CN115551154B - 城市智慧路灯的智能控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了城市智慧路灯的智能控制系统，包括数据采集模块、数据分析模块、灯光调节模块和控制器；所述数据采集模块采集路灯使用时的照射因素信息，照射因素信息通过控制器传送至数据分析模块；所述数据分析模块通过对照射因素信息进行处理，得到路灯光照强度信号及光照强度信号所对应的路灯；所述灯光调节模块对路灯光照强度信号异常的路灯进行路灯光照强度调节，本发明的数据采集模块结合路灯的外部环境信息和内部环境信息，对路灯的光照强度、路灯对应路段的流量、路灯对应路段的事故率及路灯所在路灯的节能政策因素进行综合评价，使路灯光照强度的调整更加贴合于路灯使用的实际情况，使路灯的亮度调节更加智能化。

Description

城市智慧路灯的智能控制系统及方法
技术领域
本发明涉及控制系统技术领域，具体涉及城市智慧路灯的智能控制系统及方法。
背景技术
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。
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。
现有的城市路灯仅具备传统的照明功能，尚不具备构建智慧城市系统网络的能力。
发明内容
本发明的目的在于提供城市智慧路灯的智能控制系统，本发明的数据采集模块结合路灯的外部环境信息和内部环境信息，对路灯的光照强度、路灯对应路段的流量(人流量、车流量)、路灯对应路段的事故率及路灯所在路灯的节能政策因素进行综合评价，实现对路灯光照强度的综合计算，即数据分析模块结合照射因素信息包括路灯照射区域内光照强度因子、路灯照射区域内流量因子、路灯照射区域内故障因子和路灯照射区域内经济因子得到路灯的亮度预警值，从而实现对路灯亮度的智能分析和调控。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
城市智慧路灯的智能控制系统，包括数据采集模块、数据分析模块、灯光调节模块和控制器；
所述数据采集模块采集路灯使用时的照射因素信息，照射因素信息通过控制器传送至数据分析模块；
其中，照射因素信息包括路灯照射区域内光照强度因子、路灯照射区域内流量因子、路灯照射区域内故障因子和路灯照射区域内经济因子；
所述数据分析模块通过对照射因素信息进行处理，得到路灯光照强度信号及光照强度信号所对应的路灯；
所述灯光调节模块对路灯光照强度信号异常的路灯进行路灯光照强度调节。
作为本发明进一步的方案：所述数据采集模块包括光照强度采集单元、流量采集单元、故障率采集单元和政策数据采集单元。
作为本发明进一步的方案：所述光照强度采集单元用于采集路灯照射区域内光照强度、路灯光线遮挡面积和天气状态，将采集的路灯照射区域内光照强度标记为E1、路灯光线遮挡面积标记为W1和天气状态标记为W2；
通过公式
Figure BDA0003852729580000021
获取路灯照射区域内光照强度因子E，其中a1、a2、a3为特定比例系数。
作为本发明进一步的方案：所述路灯照射区域内光照强度E1包括相邻路灯的光照强度E2、月光的光照强度E3和路灯的光照强度E4，将相邻路灯的光照强度、月光的光照强度及路灯的光照强度进行权重分配，将相邻路灯的光照强度权重标记为q1，将月光的光照强度权重标记为q2，路灯的光照强度的权重标记为q3；
其中通过公式E1＝E2×q1+E3×q2+E4*q3计算得到路灯照射区域内光照强度，q1、q2/q3均不等于0，且q1+q2+q3＝1，q1>q2>q3。
作为本发明进一步的方案：所述流量采集单元采集路灯照射区域内在近三个月内晚6点-早6点的人流量、车流量，将人流量标记为L1，将车流量标记为L2；
通过公式L＝L1×d1+L2×d2计算得到路灯照射区域内流量因子L，d1、d2为特定比例系数。
作为本发明进一步的方案：所述故障率采集单元采集路灯照射区域内在近三个月内当前路段的交通事故率、路灯故障率和交管部门执勤率，将交通事故率标记为Z1，将路灯故障率标记为Z2，将交管部门执勤率标记为Z3；
通过公式
Figure BDA0003852729580000031
获取路灯照射区域内故障因子Z，其中∈为特定比例系数，且∈>0。
作为本发明进一步的方案：政策数据采集单元采集当前路灯照射区域内当前时间段的路灯开启时间、路灯开设盏数和当前区域在近一个月内发布的节电通知次数，将路灯开启时间标记为H1，将当前时间段的路灯开设盏数标记为H2，将当前区域在近一个月内发布的节电通知次数标记为H3；
通过公式
Figure BDA0003852729580000032
获取得到路灯照射区域内经济因子H，
Figure BDA0003852729580000033
为修正系数，k1、k2、k3为预设比例系数。
作为本发明进一步的方案：所述数据分析模块对路灯照射区域内光照强度因子E、路灯照射区域内流量因子L、路灯照射区域内故障因子Z和路灯照射区域内经济因子H的处理过程如下：
S1：通过公式
Figure BDA0003852729580000041
获取得到路灯照射区域内当前路灯的亮度预警值Y，其中，j1、j2和j3均为预设比例系数，μ为修正因子，取值为0.9365；λ为误差干扰值，取值为2.872；
S2：预设路灯的运行的亮度阈值的极限值为Y1和Y2，其中Y1<Y2：
当Y<Y1时，该路灯的亮度过低，生成路灯光照强度低的信号；
当Y1<Y<Y2时，该路灯的亮度正常，生成路灯光照强度正常的信号；
当Y>Y2时，该路灯的亮度过亮，生成路灯光照强度高的信号。
作为本发明进一步的方案：所述灯光调节模块接收路灯光照强度低或路灯光照强度低高的信号时，灯光调节模块驱动控制电路控制路灯光照强度低或高所对应路灯的电流，实现对路灯的光照强度进行调节。
作为本发明进一步的方案：城市智慧路灯的智能控制方法，包括如下步骤：
步骤一：通过数据分析采集路灯使用时的照射因素信息，其中，照射因素信息包括路灯照射区域内光照强度因子、路灯照射区域内流量因子、路灯照射区域内故障因子和路灯照射区域内经济因子；
步骤二：通过数据分析模块对照射因素信息进行数据处理，得到路灯照射区域内当前路灯的亮度预警值，并将亮度预警值与路灯运行时的亮度阈值进行比较，得到路灯光照强度信号及光照强度信号所对应的路灯；
步骤三：灯光调节模块根据路灯光照强度信号通过驱动控制电路对路灯的电流进行调节，对路灯的光照强度进行控制调整；
步骤四：通过路灯预警模块对经过灯光调节模块调整后的路灯进行监测，对光照强度不达标的路灯进行预警。
本发明的有益效果：
(1)本发明的数据采集模块结合路灯的外部环境信息和内部环境信息，对路灯的光照强度、路灯对应路段的流量(人流量、车流量)、路灯对应路段的事故率及路灯所在路灯的节能政策因素进行综合评价，实现对路灯光照强度的综合计算，使路灯光照强度的调整更加贴合于路灯使用的实际情况，使路灯的亮度调节更加智能化；
(2)本发明数据分析模块结合照射因素信息包括路灯照射区域内光照强度因子、路灯照射区域内流量因子、路灯照射区域内故障因子和路灯照射区域内经济因子得到路灯的亮度预警值，从而实现对路灯亮度的智能分析，得到路灯亮度低或高的异常信号，便于灯光调节模块对异常信号的路灯进行亮度调节；
(3)本发明中通过路灯预警模块对亮度调节失效的路灯进行智能预警，便于用户监测终端对路灯进行预警或维修，提高路灯的使用率和居民满意度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的流程图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为城市智慧路灯的智能控制系统，包括数据采集模块、数据分析模块、灯光调节模块、路灯预警模块和控制器；
数据采集模块用于对路灯照射区域的照射因素信息进行采集，照射因素信息包括外部环境信息和内部环境信息；
数据采集模块包括光照强度采集单元、流量采集单元、故障率采集单元、政策数据采集单元；
其中，外部环境信息的获取是通过光照强度采集单元和人流量采集单元采集得到；
内部环境信息的获取是通过故障率采集单元和政策数据采集单元采集得到；
数据采集模块的具体采集步骤为：
S1：光照强度采集单元采集路灯照射区域内光照强度、路灯光线遮挡面积和天气状态，将采集的路灯照射区域内光照强度标记为E1、路灯光线遮挡面积标记为W1和天气状态标记为W2；
通过公式
Figure BDA0003852729580000061
获取路灯照射区域内光照强度因子E，其中a1、a2、a3为特定比例系数；
S1中，路灯照射区域内光照强度E1包括相邻路灯的光照强度E2、月光的光照强度E3和路灯的光照强度E4，将相邻路灯的光照强度、月光的光照强度及路灯的光照强度进行权重分配，将相邻路灯的光照强度权重标记为q1，将月光的光照强度权重标记为q2，路灯的光照强度的权重标记为q3；
其中通过公式E1＝E2×q1+E3×q2+E4*q3计算得到路灯照射区域内光照强度，q1、q2/q3均不等于0，且q1+q2+q3＝1，q1>q2>q3；
S1中，天气状态W2包括晴天、阴天和雨天，其中，
天气状态为晴天时，W2＝1.2*E3；
天气状态为阴天时，W2＝0.8*E3；
天气状态为晴天时，W2＝0.2*E3；
S2：流量采集单元采集路灯照射区域内在近三个月内晚6点-早6点的人流量、车流量，将人流量标记为L1，将车流量标记为L2；
通过公式L＝L1×d1+L2×d2计算得到路灯照射区域内流量因子L，d1、d2为特定比例系数；
S3：故障率采集单元采集路灯照射区域内在近三个月内当前路段的交通事故率、路灯故障率和交管部门执勤率，将交通事故率标记为Z1，将路灯故障率标记为Z2，将交管部门执勤率标记为Z3；
通过公式
Figure BDA0003852729580000071
获取路灯照射区域内故障因子Z，其中∈为特定比例系数，且∈>0；
S4：政策数据采集单元采集当前路灯照射区域内当前时间段的路灯开启时间、路灯开设盏数和当前区域在近一个月内发布的节电通知次数，将路灯开启时间标记为H1，将当前时间段的路灯开设盏数标记为H2，将当前区域在近一个月内发布的节电通知次数标记为H3；
通过公式
Figure BDA0003852729580000072
获取得到路灯照射区域内经济因子H，
Figure BDA0003852729580000073
为修正系数，k1、k2、k3为预设比例系数。
数据采集模块将采集的路灯照射区域内光照强度因子E、路灯照射区域内流量因子L、路灯照射区域内故障因子Z和路灯照射区域内经济因子H传送至控制器，控制器将接收的路灯照射区域内光照强度因子E、路灯照射区域内流量因子L、路灯照射区域内故障因子Z和路灯照射区域内经济因子H传送至数据分析模块；
数据分析模块对路灯照射区域内光照强度因子E、路灯照射区域内流量因子L、路灯照射区域内故障因子Z和路灯照射区域内经济因子H的处理过程如下：
步骤一：通过公式
Figure BDA0003852729580000074
获取得到路灯照射区域内当前路灯的亮度预警值Y，其中，j1、j2和j3均为预设比例系数，μ为修正因子，取值为0.9365；λ为误差干扰值，取值为2.872；
步骤二：预设路灯的运行的亮度阈值的极限值为Y1和Y2，其中Y1<Y2：
当Y<Y1时，该路灯的亮度过低，生成路灯光照强度低的信号；
当Y1<Y<Y2时，该路灯的亮度正常，生成路灯光照强度正常的信号；
当Y>Y2时，该路灯的亮度过亮，生成路灯光照强度高的信号；
步骤三：数据分析模块将路灯位置及路灯生成的路灯光照强度信号传送至控制器，控制器将接收的路灯光照强度信号及路灯位置传送至灯光调节模块。
灯光调节模块接收控制器传送的路灯位置及路灯生成的路灯光照强度信号的处理过程为：
步骤一：当灯光调节模块接收路灯光照强度低的信号时，灯光调节模块生成驱动控制电路调动指令，驱动控制电路控制路灯光照强度低所对应路灯的电流，通过增大驱动控制电路的电流，从而对路灯的光照强度进行增强；
步骤二：当灯光调节模块接收路灯光照强度高的信号时，灯光调节模块生成驱动控制电路调动指令，驱动控制电路控制路灯光照强度高所对应路灯的电流，通过减小驱动控制电路的电流，从而对路灯的光照强度进行降低；
步骤三：当灯光调节模块接收路灯光照强度正常的信号时，灯光调节模块不生成驱动控制电路调动指令。
在一个具体实施方式中，控制器还包括路灯预警模块，路灯预警模块包括光照强度复采单元，光照强度复采单元用于对经灯光调节模块调节后的路灯光照强度进行采集，并将采集的光照强度Yi与路灯调节的光照强度Yt进行比较,其中，Yt为路灯光照强度通过灯光调节模块调整后的光照强度；
当Yi-Yt的绝对值小于等于Yy时，则表明该路灯经灯光调节模块后达到路灯光照强度的使用要求；
当Yi-Yt的绝对值大于Yy时，则表明该路灯经灯光调节模块后未达到路灯光照强度的使用要求；
其中，Yy为路灯经灯光节后模块调节后的光照强度误差。
当路灯经灯光调节模块后未达到路灯光照强度的使用要求时，生成路灯故障预警信号，路灯预警模块接收故障预警信号后，对光照强度复采单元采集的光照强度Yi与路灯光照强度通过灯光调节模块调整后的光照强度Yt进行分析处理，具体步骤如下：
当Yi-Yt的绝对值大于Yy，且Yi小于Yt时，且表明当时路灯的光照强度低，该路灯所对应的路段光线强度低，该路段由于光线暗不便于通行，存在一定的安全隐患，该安全隐患包括但不限于发生交通事故，生成一级预警信号；
当Yi-Yt的绝对值大于Yy，且Yi大于Yt时，且表明当时路灯的光照强度高，该路灯所对应的路段光线强度高，该路段光线明亮暗便于通行，但存在用电功率过大的隐患，生成二级预警信号；
其中，一级预警信号级别高于二级预警信号级别，将一级预警信号与二级预警信号及一级预警信号与二级预警信号所对应的路灯位置传送至控制器，控制器接收一级预警信号与二级预警信号后，将一级预警信号与二级预警信号发送至路灯的监管终端，通过监管终端实现对一级预警信号与二级预警信号所对应的路灯进行检修。
城市智慧路灯的智能控制方法，具体步骤如下：
步骤一：通过数据分析采集路灯使用时的照射因素信息，其中，照射因素信息包括路灯照射区域内光照强度因子、路灯照射区域内流量因子、路灯照射区域内故障因子和路灯照射区域内经济因子；
步骤二：通过数据分析模块对照射因素信息进行数据处理，得到路灯照射区域内当前路灯的亮度预警值，并将亮度预警值与路灯运行时的亮度阈值进行比较，得到路灯光照强度信号及光照强度信号所对应的路灯；
步骤三：灯光调节模块根据路灯光照强度信号通过驱动控制电路对路灯的电流进行调节，对路灯的光照强度进行控制调整；
步骤四：通过路灯预警模块对经过灯光调节模块调整后的路灯进行监测，对光照强度不达标的路灯进行预警。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.城市智慧路灯的智能控制系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据分析模块、灯光调节模块和控制器；
所述数据采集模块采集路灯使用时的照射因素信息，照射因素信息通过控制器传送至数据分析模块；
其中，照射因素信息包括路灯照射区域内光照强度因子、路灯照射区域内流量因子、路灯照射区域内故障因子和路灯照射区域内经济因子；
所述数据分析模块通过对照射因素信息进行处理，得到路灯光照强度信号及光照强度信号所对应的路灯；
所述灯光调节模块对路灯光照强度信号异常的路灯进行路灯光照强度调节；
所述数据分析模块对路灯照射区域内光照强度因子E、路灯照射区域内流量因子L、路灯照射区域内故障因子Z和路灯照射区域内经济因子H的处理过程如下：
S1：通过公式
Figure FDA0004104375160000011
获取得到路灯照射区域内当前路灯的亮度预警值Y，其中，j1、j2和j3均为预设比例系数，μ为修正因子，取值为0.9365；λ为误差干扰值，取值为2.872；
S2：预设路灯的运行的亮度阈值的极限值为Y1和Y2，其中Y1<Y2：
当Y<Y1时，该路灯的亮度过低，生成路灯光照强度低的信号；
当Y1<Y<Y2时，该路灯的亮度正常，生成路灯光照强度正常的信号；
当Y>Y2时，该路灯的亮度过亮，生成路灯光照强度高的信号；
所述灯光调节模块接收路灯光照强度低或路灯光照强度低高的信号时，灯光调节模块驱动控制电路控制路灯光照强度低或高所对应路灯的电流，实现对路灯的光照强度进行调节。
2.根据权利要求1所述的城市智慧路灯的智能控制系统,其特征在于，所述数据采集模块包括光照强度采集单元、流量采集单元、故障率采集单元和政策数据采集单元。
3.根据权利要求2所述的城市智慧路灯的智能控制系统,其特征在于，所述光照强度采集单元用于采集路灯照射区域内光照强度、路灯光线遮挡面积和天气状态，将采集的路灯照射区域内光照强度标记为E1、路灯光线遮挡面积标记为W1和天气状态标记为W2；
通过公式
Figure FDA0004104375160000021
获取路灯照射区域内光照强度因子E，其中a1、a2、a3为预设比例系数。
4.根据权利要求3所述的城市智慧路灯的智能控制系统,其特征在于，所述路灯照射区域内光照强度E1包括相邻路灯的光照强度E2、月光的光照强度E3和路灯的光照强度E4，将相邻路灯的光照强度、月光的光照强度及路灯的光照强度进行权重分配，将相邻路灯的光照强度权重标记为q1，将月光的光照强度权重标记为q2，路灯的光照强度的权重标记为q3；
其中通过公式E1＝E2×q1+E3×q2+E4*q3计算得到路灯照射区域内光照强度，q1、q2/q3均不等于0，且q1+q2+q3＝1，q1>q2>q3。
5.根据权利要求2所述的城市智慧路灯的智能控制系统,其特征在于，所述流量采集单元采集路灯照射区域内在近三个月内晚6点-早6点的人流量、车流量，将人流量标记为L1，将车流量标记为L2；
通过公式L＝L1×d1+L2×d2计算得到路灯照射区域内流量因子L，d1、d2为预设比例系数。
6.根据权利要求2所述的城市智慧路灯的智能控制系统,其特征在于，所述故障率采集单元采集路灯照射区域内在近三个月内当前路段的交通事故率、路灯故障率和交管部门执勤率，将交通事故率标记为Z1，将路灯故障率标记为Z2，将交管部门执勤率标记为Z3；
通过公式
Figure FDA0004104375160000031
获取路灯照射区域内故障因子Z，其中∈为预设比例系数，且∈>0。
7.根据权利要求2所述的城市智慧路灯的智能控制系统,其特征在于，政策数据采集单元采集当前路灯照射区域内当前时间段的路灯开启时间、路灯开设盏数和当前区域在近一个月内发布的节电通知次数，将路灯开启时间标记为H1，将当前时间段的路灯开设盏数标记为H2，将当前区域在近一个月内发布的节电通知次数标记为H3；
通过公式
Figure FDA0004104375160000032
获取得到路灯照射区域内经济因子H，
Figure FDA0004104375160000033
为修正系数，k1、k2、k3为预设比例系数。
8.城市智慧路灯的智能控制方法,其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：通过数据分析采集路灯使用时的照射因素信息，其中，照射因素信息包括路灯照射区域内光照强度因子、路灯照射区域内流量因子、路灯照射区域内故障因子和路灯照射区域内经济因子；
步骤二：通过数据分析模块对照射因素信息进行数据处理，得到路灯照射区域内当前路灯的亮度预警值，并将亮度预警值与路灯运行时的亮度阈值进行比较，得到路灯光照强度信号及光照强度信号所对应的路灯；
步骤三：灯光调节模块根据路灯光照强度信号通过驱动控制电路对路灯的电流进行调节，对路灯的光照强度进行控制调整；
步骤四：通过路灯预警模块对经过灯光调节模块调整后的路灯进行监测，对光照强度不达标的路灯进行预警。
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