所属技术领域
本发明涉及移动互联网、自动化控制领域，是一种通过互联网控制路灯、控制路口红绿灯并且能提高手机定位精度和实现停车收费的一种统一的综合方法，暨一种wifi路灯与红绿灯控制及定位与停车收费统一方法。
背景技术：
随着互联网技术的日益成熟和智能手机的普及，全世界已经进入移动互联时代；飞利浦推出的citytouch联网控制路灯的应用得到了全世界的认可，虽然具备良好的经济、社会效益，但是由于联网控制成本高，所以存在普及推广困难的问题；随着导航地图等的联网使用越来越普及，已经可以实时采集到越来越多的动态车辆运行轨迹，而现在大部分的城市路口红绿灯依然是静态的、分离的控制方式，不能实时动态依据交通流量情况实时改变各路口红绿灯的控制模式、尤其是各路口的通行时间及联动性；移动终端以智能手机为主，智能手机已逐渐普及，传统打的方式已经逐步过渡到网络约车方式，滴滴及神舟专车占据市场的很大份额，其中滴滴已经号称市值350亿美元；网络约车主要利用手机gps定位，但是由于存在漂移、天气、雾霾等问题，gps定位经常不准确，尤其在打车需求频繁的城市中由于gps定位不准(比如区分不了在马路哪一边)而需要绕行反复碰头，这导致网约车竞争力下降；随着机动车辆的剧增，停车位已经严重不能满足需求，路边停车被开发出来，各种自动停车收费方式也被开发出来，但是基本都需要每次停车，人为操作一次：即使很先进的如深圳“宜停车”每次都要输入停车的泊位号码，非常不方便；随着人力成本的提高，每种控制系统的实施和维护成本已经超出该控制系统的制造成本了，因此综合实现各种需求的综合统一方案具备更明显的实施维护成本优势，而且制造成本因为各系统共享了大部分器件，所以材料成本增加很少，因此统一方法具备更大优势。
技术实现要素：
为了用一套方案实现多种具备重大价值的普及需求，共享制造、实施、维护等成本，本发明提供一种统一方法，通过该综合方法可以实现路灯联网控制功能、可以实现路口红绿灯实时联网控制功能、可以弥补gps定位不准的瑕疵，实现手机更精确定位功能、可以实现车辆路边停车不需要人口输入泊位号(自动精确定位泊位号)功能；而且当路灯接上运营商的光纤还可提供上网服务等，本发明通过综合成本优势及独到的痛点功能提升帮助各竞争主体提高竞争力和服务能力并从中获益。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在每个路灯的市电电源线间嵌入一个控制模块，该控制模块含有一个用作wifi接入的ap(接入点)部件(ap的控制器如cpu也作为整个模块的控制器)、一个wifi客户端(通常是usb上网卡)、一个控制市电开关的器件如固态继电器、一个低功耗无线收发模块(器件)、一个充电电池(当白天路灯没电时供电，晚上有电时充电)；各路灯控制模块采取接力方式将各种控制信号与位于互联网云端的控制中心(控制中心存在各种云端服务器包括各种大数据服务器等)相连从而实现各种集中控制功能。
本发明的实现原理是：1、手机精确定位原理：结合gps定位、利用手机接收各个路灯中的ap的信号强度来判定手机位于哪个精确位置，用来弥补gps之定位不足(漂移、坏天气等)，也就是手机提高定位精度是通过接收多个路灯中的wifi信号的强度来提高定位精度的，在每个ap周围不同距离手机接收到的信号强度是不同的，手机根据接收到的ap的信号强度可以反推出离这个ap有多远，原则上如果手机收到周围三个以上ap的信号强度，就可以精确计算出手机所处的物理位置(因为ap的精确位置已知)，由于路灯遍布城市(基本上几十米就有一个)，而wifi的ap标准信号覆盖范围为100米，所以一部手机可以接收到多个ap的信号强度，每个ap(路灯中)的精确位置是已知的，每个ap的信号发射是全向(定向也同理推理)的，所以手机离路灯越远接收到该ap的信号强度就越弱，同一个信号强度表示该手机在该路灯的某个同心圆处(考虑到误差，这个同心圆半径存在误差，在这个误差圆环里手机接收到的ap信号强度一样，由于手机可以接收到多个路灯中ap的信号强度，所以手机就处于这多个同心圆(或圆环)的交集中，路灯越多(可根据需要增加路灯提高定位精度来满足各功能需要)定位越准确。2、控制模块通讯原理：各路灯中的控制器通过ap与手机通讯(此时手机是客户端)、通过低速无线模块与红绿灯控制器(红绿灯控制器也可作为客户端与路灯中的ap通讯)、汽车无线id芯片等通讯(这部分通讯也可采取各种低功耗通讯方式如2.4g、射频卡通讯、蓝牙等方式)；路灯之间的通讯是通过每两个路灯互为ap、客户端的方式接力传输(即a路灯中的客户端接b路灯的ap，b路灯中的客户端接c路灯的ap)，若干个路灯网状汇聚后在需要上互联网的地方接入互联网，所有汇入互联网的信息最后汇聚到云端的控制中心(控制中心接各种大数据服务器)，控制中心实现对系统中各种功能的控制(客户可以b/s模式操纵管理控制中心)。3、路灯联网控制原理：控制中心通过接收各种数据如天气、日出时间、日落时间、节假日、雾霾等信息通过路灯一级一级传达到各个路灯，路灯中控制器控制电源开关并检测路灯各工作状态逐级上传到控制中心。4、红绿灯联网控制原理：控制中心通过分析来自大数据服务器上的各种实时动态交通信息，结合天气、通勤时间等因素，将每个路口的红绿灯控制模式通过各路灯逐级下传到各个路口的红绿灯控制器中，红绿灯控制器根据下传数据模式实时控制各红绿灯开关(由于红绿灯控制模式的变化至少以分钟为单位，所以传递的数据量不大，这种控制模式数据的逐级串行传递不会导致速度问题；红绿灯控制器检测各红绿灯的工作状态并逐级上传到控制中心。5、停车收费原理：在埋在地表下的泊位传感器(用来检测车辆进出泊位，一般采用地磁感应原理)里也放置一个wifiap(此ap的ssid名称和bssid地址被设置成唯一对应着这个泊位)，为了省电，该ap只有在车辆进出的瞬间(比如几分钟)内是开启的，该ap连同附近路灯中的ap一起帮助停车车辆中的手机实现精确定位(定位原理是：泊位中的ap的名称和mac地址不同就表示不同的泊位，路灯ap用信号强度不同距离不同的原理来加强区分泊位；足够的路灯基本可以定位区分每个泊位)。对于有些先进城市，可以在每俩车上安装一个汽车电子标签即无线id射频卡，电子标签可以往外发送自身id信号(每个id对应一个车牌号)，为了满足电子标签的低功耗通讯需要在路灯中设置有低速无线模块通讯，电子标签附近的多个路灯上的低速无线模块均接收到电子标签的信息和无线信号强度，这些低速无线模块再通过一个个路灯上的wifi通道逐级接力上传到控制中心，控制中心根据此汽车id对应的账号按车辆位置自动计费(收费停留区域按停留多久收多久费，通过就收费区域按经过一次收一次方式收费)，即控制中心依据车辆电子标签被不同路灯接收到的无线信号强度计算出车辆的位置并从车辆电子标签对应的账号中实现停车和通行的全自动收费，车辆离开后自动停止收费。
在本发明实现原理描述中，我们对wifi信号强度受环境干扰时的解决方法做一个特别说明：路灯中wifiap由于受到周边环境的影响，比如大树，建筑物障碍物等，在以路灯为圆心的同心圆上的不同位置上手机接收到的信号强度可能不一致(若没有障碍物，接收到的信号强度应该一致)，此时若按照同心圆位置信号强度一致的方法去计算手机所在位置必然存在误差。为了适应这些特殊情况，提高定位精度，本发明采取如下四种方法予以矫正：1、在经常有人打车的地方事先勘察出各个位置的接收不同wifiap的信号强度的实测数据，以此实测数据来代替同心圆信号强度相同的判定依据；2、用户打车过程中出现定位误差时，安排技术人员去实地测试，并且将该地址附近各路灯中ap的信号强度-距离分布曲线(记载各个点的信号强度数据)作为特殊数据替代以前的规律性数据；3、增加路灯或路灯中ap数量；4、手机提醒用户走到任何一个电信杆下(因为此时两个相邻路灯中ap的距离最远，接收到的信号强度差值也会最大。前三种校正方法目的是为了修正每个ap的信号强度与距离的函数关系来提高精确度，第四种方法是在各种异常不可控时的一种保证定位精度的保守方法(即以路灯电线杆为参照物)，所有这些方法都是为了修正定位精度，只有定位精度高了，网络约车接客的效率才高(否则来回绕道找客不可避免)。
本发明还可大大降低无线城市的建设成本，只要在需要提供wifi服务的路灯的ap的上行通道接入运营商的光纤即可；若某地的wifi信号太多，也可采用只要手机能够接收的其他各种无线信号强度(实现原理同wifi)来实现定位：比如蓝牙等。
本发明的有益效果是，提供了一个统一方法，通过一种综合方法实现了多种重大系统功能的共享，通过共享材料成本、共享实施成本、共享维护成本等优势高性价比实现了路灯全城联网控制功能(路灯全城联网的好处参见飞利浦的citytouch路灯联网系统：节能、减少人力、提高管理水平等)、红绿灯全城联网控制功能(红绿灯全程联网可以实时动态更改各交叉路口的红绿灯控制模式，可以实现各路口红绿灯实时动态联动，创造出类似红绿灯“绿波带”等各种好处，能提升交通流量，减少废气排放，减少拥堵时间等)并且高效实现了路边停车自动收费功能(减除了每次停车人工输入泊位的麻烦等)以及解决了网络约车出行时定位不准导致绕路、延迟等问题，具备极大的社会效益和可实施性。
本发明的更为有益效果是通过提供一种一体化综合方法，使得一些系统功能的建设成本可以承载在另一个系统功能成本之上，“羊毛出在大猪身上”，从而加速项目推进速度，比如路灯全城联网控制功能政府可以不需出任何费用，因为本发明中路灯联网控制功能同时为竞争激烈的网络约车服务平台(约车平台动辄市值几百亿美元)提供了十分必要的精确定位辅助功能，所以这部分建设成本可以全部分摊给网络约车服务平台，这种分摊可使得长期无法全面实施的路灯全城联网功能可以快速免费全城实施(因本发明方法是在现有路灯上叠加了一个控制模块，可以适配各种路灯，因而不存在不能实施的路灯；而成本转嫁避免了政府的资金不足)。总之本发明创造性地将共享思路贯穿到从材料成本到各重大应用系统功能本身之间中，通过成本共享可让许多长期无法实施的重大系统应用得以快速全面推行(路灯联网控制免费实施后，红绿灯全城联网控制就减少了大量成本：因为通讯等免费解决了，以此类推，连锁反应，一个应用全面实施带来另一个应用全面实施)，因而能产生极大规模的经济效益和社会效益。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的系统结构示意图。
图中1.路灯杆，2.市电电源线，3.控制模块，4.处理器，5.ap，6.wifi上网卡，7.低速无线通讯器件，8.市电开关，9.充电电池，10.路灯，11.手机，12.车辆，13.泊位传感器和ap，14.红绿灯，15.红绿灯控制器。
具体实施方式
在图1所示实施例中，控制模块(3)嵌入在路灯杆(1)之路灯(10)的市电电源线(2)间。控制模块(3)内部由处理器(4)统一控制各个部件，这些部件包括用作wifi接入点的ap(5)、用作wifi客户端的wifi上网卡(6)、用来与各种低速控制器通讯用的低速无线通讯器件(7)、用来控制路灯开关的市电开关(8)、只晚上供电的路灯控制器需要白天工作时所需的充电电池(9)等。在本实施例中处理器采用atheros公司的ar9331(400mhz的mips处理器)，操作系统是linux系统上改进的openwrt系统，这个ar9331是颗一体化单芯片wifi无线soc解决方案，集成自带ap(5)，通过usb口插wifi上网卡用作wifi客户端(6)，低速无线通讯器件(7)采用cypress公司的2.4g无线扩频通讯芯片cyrf6936，市电开关(8)采用固态继电器，充电电池(9)为10000mah5v锂电池，泊位传感器(13)采用美国霍尼韦尔公司磁阻传感器hmc1022感应车辆进出，泊位传感器(13)里还含有一个ap和一套无线充电装置。
本实施例中，路灯联网自动控制方法为：接入互联网的路灯的控制模块(3)是通过其ap(5)上传通道连接到互联网后从与互联网连接的数据库中取出联网控制数据后，通过wifi客户端(6)向邻近路灯控制模块(3)之ap(5)转发控制数据，邻近路灯控制模块(3)之ap(5)收到转发的控制数据后，再通过自己的wifi上网卡(6)传给下一级路灯，依次类推，所有的路灯的控制模块(3)均获得自己的控制数据后通过市电开关(8)来控制各自路灯(10)的开关及亮度。用户可以通过浏览器修改控制中心的数据库中的控制数据来实现对任何一盏路灯的远程联网控制。由于这种控制数据数据量并不大，所以逐级级联串行传送也能满足需求。
本实施例中，路口红绿灯联网自动控制流程类似于路灯联网自动控制方法，不同的是路灯中控制模块(3)在获得该路灯附近交叉路口红绿灯的控制数据时，实现红绿灯(14)的开关功能由设置在交叉路口的红绿灯控制器控制(15)实现，红绿灯控制器通过低速无线通讯器件(7)或wifi客户端(即上网卡)与路灯控制模块相应器件通讯。
本实施例中对gps定位进行补充从而实现更精确定位的原理已经在发明的实现原理中阐述清楚，由于城市路灯遍布城市各个地方，尤其是对gps影响比较大的高楼地方往往是人多路灯也多的繁华地段，这里打的的人也多，所以通过路灯提供更多的无线信号参照物是非常有利于定位精度的改善的，同时由于路灯的物理位置固定且相距很近，所以可以设置很多特定地点的各种优化方案来弥补gps定位的固有缺陷；更为方便的是，在路灯上提供无线定位参照物可以很方便的解决了供电问题和控制模块放置空间问题；手机app(应用程序)获取各ap信号强度的方式也很简单，仅需要调用手机操作系统的wifi管理库函数即可。
最后详细描述一下本发明如何解决路边停车收费时不需要人工输入泊位号的，用手机app实现路边停车自动收费的方式已经开始普及，但是均存在需要在每次停车时都要人口输入泊位号(比如深圳的宜停车)，其中的原因是手机gps定位不准，无法定位到每个泊位，急需补充改良方法(因为哪辆车停在哪个泊位上已经缴费，哪辆车没缴费关系到是否能收到停车费)。本实施例中是这样解决这个问题的：在每个泊位下面埋有一个wifi之ap，每个ap通过设置其名称(即ssid)或mac地址(即bssid)唯一对应一个泊位号。为了省电，该ap只有在车辆进出的瞬间(5分钟)内是开启的。为了解决停车难问题，在有些路边马路上划出一个个停车位置，称为泊位，为了实现泊位的有偿使用，当车辆停在其上时通过手机app(应用程序)自助缴费。当车辆(12)驶进泊位时，打开车上的缴费app，此时泊位下的传感器(13)感知到车辆进入后打开其内置的ap，缴费app就可以搜索到此泊位的ap(由于此ap的ssid名称和bssid地址被设置成唯一对应着这个泊位)，此时分二种情况：第一种情况，假设附近在5分钟内只有一个泊位刚刚被占用，那么很简单，因为缴费app只搜索到一个“泊位ap”(ap的ssid和bssid数值匹配对应着一个泊位，就称为泊位ap)其他接收到的ap并不对应泊位，所以可以唯一确定是这个泊位号了；第二种情况：假设附近在5分钟内有多个泊位刚刚被占用，那么缴费app就可接收到多个“泊位ap”，此时缴费app根据搜索到的各“泊位ap”的信号强度来判定停在那个泊位上：信号最强的那个“泊位ap”就是本车辆所停位置的泊位号(如果由于某些特殊原因比如车辆型号差异太大等，存在多个“泊位ap”的信号强度同时最强，此时可以利用周边路灯上设置的ap的信号强度来辅助区分定位，具体方式参见前述发明原理；极端情况下就是判断不了车辆停在那个泊位上时，只要缴费app提醒用户：无法定位泊位，请离开时点击“确认离开”即可——因为无法定位到具体那个泊位，只是不能在泊位传感器感应到车辆离开时自动终止计费了，所以需要人工提醒系统终止计费，至于具体停在哪个泊位上并不影响计费，但是若所有的车辆停在哪个泊位上都不知道，收费管理就难以执行了，所以管理要求知道车辆停在哪个泊位上，而极端个别车辆不知道停在哪个泊位上可能导致的收费损失很少，可以忽略不计)。综上，上述两种情况均可以自动获知当前泊位号，不需要人工输入泊位号了(其他具体操作可以参照深圳“宜停车”)。由于泊位里含有ap(虽然是间歇性工作且几乎没有数据流量：比如一天的功耗是100mah，地下电池容量是20000mah则每半年需要充一次电)，所以相对功耗会比较大，因此需要对埋在地表面之下的充电电池无线充电(针对此无线充电可以开发出一些辅助工具，方便充电)。
上述几项功能组合实施效果好，至少同时实施两项功能以上；路灯联网控制功能作为其他功能(红绿灯联网控制、定位、停车收费)的共享基础，可以通过免费为政府实施最基本的路灯联网控制功能来获得其他功能的全面快速、低成本实施；另外本发明中wifi可被理解为泛指通用的无线局域网，随着手机(11)中wifi协议的升级，比如wifi升级为wigig(是一种新型无线传输技术标准，比wi-fi技术快10倍)，本发明中wifi部件用wigig部件替换即可，发明保护内容不变。