基于物联网的城市路灯远程控制方法和系统与流程

本发明涉及路灯控制技术，尤其是基于物联网的城市路灯远程控制方法和系统。

背景技术：

在目前的技术条件下，每当雨天、雾天、路面积水，道路行车都是一件极其痛苦的事情，主要原因包括能见度不足、路面反光、雨水遮光、看不清路面边界和标线等，因此，如能通过改造路灯来缓解雨、雾、积水条件下的行车难题，将对解决城市交通压力、提高通行效率以及行车安全带来非常有益的作用。

在相关技术中，提供了以下3中技术方案，用于对路灯进行开关灯控制：

方案1.完全基于固定的开关灯时刻表对路灯进行开关灯控制。

方案2.安装单一点位的天然光照度监测终端，以此为依据对全市路灯进行开关灯控制。

方案3.在每个电源点装设一个天然光照度监测终端，并根据天然光照度监测数据对该电源点进行开关灯自动控制。

对于方案1，采用完全基于固定的开关灯时刻表对路灯进行开关灯控制时，在晴朗天气下没有问题，但在阴雨天气等情况下，将导致开灯过晚和/或关灯过早，不能满足在天然光15lux时准时开灯的要求。

对于方案2，采用安装单一点位的天然光照度监测终端，以此为依据对全市路灯进行开关灯控制时，以一个监测点的数据为依据来控制全市路灯，不能照顾到各区域不同的天气情况和不同的天然光照度情况。

对于方案3，采用在每个电源点装设一个天然光照度监测终端，并根据天然光照度监测数据对该电源点进行开关灯自动控制时，例如北京全市2000多台电源点，每个电源点一个监测终端，将导致：一，数量巨大、成本过高；二，每个监测点分别对所在道路路灯进行控制，可能导致由于设备校准情况、赃物、遮挡情况不同而使得相邻道路开关灯时间不能平滑衔接，开关灯时刻不一致的情况。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于物联网的城市路灯远程控制方法和系统，通过设置路灯远程控制中心，使路灯远程控制中心存储所有管辖路灯的地理坐标，并通过网络与实时气象系统相连接，通过无线物联网和路灯相连接；路灯远程控制中心通过网络，从实时气象系统获取辖区内各区域的实时气象信息，并在晴天、雨、雾、雨天路面积水等不同气象条件下，通过无线物联网向相应区域内的路灯发送对应的不同控制指令；路灯接收到控制指令后，驱动内部的控制电路改变为所需的颜色和亮度，并驱动电动机旋转到所需的照射角度，以达到通过改造现有路灯，大幅缓解城市交通压力、提高通行效率，辅助交管人员疏解极端气象条件下工作量以及提高行车安全性的技术效果。

为此，本发明提出一种基于物联网的城市路灯远程控制方法，包括如下步骤：

S100、设置路灯远程控制中心，使路灯远程控制中心存储所有管辖路灯的地理坐标，并通过网络与实时气象系统相连接，路灯远程控制中心通过无线物联网和路灯相连接；

S200、路灯远程控制中心通过网络，从实时气象系统获取辖区内各区域的实时气象信息，并通过无线物联网向相应区域内的路灯发控制指令，其控制指令逻辑为：

S201、如某区域的实时气象为晴天，则发控制指令设置区域内路灯的光线颜色为偏白色，亮度为正常，照射角度为向下均匀照射；

S202、如某区域的实时气象为有雾，则发指令设置区域内路灯的光线颜色为黄色，亮度为加强30%至100%，照射角度为向下均匀照射；

S203、如某区域的实时气象为雨天，则发指令设置区域内路灯的光线颜色为黄色，亮度为减弱50%，照射角度为向下均匀照射；

S204、如某区域的实时气象为雨天路面积水，则发指令设置区域内路灯的光线颜色为黄色，亮度为减弱50%，照射角度为朝向行车方向倾斜15度至30度；

S300、路灯在通过无线物联网，接收到来自路灯远程控制中心的控制指令后，驱动内部的控制电路改变为所需的颜色和亮度，并驱动电动机旋转到所需的照射角度；

S400、路灯每间隔一定时间，通过无线物联网向路灯远程控制中心报告自身的工作状况信息。

进一步地，步骤S204所述判断雨天路面积水的计算方法是：汇总一段时间内的总降水量，如果10分钟内总降水超过5毫米，即判断为雨天路面积水。

进一步地，所述路灯远程控制中心和实时气象系统之间的网络是有线网络、移动通信网络和WiFi网络中的任意一种,所述路灯的无线物联网是5G网络、Zigbee和NB-IoT网络中的任意一种；路灯远程控制中心通过网络从实时气象系统获取辖区内各区域的实时气象信息，是通过Web Service通信协议或http API协议传送的。

更优地，步骤S300的后续动作还包括：在路灯远程控制中心发出路灯状态改变的事件通知，所述事件通知包括计算机声音、屏幕信息、手机短消息和手机应用程序消息。

本发明还提出一种基于物联网的城市路灯远程控制系统，包括路灯远程控制中心、实时气象系统和路灯，所述路灯包括无线物联网模块、发光机构、控制电路和电动机，其中：

所述路灯远程控制中心和实时气象系统通过网络相连接，路灯远程控制中心通过无线物联网和路灯相连接，并且所述路灯远程控制中心和实时气象系统之间的网络是有线网络、移动通信网络和WiFi网络中的任意一种,所述路灯的无线物联网是5G网络、Zigbee和NB-IoT网络中的任意一种；

所述路灯的控制电路与无线物联网模块、发光机构和电动机相连接，并能控制路灯发光机构的光线颜色和亮度，控制电动机改变路灯发光机构的照射角度；

所述控制电路包括单片机或微控制器。

更优地，所述路灯内还包括与控制电路相连接的局部气象检测装置，所述局部气象检测装置包括能见度传感器、水雾传感器和雨量感应器，其中：能见度传感器用于检测局部区域的空气能见度，水雾传感器用于检测局部区域的空气水雾浓度，雨量传感器用于检测局部区域的降雨量。

更优地，所述一种基于物联网的城市路灯远程控制方法还包括如下步骤：路灯每间隔一定时间，通过无线物联网向路灯远程控制中心上传内部的局部气象检测装置采集的实时气象信息。

本发明具有如下有益效果：

本发明通过使路灯远程控制中心从实时气象系统获取辖区内各区域的实时气象信息，并根据实时气象信息控制相应区域内的路灯，从而整个系统动作完全无需人工干预，减少了交通疏导人员在突发气象事件情况下的工作量，并有助于减少系统误操作；

通过区分晴天、雨天、雾和雨天路面积水等不同天气情况，在路灯远程控制中心向区域内路灯发送不同的控制指令，使路灯进入最佳的发光模式，在晴天发正常白光，雾天、雨天发加强的黄光有助于提高能见度，雨天路面积水条件下改为向行车前方照射，即可避免积水镜面反射干扰驾驶员视线，因而本发明所述控制方法和控制系统对不同天气情况均能取得最佳的路灯光照效果，对解决城市交通压力、提高通行效率以及行车安全能带来非常有益的作用。

附图说明

图1是一种一种基于物联网的城市路灯远程控制方法的流程图，

图2是一种基于物联网的城市路灯远程控制系统的一个实施例的组成结构图；

图3是一种基于物联网的城市路灯远程控制系统的另一个实施例的组成结构图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

众所周知，路灯的安装数量是极其庞大的，要想使路灯上网，传统的有线网安装不便，3G、4G、WiFi都存在上网模块成本高、功耗大的问题，需要进行通讯的数据量少然而占用较大的网络频率资源，通讯效费比差。把物联网尤其是低功耗窄带物联网应用于路灯，是一个长远的发展趋势，目前NB-IoT技术是发展较为充分成熟的物联网分支。

实施例1

一种基于物联网的城市路灯远程控制方法，如图1所示，包括如下步骤：

S100、设置路灯远程控制中心，使路灯远程控制中心存储所有管辖路灯的地理坐标，并通过网络与实时气象系统相连接，路灯远程控制中心通过无线物联网和路灯相连接；

所述路灯远程控制中心和实时气象系统之间的网络是有线网络、移动通信网络和WiFi网络中的任意一种，所述路灯远程控制中心包含计算机。

路灯的地理坐标信息包括经纬度、所在道路的信息，所述实时气象系统一般可用当地的气象播报系统，如12121气象台，也可自建一套气象实时检测系统；

S200、路灯远程控制中心通过网络，从实时气象系统获取辖区内各区域的实时气象信息，并通过无线物联网向相应区域内的路灯发控制指令。

路灯远程控制中心通过网络，从实时气象系统获取辖区内各区域的实时气象信息，是通过Web Service通信协议或http API协议传送的，实时气象系统具有Web Service通信协议和http API协议的对外服务接口。

所获取的一条实时气象消息至少包括时间、气象状况和地理区域信息，判断路灯是否在一条实时气象消息范围内的方法是：判断记录路灯的经纬度数据是否位于实时气象消息所描述的地理区域信息范围内。

气象状况信息需至少包括晴、雨、雾等，本发明所述路灯控制逻辑主要专注于夜间道路行车的光线和能见度问题。

其控制路灯指令的逻辑为：

S201、如某区域的实时气象为晴天，则发控制指令设置区域内路灯的光线颜色为偏白色，亮度为正常，照射角度为向下均匀照射；

晴天条件下的设置符合路灯常规工作参数：偏白光线比较柔和均匀。

S202、如某区域的实时气象为有雾，则发指令设置区域内路灯的光线颜色为黄色，亮度为加强30%至100%，照射角度为向下均匀照射；

在雾天需要路灯灯光具有更强的穿透性和尽可能的高亮度，以提高道路能见度。

S203、如某区域的实时气象为雨天，则发指令设置区域内路灯的光线颜色为黄色，亮度为减弱50%，照射角度为向下均匀照射；

下雨对夜间道路行车的主要影响在于光线干扰：前方车灯和路灯的反射散射，导致道路五颜六色，驾驶员无法看清路面标线与边界，从而不易控制横向车间距以及车与路牙、隔离栏的距离。路面包括边界和标线的反射属于漫反射，而水反射基本属于镜面反射，通过使路灯发黄光而且亮度降低，由于黄光穿透性好，即可大幅度降低前方道路环境的干扰光源，而突出本车的前照光强度，而本车前照光不会引起射入驾驶员眼睛的强烈镜面发射干扰光。

S204、如某区域的实时气象为雨天路面积水，则发指令设置区域内路灯的光线颜色为黄色，亮度为减弱50%，照射角度为朝向行车方向倾斜15度至30度；

一旦降雨达到路面积水级别，前方路面反射光即成为影响驾驶员视线的最大障碍，白虚线、白实线、停车等待线和双黄线都看不清，此时必须想方设法降低前方路面反射光：其中一个措施即是降低路灯亮度，并且使得路灯照射角度朝向前方行车方向倾斜，由于路面包括边界和标线的反射属于漫反射，而积水对光线的反射基本属于镜面反射，上述措施使得驾驶员既可以看路面标线和边界更清楚，同时积水的镜面反射效应也被强烈抑制，从而使得驾驶员在路面积水条件下的道路识别度大大提高，有助于降低夜间道路交通事故、缓解交通压力和提高城市道路的通行效率。

所述气象状况信息可直接预报晴天、雨天、有雾，所述判断雨天路面积水的计算方法是：汇总一段时间内的总降水量，如果10分钟内总降水超过5毫米，即判断为雨天路面积水，影响夜间行车安全。

S300、路灯在通过无线物联网，接收到来自路灯远程控制中心的控制指令后，驱动内部的控制电路301改变为所需的颜色和亮度，并驱动电动机302旋转到所需的照射角度；

为此，需要路灯具有调节亮度和颜色的功能，调节亮度的实现方式为通过控制电路逐级改变或平滑改变路灯发光机构304的输入电流或PWM占空比，调节颜色的实现方式为通过控制电路改变路灯发光机构304中光线红、黄、蓝三色光的成分。

S400、路灯每间隔一定时间，通过无线物联网向路灯远程控制中心报告自身的工作状况信息。

所述路灯工作状况信息包括路灯的电路工况、工作电流和温度，这些足够反映路灯是否能控制及是否能发光。此步骤使得当路灯损坏时，在路灯远程控制中心能及时收到反馈信息，以便及时派单维修。

实施例2

一种更优的实施步骤是：步骤S300的后续动作还包括：在路灯远程控制中心发出路灯状态改变的事件通知，所述事件通知包括计算机声音、屏幕信息、手机短消息和手机应用程序消息。

此步骤便于对管辖区域内的各路灯实时工作状态集中监控，以及结合实时交通状况做出及时的反馈调整。

本发明还涉及一种基于物联网的城市路灯远程控制系统，如图2所示，包括路灯远程控制中心100、实时气象系统200和路灯300，所述路灯300包括无线物联网模块303、发光机构304、控制电路301和电动机302，并且路灯远程控制中心100和实时气象系统200通过网络500相连接，路灯远程控制中心100通过无线物联网400和路灯300相连接，其中：所述路灯远程控制中心100和实时气象系统200之间的网络500是有线网络、移动通信网络和WiFi网络中的任意一种，所述路灯100的无线物联网400是5G网络、Zigbee、自组织无线网和NB-IoT网络中的任意一种，所述路灯远程控制中心100包含计算机；所述路灯300的控制电路301与无线物联网模块303、发光机构304和电动机302相连接，并能控制路灯发光机构304的光线颜色和亮度，控制电动机302改变路灯发光机构304的照射角度。

实施例3

一种更优的实施步骤是：如图3所示，所述路灯300内还包括与控制电路301相连接的局部气象检测装置305，所述局部气象检测装置305包括能见度传感器3051、水雾传感器3053和雨量感应器3052，其中：能见度传感器用于检测局部区域的空气能见度，水雾传感器用于检测局部区域的空气水雾浓度，雨量传感器用于检测局部区域的降雨量。

与之相对应的，一种基于物联网的城市路灯远程控制方法还包括如下步骤：

S500、路灯每间隔一定时间，通过无线物联网向路灯远程控制中心上传内部的局部气象检测装置采集的实时气象信息。

在这种情况下，局部气象检测装置305所检测的实时气象信息和实时气象系统200一样，作为远程控制路灯的实时气象信息来源。本发明所述的局部气象检测装置305不需要每一台路灯都安装，只需要一个区域挑选一两台安装即可。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。