CN115226276A - 一种基于iot的城市道路智慧照明控制方法及系统 - Google Patents

一种基于iot的城市道路智慧照明控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及照明装置或其系统技术领域，尤其涉及一种基于IOT的城市道路智慧照明控制方法及系统，其控制方法通过模拟路灯的使用环境，采集环境因素对路灯亮度影响的关系数据，得出环境因素对路灯亮度影响的权重，将数据进行运算，建立环境因素与路灯亮度的调节关系式，生成运算命令，存储于计算机或者微处理器中，在路灯上设置采集环境因素的传感器，设置每隔一段时间采集一次环境因素，在检测到行人或者车辆通过时，将路灯发出亮度刨除环境的影响，使照射到地面处的亮度处于一个相对恒定的范围，让行人或者车辆接收到的路灯亮度保持稳定，满足通行的要求，在无行人通过时，可以保持关闭或者低亮度的模式，减少电量消耗，达到了智慧照明的需求。

Description

一种基于IOT的城市道路智慧照明控制方法及系统
技术领域
本发明涉及照明装置或其系统技术领域，尤其涉及一种基于IOT的城市道路智慧照明控制方法及系统。
背景技术
路灯是我国经济发展必备的用电设备，随着近年我国经济的高速发展，路灯所耗电能所占总电量的比例继续增大，如果通过安装路灯节能控制器或其它设备，就能更加有效的控制路灯所耗电能，从而节约能源，这也符合我们国家建设资源节约型社会的发展规划，有助于我国经济的进一步发展。
现有技术中，对路灯的智慧照明控制方法已经有人提出了改进，如公布号为CN114585135A的中国发明专利于2022年6月3日公开的《一种智慧照明控制系统及智慧照明控制方法》，其利用毫米波雷达来监测区域内人流情况，根据人流密度来对亮度进行调节，从而达到节省电力的需求。
然而上述亮度调节的方式，仅能针对监控区域内是否有行人才可以触发，亮度调节条件苛刻，同时，应对恶劣天气的道路照明，并未针对性的作出亮度调节，给人们的出行造成了麻烦，容易引发交通事故。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于IOT的城市道路智慧照明控制方法及系统，
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于IOT的城市道路智慧照明控制方法，包括以下步骤：
S1：模拟路灯使用环境，利用单一变量对照试验原则，得出多个环境因素对路灯亮度影响关系数据；
S2：绘制每一个环境因素变化量与路灯亮度数据坐标系，对坐标系内数据进行线性拟合，得出单个环境因素对路灯亮度影响系数；
S3：将多个环境因素与路灯亮度进行整合，以满足人或车辆通行的亮度为一固定值，以环境因素为自变量，以当前需要设定路灯亮度为因变量，建立亮度调节关系式；
S4：每隔一预设时间段，采集当下环境因素数据并代入上述亮度调节关系式计算得出此时需要设定的路灯亮度；
S5：在照明时间段内检测是否有行人或车辆经过，若有，则将路灯从熄灭状态或低亮度状态调节成设定的路灯亮度状态并保持一段时间，若无，则继续保持原来状态。
进一步地，所述环境因素包括自然光的亮度、空气的温湿度、空气的能见度，所述空气的能见度采用空气中的PM2.5数值来反馈。
进一步地，所述亮度调节关系式为：
L1＝L0+aX+bY+cZ
其中，所述L1表示此时需要设定的路灯亮度，L0为一固定值，表示满足人或车辆通行的亮度，X、Y、Z分别依次表示自然光的亮度、空气的温湿度和空气的能见度，a，b，c分别为上述自变量对应的系数，根据试验计算求得。
进一步地，通过采集声音信号的强度值来反馈是否有行人或车辆经过，若声音信号强度超过某一预设的强度值时，则反馈有行人或车辆经过。
进一步地，还包括有声音检测时间段，以第一次检测到声音信号大于某一预设的强度值时来触发声音检测时间段开始计时，在声音检测时间段内再次检测是否有声音大于某一预设的强度值，若有，则反馈有行人或车辆经过，若无，则表示第一次检测到的声音属于外界偶然发声，并无行人或车辆经过。
进一步地，还通过红外感应来监控路灯下道路区域是否有行人经过。
进一步地，通过获取当地的经纬度信息来对路灯的开启照明时间和结束照明时间进行控制。
进一步地，对路灯运行数据进行自动存储，还采集该路灯的位置或编号信息，将上述信息生成日志，依据日志对路灯是否发生故障进行判断。
本发明还公开了一种基于IOT的城市道路智慧照明系统，包括：
感光传感器，用于采集室外自然光强度；
环境温湿度传感器，用于采集环境中温湿度参数；
PM2.5环境采集器，用于采集空气中PM2.5数值，对空气能见度形成定量分析；
声音传感器，用于采集道路上的声音信息；
红外感应传感器，用于监控通过路灯下某一区域内行人或行车状态；
微处理器，分别与感光传感器、环境温湿度传感器、PM2.5环境采集器、声音传感器和红外感应传感器电信号连接，用于接收电信号并处理，生成控制命令，来控制路灯的运行；
远程监控中心，用于接收微处理器收集的信息，同时也发出指令来控制微处理器的运行；
无线传输模块，用于提供微处理器与远程监控中心之间的无线传输功能。
进一步地，所述微处理器内部包括单片机控制模块、传感器信息处理模块、亮度调节模块和供电控制模块。
进一步地，还包括太阳能发电装置和储能电池，所述太阳能发电装置用于发电并将电能储存于储能电池内，所述储能电池用于供电。
进一步地，还包括集中控制箱，所述集中控制箱安装于配电箱内，用于负责一片区域内路灯的实时状况，同时也配置有电闸，用于对该区域内路灯做统一通断处理。
进一步地，还包括安装于路灯内的北斗导航模块，所述北斗导航模块用于生成定位信息。
进一步地，还包括安装于路灯内的人体体温测试器，对路过监测区域的行人进行体温监测。
本发明的有益效果为：本发明通过模拟路灯的使用环境，采集环境因素对路灯亮度影响的关系数据，得出每个环境因素对路灯亮度影响的权重，之后，将数据进行运算，建立环境因素与路灯亮度的调节关系式，生成运算命令，存储于计算机或者微处理器中，在路灯上设置采集环境因素的传感器，设置每隔一预设时间段来采集一次环境因素，在检测到行人或者车辆通过时，将路灯发出亮度刨除环境的影响，使照射到地面处的亮度处于一个相对恒定的范围，让行人或者车辆接收到的路灯亮度保持稳定，满足通行的要求，在无行人通过时，可以保持关闭或者低亮度的模式，减少电量消耗，节约了能源，达到了智慧照明的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中基于IOT的城市道路智慧照明控制方法的示意流程图；
图2为本发明实施例中基于IOT的城市道路智慧照明系统的框架结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
参照图1，图1示出了本发明实施例1提供的基于IOT的城市道路智慧照明控制方法的示意流程图，如图所示，该方法包括如下步骤：
S1：模拟路灯使用环境，利用单一变量对照试验原则，得出多个环境因素对路灯亮度影响关系数据。
具体的，路灯以一定功率发出亮度，灯光通过一定的传播路径，进入到路面的行人或者车辆上的驾驶员眼中，由于各种环境因素的影响，使得地面行人或驾驶员感受到的灯光会与路灯发出的亮度产生差异，所以，在面对恶劣天气或者天气处于午夜最黑暗的时候，需要将路灯调亮，使得人眼看到的亮度保持稳定，本发明人基于以上认知，利用单一变量对照试验原则，来得出环境因素对路灯亮度影响的权重，本发明人对路灯亮度产生影响的主要几种因素进行了检测，比如，自然光的亮度、空气的温湿度和空气的能见度，空气的能见度以空气中的PM2.5进行表征，主要是因为 PM2.5检测技术成熟，且检测准确度高，为了模拟路灯使用环境，通过搭建路灯模型，在路灯照射范围内设置采样点，通过在采样点设置光照传感器来采集人眼接收到的亮度值，设置路灯以一已知功率进行照明，在试验自然光的亮度对路灯亮度的影响时，可以在测试路灯上方再安装一个可调亮度的光源，来模拟自然光的变化，记录自然光变化时，采样点处接收的亮度值，得出自然光对路灯亮度影响的关系数据，将数据传输到电脑上，通过绘图软件对环境因素变化量与路灯亮度关系的坐标系，对坐标系进行拟合，得出系数值，在模拟空气的温湿度对路灯亮度的影响时，可以通过设置加湿加热器来加热测试区域内的空气温湿度，其他变量保持不变，得出环境温湿度对亮度影响的系数，在模拟空气的能见度对路灯亮度的影响时，通过制造烟尘，改变测试区域内的PM2.5来反馈空气的能见度，一一采集完上述环境因素对路灯亮度的影响数据。
S2：绘制每一个环境因素变化量与路灯亮度数据坐标系，对坐标系内数据进行线性拟合，得出单个环境因素对路灯亮度影响系数。
这里主要是借助计算机内的画图软件，以环境因素变化量为X轴坐标系，以路灯亮度变化为Y轴坐标系，生成数据集坐标系，对坐标系内的数据进行线性拟合，分别得出单个环境因素对路灯影响的系数，这里需要具体说明的是，本发明人通过实验所得，自然光的亮度会补偿路灯发出的亮度，自然光强度的增加，使得人眼接收到的亮度值也会随之增加，具体系数为约为0.34，而空气的温湿度会对路灯发出的亮度产生负相关，随着空气的温湿度的增加，使得人眼接收到的亮度值逐渐变小，具体系数约为-0.17，随着PM2.5数值的增加，使得人眼接收到的亮度值也是逐渐变小，具体的系数约为-0.21，上面展示了对灯光影响的主要因素与灯光亮度的关系，也可能会有其他因素，本发明仅提供一个基础的思路，如若有其他影响因素，也可以把它们加进来，一起对灯光亮度进行控制。
S3：将多个环境因素与路灯亮度进行整合，以满足人或车辆通行的亮度为一固定值，以环境因素为自变量，以当前需要设定路灯亮度为因变量，建立亮度调节关系式。
具体的，亮度调节关系式为：
L1＝L0+aX+bY+cZ
其中，所述L1表示此时需要设定的路灯亮度，L0为一固定值，表示满足人或车辆通行的亮度，X、Y、Z分别依次表示自然光的亮度、空气的温湿度和空气的能见度，a，b，c分别为上述自变量对应的系数，根据试验计算求得。
其中满足人或车辆通行的亮度指的是行人或驾驶员人眼接收的亮度，我们假设人眼接收到的亮度为一恒定值，即，人无论任何环境下通过路灯下，看到的亮度都是一样的，均可以满足正常行走或行车需求，这就需要对路灯发出的亮度进行调节，将步骤2中得到的系数带入到亮度调节关系式中，可得L1＝L0-0.34X+0.17Y+0.21Z，生成硬件可以运行的运算符。
S4：每隔一预设时间段，采集当下环境因素数据并代入上述亮度调节关系式计算得出此时需要设定的路灯亮度。
为了降低对灯光的调节难度，我们设置每隔一预设时间段来采集当下环境因素，这里的一预设时间段，可以为5min，也可以为10min，也可以是更长，因为环境是一个逐渐的变化过程，短时间内变化幅度不大，所以在对灯光进行调节时，仅需要过几分钟生成一次调节命令即可。
S5：在照明时间段内检测是否有行人或车辆经过，若有，则将路灯从熄灭状态或低亮度状态调节成设定的路灯亮度状态并保持一段时间，若无，则继续保持原来状态。
为了更加节省用电，选择人或车辆通行时，才会把亮度上调至满足行人或车辆通行的亮度，而在无人或无车辆通行时，可以保持关闭状态，或者一种低亮度状态，这里的低亮度状态是一种设置的路灯恒定功率的状态，低亮度状态以满足天气最好，且夜晚月光充足下能够保证行人或车辆通行的亮度为标准进行设定的，相对于目前使用的路灯，其亮度要低于正常状态。
作为本实施例的具体公开，通过采集声音信号的强度值来反馈是否有行人或车辆经过，若声音信号强度超过某一预设的强度值时，则反馈有行人或车辆经过，行人在路上行走时，会发出脚步声，车辆通行时，也会发出声响，通过声音的采集来触发，可以全方位的检测到行人或车辆，使用效果好。
为了排除外界偶然发声的影响，还包括有声音检测时间段，该声音检测时间段通过计时装置实现，声音检测时间段可以为3s时段也可以为5s 时段，也可以是更长，以第一次检测到声音信号大于某一预设的强度值时来触发声音检测时间段开始计时，在声音检测时间段内再次检测是否有声音大于某一预设的强度值，若有，则反馈有行人或车辆经过，若无，则表示第一次检测到的声音属于外界偶然发声，并无行人或车辆经过。本发明通过采用上述方式，从而大大降低了这两次声音信号时外界偶然因素(如风吹的石头撞击地面)而发出的几率，只有在声音检测时间段内连续两次采集较大的声音信号，才会将路灯调亮至满足行人或车辆通行的亮度，亮灯一段时间，直到下一个时间段再次感应，以及再次是否亮灯。
为了提高对道路行人检测的准确性，还通过红外感应来监控路灯下道路区域是否有行人经过，由于行人走路声音较小，所以通过设置红外感应器来对路灯下道路区域进行监控，当监控到区域内有行人通过时，发出唤醒信号，来调亮路灯亮度。
在本实施例中，由于我们国家东西跨度较大，因此需要通过对经纬度的分析，然后针对不同的季节，甚至是不同的月份进行动态调整，所以，通过对路灯进行依次编号，或者在路灯内嵌入北斗导航定位模块，来获取路灯的位置信息，通过获取当地的经纬度信息来对路灯的开启照明时间和结束照明时间进行控制。
为了方便检修，在本实施例中，还对路灯运行数据进行自动存储，还采集该路灯的位置或编号信息，将上述信息生成日志，依据日志对路灯是否发生故障进行判断，比如相邻路灯的亮灯状态切换以及传感器传回的信号值，做一个对比，因为在实际生活中，行人在一段路上行走，会触发该路段内的路灯进行亮灯，所以，通过比对相邻路灯调亮的时间点可以查看出某一个路灯是否损坏，方便工作人员检修。
本发明还公开了一种基于IOT的城市道路智慧照明系统，基于5G大环境的背景应用而生，主要是通过物联网这一新式概念，形成物物联网、以及智慧城市理念的提出。通过5G技术实现对每一个路灯进行网格化管理，实时监测每个路灯的功耗。通过对每个路灯的精细化控制可以有效的减少道路交通事故的发生、并且减少不可再生能源的消耗。同时有利于低碳经济的发展，同时实现可持续发展战略，同时推动智慧城市理念的实现，具体包括：
感光传感器，用于采集室外自然光强度；
环境温湿度传感器，用于采集环境中温湿度参数；
PM2.5环境采集器，用于采集空气中PM2.5数值，对空气能见度形成定量分析；
声音传感器，用于采集道路上的声音信息；
红外感应传感器，用于监控通过路灯下某一区域内行人或行车状态；
微处理器，分别与感光传感器、环境温湿度传感器、PM2.5环境采集器、声音传感器和红外感应传感器电信号连接，用于接收电信号并处理，生成控制命令，来控制路灯的运行；
远程监控中心，用于接收微型处理器收集的信息，同时也发出指令来控制微型处理器的运行；
无线传输模块，用于提供微型处理器与远程监控中心之间的无线传输功能。
具体的，感光传感器设置于路灯的顶部，避免受到路灯自身亮度的影响，环境温湿度传感器、PM2.5传感器、声音传感器红外感应传感器、微处理器均安装于灯杆的配电箱内，所有传感器均与微处理器进行信号连接，微处理器与远程监控中心之间采用无线传输模块进行连接，在每盏路灯上嵌入一个ZigBee无线通信模块，使其自组网络，微处理器通过自组的 ZigBee无线网络进行通信，其中环境温湿度传感器、PM2.5传感器可以多个路灯共用一套，因为环境的变化小，同一片区域内环境的采集仅需要一套即可，远程监控中心主要是看路灯的运行状态，以及在紧要情况下进行开启或切断等功能。
为了实现灯光亮度的调节，所述微处理器内部包括单片机控制模块、传感器信息处理模块、亮度调节模块和供电控制模块，传感器信息处理模块用于处理传感器的电信号，通过运算后，采用亮度调节模块输出亮度调节信号，从而对路灯亮度进行控制。
为了实现节能减排，还包括太阳能发电装置和储能电池，所述太阳能发电装置用于发电并将电能储存于储能电池内，所述储能电池用于供电，通过太阳能直接发电来供应路灯。
为了便于检修，还包括集中控制箱，所述集中控制箱安装于配电箱内，用于负责一片区域内路灯的实时状况，同时也配置有电闸，用于对该区域内路灯做统一通断处理。
为了对路灯实现定位，可以接受当地的经纬度，还包括安装于路灯内的北斗导航模块，所述北斗导航模块用于生成定位信息，由于我们国家东西跨度较大，因此需要通过对经纬度的分析，然后针对不同的季节，甚至是不同的月份进行动态调整。主要针对照明的时常已经照明时间段进行控制。针对网络信号差的山区，可通过车载蓝牙系统于北斗系统相连，当车辆行驶过程中发生故障可通过北斗系统发送求救信号。对车辆故障进行及时处理。
作为本实施例的进一步公开，还包括安装于路灯内的人体体温测试器，对路过监测区域的行人进行体温监测，通过在路灯底座下面安装体温测试器。如果体温出现异常，一方面可以通过路灯控制器的语音播报系统对当前情况进行一个通报。其次监测数据实时返回到远程监控中心，由于该套控制系统是基于物联网。数据很快传送到大数据云平台。给从事该行业的专业人士提供一些技术支撑，从而对事情的进一步恶化升级起到一定的抑制作用。
本发明领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加通用硬件平台地方式来实现，当然也可以通过硬件，很多情况下通过软件实现效果更佳。基于以上理解，本发明的技术方案本质上可以说对现有技术做出贡献地部分可以软件产品地形式体现出来，计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，上位机，或者网络设备等)执行本发明各个实例所述地方法。

Claims (10)

1.一种基于IOT的城市道路智慧照明控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：模拟路灯使用环境，利用单一变量对照试验原则，得出多个环境因素对路灯亮度影响关系数据；
S2：绘制每一个环境因素变化量与路灯亮度数据坐标系，对坐标系内数据进行线性拟合，得出单个环境因素对路灯亮度影响系数；
S3：将多个环境因素与路灯亮度进行整合，以满足人或车辆通行的亮度为一固定值，以环境因素为自变量，以当前需要设定路灯亮度为因变量，建立亮度调节关系式；
S4：每隔一预设时间段，采集当下环境因素数据并代入上述亮度调节关系式计算得出此时需要设定的路灯亮度；
S5：在照明时间段内检测是否有行人或车辆经过，若有，则将路灯从熄灭状态或低亮度状态调节成设定的路灯亮度状态并保持一段时间，若无，则继续保持原来状态。
2.根据权利要求1所述的基于IOT的城市道路智慧照明控制方法，其特征在于，所述环境因素包括自然光的亮度、空气的温湿度、空气的能见度，所述空气的能见度采用空气中的PM2.5数值来反馈。
3.根据权利要求2所述的基于IOT的城市道路智慧照明控制方法，其特征在于，所述亮度调节关系式为：
L1=L0+aX+bY+cZ
其中，所述L1表示此时需要设定的路灯亮度，L0为一固定值，表示满足人或车辆通行的亮度，X、Y、Z分别依次表示自然光的亮度、空气的温湿度和空气的能见度，a，b，c分别为上述自变量对应的系数，根据试验计算求得。
4.根据权利要求1所述的基于IOT的城市道路智慧照明控制方法，其特征在于，通过采集声音信号的强度值来反馈是否有行人或车辆经过，若声音信号强度超过某一预设的强度值时，则反馈有行人或车辆经过。
5.根据权利要求4所述的基于IOT的城市道路智慧照明控制方法，其特征在于，还包括有声音检测时间段，以第一次检测到声音信号大于某一预设的强度值时来触发声音检测时间段开始计时，在声音检测时间段内再次检测是否有声音大于某一预设的强度值，若有，则反馈有行人或车辆经过，若无，则表示第一次检测到的声音属于外界偶然发声，并无行人或车辆经过。
6.根据权利要求4所述的基于IOT的城市道路智慧照明控制方法，其特征在于，还通过红外感应来监控路灯下道路区域是否有行人经过。
7.根据权利要求1 所述的基于IOT的城市道路智慧照明控制方法，其特征在于，通过获取当地的经纬度信息来对路灯的开启照明时间和结束照明时间进行控制。
8.根据权利要求1 所述的基于IOT的城市道路智慧照明控制方法，其特征在于，对路灯运行数据进行自动存储，还采集该路灯的位置或编号信息，将上述信息生成日志，依据日志对路灯是否发生故障进行判断。
9.一种基于IOT的城市道路智慧照明系统，其特征在于，包括：
感光传感器，用于采集室外自然光强度；
环境温湿度传感器，用于采集环境中温湿度参数；
PM2.5环境采集器，用于采集空气中PM2.5数值，对空气能见度形成定量分析；
声音传感器，用于采集道路上的声音信息；
红外感应传感器，用于监控通过路灯下某一区域内行人或行车状态；
微处理器，分别与感光传感器、环境温湿度传感器、PM2.5环境采集器、声音传感器和红外感应传感器电信号连接，用于接收电信号并处理，生成控制命令，来控制路灯的运行；
远程监控中心，用于接收微处理器收集的信息，同时也发出指令来控制微处理器的运行；
无线传输模块，用于提供微处理器与远程监控中心之间的无线传输功能。
10.根据权利要求9所述的基于IOT的城市道路智慧照明系统，其特征在于，还包括集中控制箱，所述集中控制箱安装于配电箱内，用于负责一片区域内路灯的实时状况，同时也配置有电闸，用于对该区域内路灯做统一通断处理。
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