CN206004950U - 一种智慧城市路灯远程控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种智慧城市路灯远程控制系统，包含：智能路灯、智能路灯管理终端和远程控制器；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

一种智慧城市路灯远程控制系统

技术领域

本实用新型涉及城市照明领域，特别涉及智慧城市中的照明系统的智能控制系统。

背景技术

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。

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。

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。

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。

实用新型内容

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

一种智慧城市路灯远程控制系统，其特征在于，所述智慧城市路灯远程控制系统包含：智能路灯、智能路灯管理终端和远程控制器；

智能路灯上安装多个传感器，包括用于感测环境噪声的噪声传感器，用于感测环境温度的温度传感器，用于感测环境湿度的湿度传感器；

智能路灯管理终端内置嵌入式自动化控制系统以实现对本地智能路灯设备接入、智能路灯的控制管理以及实现与远程控制器的连接；

每个路段内有一个远程控制器，远程控制器通过电力网通信控制和连接着该路段内的多个路灯；

所述智能路灯分别连接智能路灯管理终端、远程控制器以及多个传感器。

进一步的，还包括：远程控制器中具有接收位于智慧城市路灯网末梢的路灯上噪声传感器、温度传感器、湿度传感器上传的各类数据并实时显示整个网络的运行和监控情况的监控器。

进一步的，智能路灯与智能路灯相互连接，组成智能路灯互联网；智能路灯到智能路灯的通信采用电力线载波通信(PLC)。

本实用新型的优点在于：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

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，而并不认为是对本实用新型的限制。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：

附图1示出了根据本实用新型实施方式的智慧城市路灯远程控制系统。

附图2示出了根据本实用新型实施方式的智慧城市路灯远程控制系统中智能路灯的组成结构图。

附图3示出了根据本实用新型实施方式的智慧城市路灯远程控制系统中采用的用电量分析流程图。

具体实施方式

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。

本实用新型提出了一种智慧城市路灯远程控制系统，所述智慧城市路灯远程控制系统包含：智能路灯、智能路灯管理终端和远程控制器；智能路灯上安装多个传感器，噪声传感器用于感测环境噪声，温度传感器用于感测环境温度，湿度传感器用于感测环境湿度；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，还用于实现与远程控制器的连接；每个路段内有一个远程控制器，远程控制器通过电力网通信技术控制和连接着该路段内的多个路灯。

根据本发明的一个方面，智慧城市路灯远程控制系统中，远程控制器根据需要采集的信息，发送相应的控制指令，启动智能路灯上相应的传感器并使其进入工作状态。

根据本发明的一个方面，智慧城市路灯远程控制系统中，远程控制器中具有接收位于智慧城市路灯网末梢的路灯上噪声传感器、温度传感器、湿度传感器上传的各类数据并实时显示整个网络的运行和监控情况的监控器。

根据本发明的一个方面，智慧城市路灯远程控制系统还包括用户移动终端，用于利用移动互联网络实现远程智能路灯的管理，实现远程设备状态查看、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。

根据本发明的一个方面，智慧城市路灯远程控制系统中，智能路灯与智能路灯相互连接，组成智能路灯互联网；智能路灯到智能路灯的通信方案采用电力线载波通信(PLC)的方式。

根据本发明的一个方面，智慧城市路灯远程控制系统还包括信息发布单元，用于通过微博、微信等手机应用，将智能路灯的运行状态信息直接推送到用户手机上。

根据本发明的一个方面，智慧城市路灯远程控制系统中的智能路灯管理终端还用于对智能路灯终端用电量进行计算，并上传到远程控制器。

根据本实用新型的实施方式，提出一种智能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；通信单元，用于将智能路灯与邻近的智能路灯相连；集中控制器，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信(PLC)对路灯进行远程监控。

集中控制器包括如下功能单元: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。

终端控制器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，当终端控制器接收集中器的调光命令后，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。

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。终端控制器实现的主要功能有: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。

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。

监控中心包括如下单元: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。

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。

根据本实用新型的实施方式，提出了一种智慧城市路灯远程控制系统，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。本系统中包含智能路灯服务器、智能路灯管理终端和用户移动终端三个组成部分。

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及移动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。

智能路灯管理终端内置嵌入式自动化控制系统，它用于实现对本地设备接入，智能路灯的控制管理的功能外，还用于实现与智能路灯服务器的对接。其包含设备用电信息量测、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。

用户移动终端是路灯管理机构最贴心、最便捷的智能路灯管理助手。用户移动终端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。

根据本实用新型的实施方式，智能路灯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。

智能路灯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。

根据本实用新型的实施方式，智能城市照明管理系统的工作方式包括：

为路灯配置智能路灯终端；

智能路灯终端开机时，向服务器发出入网请求；

服务器接收到智能路灯终端的入网请求后，向智能路灯终端发送验证要求；

智能路灯终端接收到验证要求后，向服务器发送Y＝F(Ad，Kn)的验证信息；其中F为加密函数，Ad为物理地址，Kn为密钥；

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，则允许智能路灯终端加入网络；

如果验证失败，则拒绝智能路灯终端加入网络。

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终端的验证信息后，实时验证。

根据本实用新型的一种实施方式，当智能路灯终端入网密钥检验错误或解密错误时，服务器将进行报警，并在服务器入侵行为日志中予以记录。

根据本实用新型的一种实施方式，对智能路灯终端用电量进行计算，并上传到智能路灯服务器。

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。

根据本实用新型的实施方式，提出一种智慧城市路灯远程控制系统，该系统包括：路灯光源、中央处理单元、控制检测单元、环境检测单元、智能交通单元、路灯监测单元、通信单元、信息发布单元、电源单元、220电网接入单元。其中，环境检测单元包括：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。智能交通单元包括：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。路灯监测单元包括：电量检测单元，用于检测路灯的用电量；时间检测单元，用于检测路灯开启的时长。控制检测单元包括：调光控制单元，用于对路灯的亮度进行调光；采集单元，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；报警单元，根据控制监测单元对路灯的功率、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。通信单元，根据处理单元的控制，可以通过多种通信方式与控制中心进行信息交互。信息发布单元，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。电源单元，用于为智慧城市路灯远程控制系统的各个单元供电。220电网接入单元，用于将市电接通到智慧城市路灯远程控制系统。

基于本实用新型提出的智慧城市路灯远程控制系统，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。

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慧城市路灯远程控制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。

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，并能通过调光单元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，将自动向智慧城市路灯远程控制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慧城市路灯远程控制系统控制中心，从而组建一个覆盖整个城市的智能安防系统。视频资料上传到智慧城市路灯远程控制系统控制中心后，还可采用云存储技术将视频资料进行长期保存。

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慧城市路灯远程控制系统控制中心，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、O3、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。

根据本实用新型的实施方式，智能城市照明路灯电量估算预警的方式有以下步骤；

步骤S1、获取各个路灯的功率值；

步骤S2、计算功率的平均值熵；

步骤S3、计算功率的实际值熵；

步骤S4、电量消耗及结果分析；

步骤S5、如果用电量不正常，则发出预警信号。

步骤S1的包括下列步骤：

步骤S11、控制监测单元通过采集端获取各个路灯的功率值；

步骤S12、将各个路灯的功率值n_i按照每64字节的内容存储至一个64*1024的二维特征向量中；

步骤S2的包括下列步骤：

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；

步骤S22、将每次的序列根据公式(1)：

其中

来计算H(u)，N为字节长度64，m为256，ni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)；

步骤S3的包括下列步骤；

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；

步骤S32、利用公式(3)

来计算此次事件的估值熵H，其中n_i为字符i对应的存储在二维特征向量中的功率值数；

步骤S4的包括下列步骤：

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：

σ＝((H1(P)-Hu(p))²+...(Hk(P)-Hu(p))²)/k (4)

其中HK(P)表示第K次计算的估值熵，Hu(p)表示所有估值的平均熵；

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。

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。

根据本实用新型的一个实施例，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单元向相邻的路灯发出预警信号。其中的通信单元可以是3G通信单元、4G通信单元、或者灯联网中的电力线载波通信PLC单元。

根据本实用新型的一个实施例，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单元向预定的智能路灯发出预警信号。其中的通信单元采用灯联网中的电力线载波通信PLC单元，电力线载波通信单元具有寻址目的智能路灯的通信能力。

根据本实用新型的一个实施例，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单元向智慧城市路灯远程控制系统的监控管理系统发出预警信号。其中的通信单元可以是3G通信单元、4G通信单元、或者灯联网中的电力线载波通信PLC单元，电力线载波通信单元可以直接寻址目的智能路灯。

熵值的计算是实用新型的核心步骤，主要理论依据在于香农在信息论中提出的信息熵的计算。

根据本实用新型的实施方式，智慧城市路灯远程控制系统的监控管理系统可由3部分组成，即监控中心、集中控制器和终端控制器。

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。

监控中心包括如下单元: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。

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信(PLC)对路灯进行远程监控。

集中控制器包括如下功能单元: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。

集中控制器主要由以下硬件部分组成:电力线载波通信单元、处理器单元、4G/3G单元、串行通信单元、电源单元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、LCD显示以及按键部分。

终端控制器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，当终端控制器接收集中器的调光命令后，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。

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器。终端控制器实现的主要功能有: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。

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。

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。

根据本实用新型的实施方式，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，HomePlug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。

为了解决上述不兼容的问题，电力线网络包括电力线插口104、106、和108，电力线插口104、106、和108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104连接到电力线网络102，G.HN设备经由电力线插口106连接到电力线网络，并且双模G.HN设备经由电力线插口108连接到电力线网络。HomePlug设备可实现HomePlug1.0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102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(或类型)(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。

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OFDM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OFDM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。

根据本实用新型的实施方式，路灯中设置的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IEEE802.11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。

PLC通信单元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)毗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。

根据本实用新型的实施方式，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。

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信。

根据本实用新型的实施方式，智能路灯中的通信单元为PLC设备。PLC设备可从主机设备(例如，计算机、膝上型计算机等)、或者从耦合至远程PLC设备的网络设备接收输入。例如，至该PLC设备的输入可以经由同轴电缆以太网(EoC)、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，HomePlug AV、HomePlug AV2、HomePlug Green PHY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并且各实例中的每个实例可执行标准自立PLC设备的操作。耦合单元跟踪该多个实例、与这多个实例中的每个实例相关联的通信网络、以及相应各个通信网络中的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)。网络ID是通信网络的唯一性标识符。在一些实现中，网络ID可以基于与通信网络相关联的NMK。例如，网络ID可以基于与通信网络相关联的NMK以及还基于该通信网络的安全性级别信息。在一个特定的非限定性示例中，网络ID可以是52位NMK与2位安全性级别指示符的组合或级联。一旦接收到对通信网络的发现信标作出的响应(例如，响应消息)，耦合单元就确定相应通信网络中的PLC设备。在一种实现中，耦合单元使用实例ID(例如，媒体接入控制(MAC)地址、或不同于终端装备标识符的实例ID号等)来跟踪该多个实例。该多个实例中的每个实例被相应通信网络中除该PLC设备以外的其他PLC设备藉由终端装备标识符来识别。耦合单元还维护映射表(例如，实例ID到网络ID映射表)来确定与各实例中的每个实例相关联的通信网络。在一些实现中，耦合单元可利用不同的数据结构(例如，关系数据库、电子数据表等)来维护关于与各实例相关联的通信网络的信息。PLC处理单元使用恰适的实例来执行用于处理电力线通信的操作。例如，PLC处理单元使用恰适的网络ID(对应于实例ID)来构造电力线数据帧以供向目的地PLC设备传送网络分组。类似地，一旦接收到电力线数据帧，PLC处理单元就确定恰适的实例以用于处理该电力线数据帧。耦合单元和PLC处理单元可包括用于实现电力线通信技术的一个或多个组件以及程序指令。PLC设备所能实现的实例数目取决于其能力(例如，处理速度、电力线帧转换、硬件和软件能力等)。

PLC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ID。PLC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。

根据本实用新型的实施方式，PLC单元可以是可与网络设备(例如，电力线通信设备)对接的单独插件单元。网络设备包括物理连接单元、模拟前端单元和RX带通滤波器。PLC单元包括变压器耦合单元、零线、火线和地线。在一实现中，变压器耦合单元包括PLC分集耦合单元，PLC分集耦合单元包括单变压器耦合单元。在另一实现中，变压器耦合单元包括PLC分集耦合单元中的双变压器耦合单元。出于简化的目的，PLC分集耦合单元并未包括所有组件(例如，电容器、电阻器等)并且未描绘高压和低压绕组。PLC分集耦合单元中的变压器耦合单元接收要从模拟前端单元发送的通信信号并且将该通信信号耦合至火线/零线信道和火线/地线信道。变压器耦合单元将在火线/零线信道和火线/地线信道上接收的通信信号耦合至RX带通滤波器。

根据本实用新型的实施方式，一旦接收到来自PLC设备(例如，HomePlug设备、G.HN设备、双模G.HN设备等)的PLC分组，双模G.HN设备就可取决于传送该PLC分组的PLC设备来处理所接收到的PLC分组。双模G.HN设备的处理单元可实现各种技术来处理所接收到的PLC分组。在一个实现中，基于电力线网络是否包括混合环境(例如，基于电力线网络是否包括HomePlug设备和G.HN设备两者)，处理单元可确定如何处理所接收到的PLC分组。在另一个实现中，处理单元可基于接收到PLC分组的时间区间来确定如何处理所接收到的PLC分组。例如，如果处理单元确定PLC分组是在混合通信时间期间接收到的，则处理单元可确定所接收到的PLC分组很可能包括兼容性分组报头中的一者。在另一个实现中，处理单元可包括分析所接收到的PLC分组的报头和动态确定如何处理所接收到的PLC分组的功能性。例如，处理单元可基于对所接收到的PLC分组的报头的分析来确定G.HN设备使用G.HN分组报头传送了该PLC分组。因此，处理单元可根据G.HN处理技术来处理PLC分组。此外，注意到在一些实现中，操作模式配置单元可分析所接收到的PLC分组以确定传送方电力线设备是G.HN设备还是HomePlug设备。如果确定HomePlug设备传送了该PLC分组，则操作模式配置单元可指导处理单元的HomePlug处理单元处理所接收到的PLC分组。替换地，如果确定G.HN设备传送了该PLC分组，则操作模式配置单元可指导处理单元的G.HN处理单元处理所接收到的PLC分组。

根据本实用新型的实施方式，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。

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。

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。

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。

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,可局部放大显示。

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EEPROM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。

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。

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。

通过智能终端的控制，依次完成如下步骤:

①与光控系统同时控制所有智能终端开关路灯；

②给所有智能终端校时或设置开关灯时间；

③接收所有智能终端发来的自动开关灯信息；

④在电子地图上进行操作,显示当前城市中所控制部分的所有路灯状态:亮、灭或故障；

⑤接收并显示所有智能终端发来的告警信息,如门开、灯坏、电缆被盗、停电等；

⑥显示某个智能终端的状态信息:电压、电流和用电度数等；

根据本实用新型的实施方式，智慧城市路灯远程控制系统包括智能路灯终端结构，路段控制器以及智能路灯终端组成的智慧城市网。每个路段内有一个路段控制器，一个路段控制器通过电力网通信技术控制和连接着该路段内的多个路灯。智慧城市路灯远程控制系统控制中心通过因特网与路段控制器通信。智慧城市路灯远程控制系统控制中心是整个网络的核心，实现以下功能：①根据需要采集的信息，发送相应的控制指令，启动智能路灯上相应的传感器并使其进入工作状态；②控制中心接收位于智慧城市物联网末梢的路灯上各种传感器上传的各类数据，实时显示整个网络的运行和监控情况；③控制中心将接收到的各项数据进行综合分析，得出路灯、交通、安防控制等的最佳方案，并将控制指令发送至智能路灯。

智能路灯与路段控制器之间可采用电力载波通信(PLC)技术，从而最大程度地精简组网方案。在路灯上添加PLC通信单元，并利用路灯供电网络，即可实现对现有电力线网络的最大利用，而不需要另外铺设网络线路。路段控制器与控制中心之间采用因特网连接，因特网覆盖范围广泛，接入灵活，传输距离远，相较于单独在城市铺设大量通信线路而言，采用因特网可保证成本低廉。

路段控制器由调制解调器、以太网接口电路以及PLC通信单元组成，作为网络中的路由节点，其功能主要是进行数据的转发，使得通过电力线网络接受的数据经过因特网传送到控制中心，同时还负责将控制中心传输的控制信号转发至路灯控制终端。

当电力线有电波信号发送过来时，PLC通信单元接受该信号，并进行相应处理，转换为数字信号，然后通过MII接口，将信号发送至以太网接口电路。以太网接口电路可以将PLC通信单元传递的信号转换为在以太网上通信的信号，这样调制解调器则可以识别该信号，最后调制解调器将信号发送到因特网，从而路段控制器与控制中心实现了数据交换。组网方式还可以使用包括3G、4G在内的其他无线通信方式。基于中国现有的3G、4G无线通信网络，可以组建更加灵活的覆盖整个城市的智慧城市物联网系统。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种智慧城市路灯远程控制系统，所述智慧城市路灯远程控制系统包含：智能路灯、智能路灯管理终端和远程控制器；其特征在于，

智能路灯上安装多个传感器，包括用于感测环境噪声的噪声传感器，用于感测环境温度的温度传感器，用于感测环境湿度的湿度传感器；

智能路灯管理终端内置嵌入式自动化控制系统，以实现对本地智能路灯设备接入、智能路灯的控制管理以及实现与远程控制器的连接；

每个路段内有一个远程控制器，远程控制器通过电力网通信控制和连接着该路段内的多个路灯；

所述智能路灯分别连接智能路灯管理终端、远程控制器以及多个传感器。

2.如权利要求1所述的智慧城市路灯远程控制系统，其特征在于，智慧城市路灯远程控制系统还包括：

远程控制器中具有接收位于智慧城市路灯网末梢的路灯上噪声传感器、温度传感器、湿度传感器上传的各类数据并实时显示整个网络的运行和监控情况的监控器。

3.如权利要求1所述的智慧城市路灯远程控制系统，其特征在于：

智能路灯与智能路灯相互连接，组成智慧城市路灯网；

智能路灯到智能路灯的通信采用电力线载波通信。

4.如权利要求1所述的智慧城市路灯远程控制系统，其特征在于：

所述智能路灯管理终端还用于对智能路灯的用电量进行计算，并上传到远程控制器。