CN105674223A - 一种具有环境和路况监测功能的led路灯*** - Google Patents

一种具有环境和路况监测功能的led路灯*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有环境和路况监测功能的LED路灯***，涉及城市照明用LED路灯技术领域，包括一前端路灯***，所述前端路灯***能够完成高效节能城市照明及其智能开关控制、实时环境监测与数据传输、实时路况监测与告警信息发布；一中央服务器，所述中央服务器完成前端路灯***的信息收集汇总、控制指令推送和信息资源共享接入。本发明集城市道路照明、实时路况监视与告警和实时环境监测功能与一体，在保证城市监管相关功能的前提下，大大节约了城市基础设施建设中成本投入。

Description

一种具有环境和路况监测功能的LED路灯***
技术领域
本发明涉及城市照明用LED路灯技术领域，特别涉及是具有环境和路况监测功能的LED路灯***，用于提高了城市管理效力，降低了城市管理成本。
背景技术
2014年8月，国家八部委印发《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》指出，智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划。建设、管理和服务智慧化的新概念和新模式。作为智慧城市建设推进和发展最为迫切的城市道路照明、路况和环境监测，受到了业界高度的关注。
随着现代信息技术的发展，融合先进制造工艺技术、传感器技术、通信技术等信息技术与智能化控制调度理念的相应功能模块化产品不断涌现。如智能化高效LED路灯、智能化环境监测传感器和路况监视摄像头等。基于这些设备构建的功能***，提高了城市管理效力，降低了城市管理成本。但是这些***自成一体，资源信息共享能力差且建设成本较高，不利于智慧城市建设信息融合的理念。基于城市LED路灯基础设施，集城市照明、路况和环境实时监测与一体，同时具有高度信息融合与共享的装置，对于构建城市物联网***，推进智慧城市建设具有重要意义。
发明内容
为提高了城市管理效力，降低了城市管理成本，提高资源信息共享能力，本发明提供一种具有环境和路况监测功能的LED路灯***。
针对上述问题，本发明提供以下技术方案：一种具有环境和路况监测功能的LED路灯***，包括一前端路灯***，所述前端路灯***能够完成高效节能城市照明及其智能开关控制、实时环境监测与数据传输、实时路况监测与告警信息发布；
一中央服务器，所述中央服务器完成前端路灯***的信息收集汇总、控制指令推送和信息资源共享接入；
所述前端路灯***包括LED照明模块、环境监测模块、实时路况监测与告警模块、4G网络通信模块和中央处理器模块；所述中央处理器模块同时连接LED照明模块、环境监测模块、实时路况监测与告警模块、4G网络通信模块；所述LED照明模块包括供灯头、供电驱动单元、开关控制单元、光照强度控制单元，实现LED照明的供电驱动、开关控制、光照强度控制等智能化LED照明功能；
所述环境监测模块主要完成装置周围PM2.5、气温、气压、湿度和风速风向环境参数的监测；
所述实时路况监测与告警模块完成当前路况图像信息（包括视频和照片）的采集和危险路段路况警示功能；
所述4G通信模块完成前端装置与中心服务器的数据通信功能，传送的数据信息包括将整台装置自身的工作状态、环境监测模块采集的环境信息、实时路况监测画面；
所述中央处理器模块是整个装置的控制中心，主要完成装置各个功能模块工作模式的调度与控制功能。
所述中心服务器包括4G通信模块管理***和综合信息接入管理***，所述4G通信模块管理***通过公共互联网端口与完成前端各个前端路灯***的通信，综合信息接入管理***除完成对前端路灯***的工作状态的监测和控制功能外，还负责完成前端路灯装置传回信息的存储、处理与分发功能。
具体的，本发明一种具有环境和路况监测功能的LED路灯***，包括LED照明模块、环境监测模块、实时路况监测与告警模块、4G网络通信模块和中央处理器模块、4G通信模块管理***和综合信息接入管理***；所述LED照明模块中灯头采用高效节能的发光LED灯珠为集成灯头，所述供电驱动单元采用高效恒流源反馈控制电路，即保证对LED灯珠供电电流的稳定，又保证中央处理器模块对LED灯光强度和开启关闭的实时控制，基于供电驱动单元，所述中央处理器模块能够根据环境监测模块采集的实时数据，对LED驱动电流大小、乃至供电开关进行实时控制，以使得LED的光照强度能够根据环境参数的变化进行自适应调整，以确保城市道路照明***高效、智能化的管理，此外，所述前端照明***中各个模块的供电也依赖于供电驱动单元高效稳定的供电输出。
所述环境监测模块采用小型化，低功耗的气压、温湿度、PM2.5能见度和风速风向高精度传感器，并将其集成模块化，安装摆放在装置的顶端位置，并使其与外部环境有充分的接触面积，以保证传感器所测试参数的准确性。模块中的所有传感器以并行挂载的形式连接在串行通信总线I2C总线上，通过总线出口与中央处理器模块完成数据交互功能。
所述环境监测模块的数据上报有主动和被动两种模式，主动模式下，路灯***按照事先设定的上报频次（包括定时上报，等时间间隔上报）主动地向中心服务器发送环境监测数据；被动模式下，中心服务器向前端路灯***发送上报参数指令，前端LED路灯装置按照中心服务器的需求上报环境监测数据。基于***设定的工作模式，所述环境监测模块的工作状态受控于中央处理器模块，在不需要采集、上传环境监测数据的情况下，该模块处于待机或关闭低功耗状态，待需要采集上报环境参数时，再由处理器唤醒环境监测模块，以此来降低模块功耗。由于高精度传感器对环境参数的敏感性，为保证采集数据的准确性，当模块冷启动后，延时2分钟后再对其进行数据采样上报。
所述实时路况监测模块选用结构小巧、倍率灵活可变的高清数字化网络摄像头作为该模块的核心设备，所述中央处理器模块通过摄像头控制端口，实现对摄像头开关、放大倍率和工作模式的实时控制。摄像头采集的图像数据经数据端口传送至中央处理器模块，由中央处理器模块对其进行编码处理后，传送至4G通信模块，经4G通信模块传送至中心服务器。当装置所处路段出现交通事故或其他影响交通安全的情况时，装置能够根据交通监控中心下发的指令，发出闪烁告警指示。
所述4G网络通信模块集3G与WLAN技术于一体，并能够快速传输数据、高质量音视频流媒体和图像的***移动通信技术，即4G通信技术，传输速率以超过目前通用的有线网络，达到百兆以上，完全能满足该装置对数据传输速率的要求。本装置采用技术成熟的4G网络通信模块，所述4G网络通信模块包括4G通信天线，移动通信运营商SIM卡和4G通信芯片单元组成，所述4G网络通信模块通过网口与中央处理器模块相连，所述中央处理器模块与中心服务器交互指令以及路灯***采集到的环境监测数据、路况监测数据和路灯***工作状态信息都经此端口传输到4G通信模块，最终经4G网络完成传输任务。
所述中央处理器模块的核心器件选用性价比高且支持多种低功耗模式的ARM系列处理器芯片，中央处理器模块具有丰富的对外接口资源，通过I2C总线与环境监测模块的数据交互功能；通过网口完成于路况监测模块的数据交互功能；通过网口完成与4G通信模块的数据交互功能；通过通用I/O接口完成于LED照明模块的数据交互功能。
整套***采用星形网络拓扑结构，中心服务器是***的核心，所有前端节点装置基于4G通信模块，通过公共移动通信网络与中心服务器进行数据交互。中心服务器具有多信息***融合接入端口。基于这些端口通道，中心服务器一方面对入网的前端路灯装置进行身份认证和实时监控管理，另一方面将从前端装置发回的数据按照要求传送给指定的城市管理信息***。
本发明产生的有益效果：本发明集城市道路照明、实时路况监视与告警和实时环境监测功能与一体，在保证城市监管相关功能的前提下，大大节约了城市基础设施建设中成本投入。相比将路况监管摄像头安装在城市道路路口和关键路段的传统做法，路况监测与路灯结合在一体，并能够根据需要实时将路况信息传输到监控中心的方案，使得道路监管部门对城市路况监测更全面，从而有助于其更科学快速地做出交通疏导策略，从而有效疏导交通。路灯与环境监测模块的结合，相比传统的在城市关键地段设置环境监测站的方法，使得环境气象部门可以对城市各个角落的环境气象参数进行实时监控，从而使得环境监测部门对整个城市的环境状况有全面的把控，便于快速定位空气污染源，以便及时采取抑制措施。采用4G无线通信技术实现环境和路况的监测，相比传统有线通信方式，不仅易于安装调试、降低建设成本投入，而且也使得对路况和环境的监测范围延伸到有线网络难以抵达的市郊和山区等地域。本装置客户机/服务器的构架模式，使得接入***的各个节点装置都可以通过服务器接入城市管理***网络，克服了城市不同职能部门数据数据孤立的弊端，实现了智慧城市信息数据融合的需求。
附图说明
图1是前端路灯***组成原理框图。
图2是中心服务器连接关系图。
图3是环境监测模块内部传感器连接关系图。
图4是***拓扑结构图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种具有环境和路况监测功能的LED路灯***，包括一前端路灯***，所述前端路灯***能够完成高效节能城市照明及其智能开关控制、实时环境监测与数据传输、实时路况监测与告警信息发布；
一中央服务器，所述中央服务器完成前端路灯***的信息收集汇总、控制指令推送和信息资源共享接入；
所述前端路灯***包括LED照明模块、环境监测模块、实时路况监测与告警模块、4G网络通信模块和中央处理器模块；所述中央处理器模块同时连接LED照明模块、环境监测模块、实时路况监测与告警模块、4G网络通信模块；所述LED照明模块包括供灯头、供电驱动单元、开关控制单元、光照强度控制单元，实现LED照明的供电驱动、开关控制、光照强度控制等智能化LED照明功能；
所述环境监测模块主要完成装置周围环境参数，包括PM2.5、气温、气压、湿度和风速风向的监测功能；
所述实时路况监测与告警模块完成当前路况图像信息（包括视频和照片）的采集和危险路段路况警示功能；
所述4G通信模块完成前端装置与中心服务器的数据通信功能，传送的数据信息包括将整台装置自身的工作状态、环境监测模块采集的环境信息、实时路况监测画面；中央处理器模块是整个装置的控制中心，主要完成装置各个功能模块工作模式的调度与控制功能。
所述中心服务器包括4G通信模块管理***和综合信息接入管理***，所述4G通信模块管理***通过公共互联网端口与完成前端各个前端路灯***的通信，综合信息接入管理***除完成对前端路灯***的工作状态的监测和控制功能外，还负责完成前端路灯装置传回信息的存储、处理与分发功能。
具体的，本发明一种具有环境和路况监测功能的LED路灯***，包括LED照明模块、环境监测模块、实时路况监测与告警模块、4G网络通信模块和中央处理器模块、4G通信模块管理***和综合信息接入管理***；所述LED照明模块中灯头采用高效节能的发光LED灯珠为集成灯头，所述供电驱动单元采用高效恒流源反馈控制电路，即保证对LED灯珠供电电流的稳定，又保证中央处理器模块对LED灯光强度和开启关闭的实时控制，基于供电驱动单元，所述中央处理器模块能够根据环境监测模块采集的实时数据，对LED驱动电流大小、乃至供电开关进行实时控制，以使得LED的光照强度能够根据环境参数的变化进行自适应调整，以确保城市道路照明***高效、智能化的管理，此外，所述前端照明***中各个模块的供电也依赖于供电驱动单元高效稳定的供电输出。
如图3所示，所述环境监测模块采用小型化，低功耗的气压传感器、温湿度传感器、PM2.5能见度传感器和风速风向传感器等高精度传感器，并将其集成模块化，安装摆放在装置的顶端位置，并使其与外部环境有充分的接触面积，以保证传感器所测试参数的准确性，所述环境监测模块中的所有传感器以并行挂载的形式连接在串行通信总线I2C总线上，通过总线出口与中央处理器模块完成数据交互功能。
所述环境监测模块的数据上报有主动和被动两种模式，主动模式下，前端路灯***按照事先设定的上报频次（包括定时上报，等时间间隔上报）主动地向中心服务器发送环境监测数据；被动模式下，中心服务器向前端路灯***发送上报参数指令，前端LED路灯装置按照中心服务器的需求上报环境监测数据。基于***设定的工作模式，所述环境监测模块的工作状态受控于中央处理器模块，在不需要采集、上传环境监测数据的情况下，该模块处于待机或关闭低功耗状态，待需要采集上报环境参数时，再由处理器唤醒环境监测模块，以此来降低模块功耗。由于高精度传感器对环境参数的敏感性，为保证采集数据的准确性，当模块冷启动后，延时2分钟后再对其进行数据采样上报。
所述实时路况监测模块选用结构小巧、倍率灵活可变的高清数字化网络摄像头作为该模块的核心设备，所述中央处理器模块通过摄像头控制端口，实现对摄像头开关、放大倍率和工作模式的实时控制。摄像头采集的图像数据经数据端口传送至中央处理器模块，由中央处理器模块对其进行编码处理后，传送至4G通信模块，经4G通信模块传送至中心服务器，当前端路灯***所处路段出现交通事故或其他影响交通安全的情况时，前端路灯***能够根据交通监控中心下发的指令，发出闪烁告警指示。
所述4G网络通信模块集3G与WLAN技术于一体，并能够快速传输数据、高质量音视频流媒体和图像的***移动通信技术，即4G通信技术，传输速率以超过目前通用的有线网络，达到百兆以上，完全能满足该装置对数据传输速率的要求。本***采用技术成熟的4G网络通信模块，该模块包括4G通信天线、移动通信运营商SIM卡和4G通信芯片单元；所述4G网络通信模块通过网口与中央处理器模块相连，中央处理器与中心服务器交互指令以及装置采集到的环境监测数据、路况监测数据和装置工作状态信息都经此端口传输到4G通信模块，最终经4G网络完成传输任务。
所述中央处理器模块的核心器件选用性价比高且支持多种低功耗模式的ARM系列处理器芯片，该中央处理器模块具有丰富的对外接口资源，通过I2C总线与环境监测模块的数据交互功能；通过网口完成于路况监测模块的数据交互功能；通过网口完成与4G通信模块的数据交互功能；通过通用I/O接口完成于LED照明模块的数据交互功能。
如图4所示，整套***采用星形网络拓扑结构，所述中心服务器是***的核心，所述前端路灯***为节点，所有前端节点基于4G通信模块，通过公共移动通信网络与中心服务器进行数据交互，所述中心服务器具有多信息***融合接入端口，基于这些端口通道，中心服务器一方面对入网的前端路灯***进行身份认证和实时监控管理，另一方面将从前端装置发回的数据按照要求传送给指定的城市管理信息***。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有环境和路况监测功能的LED路灯***，其特征在于：
包括一前端路灯***，所述前端路灯***能够完成高效节能城市照明及其智能开关控制、实时环境监测与数据传输、实时路况监测与告警信息发布；
一中央服务器，所述中央服务器完成前端路灯***的信息收集汇总、控制指令推送和信息资源共享接入；
所述前端路灯***包括LED照明模块、环境监测模块、实时路况监测与告警模块、4G网络通信模块和中央处理器模块；所述中央处理器模块同时连接LED照明模块、环境监测模块、实时路况监测与告警模块、4G网络通信模块；
所述环境监测模块主要完成装置周围PM2.5、气温、气压、湿度和风速风向环境参数的监测；
所述实时路况监测与告警模块完成当前路况图像信息的采集和危险路段路况警示；
所述4G通信模块完成前端装置与中心服务器的数据通信功能，传送的数据信息包括将整台装置自身的工作状态、环境监测模块采集的环境信息、实时路况监测画面；
所述中央处理器模块是整个装置的控制中心，主要完成装置各个功能模块工作模式的调度与控制；
所述中心服务器包括4G通信模块管理***和综合信息接入管理***，所述4G通信模块管理***通过公共互联网端口与完成前端各个前端路灯***的通信，综合信息接入管理***除完成对前端路灯***的工作状态的监测和控制功能外，还负责完成前端路灯装置传回信息的存储、处理与分发功能。
2.根据权利要求1所述的具有环境和路况监测功能的LED路灯***，其特征在于：所述LED照明模块包括供灯头、供电驱动单元、开关控制单元、光照强度控制单元，实现LED照明的供电驱动、开关控制、光照强度控制智能化LED照明。
3.根据权利要求2所述的具有环境和路况监测功能的LED路灯***，其特征在于：所述LED照明模块中灯头采用高效节能的发光LED灯珠为集成灯头，所述供电驱动单元采用高效恒流源反馈控制电路，即保证对LED灯珠供电电流的稳定，又保证中央处理器模块对LED灯光强度和开启关闭的实时控制；所述前端照明***中各个模块的供电均依赖于供电驱动单元高效稳定的供电输出。
4.根据权利要求1所述的具有环境和路况监测功能的LED路灯***，其特征在于：所述环境监测模块采用小型化，低功耗，高精度的气压传感器、温湿度传感器、PM2.5能见度传感器和风速风向传感器，并将其集成模块化，安装摆放在所述前端路灯***的顶端位置，并使其与外部环境有充分的接触面积，以保证传感器所测试参数的准确性，所述环境监测模块中的所有传感器以并行挂载的形式连接在串行通信总线I2C总线上，通过总线出口与中央处理器模块完成数据交互功能。
5.根据权利要求3所述的具有环境和路况监测功能的LED路灯***，其特征在于：所述环境监测模块的数据上报包括主动模式和被动模式，所述主动模式，所述前端路灯***按照定时上报或等时间间隔上报主动向中心服务器发送环境监测数据；所述被动模式，中心服务器发送上报参数指令，前端路灯***按照中心服务器的需求上报环境监测数据。
6.根据权利要求1所述的具有环境和路况监测功能的LED路灯***，其特征在于：所述实时路况监测模块选用结构小巧、倍率灵活可变的高清数字化网络摄像头作为该模块的核心设备，所述摄像头采集的图像数据经数据端口传送至中央处理器模块，所述中央处理器模块通过摄像头控制端口，实现对摄像头开关、放大倍率和工作模式的实时控制，所述中央处理器模块对图像数据进行编码处理后，传送至4G通信模块，经4G通信模块传送至中心服务器。
7.根据权利要求1所述的具有环境和路况监测功能的LED路灯***，其特征在于：所述4G网络通信模块包括4G通信天线、移动通信运营商SIM卡和4G通信芯片单元；所述4G网络通信模块通过网口与中央处理器模块相连，所述中央处理器模块与中心服务器交互指令以及前端路灯***采集到的环境监测数据、路况监测数据和路灯***工作状态信息都经此端口传输到4G通信模块，最终经4G网络完成传输任务。
8.根据权利要求1所述的具有环境和路况监测功能的LED路灯***，其特征在于：所述中央处理器模块的核心器件选用性价比高且支持多种低功耗模式的ARM系列处理器芯片，该中央处理器模块具有丰富的对外接口，通过I2C总线与环境监测模块进行数据交互，通过网口完成与路况监测模块的数据交互，通过网口完成与4G通信模块的数据交互，通过通用I/O接口完成与LED照明模块的数据交互功能。
9.根据权利要求1-7任一项所述的具有环境和路况监测功能的LED路灯***，其特征在于：所述LED路灯******采用星形网络拓扑结构，中心服务器是***的核心，所有前端路灯***为节点，基于4G通信模块，通过公共移动通信网络与中心服务器进行数据交互。
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