数据中心，用于将数据上传至大数据分析处理服务器，并接收大数据分析处理服务器处理的结果，提示用户查询。

优选的，所述智慧照明模块包括智慧监控模块、报警处理模块、智慧发布模块、统计分析模块和照明配置模块；

所述智慧监控模块，用于全局性的监视各照明线路运行状态，在GIS地图上按照灯具、传感器、设备经纬度坐标值显示各设备所处地点信息，发送灯具或传感器操作指令；

所述报警处理模块，管理灯具及传感器报警事件，将相关传感器报警属性划分普通、重要、紧急、灾害不同等级，将不同的报警事件按照维护人员巡检任务范围，通过智慧巡检模块客户端派发工单，导引巡检人员至各报警点处置，并将处置回馈信息搜集入库；

所述智慧发布模块与智慧巡检模块连接，将拟发布的信息在安装在灯杆上的屏幕、微信公众号上进行展示播放，并通过安装在灯杆上的摄像头采集现场视频，运用微信公众号搜集公众意见建议；

所述统计分析模块与智慧决策模块连接，用于对智慧照明模块内灯具/传感器数据进行大数据查询展示与初步分析，包括灯具能耗、电表计量、传感器数据稳定性、灯具/传感器维护频次趋势、照明设备巡检数据分析、相关维护经费损耗的分析和处理；

所述照明配置模块，用于设定照明系统运行和维护策略，预设场景模式和时间管理计划两种无人值守的运维管理方式。

优选的，所述照明线路运行状态包括设备位置编号、灯杆编号、状态描述、光源类型、灯具类型、电源相位、灯具及传感器厂商、灯具及传感器SN串号、电流、电压、功率、光强、亮度、温度、耗电量、安装时间、总有效工作时间、连续工作时间、最近一次巡检时间、最近一次巡检人员、最近一次巡检单号及现场照片。

优选的，所述智慧监控模块还包括紧急监控模块，用于控制传感器采集数据频次按照不同报警等级进行采集数据。

优选的，所述照明配置模块包括定时调光策略配置模块、调光等级策略配置模块、光控制策略配置模块；

所述定时调光策略配置模块设置有照明控制系统的自动定时控制的一系列策略，包括巡检时间设置模块、调光时间设置模块、控台时控设置模块、单灯时控设置模块；所述巡检时间设置模块用于设定照明系统自动读取当前灯具运行状态参数的时间节点,读取设定时间节点上灯具内终端传感器的运行状态；所述调光时间设置模块用于设定日出日落时间表自动完成相关线路灯具的开关操作、亮度调级、场景运行；控台时控设置模块用于预设集中控制器不同操作的执行参数，包括时间、场景、广播/组播、改变时间，控制不同灯具按照编组形式或者线路形式执行各自不同的控灯调灯动作；单灯时控调光设置模块为用户提供每个单灯的单独操控的方法，为不同的灯具制定各自相互独立的控灯策略；

所述调光等级策略配置模块，对不同场景和调光等级对应的亮度百分比数值进行添加、修改、设置、删除操作，为照明配置中其它模块进行灯控计划预设提供不同的调光等级数值；

所述光控制策略配置模块，用于设置灯具启动亮度初始值和最终亮度上限值。

优选的，所述智慧市政模块包括桥梁结构健康监测模块、地面变形沉降监测模块、地下管线运营监测模块、市政公共设施监测模块、车道通行状态监测模块、道路周边环境监测模块、防灾减灾指标监测模块；

所述桥梁结构健康监测模块，用于桥梁部分运行状态的实时监测，对桥梁的桩基础、梁、板、面部件布设相应传感器设备，实时监测桥梁各部件的沉降、变形、错位、扭转、倾斜、振动评判指标；

所述地面变形沉降监测模块，负责对道路路面沉降状况进行实时监测，通过部署在道路各处的传感器，为用户提供当前道路变形和沉降数据；

所述地下管线运营监测模块，负责对地下管线系统运营状况进行实时监测，通过部署在管线各处的传感器，为用户提供当前地下管线状况数据；

所述市政公共设施监测模块，负责对市政公共设施服务状况进行实时监测，通过部署在窨井盖、垃圾桶、电气箱、充电桩设施上的传感器，为用户提供当前各公共设施服务状况数据；

所述车道通行状态监测模块，负责对各条城市道路通行状况进行实时监测，通过部署红绿灯状态传感器、车流量状态传感器获取道路当前车辆通行状态数据；

所述道路周边环境监测模块，负责对道路周边的环境质量状况进行实时监测；

所述防灾减灾指标监测模块，用于对各类灾害状况进行实时监测。

优选的，所述感知联动模块用于传感器数据监视服务设定、传感器联动目录、传感器数据阀值设定、传感器联动事件设定、监视视频图像识别设定。

优选的，所述通用模块还包括基础功能模块、系统设置模块、用户管理模块、设备管理模块；

所述基础功能模块用于GIS地图显示、图形界面显示以及远程维护升级，提供GPS经纬度信息接口，用于GPS导航；

所述系统设置模块用于设置基础性配置，包括属性设置、区域和场景设置、数据显示设置以及通知设置；

所述用户管理模块，用于对系统不同用户进行管理，包括系统账户浏览、用户分组管理、用户权限管理、微信/APP移动端考勤设置统计分析；

所述设备管理模块，以层状目录树或下拉菜单的形式分类显示各设备的运行状态，通过操作集中控制器进行控制。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1：本方案定位更高。目标用户不仅仅是城市照明管理部门，还将服务城市管理者和普通市民。除了采集智慧灯具上的灯具运营数据外，还将搭载了4大类的近50种传感器，采集各类城市公共环境数据，提供民生、安防、环保、交通、旅游等方面的数据集合，为城市各管理部门实施科学决策提供实时的数据支持。

：本方案数据源更广。本方案单个项目的数据来源除了智能灯具中10000多个数据源外，还包括地面沉降、桥梁沉降、管线泄漏、窨井盖、红绿灯状态判断、温湿度、分速、风向、PM2.5浓度、车流量、CO浓度、水位等多种类别，共计55种60000个，共计180000个数据源。因此，本方案数据采集点数量超过现有方案数据点数量的最少19倍。

：本方案数据量更大。与现有技术方案固定定时采集机制不同，本方案可以加密数据采集频率，以满足应急状况下城市管理部门对突发事件点附近实时数据采集的需求。现有方案一般以1小时为间隔，则一天每个传感器只有24个数据。而本方案若设定最快一分钟一次数据采样，则一天有1440个数据。若方案中有10000个智能灯具数据，以及180000个城市公共环境传感器数值，则用现有方案一天只有24*10000=240000个数据；改用本方案一天最多有1440*180000+240000=259440000个数据。对比之下，数据量增加了99%以上。

：本方案算法要求更高。为了及时存储和处理增加的海量数据，需使用高性能分布式存储、异地容灾、双机热备、云计算等加速技术，还需使用Oracle大型关系数据库、层次分析法、神经网络算法、hoop集群、R语言等先进数据处理载体，保障对海量数据的及时处理。

：本方案架构更先进。现有方案仅面对单个项目实施管理，采用心形总线架构，以上位机为网络中心，各集中控制器为中间网络层，各终端控制器为网络终端，构成终端控制器-集中控制器-上位机的三级网络结构。而本方案除了包括上述架构外，还加入了各传感器集群的管理。从整体架构上，把各个分散独立的项目平台以智慧云的方式集成为一个平台集群，用数据流将各个集群汇总到智慧云的中心枢纽上。从结构上分析，在灯联网应用环境下，是一个超越现有方案管理范围的更大管理平台。

：本方案更注重数据为中心。现有方案注重实现对灯联网的远程在线监控管理，以实现管理功能为主要目标，对于各类运维数据定位在次要位置。在互联网+和大数据的时代，这种重应用轻数据的思路，不能适应用户的新需求。因此，本方案在实现灯控管理的同时，更注重对用户使用习惯、产品运行数据、设备维保状态数据、各传感器数据、历史数据的搜集、管理和分析。从实现效果上，与现有方案最大的区别就是“数据第一、应用第二”。

：本方案拓展了城市照明边界。本方案立足于城市照明的精细化管理，综合应用城市照明监控技术、物联网单灯控制技术、地理信息系统技术、运行管理调度技术，将城市照明网形成智慧城市的感知与传输网络，对城市基础设施管理中涉及到的“人、事、物、环境”中的“物件”与“事件”按照统一标准建模，实现动态化、流程化、可视化、规模化管理，建设数字化基础设施管理应急指挥平台，运用现代信息技术全面强化城市基础设施管理职能部门对城市基础设施运行的协同管理能力；精细化监控预警能力；应急事件快速联动处置能力。从管理源头上提升城市基础设施安全专项应急管理的“测，报，防，抗，救，援”六环节能力建设。实现统一指挥，反应灵敏，功能齐全，协调有序，运转高效的应急管理目标，加之基于照明系统开发的信息化便民服务，为保障城市基础设施运行安全和打造服务型政府提供全方位支撑。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为基于灯联网传感器群的城市运行状态数据采集系统的结构示意图；

图2为本发明基于灯联网传感器群的城市管理分析系统的架构图；

图3为智慧监控模块的结构框图；

图4为报警处理模块的结构框图；

图5为智慧发布模块的结构框图；

图6为统计分析模块的结构框图；

图7为定时调光策略配置模块的结构框图；

图8为智慧市政模块的结构框图；

图9为桥梁结构健康监测模块的结构框图；

图10为桥梁结构健康监测模块的局部构件监测的结构框图；

图11为市政公共设施监测模块的结构框图；

图12为车道通行状态监测模块的结构框图；

图13为道路周边环境监测模块的结构框图；

图14为防灾减灾指标监测模块的结构框图；

图15为感知联动模块的结构框图；

图16为基础功能模块的结构框图；

图17为系统设置模块的结构框图；

图18为用户管理模块的结构框图；

图19为设备管理模块的结构框图；

图20为集中控制器指令操作模块的结构框图；

图21为环境地理传感器管理模块的结构框图；

图22为基础设施传感器管理模块的结构框图；

图23为灾情灾害传感器管理模块的结构框图；

图24为其它类型传感器管理模块的结构框图；

图25为数据中心模块的结构框图；

图26为智慧决策模块的结构框图；

图27为智慧巡检模块的结构框图。

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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例：

在城市各关键节点，如桥梁、大坝、路口、人群易聚集点等位置，布设大量不同类型的传感器集群，对与城市发展息息相关的公共照明、基础设施、环境质量、空气质量、水灾火险等事件，展开密集而持续的监控。在此基础上，将各城市级平台运维数据及时上传至大数据分析处理服务器，通过定期实施云计算和大数据分析，分析各类松散事件之间的内在逻辑联系，定期向各城市管理部门提供决策支持报告和数据，服务经济社会发展。

本平台具体设计分为各城市节点平台和大数据分析处理服务器云平台等部分，如图1所示，在城市各关键节点布设大量不同类型的传感器集群，传感器集群与灯联网连接，灯联网通过数据中心模块与大数据分析处理服务器连接。在系统运行架构逻辑上，各项目组之间相互独立，互无隶属，最大程度保持现有系统开发建设习惯不改变的同时，确保各系统之间不互相影响。在全部项目之上，建设一套中央数据收集和分析的大数据系统，以最大程度的实现大数据的集聚优势，从而可以在短期内迅速集聚相当规模的海量数据，为发掘有价值的数据资源奠定可靠的基础。

一种基于灯联网传感器群的城市管理分析系统，如图2所示，功能上可分为智慧照明、感知联动、智慧市政、智慧巡检、智慧决策和数据中心等功能模块，同时系统还需要完成地图、GPS定位导航、用户界面等基础性功能。

在上述体系中，智慧照明模块专门服务于城市路灯管理部门，包括智慧监控、报警处理、设备管理、智慧发布、智慧分析和系统配置等若干子模块。

智慧市政模块是管理桥梁变形、地下管线监测和地面沉降等市政相关的传感器数据，分析评估桥梁等设施的当前健康状态。

感知联动模块负责对包括基础设施类、环境地理信息类、灾害灾情类等各类传感器数据实施采集和初步分析，并将分析结果按照不同权属范围及等级要求发送给市民、巡检人员、管理部门，并记录可能的反馈信息。

智慧巡检模块是项目系统的移动助手，初步拟定为基于微信平台开发，能实现现场数据采集、故障设备提示、故障点定位、巡检路线导航、维护工单派送、维护工作签单、路灯维护部门移动OA等相关辅助功能。

智慧决策模块可以对系统累积的管理维护数据实现一定程度的分析，对系统能耗、费用支出、巡检历史、电表计量、街区车/人流量、市政设施状况、环境数据、防灾预警等信息实现分析统计。并能综合历史和当前数据，实现对下一阶段相关信息发展趋势的分析预测，以供用户决策参考。

系统分为应用模块和通用模块两大部分。其中应用模块是根据项目具体定位及传感器布设状况，执行具体服务功能的软件系统组成部分；通用模块则是构建项目系统服务支撑的部分，比如图形界面、数据库服务、数据挖掘与数据分析等功能。应用模块可分为智慧照明、智慧市政、感知联动三个子系统，通用模块则由基础功能、基本设置、用户管理设置、设备管理设置、数据中心、智慧决策、智慧微巡检等若干子系统组成。

应用模块由智慧照明模块、智慧市政模块、感知联动模块3个模块组成，各自功能定位及组成如下：

一是智慧照明模块：

包括智慧监控、报警处理、智慧发布、统计分析和照明配置等子模块组成，各自功能描述及示例界面如下所示：

如图3所示，智慧监控定义为全局性的监视项目当前各线路运行情况，在GIS地图上按照灯具、传感器、设备经纬度坐标值显示各设备所处地点信息。

可以显示各设备位置编号、灯杆编号、状态描述、光源类型、灯具类型、电源相位、灯具及传感器厂商、灯具及传感器SN串号、电流、电压、功率、光强、亮度、温度、耗电量、安装时间、总有效工作时间、连续工作时间、最近一次巡检时间、最近一次巡检人员、最近一次巡检单号及现场照片等状态数据，并能显示全部控制台信息。

对于具体灯具或传感器，可以直接定位，执行传感器相关操作，关灯、调光、重置等灯具指令操作自动跳转相应页面执行相应动作。监控中心还可以按照状态层状图点击状态显示相应统计概况，发送/接收巡检信息到智慧巡检模块。

为了适应城市防灾减灾辅助决策的系统定位，在智慧监控中添加紧急监控模块，使得系统采集传感器数据频次按照不同等级加快，以便能实时采集指定区域内的传感器数据，提供给决策部门使用。

如图4所示，报警处理定义为管理灯具及传感器报警事件，将相关传感器报警属性划分不同等级，如普通、重要、紧急、灾害等级别，将不同的报警事件按照维护人员巡检任务范围，通过智慧巡检客户端派发工单，导引巡检人员至各报警点处置，并将处置回馈信息及时搜集入库。

依靠智慧巡检模块优化巡检工作流程，将报警信息提示、巡检工单派发、报警点定位导航、现场处置文字图片视频信息填写上报、巡检结果跟踪审核等流程，全面整合进微信/APP移动端中，为城市管理部门提供报警处置的动态监管平台，也能为现场巡检人员提供实时显示处置结果的辅助工具。

如图5所示，智慧发布定义为利用智慧灯杆附属的灯杆屏幕、摄像头、微信公共号进行信息发布和采集的子系统。本模块可以将拟发布的图片、文字、视频信息在灯杆屏幕、微信公共号上进行展示播放，并可以通过摄像头采集现场视频，运用微信公众号搜集公众意见建议等信息。其中，微信公众号相关功能可以与智慧巡检子模块中相应功能实施数据联动，功能上互为补充。

如图6所示，统计分析定义为对智慧照明内相关灯具/传感器数据实行大数据查询展示与初步分析的子模块，包括灯具能耗、电表计量、传感器数据稳定性、灯具/传感器维护频次趋势、照明设备巡检数据分析、相关维护经费损耗等相关数据的分析和处理。本模块分析数据可以作为项目二级模块---智慧决策的数据源，参与相关的决策分析计算中，为用户运维管理提供数据支撑。

照明配置定义为对智慧照明子系统下属模块运行和维护策略进行设定，配合项目系统场景设置相关子模块实现对智慧照明子系统预设场景模式和时间管理计划两种无人值守的管理方式，预设以方便用户实施有人值守/无人值守的运维管理。具体包括定时调光策略配置、调光等级策略配置、光控制策略配置等三个子模块。

如图7所示，定时调光策略配置模块为智慧照明子系统提供项目照明控制系统自动定时控制的一系列预案，向用户提供实现基于时间管理计划无人值守的系统管理方法。按照功能划分，定时调光策略配置可以划分为巡检时间、调光时间、控台时控、单灯时控四个下属设置组成模块。

其中，巡检时间设置可以设定智慧照明系统自动读取当前灯具运行状态参数的时间节点,读取设定时间节点上灯具内终端传感器的运行状态,包括温度、照度、电压、电流等运行状态参数。

调光时间设置定义为执行项目智慧照明子系统内灯具开关、亮度调级、场景运行等指令动作，可以按照设定的日出日落时间表自动完成相关线路灯具的开关操作，还应可以实现按照划定不同局部区域内，不同线路按照不同灯具控制策略执行各自的控灯动作。日出日落时间表应能按照项目所在地的经纬度信息和运行日期，自动读取日出日落时间数据。此外还应可以实现特定场景下的灯具控制操作，比如为游行、庆典、赛事、宾客实行定制化的照明服务。

控台时控设置可以预设集中控制器不同操作的执行参数，包括时间、场景、广播/组播、改变时间等，控制不同灯具按照编组形式或者线路形式执行各自不同的控灯调灯动作。

单灯时控调光设置为用户提供每个单灯的单独操控的方法，为不同的灯具制定各自相互独立的控灯策略。它提供了预设管理方案制定的功能，可以按照时间和亮度指标，设定灯具预定动作执行内容。

调光等级策略配置模块是照明配置中的第二个子模块,可对不同场景和调光等级对应的亮度百分比数值进行添加、修改、设置、删除操作，为照明配置中其它模块进行灯控计划预设提供不同的调光等级数值。

光控制策略配置模块可以设置灯具启动亮度初始值和最终亮度上限值。在保证基本照明效果的前提下，为增加灯具的节能效果和有效使用寿命，提供灯具亮度控制的数值基础。

二是智慧市政模块：

该子系统负责监测项目内的桥梁、道路、窨井盖、管道运行等设施安全状况，通过对部属在上述设施中的各类型传感器，实时把握各设施当前的运行状况和运行数据，为感知联动模块提供精准的数据源。智慧市政子系统可以分为桥梁结构健康监测、地面变形沉降监测、地下管线运营监测、市政公共设施监测、车道通行状态监测、道路周边环境监测、防灾减灾指标监测等若干个二级子模块。具体功能划分如图8所示.

桥梁结构健康监测，该子模块负责对项目中桥梁部分运行状态的实时监测，对桥梁的桩基础、梁、板、面等关键部件布设相应传感器设备，实时监测桥梁各部件的沉降、变形、错位、扭转、倾斜、振动等评判指标，为进行桥梁健康指标评判提供数据基础。具体功能分为局部构件监测和桥梁整体监测两部分，如图9所示：

局部构件监测细分为桥梁基础监测、桥梁上部构件监测、桥面板变形振动监测、桥梁附属结构监测等组成部分，如图10所示。

地面变形沉降监测，该子模块负责对项目内道路路面沉降状况进行实时监测，通过部署在道路各处的传感器，为用户提供当前道路变形和沉降数据。

地下管线运营监测，该子模块负责对项目区域内地下管线系统运营状况进行实时监测，通过部署在管线各处的传感器，为用户提供当前地下管线状况数据。

市政公共设施监测，该子模块负责对项目区域内各市政公共设施服务状况进行实时监测，通过部署在窨井盖、垃圾桶、电气箱、充电桩等设施上的传感器，为用户提供当前各公共设施服务状况数据，如图11所示。

车道通行状态监测，该子模块负责对项目区域内各条城市道路通行状况进行实时监测，通过部署红绿灯状态传感器、车流量状态传感器获取道路当前车辆通行状态数据，为用户提供当前各道路车道通行状况数据，如图12所示。

道路周边环境监测，该子模块负责对项目区域内道路周边的环境质量状况进行实时监测，通过部署温湿度传感器、风速风向传感器、PM2.5传感器等获取道路周边当前环境质量状态数据，为用户提供当前道路周边环境质量状况数据，如图13所示。

防灾减灾指标监测，该子模块在项目区域内部署的潜在的各类灾害状况进行实时监测，通过部署温湿度传感器、风速风向传感器、PM2.5传感器等获取道路周边当前环境质量状态数据，为用户提供当前道路周边环境质量状况数据，如图14所示。

三是感知联动模块：

本模块定义为传感器数据触发系统执行不同指令动作的逻辑模块，主要功能是以系统服务的形式运行在系统后台，以监视项目各传感器数据状况，当出现超越预定界限值，就将触发软件平台相关模块执行预定联动动作，比如向主管部门发送系统状态数据，灯杆屏幕上显示报警信息，向预定负责人员发送报警信息等。

感知联动模块应支持用户对联动规则的编辑，以及对触发动作的定义功能。对于灯杆摄像头视频的处理，感知联动模块还应有对指定画面帧图像进行图像识别功能，以供用户选择调阅。

按照系统功能划分，感知联动子系统可以划分为传感器数据监视服务设定、传感器联动目录、传感器数据阀值设定、传感器联动事件设定、监视视频图像识别设定等若干子模块组成，如图15所示。

通用模块由基础功能、系统设置、用户管理、设备管理、数据中心、智慧决策、智慧巡检等7个子系统组成，各自功能定位及组成初定为以下部分组成：

一是基础功能：

该模块作为系统的基本算法，作为后台服务程序的形式而存在，在平台软件启动运行后，相关功能将作为平台基本支撑算法，为平台其它模块提供算法服务。因此，作为基本算法，该模块不需要用户进行任何基本设置，而可以自动运行。按照平台架构基础功能分析，可以分为以下基本功能：GIS地图显示、图形界面显示、GPS经纬度信息接口、远程维护升级、GPS导航等相关算法，基本组成如图16所示。

二是系统设置：

该模块负责系统基础性配置的实现，为用户提供基本的项目属性设置，包括项目名称、项目标识、项目描述、项目区域、项目场景、数据显示设置、通知设置等功能设置，基本功能如图17所示。

在区域和场景设置中，区域设置包括项目所在具体地理位置、行政区划、道路名称、道路分段、传感器类别与名称、各设备GPS坐标、各分段信息等基本信息，作为项目各设备管理的基础分类依据。

场景设置定义为灯具、传感器、设备的分类编组，为项目不同工作参数配置预设各自的工作场景名称，在此基础上，可以实施不同的灯具配光调光、传感器数据采集、设备使用配置策略，是在软件应用层面对项目内各灯具/传感器/设备实施不同的编号分组管理。类似于指令执行中的批处理命令设置，场景设置还应提供不同场景的描述编辑和设置功能，能够自由的添加场景数量，编辑不同的场景下的调光、传感器、设备运行参数。

三是用户管理：

用户管理设置为对系统不同用户进行管理，可以查询用户姓名、个人基本信息（性别、照片、联系电话、微信号码等）、所在部门、角色权限、当前状态、登录次数、每次登录时间、GPS考勤轨迹等用户轨迹。按照功能组成划分，可以分为系统账户浏览、用户分组管理、用户权限管理、微信/APP移动端考勤设置统计分析，如图18所示为某系统用户管理模块截图，可以看出基本的用户项目组成，由用户管理、添加新用户、用户分组、通讯录管理、角色定义及权限分配等相关功能。具体到本项目平台的用户管理功能，还应包括对路灯部门、市政部门、气象部门、广告发布管理部门和城市应急管理部门各自权限和使用功能的划分，不同权限范围的用户登录，会看到其权限范围内的平台功能模块。各用户之间，彼此功能互为呼应，互相联动，互相支撑。特别是以数据为中心的互联互通，应是本系统的实现目标。

四是设备管理：

如图19-24所示，设备管理定义为对项目内全部灯具/设备/传感器运行状态实施在线管理的功能模块。它以层状目录树或下拉菜单的形式分类显示当前项目中各设备的运行状态，可以直接操作集中控制器（控制台）相关功能，通过集中控制器初始化（指令类）单灯控制器、摄像头云台、灯杆屏幕、充电桩传感器、调光系数、默认亮度、上电亮度、最小调光亮度、编组号码、运维场景、设定/下载单灯/组灯/单传感器/组传感器控制计划、网络时间同步、重启灯具/集中控制器等。

其主要任务是对项目平台各类传感器/设备/灯具进行编号管理，可以编辑相关属性信息，在GIS地图上按照各传感器/设备/灯具的经纬度坐标实时位置标定，可以为用户提供按经纬度坐标查询传感器/设备/灯具的属性信息。同时，还应为智慧微巡检模块提供视野内各设备的属性信息，以方便用户进行日常的巡检维护工作。

五是数据中心：

数据中心模块定位为对整个平台的数据系统进行管理的功能模块，具体可以实现对数据库的档案管理，可以实现查询、修改、导入、导出等功能操。同时，该模块也是项目平台与“光智通”智慧平台之间的数据中转站，可以按照预先设定时间，将项目平台后台数据上传智慧平台，以供智慧平台进行大数据分析等操作。此外，还能接收“光智通”智慧平台相关研究成果，并能提示用户查阅，相关功能组成如图25所示。

六是智慧决策：

如图26所示，智慧决策模块能为用户提供基于项目平台运营数据的相关数据分析和数据挖掘的基本功能，是项目平台智慧支持的核心体现，能为用户实现基本运行状态分析、各子系统运行规律分析、设备维修规律分析等基本功能，还能为用户提供项目各设备运营阶段性经济性能的指标分析。按照功能划分，可以分为以下几个模块：桥梁结构健康诊断评估分析、地下管线运行状况评估、设备运行状态分析、照明节能效率分析、传感器运行状态分析、照明系统运维状态评估等分析模块。

七是智慧巡检：

智慧巡检模块是项目平台与用户密切交互的一个窗口，可以为用户提供便捷的维护信息和维护支持，在项目建设期间能支持数据录入、指标计算、检测资料上传等相关功能。在项目建成阶段，能在验收指标数据基础上，为用户提供相关建设前后性能评价的基本提示。在项目运营阶段，可以实时发送异常报警、报警点导航、检修点建设资料查询、运维现场定位考勤、设备当前运行指标查询、运维任务分派、设备维护结果查询审核、维护信息交互协作、维护配件分析提示等相关功能，还可以读取智慧决策模块关于维护历史数据统计分析相关结果，将潜在易报警点当前运维状态向用户发出提示报告等。在各个运维用户组内，还能提供群组内OA功能，可以实现日常办公的任务分配、资料共享、流程设置、信息发布、数据上传等功能，方便用户日常业务的管理。此外，还能根据具体运维任务，为用户提供定位导航服务，选择最优路径优化运维过程。具体功能组成如图27所示。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种基于灯联网传感器群的城市运行状态数据采集系统，其特征在于，在城市各关键节点布设大量不同类型的传感器集群，所述传感器集群与灯联网连接，所述灯联网通过数据中心模块与大数据分析处理服务器连接。

2.根据权利要求1所述的基于灯联网传感器群的城市管理分析系统，其特征在于，所述传感器集群包括但不限于桥梁结构健康监测传感器集群、地面变形沉降监测传感器集群、地下管线运营监测传感器集群、市政公共设施监测传感器集群、车道通行状态监测传感器集群、道路周边环境监测传感器集群、防灾减灾指标监测传感器集群。

3.一种基于权利要求1或2所述的基于灯联网传感器群的城市运行状态数据采集系统的城市管理分析系统，其特征在于，包括应用模块和通用模块，所述应用模块包括智慧照明模块、智慧市政模块、感知联动模块，所述通用模块包括智慧巡检模块、智慧决策模块和数据中心模块；

智慧照明模块，用于城市路灯管理部门管理照明系统，监控照明系统的各线路运行状态，发出控制指令；管理灯具及传感器报警事件，并将报警事件发送至维护人员；用于信息采集和信息发布；对智慧照明内相关灯具/传感器数据实行大数据查询展示与初步分析；对照明系统的运行和维护策略进行设定，配置运维管理方式；

智慧市政模块，用于管理采集市政数据的传感器集群，分析评估设施的健康状态；

与智慧市政模块连接的感知联动模块，负责监视各类传感器数据状态，当超出预定界限值时，触发相关模块执行预定联动动作，用于编辑联动规则，定义触发动作；

智慧巡检模块，用于现场数据采集、故障设备提示、故障点定位、巡检路线导航、维护工单派送、维护工作签单、路灯维护部门发送移动OA；

智慧决策模块，用于对系统累积的管理维护数据进行分析，对系统能耗、费用支出、巡检历史、电表计量、街区车/人流量、市政设施状况、环境数据、防灾预警信息实现分析统计，并能综合历史和当前数据，实现对下一阶段相关信息发展趋势的分析预测；

数据中心，用于将数据上传至大数据分析处理服务器，并接收大数据分析处理服务器处理的结果，提示用户查询。

4.根据权利要求1所述的基于灯联网传感器群的城市管理分析系统，其特征在于，所述智慧照明模块包括智慧监控模块、报警处理模块、智慧发布模块、统计分析模块和照明配置模块；

所述智慧监控模块，用于全局性的监视各照明线路运行状态，在GIS地图上按照灯具、传感器、设备经纬度坐标值显示各设备所处地点信息，发送灯具或传感器操作指令；

所述报警处理模块，管理灯具及传感器报警事件，将相关传感器报警属性划分普通、重要、紧急、灾害不同等级，将不同的报警事件按照维护人员巡检任务范围，通过智慧巡检模块客户端派发工单，导引巡检人员至各报警点处置，并将处置回馈信息搜集入库；

所述智慧发布模块与智慧巡检模块连接，将拟发布的信息在安装在灯杆上的屏幕、微信公众号上进行展示播放，并通过安装在灯杆上的摄像头采集现场视频，运用微信公众号搜集公众意见建议；

所述统计分析模块与智慧决策模块连接，用于对智慧照明模块内灯具/传感器数据进行大数据查询展示与初步分析，包括灯具能耗、电表计量、传感器数据稳定性、灯具/传感器维护频次趋势、照明设备巡检数据分析、相关维护经费损耗的分析和处理；

所述照明配置模块，用于设定照明系统运行和维护策略，预设场景模式和时间管理计划两种无人值守的运维管理方式。

5.根据权利要求4所述的基于灯联网传感器群的城市管理分析系统，其特征在于，所述照明线路运行状态包括设备位置编号、灯杆编号、状态描述、光源类型、灯具类型、电源相位、灯具及传感器厂商、灯具及传感器SN串号、电流、电压、功率、光强、亮度、温度、耗电量、安装时间、总有效工作时间、连续工作时间、最近一次巡检时间、最近一次巡检人员、最近一次巡检单号及现场照片。

6.根据权利要求4所述的基于灯联网传感器群的城市管理分析系统，其特征在于，所述智慧监控模块还包括紧急监控模块，用于控制传感器采集数据频次按照不同报警等级进行采集数据。

7.根据权利要求4所述的基于灯联网传感器群的城市管理分析系统，其特征在于，所述照明配置模块包括定时调光策略配置模块、调光等级策略配置模块、光控制策略配置模块；

所述定时调光策略配置模块设置有照明控制系统的自动定时控制的一系列策略，包括巡检时间设置模块、调光时间设置模块、控台时控设置模块、单灯时控设置模块；所述巡检时间设置模块用于设定照明系统自动读取当前灯具运行状态参数的时间节点,读取设定时间节点上灯具内终端传感器的运行状态；所述调光时间设置模块用于设定日出日落时间表自动完成相关线路灯具的开关操作、亮度调级、场景运行；控台时控设置模块用于预设集中控制器不同操作的执行参数，包括时间、场景、广播/组播、改变时间，控制不同灯具按照编组形式或者线路形式执行各自不同的控灯调灯动作；单灯时控调光设置模块为用户提供每个单灯的单独操控的方法，为不同的灯具制定各自相互独立的控灯策略；

所述调光等级策略配置模块，对不同场景和调光等级对应的亮度百分比数值进行添加、修改、设置、删除操作，为照明配置中其它模块进行灯控计划预设提供不同的调光等级数值；

所述光控制策略配置模块，用于设置灯具启动亮度初始值和最终亮度上限值。

8.根据权利要求3所述的基于灯联网传感器群的城市管理分析系统，其特征在于，所述智慧市政模块包括桥梁结构健康监测模块、地面变形沉降监测模块、地下管线运营监测模块、市政公共设施监测模块、车道通行状态监测模块、道路周边环境监测模块、防灾减灾指标监测模块；

所述桥梁结构健康监测模块，用于桥梁部分运行状态的实时监测，对桥梁的桩基础、梁、板、面部件布设相应传感器设备，实时监测桥梁各部件的沉降、变形、错位、扭转、倾斜、振动评判指标；

所述地面变形沉降监测模块，负责对道路路面沉降状况进行实时监测，通过部署在道路各处的传感器，为用户提供当前道路变形和沉降数据；

所述地下管线运营监测模块，负责对地下管线系统运营状况进行实时监测，通过部署在管线各处的传感器，为用户提供当前地下管线状况数据；

所述市政公共设施监测模块，负责对市政公共设施服务状况进行实时监测，通过部署在窨井盖、垃圾桶、电气箱、充电桩设施上的传感器，为用户提供当前各公共设施服务状况数据；

所述车道通行状态监测模块，负责对各条城市道路通行状况进行实时监测，通过部署红绿灯状态传感器、车流量状态传感器获取道路当前车辆通行状态数据；

所述道路周边环境监测模块，负责对道路周边的环境质量状况进行实时监测；

所述防灾减灾指标监测模块，用于对各类灾害状况进行实时监测。

9.根据权利要求3所述的基于灯联网传感器群的城市管理分析系统，其特征在于，所述感知联动模块用于传感器数据监视服务设定、传感器联动目录、传感器数据阀值设定、传感器联动事件设定、监视视频图像识别设定。

10.根据权利要求3所述的基于灯联网传感器群的城市管理分析系统，其特征在于，所述通用模块还包括基础功能模块、系统设置模块、用户管理模块、设备管理模块；

所述基础功能模块用于GIS地图显示、图形界面显示以及远程维护升级，提供GPS经纬度信息接口，用于GPS导航；

所述系统设置模块用于设置基础性配置，包括属性设置、区域和场景设置、数据显示设置以及通知设置；

所述用户管理模块，用于对系统不同用户进行管理，包括系统账户浏览、用户分组管理、用户权限管理、微信/APP移动端考勤设置统计分析；

所述设备管理模块，以层状目录树或下拉菜单的形式分类显示各设备的运行状态，通过操作集中控制器进行控制。