CN111954330A - 一种物联网路灯系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种物联网路灯系统，其包括前端感知层、网络传输层、数据平台层以及应用层；所属前端感知层包括呈W型分布在道路两边的灯杆、供电模块、交换机，以及设置在灯杆上的前端设备；所述网络传输层用于从所述前端感知层的交换机接收数据并将数据传送给数据平台层，所述网络传输层还用于从数据平台层接收指令并传输至所述前端感知层，所述前端感知层接收指令后对前端设备进行控制；所述数据平台层接收并验证应用层的请求数据，并调用相应的业务逻辑进行数据处理，随后通过网络传输层发送指令到前端感知层并将处理结果返回给应用层；所述应用层包括具有不同权限的用户，用户通过实时调动与权限匹配的业务逻辑，实现前端感知层的功能联动。
Description
技术领域
本发明涉及路灯领域，具体涉及一种物联网路灯系统及其控制方法。
背景技术
随着5G时代的发展，结合物联网与人工智能技术，智慧城市的路灯智能化程度越来越高，路灯的可集成度也随之变高，在路灯的集成度越来越高的情况下，需要合理的模块化布局以及后台控制方法来支撑路灯系统的运作，以此降低路灯系统的能耗以及维护成本，同时增加路灯系统的可操作性，因此，需要提出一种新的物联网路灯系统及其控制方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种功能集成度高的、高度模块化的、维护成本低且操作性高的物联网路灯系统。
本发明提供一种物联网路灯系统，其包括前端感知层、网络传输层、数据平台层以及应用层；所属前端感知层包括呈W型分布在道路两边的灯杆、供电模块、交换机，以及设置在灯杆上且与所述供电模块和交换机电连接的前端设备，所述前端设备包括照明设备、WIFI设备、安防设备、求助设备、广播设备、信息交互设备、环境监测设备、市政监测设备以及充电设备；所述网络传输层包括但不限于局域网和广域网，其用于从所述前端感知层的交换机接收数据并将数据传送给数据平台层，所述网络传输层还用于从数据平台层接收指令并传输至所述前端感知层的交换机，所述前端感知层接收指令后对前端设备进行控制；所述数据平台层接收并验证应用层的请求数据，并调用相应的业务逻辑进行数据处理，随后通过网络传输层发送指令到前端感知层并将处理结果返回给应用层；所述应用层包括具有不同权限的用户，用户通过实时调动与权限匹配的业务逻辑，实现前端感知层的功能联动。
优选的，所述照明设备包括依次电连接的LED灯、LED灯驱动电源以及单灯控制器；所述LED灯配有配光透镜，其外壳为铝制压铸成型，其近端散热结构设置为蜂窝状的自然对流；所述LED灯驱动电源与向所述LED灯输出恒定的驱动电流；所述单灯控制器通过载波通信与所述交换机进行数据交换，实现对所述LED灯的开关、调光、电压电流信息采集、过载保护以及故障报警功能；所述集中控制器通过电力载波与所述单灯控制器双向通信，通过包括但不限于 TCP/IP、GPRS、3G或4G的方式与所述数据平台层双向通信。
优选的，所述安防设备包括但不限于高速球机和枪机，其用于识别不同的物体，为所述数据平台层提供物体行为分析的基础图像数据。
优选的，所述求助设备包括一键报警按钮、高清摄像头以及双向语音对讲 机，所述一键报警按钮实现第一时间报警求助，所述高清摄像头对案发现场进 行实时录像，所述双向语音对讲机实现实时通讯。
优选的，所述信息交互设备包括一LED显示屏、一LCD触摸屏及其工控机，所述LED显示屏、LCD触摸屏及其工控机分别电连接所述供电模块和交换机，所述LED显示屏用于发布便民信息、广告信息或环境数据，用户通过LCD 触摸屏查询指定的便民信息、广告信息或环境数据。
优选的，所述环境监测设备与供电模块电连接，其用于测量环境温度、环境湿度、风向、风速、大气压力、光照度、降水量以及紫外辐射。
优选的，所述市政监测设备包括井盖监测器、清洁桶监测器、物联网网关、 RFID阅读器、RFID标签，所述井盖监测器以及清洁桶监测器对道路井盖、垃圾桶位置进行检测，当井盖或垃圾桶的位置信息发生异常，则通过物联网网关发送异常警报信息和地理位置信息至数据平台层，数据平台层通过应用层通知责任部门，所述RFID阅读器配合RFID标签实现井盖及清洁桶维护人员的自动登记以及实时定位。
优选的，所述充电设备包括与所述供电模块电连接的直流充电桩或交流充电桩，所述直流充电桩采用380V电压实现车辆快速充电，所述交流充电桩采用 220V电压提供店里输出，配合电动汽车车载充电机实现车辆充电。
优选的，所述灯杆一体成型设计，所述灯杆内设置有上下层分离的强、若电分离走线。
本发明还提供一种物联网路灯系统的控制方法，其特征在于，其用于控制如上任意一项所述的物联网路灯系统，其包括一下步骤：步骤一：初始化参数，所有功能接口初始化；步骤二：应用层通过数据平台层检测是否有通信请求，有则响应请求，无则进入步骤三；步骤三：应用层通过数据平台层调用总体开关模块，开启前端设备使用；步骤四：应用层通过数据平台层调用照明设备控制接口，开启照明设备控制；步骤五：应用层通过数据平台层调用安防设备控制接口，开启安防设备控制；步骤六：检测求助设备信号，判断是否需要报警；步骤七：根据控制策略在预定时间对照明设备进行开、关动作；步骤八：返回步骤3轮询是否有通信请求。
本发明提供的一种物联网路灯系统及其控制方法，通过前端感知层采集信息、通过网络传输层实现数据传输，通过数据平台接收层实现数据处理及双向传输，通过应用层发送对前端设备的控制指令，采用“云-网-端”的框架将物联网路灯系统高度模块化，在系统出现异常时可快速定位异常模块，降低维护成本，同时，该路灯系统以灯杆为载体，在前端感知层集照明、wifi、安防、求助、广播、信息交互、环境监测、市政监测、充电设备于一体，使路灯系统具有强大功能，该路灯系统感知设备灵活配置、可扩展性强，为智慧城市的建设做好基础数据布局，实现智慧城市与智慧照明的基础建设。
附图说明
图1是本发明提供的物联网路灯系统的模块示意图；
图2是本发明提供的物联网路灯系统的后台控制管理系统的逻辑图；
图3是本发明第一实施例提供的路灯的结构示意图；
图4是本发明提供的路灯的杆体内部结构示意图；
图5是本发明提供的路灯的杆体内部结构示意图；
图6是本发明提供的路灯的其他结构示意图；
图7是本发明提供的wifi设备连接结构示意图；
图8是本发明提供的照明设备连接结构示意图；
图9是本发明提供的环境监测设备连接结构示意图；
图10是本发明提供的安防设备连接结构示意图；
图11是本发明提供的广播设备连接结构示意图；
图12是本发明提供的信息交互设备连接结构示意图；
图13是本发明提供的求助设备连接结构示意图；
图14是本发明提供的市政监测设备连接结构示意图；
图15是本发明提供的物联网路灯系统的控制方法逻辑图。
图中：1-wifi设备，2-照明设备，3-环境监测设备，4-安防设备，5-广播设备，6-数据即时页面，7-LED大屏，8-求助设备，9-信息交互屏，10-配电箱，91 工控机，11-强电走线槽，12-充电桩，13-接线盒(含单灯控制器)，14-开关电源， 15-漏电保护器，16-进线端子，17-馈线走线槽，18-光纤控制器，19-弱电走线槽， 20接地桩。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的一种物联网路灯系统作进一步说明，需要指出的是，下面仅以一种最优化的技术方案对本发明的技术方案以及设计原理进行详细阐述。
参阅图1，本物联网路灯系统包括前端感知层、网络传输层、数据平台层以及应用层；所属前端感知层包括呈W型分布在道路两边的灯杆、供电模块、交换机，以及设置在灯杆上且与所述供电模块和交换机电连接的前端设备，所述前端设备包括照明设备、WIFI设备、安防设备、求助设备、广播设备、信息交互设备、环境监测设备、市政监测设备以及充电设备；所述网络传输层包括但不限于局域网和广域网，其用于从所述前端感知层的交换机接收数据并将数据传送给数据平台层，所述前端感知层可通过Zigbee技术、WSN技术、WIFI技术等网络协议实现数据传输，所述网络传输层还用于从数据平台层接收指令并传输至所述前端感知层的交换机，所述前端感知层接收指令后对前端设备进行控制；所述数据平台层接收并验证应用层的请求数据，并调用相应的业务逻辑进行数据处理，随后通过网络传输层发送指令到前端感知层并将处理结果返回给应用层，该数据平台处理层包括但不限于本地服务器和网络云端服务器，其通过SaaS、PaaS、IaaS等云服务技术支持；所述应用层包括具有不同权限的用户，用户可以是政府管理部门、市民等用户，用户通过API接口实时调动与权限匹配的业务逻辑，实现前端感知层的功能联动，如图2，用户使用后台控制管理系统通过交换机(前端控制管理设备)接收基础数据，通过行为分析判断是否触发后台的预设报警动作，使用后台控制管理系统发出综合控制指令通过交换机 (前端控制管理设备)输出到设备实现前端设备控制联动。
参阅图3、图4及图5，是本发明第一实施例提供的一种物联网路灯，其包括灯杆及设置在灯杆上的从上至下：wifi设备1、照明设备2、环境监测设备3、安防设备4、广播设备5、数据即时页面6、LED大屏7、求助设备8、信息交互屏9以及配电箱10，其中结合图4及图5，所述配电箱上设置有所述信息交互屏9，所述配电箱10内部设置有与信息交互屏9电连接的工控机91、强电走线槽11、充电桩12、接线盒13、开关电源14、漏电保护器15、进线端子16、馈线走线槽17、光纤控制器18、弱电走线槽19以及接地桩20，其中所述灯杆使用铝合金、不锈钢、绝缘复合材料，采用框架式钢结构设计，该灯杆还可以采用卡槽式的结构设计，可随时增配前端设备，所述配电箱10采用非金属材料制作，万伏绝缘，保证灯杆24小时带电后安全使用，该物联网路灯通过强弱走线分离管，保证信号的互不干涉，路灯电箱内部强弱电上下层分离。每种设备独立供电控制，避免相互影响，在实际应用中，WIFI设备覆盖能力为100m左右，而灯杆常规间距为35m-50米，该智慧灯杆在道路两边可呈W型分布即可实现全方位功能覆盖。
参阅图6，本发明提供的四种路灯的结构形式，其分别是单杆一体式、双杆一体式、双杆滑槽式以及单杆滑槽式。
参阅图7，本发明提供的wifi设备的连接结构，所述wifi设备包括一室外无线AP设备，其通过TCP/IP与交换机实现数据交互，通过局域网连接至中心管理平台，所述ap设备可选是否支持探针功能，支持2.4G和5G两个工作频段，该wifi设备也可以包括与所述ap设备同品牌的ac设备，实现ac+ap模式。
参阅图8，本发明提供的照明设备的连接结构，所述照明设备包括光照度传感器、LED灯模组、驱动电源、单灯控制器、信号转换器，其中，所述光照度传感器通过弱电走线槽电连接弱电箱，所述LED灯模组、驱动电源、单灯控制器通过强电走线槽电连接强电箱，其中所述LED灯配有配光透镜，其外壳为铝制压铸成型，其近端散热结构设置为蜂窝状的自然对流，所述单灯控制器通过载波通信与所述交换机进行数据交换，实现对所述LED灯的开关、调光、电压电流信息采集、过载保护以及故障报警功能，所述交换机通过电力载波与所述单灯控制器双向通信，所述交换机还通过局域网与中心管理平台实现双向通信。
参阅图9，是本发明提供的环境监测设备连接结构，所述环境监测设备包括一环境监测器以及以通信网关，所述环境监测器通过弱电走线槽与弱电箱电连接，所述环境监测器还通过485控制线与通信网关实现数据传输，所述通信网关通过TCP/IP实现与交换机的数据通信，该环境监测设备通过局域网实现与中心管理平台的数据交互，该环境监测设备用于测量环境温度、环境湿度、风向、风速、大气压力、光照度、降水量以及紫外辐射数据，该些数据可通过数据即时页面展示。
参阅图10、图11以及图13，是本发明提供的安防设备、广播设备以及求 助设备的连接结构，所述安防设备包括高速球机或枪机，所述广播设备包括一 音柱，所述求助设备包括一键报警按钮，其中，所述摄像机电通过弱电走线槽 电连接弱电箱，所述摄像机还通过TCP/IP实现与交换机的数据交互，所述音柱 通过弱电走线槽电连接弱电线，所述音柱还通过TCP/IP实现与交换机的数据交 互，所述一键报警按钮通过弱电走线槽电连接弱电箱，所述一键报警按钮还通 过TCP/IP实现与交换机的数据交互，所述摄像机、音柱以及一键报警按钮通过 局域网实现与中心管理平台的交互，所述安防设备结合求助设备以及广播设备 实现一体化联动管理，所述安防设备用于识别不同的物体，为所述数据平台层 提供物体行为分析的基础图像数据，所述求助设备集成高清摄像头、支持双向 语音对讲等功能，可实现联网，实现第一时间报警求助，并联动案发现场周边 录像，管理人员收到求助信号，与求助人通话的同时，监控自行联动指向求助 人员位置，实现对求助市民附近的实际情况的监控，并自动回调求助前的监控 录像，回传至后台，情况紧急时还可通过广播系统进行广播喊话，起到威慑警 告的作用，另外，所述广播设备还可以提供定时播放和实时点播服务。
参阅图12，是本发明提供的信息交互设备连接结构，该信息交互设备将需 要的信息即可呈现在大屏幕上展示给市民，同时，用户可通过触摸屏进行查询 相关信息，发布及交互内容包括且不限于以下内容：①便民信息发布：视频、 图片、文字等媒体信息的发布；②精神文明建设等内容；③环境信息：环境气 象数据；④其它数据展示；所述信息交互设备包括LED屏、交互屏以及工控机， 所述LED屏、交互屏以及工控机之间通过USB/RS48/RS232/RJ45/WIFI等通信 方式进行通信，所述LED屏以及工控机通过强电走线槽连接强电箱，所述交互 屏通过弱电走线槽电连接弱电箱，所述工控机通过TCP/IP实现与交换机的通信， 该信息交互设备通过局域网实现与中心管理平台的交互。
参阅图14，是本发明提供的市政监测设备连接结构，所述市政监测设备包括井盖监测器、清洁桶监测器、物联网LORa网关、RFID阅读器、RFID标签，所述井盖监测器以及清洁桶监测器对道路井盖、垃圾桶位置进行检测，所述井盖监测器24小时实时智能监测，一旦井盖出现被盗翻起、井盖严重塌陷、井盖表面严重破损，感知单元触发感知数据，中心管理平台显示井盖异常警报信息和地理位置信息，通过短信、语音等方式告知相关责任部门，方便对异常状态的井盖进行处理,还可实现井盖发生位移后与摄像机联动来对准井盖以方便视频调看，清洁桶监测模块安装在垃圾桶内采集垃圾桶内烟火、异味、溢满状态、位置状态信息，通过物联网LORa网关发送异常警报信息和地理位置信息至中心管理平台，数据平台层通过应用层通知责任部门，所述RFID阅读器配合RFID 标签实现井盖及清洁桶维护人员的自动登记以及实时定位。
可优选的是，所述充电设备包括与所述供电模块电连接的直流充电桩或交流充电桩，所述直流充电桩采用380V电压实现车辆快速充电，所述交流充电桩采用220V电压提供店里输出，配合电动汽车车载充电机实现车辆充电。
参阅图15，本发明提供的该物联网路灯系统的控制方法，其包括以下步骤；
步骤一：初始化参数，所有功能接口初始化；
步骤二：应用层通过数据平台层检测是否有通信请求，有则响应请求，无则进入步骤三；
步骤三：应用层通过数据平台层调用总体开关模块，开启前端设备使用；
步骤四：应用层通过数据平台层调用照明设备控制接口，开启照明设备控制；
步骤五：应用层通过数据平台层调用安防设备控制接口，开启安防设备控制；
步骤六：检测求助设备信号，判断是否需要报警；
步骤七：根据控制策略在预定时间对照明设备进行开、关动作；
步骤八：返回步骤3轮询是否有通信请求
本发明提供的一种物联网路灯系统，融合物联网、云平台与大数据等技术，在智慧城市物联领域采用“云-网-端”总体框架，以智慧灯杆为物理载体，搭载通信信号、视频监控、信息交互、智能充电以及各类传感设备结合为多功能杆体，实现智慧照明、环境监测、基站管理、安防联动、智能广播、信息交互、智能充电、智慧市政等多种功能，通过后台管理系统设置控制策略，有效节省公共照明能耗，节约维护和管理成本，建设宜居环境。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种物联网路灯系统，其特征在于，其包括前端感知层、网络传输层、数据平台层以及应用层；
所属前端感知层包括呈W型分布在道路两边的灯杆、供电模块、交换机，以及设置在灯杆上且与所述供电模块和交换机电连接的前端设备，所述前端设备包括照明设备、WIFI设备、安防设备、求助设备、广播设备、信息交互设备、环境监测设备、市政监测设备以及充电设备；
所述网络传输层包括但不限于局域网和广域网，其用于从所述前端感知层的交换机接收数据并将数据传送给数据平台层，所述网络传输层还用于从数据平台层接收指令并传输至所述前端感知层的交换机，所述前端感知层接收指令后对前端设备进行控制；
所述数据平台层接收并验证应用层的请求数据，并调用相应的业务逻辑进行数据处理，随后通过网络传输层发送指令到前端感知层并将处理结果返回给应用层，该数据平台处理层包括但不限于本地服务器和网络云端服务器；
所述应用层包括具有不同权限的用户，用户通过实时调动与权限匹配的业务逻辑，实现前端感知层的功能联动。
2.根据权利要求1所述的一种物联网路灯系统，其特征在于，所述照明设备包括依次电连接的LED灯、LED灯驱动电源以及单灯控制器；
所述LED灯配有配光透镜，其外壳为铝制压铸成型，其近端散热结构设置为蜂窝状的自然对流；
所述LED灯驱动电源与向所述LED灯输出恒定的驱动电流；
所述单灯控制器通过载波通信与所述交换机进行数据交换，实现对所述LED灯的开关、调光、电压电流信息采集、过载保护以及故障报警功能；
所述交换机通过电力载波与所述单灯控制器双向通信，该交换机还通过包括但不限于TCP/IP、GPRS、3G或4G的方式与所述数据平台层双向通信。
3.根据权利要求1所述的一种物联网路灯系统，其特征在于，所述安防设备包括但不限于高速球机和枪机，其用于识别不同的物体，为所述数据平台层提供物体行为分析的基础图像数据。
4.根据权利要求1所述的一种物联网路灯系统，其特征在于，所述求助设备包括一键报警按钮、高清摄像头以及双向语音对讲机，所述一键报警按钮实现第一时间报警求助，所述高清摄像头对案发现场进行实时录像，所述双向语音对讲机实现实时通讯。
5.根据权利要求1所述的一种物联网路灯系统，其特征在于，所述信息交互设备包括一LED显示屏、一LCD触摸屏及其工控机，所述LED显示屏、LCD触摸屏及其工控机分别电连接所述供电模块和交换机，所述LED显示屏用于发布便民信息、广告信息或环境数据，用户通过LCD触摸屏查询指定的便民信息、广告信息或环境数据。
6.根据权利要求1所述的一种物联网路灯系统，其特征在于，所述环境监测设备与供电模块电连接，其用于测量环境温度、环境湿度、风向、风速、大气压力、光照度、降水量以及紫外辐射。
7.根据权利要求1所述的一种物联网路灯系统，其特征在于，所述市政监测设备包括井盖监测器、清洁桶监测器、物联网网关、RFID阅读器、RFID标签，所述井盖监测器以及清洁桶监测器对道路井盖、垃圾桶位置进行检测，当井盖或垃圾桶的位置信息发生异常，则通过物联网网关发送异常警报信息和地理位置信息至数据平台层，数据平台层通过应用层通知责任部门，所述RFID阅读器配合RFID标签实现井盖及清洁桶维护人员的自动登记以及实时定位。
8.根据权利要求1所述的一种物联网路灯系统，其特征在于，所述充电设备包括与所述供电模块电连接的直流充电桩或交流充电桩，所述直流充电桩采用380V电压实现车辆快速充电，所述交流充电桩采用220V电压提供店里输出，配合电动汽车车载充电机实现车辆充电。
9.根据权利要求1所述的一种物联网路灯系统，其特征在于，所述灯杆一体成型设计，所述灯杆内设置有上下层分离的强、若电分离走线。
10.一种物联网路灯系统的控制方法，其特征在于，其用于控制如权利要求1～9任意一项所述的物联网路灯系统，其包括以下步骤：
步骤一：初始化参数，所有功能接口初始化；
步骤二：应用层通过数据平台层检测是否有通信请求，有则响应请求，无则进入步骤三；
步骤三：应用层通过数据平台层调用总体开关模块，开启前端设备使用；
步骤四：应用层通过数据平台层调用照明设备控制接口，开启照明设备控制；
步骤五：应用层通过数据平台层调用安防设备控制接口，开启安防设备控制；
步骤六：检测求助设备信号，判断是否需要报警；
步骤七：根据控制策略在预定时间对照明设备进行开、关动作；
步骤八：返回步骤3轮询是否有通信请求。
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|---|---|---|---|
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