CN111102514B - 一种智慧路灯系统及路灯照明控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种智慧路灯系统及路灯照明控制方法，包括智慧路灯和用于管理各个智慧路灯的管理平台，所述智慧路灯包括照明模块、感知模块、网络模块、信息交互模块、充电模块、控制模块、定位模块和电源模块，所述控制模块分别与照明模块、感知模块、网络模块、信息公式模块、定位模块和充电模块相连，所述智慧路灯通过网络模块与管理平台相连。路灯照明控制方法包括常规控制方法和单神经元控制方法。本发明的优点是：采用单神经元PID控制对照明模块进行控制，时照明模块具有自适应功能，满足各个突发情况的照明需求；设有管理平台可以对每一盏路灯、每一组路灯进行远程开关或调光控制，同时具备灯具故障报警、停车充电、道路环境监测等功能。

Description

一种智慧路灯系统及路灯照明控制方法

技术领域

本发明涉及城市照明领域，尤其涉及一种智慧路灯系统及路灯照明控制方法。

背景技术

社会经济的发展带来了物联网技术的兴盛，在我国目前大部分的城市中，路灯照明与城市建设同步发展。在城市中，路灯照明首先满足了人们的生活需要，此外其照明系统的发达也是我国智慧城市繁荣的重要体现。

智慧路灯的设计提高了城市发展的水平，从根本上解决了以往路灯所造成的能源浪费现象，并且更充分地让城市居民的生活更加方便。目前我国城市智慧路灯设计现状主要有以下几个方面的表现：

1、智慧路灯系统管理困难

经过调查分析，在我国多个城市目前仍有路灯故障反馈不及时、解决不彻底的情况发生，在巡检方面也因为技术性较差而造成了一定的人力和财力浪费。

2、智能分析信息数据水平低

信息化的时代下，计算机技术的发展给人们的生活带来了翻天覆地的变化，各种通信技术的发展使得人们生产、生活的质量都大大提升。那么智慧城市背景下，智慧路灯正处于发展中状态，其智能分析信息数据的能力非常重要。然而目前我国路灯系统中，仍然有很多管理、实施、后期维护等工作都是由人工进行，无法对路灯照明信息进行精确的计算和评估，这也就对电量统计分析造成了一定的阻碍。

发明内容

本发明主要解决了上述问题，提供了一种设有报修模块，便于行人反馈路灯故障，基于单神经元PID控制的智慧路灯系统及路灯照明控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是, 一种智慧路灯系统，包括智慧路灯和用于管理各个智慧路灯的管理平台，所述智慧路灯包括照明模块、感知模块、网络模块、信息交互模块、充电模块、控制模块、定位模块和电源模块，所述控制模块分别与照明模块、感知模块、网络模块、信息公式模块、定位模块和充电模块相连，所述智慧路灯通过网络模块与管理平台相连。

通过管理平台能够管理所有智慧路灯及智慧路灯上的设备，便于智慧路灯的统一管理，感知模块用于感知智慧路灯周围环境包括车流量、人流量、路面积水、亮度、空气质量、温度和湿度等信息，其中部分信息用于照明模块的控制，另一部分信息则在信息交互模块上进行展示便于行人获取当前环境信息，网络模块用于和管理平台通信及在智慧路灯附近生成无线网络供行人接入上网，网络模块还用于与智慧路灯周围的智慧井盖、智慧停车位和智慧垃圾筒等物联网设备进行通信获取相关信息，并通过信息交互模块进行显示。

作为上述方案的一种优选方案，所述感知模块包括进行路面积水感知的水位传感器、对智慧路灯周围环境信息进行感知的环境传感器、对道路人流量及车流量进行感知的摄像头，所述水位传感器设置在智慧路灯下部侧面，所述环境传感器和摄像头设置在照明模块上。环境传感器包括温度传感器、湿度传感器、光传感器、声音传感器和空气质量传感器等。

作为上述方案的一种优选方案，所述信息交互模块包括用于播报信息的广播和用于显示信息及供行人输入信息的触控显示屏，所述触控显示屏还包括人脸识别模块，所述广播设置在照明模块上。行人能够通过触控显示屏获取当前环境信息、道路拥堵情况、人流量、地图路线信息及周围物联网设备信息等，还能够通过触控显示屏对充电模块进行控制，进行汽车充电和手机充电等操作。

作为上述方案的一种优选方案，所述充电模块包括用于电动汽车充电的充电枪和用于手机充电的充电器，通过触控显示屏选取充电桩和充电器及充电时间，并通过人脸识别模块进行充电费用的结算。手机充电器可以为充电线，充电线接口包括Type-C接口、Micro usb接口和lighting接口，充电器也可以为共享充电宝设备，在任意设有共享充电宝的智慧路灯均可进行充电宝的借用和归还。

作为上述方案的一种优选方案，所述智慧路灯还包括用于报告智慧路灯故障的报修模块和用于呼叫辖区警方的报警模块。报修模块为一键报修按钮，简化智慧路灯报修程序，便于行人进行报修，利用智慧路灯的维护。报警模块与人脸识别模块和控制模块关联设置，在报警模块被触发时，控制模块对报警模块触发前后一段时间内摄像头采集到的视频信息进行标注，通过人脸识别模块启动，识别周围人员身份信息，为警方工作提供便利。

作为上述方案的一种优选方案，所述网络模块包括进行无线网络通信的5G模块和与智慧路灯周围的物联网设备通信的物联网模块，所述5G模块和物联网模块均设置在照明模块中。

作为上述方案的一种优选方案，所述照明模块包括上壳体、设有镂空的下壳体、覆盖设置在镂空上的载物板和设置在载物板上的照明灯，所述上壳体和下壳体通过铰链连接，所述环境传感器设置在上壳体上，所述摄像头、广播和网络模块设置在载物板上。

作为上述方案的一种优选方案，所述控制模块采用单神经元PID控制对照明模块进行控制。使照明模块的亮度调整具有自适应、自组织功能，在满足照明亮度需求的前提下尽可能减小功耗。

对应的本发明还提供一种路灯照明控制方法，采用智慧路灯系统，包括常规控制方法和单神经元控制方法，所述常规控制方法包括以下步骤：

S1：所述定位模块获取智慧路灯的经纬度；

S2：所述控制模块根据经纬度计算日出日落时间，根据日出日落时间控制照明模块关闭和打开；

S3：在照明模块打开期间，控制模块根据时间段控制照明模块照明亮度，在日落后的一段时间内及日出前的一段时间内保持最高照明亮度，越接近午夜则照明模块照明亮度越低，在午夜至日出前一段时间内时采用道路单边智慧路灯间隔亮灯，道路两边的智慧路灯交错亮灯。

作为上述方案的一种优选方案，所述单神经元控制方法包括以下步骤：

S01：感知模块感知车流量信息、人流量信息及环境信息，所述环境信息包括天气信息、亮度信息和噪声信息，对于居民区附近的智慧路灯，还需要获取附近居民区用电负荷信息；

S02：在白天时，控制模块根据天气和亮度控制照明模块工作，在照明模块工作时，控制模块根据噪声信息、车流量、人流量和附近居民区用电负荷信息控制照明模块照明亮度，以摄像头采集的画面中路面清晰度为预设值和反馈值采用单神经元PID控制对照明模块照明亮度进行控制。

本发明的优点是：采用单神经元PID控制对照明模块进行控制，时照明模块具有自适应功能，满足各个突发情况的照明需求；设有管理平台可以对每一盏路灯、每一组路灯进行远程开关或调光控制，同时具备灯具故障报警、停车充电、道路环境监测等功能。

附图说明

图1为实施例中智慧路灯系统的一种原理框图。

图2为实施例中智慧路灯的一种正视结构示意图。

图3为实施例中智慧路灯的一种侧视结构示意图。

图4为实施例中照明模块的一种剖视结构示意图。

图5为实施例中常规控制方法的一种流程示意图。

图6为实施例中单神经元控制方法的一种流程示意图。

1-智慧路灯 2-管理平台 3-照明模块 4-感知模块 5-网络模块 6-信息交互模块7-充电模块 8-控制模块 9-定位模块 10-电源模块 11-水位传感器 13-摄像头 14-广播15-触控显示屏 16-人脸识别模块 17-充电枪 18-充电器 19-报修模块 20-报警模块 21-上壳体 22-镂空 23-下壳体 24-载物板 25-照明灯 26-环境传感器 27-广播及网络模块。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例：

本实施例一种智慧路灯系统，如图1所示，包括智慧路灯1和用于管理各个智慧路灯的管理平台2，智慧路灯包括照明模块3、感知模块4、网络模块5、信息交互模块6、充电模块7、控制模块8、定位模块9、电源模块10、报修模块19和报警模块20，控制模块分别与照明模块、感知模块、网络模块、信息公式模块、定位模块和充电模块相连，智慧路灯通过网络模块与管理平台相连。

如图2、图3所示，感知模块包括水位传感器11、环境传感器和摄像头13；信息交互模块包括广播14和触控显示屏15，触控显示屏上端设置有人脸识别模块16；充电模块包括充电枪和充电器；控制模块采用单神经元PID控制对照明模块进行控制。

如图4所示，照明模块包括上壳体21、设有镂空22的下壳体23、覆盖设置在镂空上的载物板24和设置在载物板上的照明灯25，所述上壳体和下壳体通过铰链连接，上壳体和下壳体上还设有搭扣，上下壳体通过搭扣闭合，环境传感器26设置在上壳体上，在环境传感器上方还有挡板，用于放置树叶、鸟屎等落在环境传感器上影响环境传感器正常运行。摄像头、广播和网络模块设置在载物板上，广播和网络模块设置在一起组成广播及网络模块27，在广播及网络模块下方的载物板上设有通孔，通孔便于广播声音和无线信号的传播，网络模块包括进行网络通信的5G模块和与智慧路灯周围的物联网设备通信的物联网模块。

在智慧路灯的杆体上，自上到下依次设有照明模块、触控显示屏、报修模块、报警模块和充电器。其中，环境传感器包括光传感器、空气质量传感器、温度传感器、湿度传感器和声音传感器等；摄像头用于对道路人流量及车流量进行感知，同时用于照明模块亮度的单神经元PID控制，网络模块用于和管理平台通信及在智慧路灯附近生成无线网络供行人接入上网，同时用于获取智慧路灯周围物联网设备信息；广播用于播报信息；触控显示屏用于行人获取当前环境信息、道路拥堵情况、人流量和地图路线信息等，还能够通过触控显示屏对充电模块进行控制，进行汽车充电和手机充电等操作；报修模块和报警模块提供一键报修按钮和一键报警按钮，便于行人反馈智慧路灯故障信息及报警，报警模块与人脸识别模块和控制模块关联设置，在报警模块被触发时，控制模块对报警模块触发前后一段时间内摄像头采集到的视频信息进行标注，通过人脸识别模块启动，识别周围人员身份信息，为警方工作提供便利；充电器可以为充电线，充电线接口包括Type-C接口、Micro usb接口和lighting接口，充电器也可以为共享充电宝设备，在任意设有共享充电宝的智慧路灯均可进行充电宝的借用和归还。

智慧路灯侧面下部还设有水位传感器，到道路积水没过水位传感器时，上部浸没告警，相应智慧路灯进行部分紧急断电，防止漏电事件发生，通过水位传感器还可以掌握城市各区域的道路积水信息。

本实施例还提供路灯照明控制方法，采用上述系统，包括常规控制方法和单神经元控制方法，在正常情况下采用常规控制方法控制智慧路灯亮度，当出现突发情况，控制模块认为常规控制方法产生的照明效果不能满足当前情况需求时，采用单神经元控制方法的照明方案，即两种控制方法同时运行，当单神经元控制方法认为需要更高的亮度，而常规控制方法认为此时应为75%亮度，则照明模块采用单神经元控制方法产生的方案进行照明，当单神经元控制方法认为当前需要75%的亮度，而常规控制方法认为此时应为100%的亮度，则采用常规控制方法的控制方案。

常规控制方法，如图4所示，包括以下步骤：

S1：定位模块获取智慧路灯的经纬度；

S2：控制模块根据经纬度计算日出日落时间，在日出时关闭照明模块，在日落时打开照明模块；

S3：在照明模块打开期间，控制模块根据时间段控制照明模块照明亮度，在日落后的一段时间内及日出前的一段时间内保持最高照明亮度，越接近午夜则照明模块照明亮度越低，在午夜至日出前一段时间内时采用道路单边智慧路灯间隔亮灯，道路两边的智慧路灯交错亮灯，如在日落到21点30分保持100%的照明亮度，在21点30分到0点采用75%的照明亮度，在0点到次日5点采用50%的照明亮度，同时采用采用道路单边智慧路灯间隔亮灯，道路两边的智慧路灯交错亮灯，在5点到日出采用100%的照明亮度。

单神经元控制方法，如图5所示，包括以下步骤：

S01：感知模块感知车流量信息、人流量信息及环境信息，环境信息包括天气信息、亮度信息和噪声信息等，对于居民区附近的智慧路灯，还需要获取附近居民区用电负荷信息；

S02：在白天时，照明模块在常规控制方法的控制下，应处于关闭状态，但当控制模块发现天气较差如暴雨、大雪及大雾等时或者环境传感器检测到亮度较低时，控制照明模块工作，在照明模块工作时，控制模块根据噪声信息、车流量、人流量和附近居民区用电负荷信息控制照明模块照明亮度，以摄像头采集的画面中路面清晰度为预设值和反馈值采用单神经元PID控制对照明模块照明亮度进行控制。

对于非居民区的智慧路灯根据噪声信息、车流量和人流量控制照明模块照明亮度，如在晚上21点30分后，照明模块以75%的亮度工作，此时，环境传感器和摄像头检测到附近有较大的噪音及车流量或是人流量时，摄像头将采集的道路画面传输至控制模块，控制模块对道路画面进行清晰度评判，判断在当前亮度下，通过摄像头（不使用夜视功能的情况下）能够获取清晰的道路图像，若能，则保持原照明亮度，若不能，则控制照明模块提高照明亮度，而后再次进行道路画面清晰度判断，直至道路画面清晰度满足要求。当通过不使用夜视功能的摄像头能够采集到清晰的道路画面时，此时的照明亮度已满足道路上行人和车辆的照明需求。

对于居民区的智慧路灯，根据噪声信息、车流量和人流量信息外，还需要根据居民区的用电负荷量。如在晚上21点30分后，在22点30分前，居民区用电负荷量小于正常负荷量的80%则应对照明模块应对亮度进行调整，使照明模块亮度能够满足行人照明需求。通过用电负荷量判断居民区内居民在家情况，除去深夜，当用电负荷量较低时，居民可能在居住区附近散步，因此需要满足行人的照明需求，当用电负荷量较高时，则可认为居民在室内，无需太亮的照明。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种智慧路灯系统，其特征是：包括智慧路灯（1）和用于管理各个智慧路灯的管理平台（2），所述智慧路灯包括照明模块（3）、感知模块（4）、网络模块（5）、信息交互模块（6）、充电模块（7）、控制模块（8）、定位模块（9）和电源模块（10），所述控制模块分别与照明模块、感知模块、网络模块、信息公式模块、定位模块和充电模块相连，所述智慧路灯通过网络模块与管理平台相连；

还包括一种路灯照明控制方法，所述一种路灯照明控制方法包括常规控制方法和单神经元控制方法，所述常规控制方法包括以下步骤：

S1：所述定位模块获取智慧路灯的经纬度；

S2：所述控制模块根据经纬度计算日出日落时间，根据日出日落时间控制照明模块关闭和打开；

S3：在照明模块打开期间，控制模块根据时间段控制照明模块照明亮度，在日落后的一段时间内及日出前的一段时间内保持最高照明亮度，越接近午夜则照明模块照明亮度越低，在午夜至日出前一段时间内时采用道路单边智慧路灯间隔亮灯，道路两边的智慧路灯交错亮灯；

所述单神经元控制方法包括以下步骤：

S01：感知模块感知车流量信息、人流量信息及环境信息，所述环境信息包括天气信息、亮度信息和噪声信息，对于居民区附近的智慧路灯，还需要获取附近居民区用电负荷信息；

S02：在白天时，控制模块根据天气和亮度控制照明模块工作，在照明模块工作时，控制模块根据噪声信息、车流量、人流量和附近居民区用电负荷信息控制照明模块照明亮度，以摄像头采集的画面中路面清晰度为预设值和反馈值采用单神经元PID控制对照明模块照明亮度进行控制；

在正常情况下采用常规控制方法控制智慧路灯亮度，当出现突发情况，控制模块认为常规控制方法产生的照明效果不能满足当前情况需求时，采用单神经元控制方法的照明方案，即两种控制方法同时运行，当单神经元控制方法认为需要更高的亮度，而常规控制方法认为此时需要更低亮度，则照明模块采用单神经元控制方法产生的方案进行照明；当单神经元控制方法认为当前需要更低的亮度，而常规控制方法认为此时应为更高的亮度，则采用常规控制方法的控制方案。

2.根据权利要求1所述的一种智慧路灯系统，其特征是：所述感知模块包括进行路面积水感知的水位传感器（11）、对智慧路灯周围环境信息进行感知的环境传感器、对道路人流量及车流量进行感知的摄像头（13），所述水位传感器设置在智慧路灯下部侧面，所述环境传感器和摄像头设置在照明模块上。

3.根据权利要求1所述的一种智慧路灯系统，其特征是：所述信息交互模块包括用于播报信息的广播（14）和用于显示信息及供行人输入信息的触控显示屏（15），所述触控显示屏还包括人脸识别模块（16），所述广播设置在照明模块上。

4.根据权利要求3所述的一种智慧路灯系统，其特征是：所述充电模块包括用于电动汽车充电的充电枪（17）和用于手机充电的充电器（18），通过触控显示屏选取充电桩和充电器及充电时间，并通过人脸识别模块进行充电费用的结算。

5.根据权利要求1所述的一种智慧路灯系统，其特征是：所述智慧路灯还包括用于报告智慧路灯故障的报修模块（19）和用于呼叫辖区警方的报警模块（20）。

6.根据权利要求2或3所述的一种智慧路灯系统，其特征是：所述网络模块包括进行网络通信的5G模块和与智慧路灯周围的物联网设备通信的物联网模块，所述5G模块和物联网模块均设置在照明模块中。

7.根据权利要求6所述的一种智慧路灯系统，其特征是：所述照明模块包括上壳体（21）、设有镂空（22）的下壳体（23）、覆盖设置在镂空上的载物板（24）和设置在载物板上的照明灯（25），所述上壳体和下壳体通过铰链连接，所述环境传感器（26）设置在上壳体上，所述摄像头、广播和网络模块设置在载物板上。

8.根据权利要求1所述的一种智慧路灯系统，其特征是：所述控制模块采用单神经元PID控制对照明模块进行控制。

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