CN111315090A - 一种基于路灯的智慧城市*** - Google Patents

Abstract

本发明属于智慧城市技术领域，公开了一种基于路灯的智慧城市***，包括照明模块、环境监测模块、交通监测模块、治安监控模块、智能报警模块、无线信号模块、电源模块、中央控制模块、通讯模块、智慧城市监控模块。本发明对现有路灯的重新定位与改造，集合智能传感器技术等先进技术，可以方便快速的建设覆盖范围广、容纳终端数量多，成本低，智能化程度高的城市物联网基础平台，以智慧路灯为基础，充分利用路灯杆体空间、电力及点位资源，并在此基础上实现智能照明、智能交通、环境监测、城市安全、无线城市等多个智能应用，对促进智慧城市的建设与发展具有极大的价值与意义。

Description

一种基于路灯的智慧城市***

技术领域

本发明属于智慧城市技术领域，尤其涉及一种基于路灯的智慧城市***。

背景技术

目前：智慧城市理念即在世界范围内悄然兴起，许多发达国家积极开展智慧城市建设，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。新一代互联网、云计算、智能传感、通信、遥感、卫星定位、地理信息***等技术的迅猛发展与融合，将可以实现对一切物品的智能化识别、定位、跟踪、监控与管理，从而使城市达到“智慧”的状态，使建设智慧城市从技术上成为可能。

众所周知，城市路灯是市政设施中数量最多、密度最大的设施之一，其特点为地理分布散、位置固定、能延伸到城市的每一个角落，其功能为增加人们夜晚的能见度，提高安全感，创造夜晚舒适怡人的社会活动、交往空间；并且保证车辆和行人夜晚活动的安全，减少夜间交通事故和犯罪、暴力事件的发生。

深入分析路灯在城市中的分布和建设情况，路灯不但常见、机构强健、驻地固定，而且也有电力供应，因此很适合以此为基础建立智慧城市***；但现有的路灯仅具备传统的照明功能，尚不具备构建智慧城市***网络的能力。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的路灯仅具备传统的照明功能，尚不具备构建智慧城市***网络的能力。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于路灯的智慧城市***。

本发明是这样实现的，一种基于路灯的智慧城市***，所述基于路灯的智慧城市***包括：

照明模块，与中央控制模块连接，包括红外感应器、亮度传感器，用于监测路面照明状况、道路上的车流、人流的情况，调整每一盏路灯的合理开闭时间及亮度等级，在保证道路交通安全的同时，达到最优的能源使用效率。

环境监测模块，与中央控制模块连接，包括空气污染传感器、烟雾传感器，用于监测空气中烟雾等级、污染程度、能见度，并将监测的信息传送到中央控制模块。

交通监测模块，与中央控制模块连接，包括ETC读卡器，用于时时监测道路上的汽车通行量及拥堵情况，并将监测信息传送到中央控制模块。

治安监控模块，与中央控制模块连接，包括高清摄像头、红外感应器，用于时时监测道路上的人员及车辆情况，并将监测的视频资料实时传输到中央控制模块。

智能报警模块，与中央控制模块连接，包括报警按钮和扬声器，用于报警信息的交互，将报警信息在路灯所处位置和远程监控平台之间传输。

无线信号模块，与中央控制模块连接，包括集成的无线接入点，用于实现路灯的无线接入点通过电力线中心信号处理器相连，实现与主干网的通信，使手机终端、车载台等通过周围路灯集成的接入点接入网络，实现信息的收发功能。

电源模块，与各模块连接，包括太阳能电池板、供电线路，用于各各模块的照明、监测、报警、安防、信息发送功能提供电力支持。

中央控制模块，与各模块连接，包括PLC控制器，用于智能调度控制各模块实现其功能，并采集整合各模块所监测的信息。

通讯模块，与中央控制模块连接，包含4G通讯网络，用于将中央控制模块采集整合的信息传送到智慧城市监控模块。

智慧城市监控模块，与通讯模块连接，包括智慧城市监控平台，用于采集各路灯所监测的视频等资料，并分区将监测结果生成监控报告，发送智慧城市市政管理人员。

进一步，所述照明模块包括：

亮度采集单元，用于通过亮度传感器对其监测范围内的环境信息进行实时监测，得到对应的随时间变化而不断更新的环境数据；

人体感应单元，用于通过红外感应器对其监测范围内的人员信息进行实时监测，当监测到有人员信息时生成对应的控制信号；

参数配置单元，用于根据路灯所处的位置对参数信息进行预设，参数信息包括开启时间、关闭时间、开启亮度值、关闭亮度值以及监测灵敏度。

进一步，所述智能报警模块包括：

主动报警单元，用于通过嵌装在路灯外侧的报警按钮实现一键报警功能，向远程的监控平台发出报警信号；

报警信息发布单元，用于通过嵌装在路灯外侧的扬声器向路灯所在位置以语音播报的形式发布预警信息；

警报定位单元，用于通过***对发出报警的路灯位置进行上传，通过监控平台快速获取报警地点。

进一步，还包括防雷模块，所述防雷模块包括：

检测单元，包括天线，用于对线路中的静电进行检测并产生震荡信号；

整流单元，响应于检测单元输出的震荡信号并进行耦合整流最终输出警报信号；

告警单元，用于汇集所述警报信号后向监控平台传递，并通过断路器对线路进行计时阻断。

进一步，照明模块采用使用K-MEANS算法对人流进行监测，具体处理方法如下：

步骤一，随机选择k个对象，每个对象初始地代表了一个簇的平均值或中心；

步骤二，对剩余的每个对象，根据其与各簇中心的距离，将它赋给最近的簇；

步骤三，重新计算每个簇的平均值；

步骤四，不断重复步骤二——步骤三，直至准则函数收敛；

步骤五，使用平方误差准则，其定义如下：

平方差：

公式中，E是集合中所有对象的平方误差的综合，p是空间中的点，mi是簇Si的平均值，通过该函数使生成的簇尽可能紧凑独立。

进一步，K-MEANS算法的流程，具体如下：

步骤一，输入：包含n个对象的数据库和簇的数目k；

步骤二，输出：k个簇，使平方误差准则最小。

进一步，K-MEANS算法的步骤，具体如下：

步骤一，任意选择k个对象作为初始的簇中心；

步骤二，repeat；

步骤三，根据簇中对象的平均值，将每个对象重新赋予最类似的簇；

步骤四，根据簇的平均值，即计算每个簇中对象的平均值；

步骤五，until不再发生变化。

进一步，照明模块中提供的照明控制方法，具体如下：

步骤一，亮度传感器对其监测范围内的环境信息进行实时监测，得到对应的随时间变化而不断更新的环境数据；

步骤二，红外感应器对其监测范围内的人员信息进行实时监测，当监测到有人员信息时生成对应的控制信号；

步骤三，当亮度传感器监测的环境数据低于标准数据值时，并根据环境数据的大小及红外感应器生成的控制信号来调整路灯的开闭与亮度等级。

进一步，交通监测模块提供的车辆监测的方法，具体如下：

步骤一，ETC读卡器通过读取进入其作用范围的车载ETC卡信息，然后通过串口传给PLC控制器；

步骤二，PLC控制器对ETC卡信心进行初步处理，判断路况状态；

步骤三，若判断路况为畅通，将数据丢失；

步骤四，若判断路况有堵塞的趋势，将采集的车流信息按照指定好的协议进行封装，然后通过4G通讯网络将数据包发送到智慧城市监控平台。

进一步，所述智慧城市监控模块包括：

资料收集单元，用于对多个路灯采集的资料信息进行收集存储；

资料分类单元，用于对收集的资料信息按照路灯所处区域的不同进行分类存储；

报告生成单元，用于结合历史收集信息，将收集信息进行处理生成曲线报告；

结果公示单元，用于将生成报告通过显示屏或发送到监控终端进行结果公示。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

(1)本发明对现有路灯的重新定位与改造，集合智能传感器技术等先进技术，可以方便快速的建设覆盖范围广、容纳终端数量多，成本低，智能化程度高的城市物联网基础平台，以智慧路灯为基础，充分利用路灯杆体空间、电力及点位资源，并在此基础上实现智能照明、智能交通、环境监测、城市安全、无线城市等多个智能应用，对促进智慧城市的建设与发展具有极大的价值与意义；

(2)本发明通过K-MEANS算法对人流信息进行监控，简单可靠，成本低。

(3)本发明提供的智能照明，在一定程度上节省了电力资源，降低了使用成本；

(4)本发明提供的车流监测方法，无需开发一套新***，结构方法简单，并且杜绝了使用图像识别监测的对***软件要求高的问题，节省了成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于路灯的智慧城市***结构框图；

图2是本发明实施例提供的K-MEANS算法对人流检测方法流程图；

图3是本发明实施例提供的K-MEANS算法的步骤流程图；

图4是本发明实施例提供的照明控制方法流程图；

图5是本发明实施例提供的车辆监测方法流程图；

图中：1、照明模块；2、环境监测模块；3、交通监测模块；4、治安监控模块；5、智能报警模块；6、无线信号模块；7、电源模块；8、中央控制模块；9、通讯模块；10、智慧城市监控模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于路灯的智慧城市***，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明基于路灯的智慧城市***包括：

照明模块1，与中央控制模块8连接，包括红外感应器、亮度传感器，用于监测路面照明状况、道路上的车流、人流的情况，调整每一盏路灯的合理开闭时间及亮度等级，在保证道路交通安全的同时，达到最优的能源使用效率。

环境监测模块2，与中央控制模块8连接，包括空气污染传感器、烟雾传感器，用于监测空气中烟雾等级、污染程度、能见度，并将监测的信息传送到中央控制模块8。

交通监测模块3，与中央控制模块8连接，包括ETC读卡器，用于时时监测道路上的汽车通行量及拥堵情况，并将监测信息传送到中央控制模块8。

治安监控模块4，与中央控制模块8连接，包括高清摄像头、红外感应器，用于时时监测道路上的人员及车辆情况，并将监测的视频资料实时传输到中央控制模块8。

智能报警模块5，与中央控制模块8连接，包括报警按钮和扬声器，用于报警信息的交互，将报警信息在路灯所处位置和远程监控平台之间传输。

无线信号模块6，与中央控制模块8连接，包括集成的无线接入点，用于实现路灯的无线接入点通过电力线中心信号处理器相连，实现与主干网的通信，使手机终端、车载台等通过周围路灯集成的接入点接入网络，实现信息的收发功能。

电源模块7，与各模块连接，包括太阳能电池板、供电线路，用于各各模块的照明、监测、报警、安防、信息发送功能提供电力支持。

中央控制模块8，与各模块连接，包括PLC控制器，用于智能调度控制各模块实现其功能，并采集整合各模块所监测的信息。

通讯模块9，与中央控制模块8连接，包含4G通讯网络，用于将中央控制模块8采集整合的信息传送到智慧城市监控模块10。

智慧城市监控模块10，与通讯模块9连接，包括智慧城市监控平台，用于采集各路灯所监测的视频等资料，并分区将监测结果生成监控报告，发送智慧城市市政管理人员。

本发明实施例提供的照明模块1包括：

亮度采集单元，用于通过亮度传感器对其监测范围内的环境信息进行实时监测，得到对应的随时间变化而不断更新的环境数据。

人体感应单元，用于通过红外感应器对其监测范围内的人员信息进行实时监测，当监测到有人员信息时生成对应的控制信号。

参数配置单元，用于根据路灯所处的位置对参数信息进行预设，参数信息包括开启时间、关闭时间、开启亮度值、关闭亮度值以及监测灵敏度。

本发明实施例提供的智能报警模块包括：

主动报警单元，用于通过嵌装在路灯外侧的报警按钮实现一键报警功能，向远程的监控平台发出报警信号。

报警信息发布单元，用于通过嵌装在路灯外侧的扬声器向路灯所在位置以语音播报的形式发布预警信息。

警报定位单元，用于通过***对发出报警的路灯位置进行上传，通过监控平台快速获取报警地点。

本发明实施例还包括防雷模块，所述防雷模块包括：

检测单元，包括天线，用于对线路中的静电进行检测并产生震荡信号；

整流单元，响应于检测单元输出的震荡信号并进行耦合整流最终输出警报信号；

告警单元，用于汇集所述警报信号后向监控平台传递，并通过断路器对线路进行计时阻断。

本发明实施例提供的智慧城市监控模块包括：

资料收集单元，用于对多个路灯采集的资料信息进行收集存储。

资料分类单元，用于对收集的资料信息按照路灯所处区域的不同进行分类存储。

报告生成单元，用于结合历史收集信息，将收集信息进行处理生成曲线报告。

结果公示单元，用于将生成报告通过显示屏或发送到监控终端进行结果公示。

本发明实施例提供的照明模块1采用使用K-MEANS算法对人流进行监测，具体处理方法如下：

S101：随机选择k个对象，每个对象初始地代表了一个簇的平均值或中心；

S102：对剩余的每个对象，根据其与各簇中心的距离，将它赋给最近的簇；

S103：重新计算每个簇的平均值；

S104：不断重复S102-S103，直至准则函数收敛；

S105：使用平方误差准则，其定义如下：

平方差：

公式中，E是集合中所有对象的平方误差的综合，p是空间中的点，mi是簇Si的平均值，通过该函数使生成的簇尽可能紧凑独立。

本发明实施例中的K-MEANS算法的流程，具体如下：

输入：包含n个对象的数据库和簇的数目k；

输出：k个簇，使平方误差准则最小。

如图3所示，本发明实施例中的K-MEANS算法的步骤，具体如下：

S301：任意选择k个对象作为初始的簇中心；

S302：repeat；

S303：根据簇中对象的平均值，将每个对象重新赋予最类似的簇；

S304：根据簇的平均值，即计算每个簇中对象的平均值；

S305：until不再发生变化。

如图4所示，本发明实施例中的照明模块1中提供的照明控制方法，具体如下：

S401：亮度传感器对其监测范围内的环境信息进行实时监测，得到对应的随时间变化而不断更新的环境数据；

S402：红外感应器对其监测范围内的人员信息进行实时监测，当监测到有人员信息时生成对应的控制信号；

S403：当亮度传感器监测的环境数据低于标准数据值时，并根据环境数据的大小及红外感应器生成的控制信号来调整路灯的开闭与亮度等级。

如图5所示，本发明实施例中的交通监测模块3提供的车辆监测的方法，具体如下：

S501：ETC读卡器通过读取进入其作用范围的车载ETC卡信息，然后通过串口传给PLC控制器；

S502：PLC控制器对ETC卡信心进行初步处理，判断路况状态；

S503：若判断路况为畅通，将数据丢失；

S504：若判断路况有堵塞的趋势，将采集的车流信息按照指定好的协议进行封装，然后通过4G通讯网络将数据包发送到智慧城市监控平台。

本项发明技术目前已在辽宁省盘锦市石油小区进行了具体实施，将智能照明、智能门禁、环境监测、社区安全、无线社区等多个智能应用进行了集成，对本社区实现智慧化。并实现人流信息的监控，节省人力成本；智能照明，在一定程度上节省了电力资源；总体大大降低物业运营成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于路灯的智慧城市***，其特征在于，所述基于路灯的智慧城市***包括：

照明模块，与中央控制模块连接，包括红外感应器、亮度传感器，用于监测路面照明状况、道路上的车流、人流的情况，调整每一盏路灯的合理开闭时间及亮度等级，在保证道路交通安全的同时，达到最优的能源使用效率；

环境监测模块，与中央控制模块连接，包括空气污染传感器、烟雾传感器，用于监测空气中烟雾等级、污染程度、能见度，并将监测的信息传送到中央控制模块；

交通监测模块，与中央控制模块连接，包括ETC读卡器，用于时时监测道路上的汽车通行量及拥堵情况，并将监测信息传送到中央控制模块；

治安监控模块，与中央控制模块连接，包括高清摄像头、红外感应器，用于时时监测道路上的人员及车辆情况，并将监测的视频资料实时传输到中央控制模块；

智能报警模块，与中央控制模块连接，包括报警按钮和扬声器，用于报警信息的交互，将报警信息在路灯所处位置和远程监控平台之间传输；

无线信号模块，与中央控制模块连接，包括集成的无线接入点，用于实现路灯的无线接入点通过电力线中心信号处理器相连，实现与主干网的通信，使手机终端、车载台等通过周围路灯集成的接入点接入网络，实现信息的收发功能；

电源模块，与各模块连接，包括太阳能电池板、供电线路，用于各各模块的照明、监测、报警、安防、信息发送功能提供电力支持；

中央控制模块，与各模块连接，包括PLC控制器，用于智能调度控制各模块实现其功能，并采集整合各模块所监测的信息；

通讯模块，与中央控制模块连接，包含4G通讯网络，用于将中央控制模块采集整合的信息传送到智慧城市监控模块；

智慧城市监控模块，与通讯模块连接，包括智慧城市监控平台，用于采集各路灯所监测的视频等资料，并分区将监测结果生成监控报告，发送智慧城市市政管理人员。

2.如权利要求1所述的基于路灯的智慧城市***，其特征在于，所述照明模块包括：

亮度采集单元，用于通过亮度传感器对其监测范围内的环境信息进行实时监测，得到对应的随时间变化而不断更新的环境数据；

人体感应单元，用于通过红外感应器对其监测范围内的人员信息进行实时监测，当监测到有人员信息时生成对应的控制信号；

参数配置单元，用于根据路灯所处的位置对参数信息进行预设，参数信息包括开启时间、关闭时间、开启亮度值、关闭亮度值以及监测灵敏度。

3.如权利要求1所述的基于路灯的智慧城市***，其特征在于，所述智能报警模块包括：

主动报警单元，用于通过嵌装在路灯外侧的报警按钮实现一键报警功能，向远程的监控平台发出报警信号；

报警信息发布单元，用于通过嵌装在路灯外侧的扬声器向路灯所在位置以语音播报的形式发布预警信息；

警报定位单元，用于通过***对发出报警的路灯位置进行上传，通过监控平台快速获取报警地点。

4.如权利要求1所述的基于路灯的智慧城市***，其特征在于，还包括防雷模块，所述防雷模块包括：

检测单元，包括天线，用于对线路中的静电进行检测并产生震荡信号；

整流单元，响应于检测单元输出的震荡信号并进行耦合整流最终输出警报信号；

告警单元，用于汇集所述警报信号后向监控平台传递，并通过断路器对线路进行计时阻断。

5.如权利要求1所述的基于路灯的智慧城市***，其特征在于，所述照明模块采用使用K-MEANS算法对人流进行监测，具体处理方法如下：

步骤一，随机选择k个对象，每个对象初始地代表了一个簇的平均值或中心；

步骤二，对剩余的每个对象，根据其与各簇中心的距离，将它赋给最近的簇；

步骤三，重新计算每个簇的平均值；

步骤四，不断重复步骤二——步骤三，直至准则函数收敛；

步骤五，使用平方误差准则，其定义如下：

平方差：

公式中，E是集合中所有对象的平方误差的综合，p是空间中的点，mi是簇Si的平均值，通过该函数使生成的簇尽可能紧凑独立。

6.如权利要求5所述的基于路灯的智慧城市***，其特征在于，K-MEANS算法的流程，具体如下：

步骤一，输入：包含n个对象的数据库和簇的数目k；

步骤二，输出：k个簇，使平方误差准则最小。

7.如权利要求5所述的基于路灯的智慧城市***，其特征在于，K-MEANS算法的步骤，具体如下：

步骤一，任意选择k个对象作为初始的簇中心；

步骤二，repeat；

步骤三，根据簇中对象的平均值，将每个对象重新赋予最类似的簇；

步骤四，根据簇的平均值，即计算每个簇中对象的平均值；

步骤五，until不再发生变化。

8.如权利要求1所述的基于路灯的智慧城市***，其特征在于，照明模块中提供的照明控制方法，具体如下：

步骤一，亮度传感器对其监测范围内的环境信息进行实时监测，得到对应的随时间变化而不断更新的环境数据；

步骤二，红外感应器对其监测范围内的人员信息进行实时监测，当监测到有人员信息时生成对应的控制信号；

步骤三，当亮度传感器监测的环境数据低于标准数据值时，并根据环境数据的大小及红外感应器生成的控制信号来调整路灯的开闭与亮度等级。

9.如权利要求1所述的基于路灯的智慧城市***，其特征在于，交通监测模块提供的车辆监测的方法，具体如下：

步骤一，ETC读卡器通过读取进入其作用范围的车载ETC卡信息，然后通过串口传给PLC控制器；

步骤二，PLC控制器对ETC卡信心进行初步处理，判断路况状态；

步骤三，若判断路况为畅通，将数据丢失；

步骤四，若判断路况有堵塞的趋势，将采集的车流信息按照指定好的协议进行封装，然后通过4G通讯网络将数据包发送到智慧城市监控平台。

10.如权利要求1所述的基于路灯的智慧城市***，其特征在于，所述智慧城市监控模块包括：

资料收集单元，用于对多个路灯采集的资料信息进行收集存储；

资料分类单元，用于对收集的资料信息按照路灯所处区域的不同进行分类存储；

报告生成单元，用于结合历史收集信息，将收集信息进行处理生成曲线报告；

结果公示单元，用于将生成报告通过显示屏或发送到监控终端进行结果公示。

Images