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摘要：目前我国经济发展迅速，城市建设速度加快。路灯作为遍及城市的公共设施，具有网络化布局的特点，是智慧城市部署的绝佳入口。本文依靠正在进行的科技项目工作，着重阐述多功能集成灯杆、集成灯具的设计思路，以及系统融合架构。对目标市场应用特性化功能模块及已经积累的可融合技术进行解析及展望。
关键词：多功能；智慧路灯；控制系统；设计
引言
路灯作为城市基础设施建设中的重要一环，既能为居民日常生活提供便利，也是城市现代化发展的一项标志。本项目针对一系列现有的城市问题提出一种新型智慧灯杆的设计方案，在集绿化智能灌溉、空气智能除霾、多功能端口等功能于一身的同时采用新能源风光互补发电供能。同时根据灯杆安装地点的不同，创新性地提出了对灯杆集成的功能进行可拆装模块化设计，各个模块在云技术和物联网组成的智能工控系统调节下构成智慧城市治理系统，以达到智能化节水、减排、除霾的节能减排效果。
1智能路灯系统概述
智能路灯系统是信息技术渗透到城市管理系统的具体体现。传统路灯只为城市提供照明功能，改变了人们的传统认知。智能路灯具有路灯远程开关和调光控制、远程交通监控、远程公共安全监控、远程信息发布、远程环境监控、灾害预警监控、一键报警和广播、路侧充电桩及自动驾驶车辆协同控制等多种功能。以信息技术为载体，构建自动化、智能化、系统化的路灯综合服务系统，满足城市管理多样化的功能需求。智能路灯系统还可以整合相关数据资源，由前端设备、通信传输设备和后端数据中心三个模块组成。前端设备由多个功能不同的传感器、摄像头、音频设备、发光二极管显示屏等设备组成。各种传感器是感知环境状态和收集数据信息的主要设备。高清摄像机可以实现前端音视频、图像等的实时采集。音频设备主要完成音频广播服务。显示屏是显示图片、文本、视频等的主要载体。通信传输设备是负责从前端设备接收数据信息的主要设备。接收到的信号被加密并上传到数据中心。后端数据中心是集成各种服务器、系统平台和监控中心等各种管理功能的网络架构平台，负责数据查询、接收和处理。
2我国路灯照明存在的问题
（1）重景观、轻功能照明
通过对多个路灯照明工程进行分析发现，在城市照明系统中，夜景照明实际占整个城市照明系统的比例较大，功能性照明所占的比重较小，比如道路、桥梁、隧道等，属于功能性照明，对人们的日常生活和生产活动影响较大。而景观照明和功能照明系统之间的比例分配不当，也反映出城市照明工程重景观、轻功能照明的问题。
（2）照明亮度超标
照明亮度是反映照明系统水平的一个重要参数指标，照明亮度控制在合适的范围之内，可以实现资源的充分利用，还能产生良好的照明效果。但是有的城市过于追求城市形象，盲目追求照明亮度，导致照明亮度平均值高于国家规定的平均标准，造成电能资源浪费，而且还会产生照明眩光、光污染等问题，照明系统的负面效应比较突出。
3多功能智慧路灯的控制系统与设计
3.1多功能智慧灯杆
在世界范围里，以及有部分国家对智慧灯杆进行了重建或者改造工作，其中有美国、德国、希腊等，其目的主要是为了实现环保节能和加强监控，还设置了充电桩和传感器等系统。事实上国内的很多城市已经进行了智慧灯杆的建设和布点。上海、成都等城市已经对多功能智慧灯杆进行广泛的应用，并已经投入了实际的使用。国内城市的道路照明系统在不断地进行智能化建设，智慧路灯和多功能杆以及多功能智慧灯杆系统都是照明系统发展的产物。①多功能杆。通过一杆多用和多干合一的设计，将信号杆、交通杆以及电警杆等等搭载到灯杆上，也可以称之为综合杆。②智慧路灯。通过搭载充电桩、LED屏、传感器等多种系统使灯杆具备多种多样的功能。③多功能智慧灯杆系统。将5G微基站设置在灯杆上，实现信息的采集与发布，并有效地与智慧城市进行对接。
3.2集成化多功能LED路灯灯具的结构
（1）标准模块化LED光源
近些年国内行业团体一直坚持推动LED路灯的标准化进程，且各企业也积极响应。随着行业标准CSA016-2015《LED照明应用与接口要求：非集成式LED模块的道路灯具/隧道灯具》V2．0的发布，标准化光源模组LED路灯模式得到了LED照明企业和应用市场的认同。标准化光源模组的逐步推开，方便了LED路灯的维护和组件更换，也大大节省了整体LED路灯开发的成本。根据CSA016-2015，将LED路灯光源模组分成两种类型，每种类型都限制了关键尺寸参数。如A型光源模组宽度被限制在最大不超过70mm，总长最大不超过300mm，光源主体长度不超过272mm，固定了安装孔的间距为确定值。如A型光源模组宽度被限制在最大不超过70mm，总长最大不超过300mm，光源主体长度不超过272mm，固定了安装孔的间距为确定值。图1为CSA016中，A型光源模组特征尺寸示意图。
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图1标准化LED路灯光源模组示意
（2）集成LED路灯结构
根据标准化模组尺寸特征，开发了多参数环境气体传感模组及硬件系统，并设计了小型监控功能模组及无线AP功能模组结构。进行了LED多功能路灯灯具的集成壳体结构设计。灯具灯体可集成标准尺寸模块2～6组，设计规划光源功率30～180W。模组之间留有充足的间隙，灯壳背盖蜂窝式镂空，空气流动形成主动烟囱抽拔力学，形成自下向上的空气流动。一方面有利于发热模组进行散热，另一方面不容易造成模组间发热热流的强烈互相影响，快速的空气流动对各模组单独工作时采集数值的客观性也有积极作用。图2所示为集成LED路灯标准模块化结构设计外观图。
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图2集成多功能LED路灯结构设计
3.3智能路灯管理平台
（1）设备检查
①独立路灯开关。公共照明的开启和关闭取决于每盏灯的位置、树木的黑暗和气候变化，环境变化是自主感知的。②夜晚结束时很少有人使用的个人照明。在后半段的夜里，行人在路上的交通流量，客观上减少，以及路灯可以搜集（人数、车辆运行速度）来提供合适的照明。③街道照明和导航系统联网。借助移动应用、夜间旅客可提前规划自己的路线和车辆及行人通行的位置，可实时接收的是光源的信号，谁都可以提前点亮每一个导航系统规划路线上的每一盏灯，甚至成为在偏僻地区的照明指南。④色温变化。冬天的路灯是暖色的，夏天的路灯是冷色的，以缓解情绪。
（2）智能故障报警
智能灯电源、电压及其波动、电源供电和故障报警。
（3）辅助维护目标
①设备状况自我评价，维修方案建议。通过将云数据与终端瞬时数据进行比较，向维护人员提出维护计划。②电缆防盗。该系统具有短信报警功能，用户可以通过手机设置报警主机的参数。③自我修复和维护后的评估。终端可以立即下载数据，将其与健康状况进行比较，并主动报告问题。维护完成后，对安装进行评估并记录数据。
结语
智慧路灯设计是一项集多种专业与技术为一体的综合学科，在设计过程中，要立足城市发展现状，结合城市规划需求，合理应用好可用技术，以此来实现智慧路灯的各项功能。随着智慧城市建设的不断发展，智慧路灯的应用范围将会逐步加大，未来依靠智慧路灯实施信息收集的领域有很多，所以我们要不断提升智慧路灯设计水平，优化智慧路灯建设环境，为实现物联互通，数据共享等更多应用而发挥作用。
参考文献：
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