CN106211518A - 一种智能城市照明方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种智能城市照明方法及系统,将计算机技术、数字化技术及信息技术应用于城市路灯系统,使城市路灯具备智能化和信息网络化的功能。与传统城市照明路灯相比,除了具备传统照明功能外,还具有远程控制、远程维护及防盗报警的功能。另外把各地路灯的量测数据,能效计算所需的计算资源全部上移至智能路灯服务器,能够统一管理,通过分析大量路灯的用电量、负荷特征等数据,可以更好地为城市照明系统提供节能指导。通过在路灯上安装环境监测传感器、交通流量传感器或视频抓取设备,还能为公众提供环境信息和交通流量信息。

Description

一种智能城市照明方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及城市照明领域,特别涉及智慧城市中的照明系统的智能控制方法及系 统。
背景技术
[0002] 当前,世界各地都提出了 "智慧地球"的概念。美国总统奥巴马在《经济复兴计划进 度报告》中宣布,美国计划在未来的3年之内,大力推动智能城市建设。欧洲也提出要尽快建 立覆盖全欧的传感信息中心,即"感知未来"中心。中国的大中城市也提出了未来5年的城市 发展规划的重点在于:加强信息基础设施建设,整合信息资源,完善信息化顶层设计,健全 信息安全保障体系,努力建设智慧城市。
[0003] 智慧城市是智慧地球的缩影,是智慧地球在城市的体现形式。智慧城市就是让城 市更聪明,通过网络把无处不在的被植入城市各种建筑体内的智能化传感器连接起来形成 物联网,实现对物理城市的全面感知。利用云计算等技术对感知信息进行智能处理和分析, 实现网上数字城市与物联网的融合,并发出指令,对包括政务、民生、环境、公共安全、城市 服务、工商活动等在内的各种需求做出智能化响应和智能化决策支持。无论是智能电网,还 是智慧城市,都是基于智能感知、智能决策、智能计算的物联网具体应用。
[0004] 众所周知,城市的路灯由市政部门统一规划,供电部门统一管理,而且路灯能延伸 到城市的每一个角落。对现有城市路灯实行升级,可以方便快捷地建立起覆盖范围足够广 的信息感知网络,从而构建智慧城市的信息感知网络基础。作为智慧城市感知系统的基础, 新型智能路灯除了具有单纯的照明功能之外,还具备信息感知、信息传递、信息收集、智能 处理等多种功能。
[0005] 由于LED照明节能特性,城市照明逐渐采用高效节能清洁的LED路灯来替代传统的 高压钠灯、荧光灯等。然而,在城市道路照明的监控方面,还存在诸多问题。主要体现在以下 四个方面:(1)开关灯方式落后;(2)调节操控能力不足;(3)不具备路灯照明状况监测功能; (4)不具备设施防盗监测功能。因此,建立合适的监控系统,用远程控制技术对路灯照明进 行智能监控和科学管理尤为重要。
[0006] 如何将无线通讯技术、自动化控制技术、传感器技术、监控系统组网技术、软件技 术、数据库技术和地理信息技术集成为一个智能的系统,是一个城市的路灯系统良好运行 的可靠保障。
发明内容
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0008] 本发明提出了一种智能城市照明方法,包括如下步骤:
[0009] 为智能路灯配置智能路灯管理终端;
[0010]智能路灯管理终端开启时,向智能路灯服务器发出入网请求;
[0011]智能路灯服务器接收到智能路灯管理终端的入网请求后,向智能路灯管理终端发 送验证要求;
[0012] 智能路灯管理终端接收到验证要求后,向智能路灯服务器发送Y = F(Ad,Kn)的验 证信息;其中F为加密函数,Ad为智能路灯管理终端的物理地址,Kn为智能路灯服务器预先 分配给智能路灯管理终端的密钥;
[0013] 智能路灯服务器收到验证信息后,分离信息中的物理地址和密钥;
[0014] 如果验证成功,则允许智能路灯管理终端加入网络;
[0015] 如果验证失败,则拒绝智能路灯管理终端加入网络。
[0016] 根据本发明的一个方面,所述的智能城市照明方法,进一步还包括:
[0017] 当智能路灯管理终端入网密钥检验错误或解密错误时,智能路灯服务器将进行报 警,并在智能路灯服务器入侵行为日志中予以记录。
[0018] 根据本发明的一个方面,所述的智能城市照明方法,进一步还包括:
[0019] 对智能路灯用电量进行计算,并上传到智能路灯服务器。
[0020] 根据本发明的一个方面,所述的智能城市照明方法,进一步还包括:
[0021] 采用通信模块将智能路灯与邻近的智能路灯相连,以形成相互连接的智能路灯互 联网络。
[0022] 根据本发明的一个方面,所述的智能城市照明方法,进一步还包括:
[0023]所述通信模块采用电力线载波(PLC)通信技术。
[0024]本发明还提出了一种执行上述照明方法的智能城市照明系统,基于相互连接的智 能路灯,配备一个位于互联网中的智能路灯控制中心,为每个路灯配置智能路灯管理终端, 这些海量的终端通过主动注册的方法接入到智能路灯服务器上,实现路灯能效管理的智能 化,所述智能城市照明系统包含:智能路灯服务器、智能路灯管理终端和掌上智能路灯管 家。
[0025]智能路灯服务器是面向互联网基于智能路灯技术构建的数据及应用服务中心,它 用于实现大规模智能路灯管理终端的可靠接入及并发访问,并存储用户能效数据,智能路 灯服务器包含用户管理、终端接入前置服务、终端在离线状态管理以及和电力公司数据交 换等功能。
[0026]智能路灯管理终端内置嵌入式自动化控制系统,它用于实现对本地智能路灯设备 接入,智能路灯的控制管理,还用于实现与智能路灯服务器的对接。
[0027]掌上智能路灯管家设置在移动终端上,掌上智能路灯管家利用移动互联网络实现 远程智能路灯的管理,包含远程设备状态查看、远程分布式电源实时监测及控制、远程能源 使用计划执行、远程路灯控制、远程报警等功能。
[0028]根据本发明的一个方面,所述的智能城市照明系统,进一步还包括:智能路灯管理 终端与智能路灯管理终端相互连接,组成智能路灯互联网;智能路灯管理终端到智能路灯 管理终端的通信方案采用电力线载波通信(PLC)的方式。
[0029] 根据本发明的一个方面,所述的智能城市照明系统,进一步还包括:环境检测模 块,所述环境检测模块包括ΡΜ2.5检测传感器,用于检测空气质量;能见度检测传感器、用于 检测空气透亮程度。
[0030] 根据本发明的一个方面,所述的智能城市照明系统,进一步还包括:信息发布模 块,用于通过微博、微信等手机应用,将智能路灯管理终端的运行状态信息直接推送到用户 手机上。
[0031] 根据本发明的一个方面,进一步的,所述智能路灯管理终端,还用于对智能路灯用 电量进行计算,并上传到智能路灯服务器。
[0032] 本发明的优点在于:将计算机技术、数字化技术及信息技术应用于城市路灯系统, 使城市路灯具备智能化和信息网络化的功能。与传统城市照明路灯相比,除了具备传统照 明功能外,还具有远程控制、远程维护及防盗报警的功能。另外把各地路灯的量测数据,能 效计算所需的计算资源全部上移至智能路灯服务器,能够统一管理,通过分析大量路灯的 用电量、负荷特征等数据,可以更好地为城市照明系统提供节能指导。通过在路灯上安装环 境监测传感器、交通流量传感器或视频抓取设备,还能为公众提供环境信息和交通流量信 息。
附图说明
[0033] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明 的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
[0034] 附图1示出了根据本发明实施方式的智能城市照明系统。
[0035]附图2示出了根据本发明实施方式的智能路灯的一种具体实施方式。
[0036] 附图3示出了根据本发明实施方式的智能城市照明系统中采用的用电量分析流程 图。
具体实施方式
[0037] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公 开的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实 施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公 开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0038]根据本发明的实施方式,提出了一种智能城市照明系统,基于相互连接的智能路 灯,配备一个位于互联网中的智能路灯控制中心,加上位于各个路灯的智能路灯管理终端, 这些海量的终端通过主动注册的方法接入到智能路灯服务器上,实现路灯能效管理的智能 化。如附图1所示,本系统中包含智能路灯、智能路灯服务器、智能路灯管理终端和掌上智能 路灯管家四个组成部分。
[0039] 智能城市照明系统基于相互连接的智能路灯,配备一个位于互联网中的智能路灯 控制中心,为每个路灯配置智能路灯管理终端,这些海量的终端通过主动注册的方法接入 到智能路灯服务器上,实现路灯能效管理的智能化,所述智能城市照明系统包含:智能路灯 服务器、智能路灯管理终端和掌上智能路灯管家。
[0040] 智能路灯服务器是面向互联网基于智能路灯技术构建的数据及应用服务中心,它 用于实现大规模智能路灯管理终端的可靠接入及并发访问,并存储用户能效数据,智能路 灯服务器包含用户管理、终端接入前置服务、终端在离线状态管理以及和电力公司数据交 换等功能。
[0041] 智能路灯管理终端内置嵌入式自动化控制系统,它用于实现对本地智能路灯设备 接入,智能路灯的控制管理,还用于实现与智能路灯服务器的对接。
[0042]掌上智能路灯管家设置在移动终端上,掌上智能路灯管家利用移动互联网络实现 远程智能路灯的管理,包含远程设备状态查看、远程分布式电源实时监测及控制、远程能源 使用计划执行、远程路灯控制、远程报警等功能。
[0043]根据本发明的一个方面,所述的智能城市照明系统,进一步还包括:智能路灯管理 终端与智能路灯管理终端相互连接,组成智能路灯互联网;智能路灯管理终端到智能路灯 管理终端的通信方案采用电力线载波通信(PLC)的方式。
[0044] 根据本发明的一个方面,所述的智能城市照明系统,进一步还包括:环境检测模 块,所述环境检测模块包括PM2.5检测传感器,用于检测空气质量;能见度检测传感器、用于 检测空气透亮程度。
[0045] 根据本发明的一个方面,所述的智能城市照明系统,进一步还包括:信息发布模 块,用于通过微博、微信等手机应用,将智能路灯管理终端的运行状态信息直接推送到用户 手机上。
[0046] 根据本发明的一个方面,所述的智能城市照明系统,进一步的,所述智能路灯管理 终端,还用于对智能路灯用电量进行计算,并上传到智能路灯服务器。
[0047] 智能路灯管理终端其包含设备用电信息测量、分布式电源实时监测及控制、需求 侧智能路灯使用计划设置、电量控制、能效分析及节能建议等功能。
[0048]掌上智能路灯管家是路灯管理机构最贴心、最便捷的智能路灯管理助手。掌上智 能路灯管家利用移动互联网络实现远程智能路灯的管理,包含远程设备状态查看、远程分 布式电源实时监测及控制、远程能源使用计划执行、远程路灯控制、远程报警等功能。
[0049] 根据本发明的实施方式,智能路灯管理终端到智能路灯服务器的通信方案可以采 用Socket接口,其是一种网络上跨平台的应用程序进程间通信机制,利用Socket可以构造 任意跨操作系统、跨网络协议的分布式处理系统。Socket依赖客户机/服务器(C/S)模型实 现网络进程间通信,客户机和服务器分别是2个应用程序进程,客户机向服务器发出服务请 求,服务器作出响应。智能路灯管理终端设计为Socket的客户机,当客户机启动后将通过注 册和认证流程主动连接到云服务器,注册成功后,该连接将作为长连接状态一直保持,当其 中任何一方需要推送数据时可以直接使用该连接。
[0050] 智能路灯管理终端到终端的通信方案也可以采用电力线载波通信PLC通信方式。 [00511根据本发明的实施方式,将智能城市照明系统中成千上万的路灯相互连接起来, 组成智能的城市路灯互联网系统,包括:通过电力线相互连接的智能路灯;通信模块,用于 将智能路灯与邻近的智能路灯相连;集中控制器(图中未示出),用于对所属区域内的智能 路灯进行控制,通过路灯互联协议实现对具有RS485接口电能表的采集和通过电力线载波 通讯(PLC)对路灯进行远程监控。
[0052]集中控制器包括如下功能模块:路灯时序调整、数据记录、报警处理和发送。它负 责控制网络的运行,将监控中心的命令下达给智能路灯管理终端,将智能路灯管理终端及 线路信息反馈监控中心。
[0053]智能路灯管理终端是远端用于控制灯具部分的核心。一方面它需要控制路灯驱动 电源的输入部分,另一方面它需要接收来自监控中心的控制指令,如开灯、关灯、调光和查 询等。例如,当智能路灯管理终端接收集中控制器的调光命令后,将其转化成为电源可识别 的PWM信号,从而调整了电源输出的电流,实现灯具亮度的变化。
[0054] 同时可以采集恒流源的输出信号,进行故障判断,当恒流源故障时,将此故障信息 上报到集中控制器。智能路灯管理终端实现的主要功能有:控制路灯开关、亮度调节、功率 采集、电流采集、电压采集、温度采集、以及功率因数采集等。
[0055] 监控中心作为城市道路照明的控制心脏,用于对全城的道路照明自动控制和管 理。监控中心包括监控工作站、总控服务器、打印机、UPS、通信设备、以及大屏幕等组成。同 时,系统具有网络接口,只要接入服务器,管理工作站等,系统就可以很方便地组建为路灯 管理所局域网,通过网络实现照明监控数据和图像信息共享。
[0056]监控中心包括如下模块:用户管理、角色管理、报警信息、设备管理、日志信息、统 计分析、参数设置、任务管理、电表查询等。
[0057]系统的通信方式采用4G、3G、GPRS与PLC通信相结合。监控中心与集中控制器之间 采用GPRS、4G、3G或internet互联通信,集中控制器与路灯控制器、路灯控制器与路灯控制 器、智能路灯与智能路灯之间的通信采用PLC方式。其中电力线载波通信(PLC)技术利用路 灯中设置的调制解调器对信号进行调制,形成特定频率的载波信号,然后把调制好的信号 发送到现有的电力线上,利用现有的电力线网络进行通信。
[0058]根据本发明的实施方式,提出了一种提出了一种智能城市照明方法;包括:
[0059]为路灯配置智能路灯管理终端;
[0060]智能路灯管理终端开机时,向智能路灯服务器发出入网请求;
[0061] 智能路灯服务器接收到智能路灯管理终端的入网请求后,向智能路灯管理终端发 送验证要求;
[0062] 智能路灯管理终端接收到验证要求后,向智能路灯服务器发送Y = F(Ad,Kn)的验 证信息;其中Ad为智能路灯的物理地址,Kn为密钥,F为根据Ad和Kn生成的加密函数,在实现 的时候,可以采用物理地址和密钥相乘、相与、异或等各种实现方式。
[0063]智能路灯服务器收到验证信息后,分离信息中的物理地址和密钥;
[0064]如果验证成功,则允许智能路灯管理终端加入网络;
[0065]如果验证失败,则拒绝智能路灯管理终端加入网络。
[0066]智能路灯服务器预先存储有所辖范围内路灯的物理地址Ad信息和密钥Kn信息,以 便在接收到智能路灯管理终端的验证信息后,实时验证。
[0067]根据本发明的一种实施方式,在智能城市照明方法中,还有:当智能路灯管理终端 入网密钥检验错误或解密错误时,智能路灯服务器将进行报警,并在智能路灯服务器入侵 行为日志中予以记录。
[0068] 根据本发明的一种实施方式,所述智能城市照明方法还包括:在验证成功后,对智 能路灯管理终端用电量进行计算,并上传到智能路灯服务器。
[0069] 用电量计算方式可以采用后面描述的智能城市照明路灯电量估算预警的方法。
[0070] 根据本发明的实施方式,智能路灯可以实现为如附图2所示的智能路灯,该智能路 灯包括:路灯光源、中央处理模块、控制监测模块、环境检测模块、智能交通模块、路灯监测 模块、通信模块、信息发布模块、电源模块、220V电网接入模块。其中,环境检测模块包括: PM2.5检测传感器,用于检测空气质量;能见度检测传感器、用于检测空气透亮程度。智能交 通模块包括:车流量检测传感器,用于检测道路交通流量;ETC检测传感器,用于检测通过 ETC的汽车数量。路灯监测模块包括:电量检测模块,用于检测路灯的用电量;时间检测模 块,用于检测路灯开启的时长。控制监测模块包括:调光控制模块,用于对路灯的亮度进行 调光;采集模块,用于对路灯的信息进行采集,包括路灯的功率、用电量等信息进行采集;报 警模块,根据控制监测模块对路灯的功率、用电量等信息进行分析,如果触发报警条件,则 发出预警信号。通信模块,根据中央处理模块的控制,可以通过多种通信方式与控制中心进 行信息交互。信息发布模块,可以将路灯运行的情况或者预警信息传送到道路上的大屏幕, 或者通过社交APP传递给公众,比如,通过微博、微信等社交应用,将信息发送给通过GPS定 位处于预定范围内的公众。电源模块,用于为智能城市照明系统的各个模块供电。220V电网 接入模块,用于将市电接通到智能城市照明系统。
[0071] 本领域技术人员可以明了的是,所述环境检测模块和信息发布模块,既可以在前 述的智能城市照明系统中做为单独的部件实现,也可以集成在智能路灯中实现。
[0072] 基于本发明提出的智能路灯,可以组建智慧城市的四大智能感知系统:智能交通 系统、智能照明系统、智能安防系统、智能环境监测系统。
[0073]在路灯上接入高清摄像头、红外感应器和ETC读卡器,可以感知行驶在马路上的汽 车速度以及某区域内的汽车数量。将这些信息上传至智能城市照明系统控制中心或城市智 能交通监控中心,控制中心以Web、手机短信、路边LED广告牌、收音机广播等多种方式通知 过往司机,为司机选择最佳行驶路线提供参考,从而有效改善城市交通状况。也可通过GPS 定位,为处于距离该路灯预定范围的用户发送信息,通过微博、微信等手机应用,将信息直 接推送到用户手机上,或者为范围内预定了智能交通信息的用户推送相关信息。
[0074]在路灯上接入亮度传感器和红外感应器,可以根据光线情况和行人、车辆情况,自 动判断马路是否需要照明,并能通过调光模块对路灯亮度进行自动调节,也可自动关闭和 启动照明。另外,当需要照明但路灯无法提供照明时,将自动向智能城市照明系统控制中心 或供电部门报警,以便工作人员及时对路灯进行维护。基于摄像头和红外感应器,可以实时 监测路灯照明范围内的人员和车辆情况,并能将视频资料实时上传给智能城市照明系统控 制中心,从而组建一个覆盖整个城市的智能安防系统。视频资料上传到智能城市照明系统 控制中心后,还可采用云存储技术将视频资料进行长期保存。
[0075] 在路灯上接入PM2.5检测传感器、噪声检测传感器、空气污染检测器、湿度传感器、 烟雾感应器等系列传感器,可以有效监测城市环境情况,并将相关信息上传给智能城市照 明系统控制中心,从而组建一个覆盖整个城市的环境监测系统。例如,城市居民普遍要求测 量城市中的空气污染指数,可以将检测空气能见度、〇3、PM2.5等传感器安装在智能路灯上, 方便地监测城市空气质量。
[0076]根据本发明的实施方式,提出一种智能城市照明路灯电量估算预警的方法,如附 图3所示,包括以下步骤:
[0077]步骤S1、获取各个路灯的功率值;
[0078]步骤S2、计算功率的平均值熵;
[0079]步骤S3、计算功率的实际值熵;
[0080]步骤S4、电量消耗及结果分析;
[0081 ]步骤S5、如果用电量不正常,则发出预警信号。
[0082]步骤S1的包括下列步骤:
[0083]步骤SI 1、控制监测模块通过采集端获取各个路灯的功率值;
[0084]步骤S12、将各个路灯的功率值m按照每64字节的内容存储至一个64*1024的二维 特征向量中;
[0085]步骤S2的包括下列步骤:
[0086]步骤S21、利用统计学方法模拟10000次长度为64字节的在0-1024之间伪随机数生 成序列;
[0087]步骤S22、将每次的序列根据公式(1):
Figure CN106211518AD00101
[0088;
[0089;
[0090;
[0091] 来计算H(u),N为字节长度64,m为256,m表示0-1024之间字符i对应的存储在二维 特征向量中的功率值,此方法即为利用最大极限似然性估计得到的估值熵H(u);
[0092]步骤S3的包括下列步骤;
[0093] 步骤S31、统计步骤S12中64*1024的二维特征向量中每个0~1024字符的个数;
[0094]步骤S32、利用公式(3)
[0095]
Figure CN106211518AD00102
[0096] 来计算此次事件的估值熵H,其中m为字符i对应的存储在二维特征向量中的功率 值数;
[0097]步骤S4的包括下列步骤:
[0098]步骤S41、将步骤S2中每次产生估值熵的方差σ计算出来,公式(4)如下:
[0099] o = ((Hl(P)-Hu(p))2+. . .(Hk(P)-Hu(p))2)/k(4)
[0100] 其中HK (p)表示第κ次计算的估值熵,Hu (p)表示所有估值的平均熵;
[0101]步骤S42、看每次在S3中计算的实际值熵是否在平均值熵的三倍置信区间内,是则 表示用电量处于供电正常范围,反之则,用电量不正常。
[0102] 也可根据上述方法对路灯的电压、电流、亮度、温度、功率因数等参数进行测量,并 对测量结果进行分析,根据分析结果,进行预警信息的报告。
[0103] 根据本发明的一个实施例,如果分析结果显示用电量不正常,则智能路灯通过路 灯中设置的通信模块向相邻的路灯发出预警信号。其中的通信模块可以是3G通信模块、4G 通信模块、或者灯联网中的电力线载波通信PLC模块。
[0104]根据本发明的一个实施例,如果分析结果显示用电量不正常,则智能路灯通过路 灯中设置的通信模块向预定的智能路灯发出预警信号。其中的通信模块采用灯联网中的电 力线载波通信PLC模块,电力线载波通信模块具有寻址目的智能路灯的通信能力。
[0105]根据本发明的一个实施例,如果分析结果显示用电量不正常,则智能路灯通过路 灯中设置的通信模块向智能城市照明系统的智能路灯服务器发出预警信号。其中的通信模 块可以是3G通信模块、4G通信模块、或者灯联网中的电力线载波通信PLC模块,电力线载波 通信模块可以直接寻址目的智能路灯。
[0106] 熵值的计算是发明的核心步骤,主要理论依据在于香农在信息论中提出的信息熵 的计算。
[0107] 根据本发明的实施方式,智能城市照明系统的智能路灯控制中心可由3部分组成, 即监控中心、集中控制器和智能路灯管理终端。
[0108] 监控中心作为城市道路照明的控制心脏,担负着全城的道路照明自动控制和管理 任务。监控中心硬件由监控工作站、总控服务器、打印机、UPS、通信设备、以及大屏幕等组 成。同时,系统具有网络接口,只要接入服务器,管理工作站等,系统就可以很方便地组建为 路灯管理所局域网,通过网络实现照明监控数据和图像信息共享。
[0109] 监控中心包括如下模块:用户管理、角色管理、报警信息、设备管理、日志信息、统 计分析、参数设置、任务管理、电表查询等。
[0110] 集中控制器是路灯照明系统中电能信息采集和远程控制的关键设备。通过路灯互 联协议实现对具有RS485接口电能表的采集和通过电力线载波通讯(PLC)对路灯进行远程 监控。
[0111] 集中控制器包括如下功能模块:路灯时序调整、数据记录、报警处理和发送。它负 责控制网络的运行,将监控中心的命令下达给节点控制器,将控制器及线路信息反馈监控 中心。
[0112]集中控制器主要由以下硬件部分组成:电力线载波通信模块、处理器模块、4G/3G 模块、串行通信模块、电源模块开关量输入检测电路、回路输出控制部分、RTC时钟电路、模 拟量输入检测电路、IXD显示以及按键部分。
[0113] 智能路灯管理终端是远端用于控制灯具部分的核心。一方面它需要控制路灯驱动 电源的输入部分,另一方面它需要接收来自监控中心的控制指令,如开灯、关灯、调光和查 询等。例如,当智能路灯管理终端接收集中控制器的调光命令后,将其转化成为电源可识别 的PWM信号,从而调整了电源输出的电流,实现灯具亮度的变化。
[0114] 同时可以采集恒流源的输出信号,进行故障判断,当恒流源故障时,将此故障信息 上报到集中控制器。智能路灯管理终端实现的主要功能有:控制路灯开关、亮度调节、功率 采集、电流采集、电压采集、温度采集、以及功率因数采集等。
[0115] 系统的通信方式采用4G、3G、GPRS与PLC通信相结合。上位机与集中控制器之间采 用GPRS通信,集中控制器与路灯控制器的通信是PLC方式。其中电力线载波通信(PLC)技术 利用路灯中设置的调制解调器对信号进行调制,形成特定频率的载波信号,然后把调制好 的信号发送到现有的电力线上,利用现有的电力线网络进行通信的技术。
[0116] 监控中心通过集中控制器向路灯发送控制信息,并可以接收路灯端返回的状态信 息,进行分析、处理。集中控制器接收监控中心发送的控制信息,通过电力线载波PLC传送到 路灯端,并将路灯端数据返回监控中心。路灯控制器安装在路灯灯杆维护孔内。接收控制中 心发来的控制信息,对LED路灯进行相应的控制动作,并将路灯运行的实时数据返回。
[0117]根据本发明的实施方式,电力线载波通信专注于使得能够经由现有电力线网络 (例如,家庭和建筑物中的电力线)进行宽带通信。连接到电力线网络的电力线通信(PLC)设 备可采用合适的电力线通信标准来与连接到电力线网络上的其他PLC设备进行通信。连接 到电力线网络的不同类的PLC设备(例如,HomeP lug设备与G. HN设备)之间的干扰在这些PLC 设备同时尝试经由电力线网络进行通信时可被引入。一般而言,连接到电力线网络的 HomePlug设备使用由HomePlug电力线联盟定义的标准与其他HomePlug设备交换信息。类似 地,连接到电力线网络的G. HN设备使用所定义的G. HN标准与其他G. HN设备交换信息。然而, G. HN设备不能够与HomePlug设备通信、不能检测HomePlug设备、不与HomePlug设备后向兼 容。因此,在G. HN设备的通信期间,HomePlug设备可能尝试发起通信。类似地,在HomePlug设 备的通信期间G.HN设备可能尝试发起通信。这会导致HomePlug设备与G.HN设备之间的干 扰,损坏通信并影响电力线网络中PLC设备的性能。
[0118]为了解决上述不兼容的问题,电力线网络包括电力线插口电力线插口使得电力线 设备能够连接到电力线网络。一个或多个PLC设备可经由这些电力线插口连接到电力线网 络。例如,HomePlug设备经由电力线插口连接到电力线网络,G · HN设备经由电力线插口连接 到电力线网络,并且双模G.HN设备经由电力线插口连接到电力线网络。HomePlug设备可实 现HomePlugl · 0电力线通信标准、HomePlug AV电力线通信标准、或者HomePlug电力线通信 标准的其他合适版本。HomePlug设备可使用由HomePlug电力线联盟定义的任何合适的通信 标准(在包括电力线网络的电力线介质上)与其他HomePlug设备交换信息。G.HN设备可根据 G.HN通信标准在电力线介质上与其他G.HN设备交换信息。双模G.HN设备包括收发机、操作 模式配置单元、和处理单元。处理单元包括分组生成单元和信道接入单元。分组生成单元可 包括基于连接到电力线网络的PLC设备的类型(即,是否是G.HN设备和/或HomePlug设备)来 选择恰适报头的功能性。处理单元可进一步在所选择的报头中封装要传送的数据且可从收 到分组提取/处理数据。双模G.HN设备可被配置成使得能够检测HomePlug设备和与 HomePlug设备后向兼容。换言之,双模G. HN设备是能实现与G. HN设备和不兼容的HomePlug 设备两者通信的兼容性机制的G.HN设备。
[0119]电力线通信(PLC)设备通常根据"HomePlugAV"标准来操作,并且取决于该标准的 版本,使用宽频带(例如,从1.8MHz到30MHz,或者最高达86MHz)进行PLC信号传输。然而,该 PLC信号可能干扰在与该PLC设备相同的频率范围中操作的其他通信设备和应用(例如,射 频标识(RFID)应用)。为了在由其他通信应用使用的交叠通信频带中避免来自PLC信号传输 的干扰,PLC频带的某些副载波(或连贯副载波群)可被排除(或被陷波)而不传送PLC信号。 当前,PLC信号中在传输期间被排除的副载波可基于PLC标准(例如,HomePlugAV标准)来预 定。(根据PLC标准)不允许PLC设备通信的这些预定副载波在本文被称为"静态陷波副载 波"。例如,对于PLC信号传输,通常要求当前HomePlug AV1.1设备在PLC频带的10个副载波 ("陷波副载波"或"陷波")中将功率谱密度降低至少30dB。由于陷波副载波的频率特性,通 常在陷波副载波的任一边缘上采用附加保护频带以满足陷波要求。相应地,毗邻于陷波副 载波的一个或多个副载波("毗邻副载波")可能不可供用于传输(例如,由于保护频带),由 此减少了可供用于传输的副载波(例如,频率资源)的数量并降低了 PLC设备的总吞吐量。此 外,对于被调度成被传送的PLC信号,可能难以在频域和时域中对所传送的0FDM码元进行定 形,而同时维持保护频带(在频域中)和保护区间(在时域中)、使码间干扰(ISI)最小化、并 达到陷波要求。例如,频域中的高效陷波导致时域中的ISI。然而,采用保护区间来减少时域 ISI会减少可供用于传输的可用时域资源量。现有PLC设备通常采用带交叠的时域加窗函 数,其中PLC信号的每个0FDM码元乘以针对必需陷波来优化的加窗函数。然而,这是静态解 决方案并且可能随着陷波要求改变(例如,随着陷波数量和深度增加)而导致容量损失和性 能降级。此外,简单地将PLC设备配置成在静态陷波副载波中不传送通常是不足够的。这是 因为PLC信号的传输也可能导致来自毗邻副载波的带外辐射,其可能干扰其他通信应用。
[0120] 根据本发明的实施方式,路灯中设置的通信模块采用PLC设备,PLC设备可以是传 统网络设备,其包括一个网络接口并且仅执行用于在电力线网络上交换通信的功能性。PLC 设备也可以是混合网络设备的一部分,其中该混合网络设备的至少一个网络接口实现电力 线通信功能性,而其他网络接口实现其他合适的有线或无线通信协议(例如,以太网通信协 议、无线局域网(WLAN)通信协议,诸如IEEE802.il通信协议等)。在一些实施例中,PLC设备 可以是HomePlugAV设备。注意,尽管将网络设备描绘为PLC设备,但各实施例并不被如此限 制。在其他实施例中,网络设备可实现其他合适类型的通信技术(例如,以太网、WLAN等)。 PLC设备包括自适应滤波器组、滤波器适配单元、以及通信介质感测单元。自适应滤波器组 包括N个滤波器元件1、2…8。通信介质感测单元耦合至滤波器适配单元,该滤波器适配单元 进而耦合至自适应滤波器组。滤波器适配单元包括性能分析单元、系数确定单元、以及自适 应滤波器频带控制器。具体地,在一个实施例中,滤波器适配单元(例如,性能分析单元)可 从通信介质感测单元接收与一个或多个副载波相关联的性能测量并且可分析接收到的性 能测量以确定是否使PLC频带的一个或多个副载波陷波。系数确定单元可至少部分地基于 接收到的性能测量来确定一个或多个滤波器元件的滤波器系数。自适应滤波器频带控制器 可提供控制信号18、20···22以分别控制/更新滤波器元件1、2···8的滤波器系数(并相应地控 制/更新滤波器特性)。自适应滤波器组接收输入PLC信号并生成输出经滤波PLC信号以供后 续处理和传输。注意,在一些实施例中,自适应滤波器组可在合适的预处理操作(例如,预放 大等)之后接收输入PLC信号。此外,输出PLC信号在电力线网络上传送之前可被进一步处理 (例如,后放大、调制、数模转换等)。如以下将进一步描述的,自适应滤波器组、滤波器适配 单元、和通信介质感测单元可协同操作以适配于由PLC设备检测到的化的状况/性能,从而 达成PLC频带中的高效陷波。
[0121] PLC通信模块包括自适应滤波器组、滤波器适配单元、以及通信介质感测单元。滤 波器适配单元包括性能分析单元、系数确定单元、以及自适应滤波器频带控制器。通信介质 感测单元可确定与PLC频带中的副载波相关联的性能测量。基于这些性能测量,性能分析单 元可确定电子设备的传输是否将干扰在交叠通信频带上操作的另一通信设备(并影响其性 能)。滤波器适配单元(例如,性能分析单元)可标识其上电子设备的传输将干扰其他通信设 备的一个或多个副载波群并且可确定要动态地使所标识的一个或多个副载波群陷波。相应 地,滤波器适配单元(例如,自适应滤波器频带控制器)可启用/激活自适应滤波器组中被配 置成使该一个或多个所标识副载波群陷波的滤波器元件。此外,基于(毗邻于陷波副载波群 的減邻副载波的性能测量以及电子设备在PLC频带中的总体性能,滤波器适配单元(例如, 系数计算单元)还可改变被启用的滤波器元件的滤波器系数,以针对毗邻副载波的性能和 电子设备的总体性能来优化(毗邻副载波中的)保护频带的宽度。根据本发明的实施方式, 相互连接的任意两个路灯中的PLC通信设备之间可以直接互相通信。首先,确定发送方PLC 设备与接收方PLC设备之间的每个通信信道的性能测量。例如,(发送方PLC设备的)信道性 能估计单元可以确定发送方PLC设备与接收方PLC设备之间的每个通信信道的性能测量。发 送方PLC设备和接收方PLC设备之间的每一个通信信道可以是发送方PLC设备的网络耦合和 接收方PLC设备的网络耦合的组合。在一个实施例中,在发送方PLC设备和接收方PLC设备之 间可以有四个通信信道:1)由LN网络耦合1和LN网络耦合2的组合形成的信道,2)由LN网络 耦合2和LG网络耦合8的组合形成的信道,3)由LG网络耦合4和LN网络耦合6的组合形成的信 道,以及4)由LG网络耦合4和LG网络耦合8的组合形成的信道。性能测量可以包括信噪比 (SNR)、信号强度、信号与干扰和噪声比(SINR)、衰减水平、和/或其他合适的性能测量。
[0122] 发送方PLC设备可以确定是否要向接收方PLC设备传送耦合切换通知。为此,发送 方PLC设备可以确定用主接收机耦合形成的通信信道的性能测量是否在(用替换接收机耦 合形成的)优选通信信道的性能测量的预定阈值内。例如,除了优选通信信道之外,发送方 PLC设备还可以标识用接收方PLC设备的主接收机耦合和发送方PLC设备的任何网络耦合形 成的最佳性能通信信道。发送方PLC设备可以将(用替换接收机耦合形成的)优选通信信道 的性能测量与用主接收机耦合形成的最佳性能通信信道的性能测量进行比较。例如,如果 在优选通信信道上达成的SNR(或吞吐量)在用主接收机耦合形成的最佳性能通信信道的 SNR(或吞吐量)的预定阈值或预定百分比(例如,5%)内,则发送方PLC设备可以确定不传送 耦合切换通知。取而代之的是,发送方PLC设备可以通过提示接收方PLC设备切换至替换接 收机耦合来推断未达成显著的性能增益并且可以向接收方PLC设备的主接收机耦合传送通 {目。
[0123] 根据本发明的实施方式,智能路灯中的通信模块为PLC设备。PLC设备可从远端的 智能路灯、或者从耦合至远程PLC设备的智能路灯接收输入。例如,至该PLC设备的输入可以 经由电力线载波(BPL)等。该PLC设备中的通信单元包括分组处理单元和耦合单元。该PLC设 备可基于一种或多种PLC规范(例如,HomePlugAV、HomePlugAV2、HomePlugGreenPHY等)。分 组处理单元和耦合单元允许PLC设备实现电力线通信技术。耦合单元跟踪多个PLC设备。例 如,对于各通信网络中的每个通信网络,耦合单元广播具有相应通信网络的网络标识符的 发现信标(例如,发现消息)。
[0124] PLC分组处理单元基于目的路灯设备的地址来确定该目的路灯设备的通信网络。 PLC处理单元可与耦合单元交互以接收关于目的路灯设备的通信网络的信息。在一些实现 中,PLC处理单元可根据PLC设备的网络信息表来确定与目的路灯设备相关联的网络ID。例 如,PLC处理单元可确定与关联于目的路灯设备的地址的网络信息表相关联的网络ID1LC 设备可促成连接至该PLC设备的路灯设备与连接至通信网络中的PLC设备的一个或多个路 灯设备之间、以及该路灯设备与连接至通信网络中的PLC设备的一个或多个路灯设备之间 的同时通信。
[0125] 根据本发明的实施方式,提出一种钟控和光控相结合,灵活、方便、可靠的开关灯 控制功能,为每一个路灯设置智能路灯管理终端。监控中心自动执行群控开关灯,也可全天 候控制任一智能路灯管理终端执行开关灯,可随意设置半夜灯(省电模式),可对一年中的 各类节假日进行开关灯设置。
[0126] 每个智能终端的电压、电流、电度数、功率因数和功率等参数通过无线信道发送回 监控中心,监控中心主机对这些数据加以分析、处理后,以直观的图形或表格形式提供管理 人员,为决策提供准确的依据。
[0127] 位于路灯管理处领导办公室的电脑和路灯运行、调度等管理科室的电脑,均可作 为管理中心与监控中心主机通过互连网组成监控网络系统,形成一个统计、查询、决策系 统。必要时可以由管理人员直接通过自己的手机对智能终端进行控制和查询。
[0128] 当智能终端处出现停电、交流接触器损毁甚至电缆被盗等故障时,均在监控中心 或值班室实时发出声光告警信号,并在电脑显示器上显示故障位置(某智能终端的某一支 线)、故障的状况与类型,如情况紧急还可直接显示在主管领导的手机上。管理人员根据对 运行状态的统计分析,及时诊断故障的地点及类型,并可对可能发生故障的状态进行预测。
[0129] 监控中心的显示器选用工作站使用的大屏幕显示器,除了操作界面与测控参数 外,还可以现场模拟显示全市路灯状况以及各智能终端处的测控参数与状态,可局部放大 显不〇
[0130] 智能终端设计有备用电池,以确保交流供电中断后,系统仍能正常运行,智能终端 的数据保存在EEPR0M中,永不丢失,24小时内保障同监控中心的通讯。监控中心配备UPS不 间断电源,保证主机的正常运行和与智能终端的通讯联系。
[0131] 监控中心可以设定自己的系统命令密码,在本系统中,只有符合密码的命令被接 收执行,不符合密码的命令一律抛弃。这样可以提高系统的稳定性,以防被其他无关人员的 干扰。
[0132]智能终端以微处理器为核心,采用微信号处理技术,通过传感器进行全隔离采样, 完成现场电流、电压及功率、功率因数等数据的采集;并根据调度端的命令,完成数据的传 送和对各路路灯的控制;当现场发生故障时可以一边发出本地声光告警,一边把告警信息 传送到监控中心,保证系统安全正常运行;当与调度端通信中断时,可根据存储的开关灯时 间和光照强度自动独立运行,绝对保证路灯运行的可靠性。
[0133]以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此, 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换, 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范 围为准。

Claims (10)

1. 一种智能城市照明方法,其特征在于,包括如下步骤: 为智能路灯配置智能路灯管理终端; 智能路灯管理终端开启时,向智能路灯服务器发出入网请求; 智能路灯服务器接收到智能路灯管理终端的入网请求后,向智能路灯管理终端发送验 证要求; 智能路灯管理终端接收到验证要求后,向智能路灯服务器发送Y = F(Ad,Kn)的验证信 息;其中F为加密函数,Ad为智能路灯管理终端的物理地址,Kn为智能路灯服务器预先分配 给智能路灯管理终端的密钥; 智能路灯服务器收到验证信息后,分离信息中的物理地址和密钥; 如果验证成功,则允许智能路灯管理终端加入网络; 如果验证失败,则拒绝智能路灯管理终端加入网络。
2. 如权利要求1所述的智能城市照明方法,其特征在于,还包括: 当智能路灯管理终端入网密钥检验错误或解密错误时,智能路灯服务器将进行报警, 并在智能路灯服务器入侵行为日志中予以记录。
3. 如权利要求1所述的智能城市照明方法,其特征在于,还包括: 对智能路灯用电量进行计算,并上传到智能路灯服务器。
4. 如权利要求1所述的智能城市照明方法,其特征在于,还包括: 采用通信模块将智能路灯与邻近的智能路灯相连,以形成相互连接的智能路灯互联网 络。
5. 如权利要求4所述的智能城市照明方法,其特征在于,还包括: 所述通信模块采用电力线载波(PLC)通信技术。
6. -种执行如权利要求1-5之一所述照明方法的智能城市照明系统,基于相互连接的 智能路灯,配备一个位于互联网中的智能路灯控制中心,为每个路灯配置智能路灯管理终 端,这些海量的终端通过主动注册的方法接入到智能路灯服务器上,实现路灯能效管理的 智能化,其特征在于,所述智能城市照明系统包含:智能路灯、智能路灯服务器、智能路灯管 理终端和掌上智能路灯管家; 智能路灯服务器是面向互联网基于智能路灯技术构建的数据及应用服务中心,它用于 实现大规模智能路灯管理终端的可靠接入及并发访问,并存储用户能效数据,智能路灯服 务器包含用户管理、终端接入前置服务、终端在离线状态管理以及和电力公司数据交换的 功能; 智能路灯管理终端内置嵌入式自动化控制系统,它用于实现对本地智能路灯设备接 入,智能路灯的控制管理,还用于实现与智能路灯服务器的对接; 掌上智能路灯管家设置在移动终端上,掌上智能路灯管家利用移动互联网络实现远程 智能路灯的管理,包含远程设备状态查看、远程分布式电源实时监测及控制、远程能源使用 计划执行、远程路灯控制、远程报警等功能。
7. 如权利要求5所述的智能城市照明系统,进一步的,其特征在于: 智能路灯管理终端与智能路灯管理终端相互连接,组成智能路灯互联网; 智能路灯管理终端到智能路灯管理终端的通信方案采用电力线载波通信(PLC)的方 式。
8. 如权利要求5所述的智能城市照明系统,进一步的,其特征在于还包括: 环境检测模块,所述环境检测模块包括PM2.5检测传感器,用于检测空气质量;能见度 检测传感器、用于检测空气透亮程度。
9. 如权利要求5所述的智能城市照明系统,进一步的,其特征在于还包括: 信息发布模块,用于通过微博、微信等手机应用,将智能路灯管理终端的运行状态信息 直接推送到用户手机上。
10. 如权利要求5所述的智能城市照明系统,进一步的,其特征在于: 所述的智能路灯管理终端,还用于对智能路灯的用电量进行计算,并上传到智能路灯 服务器。
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