智慧灯杆

智慧灯杆
1 系统总体方案
1.1概述
智慧路灯的整套管理系统采用了“一体化”、“集成化”、“数字化”、“网络化”、“智能化”的设计原则。

1）一体化
采用一体化的智慧路灯管理平台，将灯杆内各设备功能模块实现“嵌入式集成”，由统一的平台进行管理，同时可根据实际应用场景可以实现各个功能模块之间的联动。

2) 开放化
平台除了将灯杆内各设备进行统一管理实现联动功能之外，还预留其它接口，便于将设备连接到其它管理部门。

3) 数字化
平台中的所有主控设备全部采用数字化管理设备，实现对整个平台中各个功能模块的数字化管理。

4) 网络化
平台支持从前端灯杆到后台管理系统，再到各职能管理部门的多级网络结构，使所有信息的传输畅通无阻。

5) 智能化
平台在功能操作的设计上以减少人员操作步骤为原则，提高系统智能分析能力，各系统之间实现动态实时联动。

6）整合资源、共建共享
在智能路灯杆上集成照明、城市WIFI热点、视频监控、公共广播、环境监测等设备。

避免重复立杆，对基础设施基础上进行整合，实现区域基础设施与数据资源的互联共享，供相关政府部门的调用和控制，实现共享，体现资源整合效益。

1.2系统总体架构图
本项目智慧路灯系统分为前端感知层、传输层、管控平台层、应用层。

如图1所示。

图1 总体架构图
前端感知层为加载在路灯杆上的基础设备，主要包括LED灯、无线AP、视频监控、大屏、应急求助、RFID、物联网传感器等，感知层负责接收前端基础模块的各类信息，包括：状态信息、报警信息、异常信息等，同时感知层可接收后台的指令后可对前端设备进行控制。

传输层为前端感知层与管控平台层之间的纽带，通过传输层，前端感知层所有的管理数据及业务应用数据均是通过传输层发送到平台。

同时平台下发的各类指令经传输层给到前端感知层。

管控平台层负责接收来自于应用层的请求，验证请求的数据，调用相应的业务逻辑进行数据处理，并将处理结果返回给应用层，并提供接口平台将其他第三方相关系统接入。

应用层是根据各个不同的应用部门分配不同的权限和账号，目的是各个应用部门通过应用层可以很方便的涉及到本部门的业务进行管理，也包含不同应用的实时联动功能。

1.3系统网络组成图
基于对项目的现状和需求分析，结合智慧路灯的网络、安全和业务管理需求，本方案整体网络架构如图2所示：
图2 网络组成图
为加强本项目的网络安全管理，本方案将整体网络划分为网络边界区、汇聚核心区、智慧路灯接入区和中心管理区四个安全区域，各安全区域规划如下：
网络边界区：利用防火墙系统进行安全防护，通过防火墙的访问控制、攻击防护等安全服务提对外出流量和进入流量进行严格控制。

汇聚核心区：部署核心交换机、汇聚交换机和安全设备，各智慧路灯通过光纤等传输链路集中汇聚至汇聚设备，再通过核心设备与外部网络和数据库进行交互。

智慧路灯接入区：各智慧路灯的接入区域。

中心管理区：通过服务器部署智慧路灯管控平台及应用平台，其中使用虚拟化系统提供虚拟化服务器服务，数据库服务器提供数据存储计算服务。

通过虚拟化系统提供服务器的可用性以及隔离不同业务，通过数据库系统提高平台的处理性能和响应效率。

1.4系统功能
目前智慧路灯的功能在在多个领域都有体现，也可根据客户的需求基于我司的路灯管理平台进行相关功能的定制化开发。

其中对于智能感知功能简述如下：
2分项详细设计
2.1 前端感知子系统
2.1.1概述
智慧路灯前端感知是智慧路灯管理平台的信息来源及应用执行端，智慧路灯杆前端感知依托前端路灯杆，集成智慧照明模块、公众无线模块、智慧安防模块、公众广播模块、一键呼叫模块、信息交互模块、环境监测模块、智慧市政模块、充电桩、物联网网关、外包人员管理模块十一个模块。

有如下特点：
集约化建设，集成智能灯杆、照明模块、传感模块、通讯模块、交互模块、监控模块为一体，减少重复投资；
灯杆采用一次成型设计，灯杆内强弱电分离走线，保证系统安全；采用RFID、LoRa等最新物联网感知传输技术；
路灯控制采用TCP/IP传输控制，控制稳定，易组网，易维护；
感知模块灵活配置，可扩展性强，为后续发展建设需要提便利；接入方便，通过路灯物联网标准接口可快速完成传感设备接入与传输。

2.1.2 灯杆
2.1.2.1灯杆特点
1）新材料：使用铝合金、不锈钢、绝缘复合材料，采用框架式钢结构设计。

喷涂专业抗涂鸦防粘贴涂料、憎水憎油、防广告粘贴。

2）新技术：复合材料真空导入法、模具挤压成型技术、铝合金
阳极氧化着色技术。

3）集成度高：利用灯杆作为用电基础设施的先天优势，集成各类物联硬件，能够节约用地、电力等资源。

4）工艺新颖：智慧灯杆根据不同地域特色，可设计不同造型，杆体采用全铝合金材质制作，抗11级以上台风；阳极氧化工艺加工表面，防腐蚀、防变色，坚固耐用；防胶水涂层，杜绝小广告，助力文明城市建设。

5）扩展性强：智慧灯杆采用卡槽式的结构设计，可根据使用环境配置相应的功能，灯杆承载力强且预留200KG冗余荷载设计，后期可随意加装扩展设备，可快速加装、更换、拆卸维护便捷。

6）安全性强：
根据国家荷载规范选取地区50年一遇的极端风速计算，抗12级台风。

灯杆底部壳体采用非金属材料制作，万伏绝缘，保证灯杆24小时带电后安全使用。

强弱电分离，除照明灯具外，所有设备采用小于48VDC的直流电源供电，保证供电安全可靠，设备维护时可带电拆卸，不用断电影响其他设备运行。

强弱走线分离管，保证信号的互不干涉。

路灯电箱内部强弱电上下层分离。

每种设备独立供电控制，避免相互影响。

采用断路、熔断、漏电、防雷、接地保护措施。

配电箱防水、防虫、防尘设计，接口采用防水接头，灯杆内部防
水设计。

采用防盗终端、防盗扩展模块、箱门防盗开关等安全设计。

2.1.2.2灯杆结构
灯杆从杆数量可分为单杆、双杆、从设备安装方式分为一体式和滑槽式。

2.1.2.3灯杆安装布设原则
常见物联网、WLAN 设备覆盖能力为 100 m 左右，路灯杆常规间距为 35 m-50m，因条件限制无法全部安装多功能智慧灯杆时，为保证覆盖效果，智慧灯杆在道路两边可呈 w型分布。

具体灯杆挂载设备高度如下表：
2.1.2.4设备介绍
立杆的材质、外观设计可以根据实际项目需求进行定制
2.1.3智慧照明
2.1.
3.1概述
智慧照明是利用数据采集技术、计算机网络通信技术、自动控制等技术。

实现城市照明人性化管理、智能分析、智能控制、自动监测、主动告警等功能，达到提高工作效率、提高服务水平、节能减排的目标。

2.1.
3.2 设备介绍
LED灯及配件可以根据实际项目需求进行差异化定制。

2.1.
3.2.1 LED灯
1）外壳采用优质铝压铸成型，无PCB,传热块，散热好。

2）采用自对流，蜂窝状，近端散热结构保证散热性能，保证灯具的使用寿命。

3）高效的配光透镜，满足不同道路对光学分布的要求。

4）模块化灯盘设计，更换LED光源简易。

5)支持智能调光方式，实现二次节能减排。

2.1.
3.2.2 LED驱动电源
LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电源转换器，LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。

LED
驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。

2.1.
3.2.3 单灯控制器
智能型单灯控制器，由电压采样电路、电流采样电路、计量芯片、电力载波集成电路和路灯控制回路等组成。

精确地获得各种电量数据（有功、无功、视在、电压、电流等参数），通过电力线载波通信（PLC）或其他通信方式和外部进行数据交换。

实现路灯开关、路灯调光、电压电流采集、过载保护、故障报警等实用功能。

2.1.
3.2.4 集中控制器
智能路灯控制系统的重要枢纽，安装在路灯箱变中低压配电变压器的低压侧，通过电力载波与单灯控制器双向通信，通过TCP/IP、GPRS、3G等通讯方式与路灯管理主站双向通信，完成路灯的监测和控制。

2.1.4公众无线
2.1.4.1概述
建立WIFI管理系统，在规范用户上网行为的前提下，为民众提供免费WIFI上网服务,以及通过WIFI探针实现人流预警等功能。

2.1.4.1.1 分系统组成
公众无线组成图
2.1.4.1.2 设备介绍
2.1.4.1.2.1 AP
AP设备根据使用场景选用室外AP，AP可选是否支持探针功能（人流预警），支持2.4G和5G两个工作频段。

2.1.4.1.2.2 AC
如果需要支持AC+AP模式，选择与AP同品牌的AC控制器。

2.1.4.1.2.3 工业交换机
2.1.5智慧安防
2.1.5.1概述
未来的视频监控系统将不仅仅局限于被动地提供视频画面，更要求系统本身有足够的智能，能够识别不同的物体，分析各种行为，发现监控画面中的异常情况，以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，从而更加有效地协助安全人员处理危机，并最大限度地降低误报和漏报现象，成为应对袭击和处理突发事件的有力辅助工具。

并且视频监控和一键求助及公共广播可进行一体化联动管理，管理人员收到求助信号，与求助市民通话的同时，监控自行联动指向求助人员位置，实现对求助市民附近的实际情况的监控，并自动回调求
助前的监控录像，回传至后台，情况紧急时还可通过广播系统进行广播喊话，起到威慑警告的作用。

2.1.5.2分系统组成
智慧安防组成图
2.1.5.3设备介绍
2.1.5.
3.1高速球机
2.1.5.
3.2枪机
2.1.6一键求助
2.1.6.1概述
一键报警视频语音紧急求助设备,集成高清摄像头、支持双向语音对讲等功能，可实现公安110联网，实现第一时间报警求助，并联动案发现场周边监控点录像。

在警力不变的情况下为社会提供更快捷、
更有效的服务，并有效的震慑犯罪份子、安定民心，为社会的稳定起到积极的作用。

2.1.6.2分系统组成
一键求助组成图
2.1.6.3设备介绍
2.1.7公众广播
2.1.7.1概述
数字IP网络广播系统核心由管理软件、IP网络控制主机、IP网络寻呼话筒、IP网络音箱终端组成。

利用IP网络远程登录到服务器，实现远程管理。

对全体、部分或单个终端完成话筒广播功能。

系统音频服务器，是数字IP网络广播系统的核心，负责音频流点播服务、计划任务处理、终端管理和权限管理等功能。

管理节目库资源，为所有数字广播终端提供定时播放和实时点播服务。

为工作站提供数据接口服务和定时编排播放。

2.1.7.2分系统组成
公众广播组成图
2.1.7.3设备介绍
2.1.7.
3.1广播播放控制主机
1) 4-8个广播分区输出功能，单个分区最大承受500W的有效负载，总功率1000W
2) 具有手动、编辑定时播放、外接定时激活播放、报警、电源定时、分区定时
3) 可多样化选择（列表循环、列表顺序、全盘循环、全盘顺序、全盘随机）
4) 支持音频压缩格式：MP3、WMA ，可以接收FM调频广播和AM 广播
5) 内置监听扬声器，并有单独的监听音量控制
6) 具有远程寻呼麦克风接口；通过远程寻呼麦克风可控制该设置分区、电源、预设定时任务播放和停止控制及讲话
2.1.7.
3.2广播播放终端
2.1.8信息交互
2.1.8.1概述
信息发布及交互子系统是实用的信息展示系统，将需要的信息即可呈现在大屏幕上展示给市民。

同时，用户可通过触摸屏进行查询相关信息。

发布及交互内容包括且不限于以下内容：
1) 便民信息发布：视频、图片、文字等媒体信息的发布；
2) 社会主义核心价值观、精神文明建设等内容；
3) 环境信息：环境气象数据；
4) 其它数据展示。

2.1.8.2分系统组成
信息交互组成图
2.1.8.3设备介绍
2.1.8.
3.1 LED显示屏
1）一网络管理
不需要知道每一个终端的IP地址，不需要了解终端的接入方式及网络结构，通过智慧路灯管理平台，即可管理任何一个接入系统的终端。

2）智能化的终端分组控制
如果对多个终端进行相同的业务操作，可以把这些终端划分到同一个群组。

仅需要对该群组进行一次业务操作，系统会将该操作执行到该组内的每一个终端。

统会根据群组内各终端LED显示屏的大小、规格，将内容进行自适应变换，执行到终端。

3）LED特性管理
制定LED显示屏的开关机计划、亮度计划等，有效的节能减排、加强环境保护。

4）高级别的安全性能
①加密传输
服务器、终端、操作员之间的网络通信，采用AES加密进行加密传输，并且加密的密钥采用固定密码与滚动密码结合的方式。

由于密钥在一直跳变，即使两次传输相同的内容，从网络通信底层截获的数据也是不相同的。

②内容安全
媒体文件只能从服务器下发到各终端，普通操作员上传媒体文件到系统后，必须由具有内容审核权限的操作员对媒体文件进行内容审核。

只有通过安全审核过的媒体文件，才能下发到各终端，有效地监管内容的合法性及防止误操作。

③节目安全
终端播放的节目列表等，可由普通的操作员进行编辑，只有通过具有节目审核权限的操作员审核后，才能下发到各终端，有效的防止由于误操作而带来的负面影响。

④完善的操作员权限管理
所有的操作员权限可以进行分配，可以授权或取消某一个操作员的某一项功能权限。

5）终端播放记录
系统保存每个终端播放内容的详细记录（时间段、时长、次数等），
在平台上供用户查询、统计、分析以及进行数据挖掘。

6）终端接入的多样性
终端能够在各种复杂网络环境下接入系统，可以采用ADSL、3G、WIFI、光纤、多级NAT之下的局域网等方式。

7）支持多种媒体格式
视频文件：AVI、MPG、VOB、ASF、RM、RMVB、WMV、TS等。

图片文件：JPG、PNG、BMP、GIF等。

文字信息：TXT、RTF、WORD文档、EXCEL表格、PPT文件、ACCESS 文件等。

直播信息：网络电视节目、DVD节目、DV节目等媒体直播流。

资讯联播：天气预报、新闻、紧急通知、股票及与受众息息相关的资讯等。

其它信息：FLASH动画等。

8）播放方式多样性
终端播放可实现多画面并行、画中画内嵌、多媒体（视频、图片、文本等）组合等效果，屏幕挂角、实时字幕等也可进行动态分配。

终端可以使用任意比例的分屏技术，实现各种屏幕显示效果，使播放的内容更加生动、新颖、灵活。

2.1.8.
3.2 LCD触摸屏
2.1.9环境监测
2.1.9.1概述
探测城市环境和气象，对风向、风速、雨量、气温、相对湿度、气压、太阳辐射等气象要素；PM2.5、CO、CO2、NO、SO2等环境指标进行全天候现场监测。

通过多种通讯方法（有线、GPRS、4G、lora 等）与中心进行通讯，用于统计分析和处理。

为气象预警及城市环境治理提供依据。

2.1.9.2分系统组成
环境监测组成图2.1.9.3设备介绍
2.1.9.
3.1气象采集
2.1.9.
3.2环境监测
2.1.10智慧市政
2.1.10.1概述
智慧市政分系统是对城市内井盖、垃圾桶、环卫人员等进行监控，通过网络将监控数据传输会数据监控中心，实现中心远程管理市政设
备。

智能井盖监测器24小时实时智能监测，一旦井盖出现被盗翻起、井盖严重塌陷、井盖表面严重破损，感知单元触发感知数据，智慧路灯管理平台显示井盖异常警报信息和地理位置信息，通过短信、语音等方式告知相关责任部门，方便对异常状态的井盖进行处理,还可实现井盖发生位移后与摄像机联动来对准井盖以方便视频调看。

垃圾桶监测模块安装在垃圾桶内采集垃圾桶内烟火、异味、溢满状态、位置状态信息。

RFID实现了对人员进入监控区信息自动登记、区域定位、实时跟踪、路径指定、行进轨迹比对分析、区域访问控制、停留时间控制等功能。

2.1.10.2分系统组成
智慧市政组成图
2.1.10.3设备介绍
2.1.10.
3.1井盖监测器
2.1.10.
3.2清洁桶监测器
2.1.10.
3.3物联网网关
2.1.10.
3.4 RFID读卡器
2.1.10.
3.5 RFID标签
2.1.11充电桩
2.1.11.1概述
新能源汽车充电桩有直流充电桩与交流充电桩两种模式。

1）直流充电桩采用380V电压。

能满足车辆快速充电的需求。

2）交流充电桩采用220V电压，交流充电桩本身并不具备充电功能，只提供电力输出，需要连接电动汽车车载充电机，才可起到为电动汽车电池充电的作用。

无法实现快速充电。

3）需根据项目实际需求供电情况选择合适的充电桩。

2.1.11.2分系统组成
充电桩组成图
2.1.11.3设备介绍
2.1.11.
3.1直流充电桩
2.1.11.
3.2交流充电桩
2.2智慧路灯管理平台
2.2.1 概述
本项目智慧路灯管理平台有以下特点：
1)集成管理功能，通过一个操作界面即可对所有系统和设备集中管理和控制，能够兼容采用的所有系统和设备的通信和传输协议，并能够实现与其他管理平台之间的数据交换。

2)强大的扩展、集成功能，采用多级架构支持平台系统自身规模的扩展，同时其承载大容量业务接入的核心服务器、分发、编解码等
均支持灵活扩展、平滑扩容，并提供可开放、可共享的接口。

3)提供统一的认证、授权管理机制对于不同的管理者分配不同的管理角色，提供不同的管理界面，支持20个类别的管理角色，对访问者进行身份码和密码双重认证。

4)设备管理功能采用三级树型结构对各个设备集中管理，可以添加删除任意节点和设备，修改编辑设备的设置和属性；对终端设备、服务器工作状态的管理和控制；对业务单元业务运行状况的管理和控制。

5)电子地图管理功能所有灯杆及设备都以图标形式显示在电子地图上，通过色彩或亮度直观地显示设备的工作状态。

电子地图采用矢量图，可以任意放大缩小。

6)统一管理界面实现了业务化数据的集中统计与共享，还将分散的各子系统用户管理功能进行整合，实现统一用户认证，为用户提供一站式登录服务。

7)事件关联定义和联动控制功能对不同的事件之间的关联性进行定义，实现事件和设备之间的智能联动控制。

8)高安全性支持完善的双机热备大容量业务访问时可支持集群部署，确保系统的稳定运行。

9)事件记录保存和管理对所有事件（包括传送到智慧路灯管理平台的各类报警、对讲呼叫、应急照明等设备的开启关闭等）记录保存，同时保存这些事件相关联的视音频信息，并可以按事件检索这些信息。

10)完备的操作日志保存和日志管理对平台管理服务器和各类服
务器以及前端设备的设置、修改，资料的删除等进行完整记录。

应急预案管理功能对定义紧急事件设定应急预案，当事件发生时，通过该预案可以自动执行某些设备控制。

2.2.2平台逻辑架构
智慧路灯管理平台分为基础设备层、数据层、平台层、应用层、用户层，如下图
平台逻辑架构图
基础设备层包含路灯、灯杆、WIFI、物联网关等不同接口的前端数据采集设备，传输的光电通道，机房设备等实体的设施。

数据层将采集层上传的数据进行清洗、去重、归档、存储等处理
和加工，形成分类的数据单元和数据库，从而为平台层、应用层和外部对接提供支持。

平台层是内部各个业务单元的处理节点，通过业务逻辑处理将应用层和外部接口发来的请求进行处理，并将应答送到应用层和外部接口。

应用层是基于数据面向客户的应用展示，通过应用层用户可对关系的内容进行查看、导出，为部门决策提供素材。

外部对接的主要功能是根据外部业务系统的服务请求来进行接口调度和管理，如对接外部的大数据平台、认证平台、视频平台等。

整套智慧路灯管理平台提供统一权限管理，统一消息管理，统一工作流平台，统一日志管理，实时服务，统一通信管理，统一定时管理。

2.2.3平台功能
平台主要对于对于异构设备进行管理和自动运维，具体功能如下2.2.3.1系统管理
主要涉及用户管理、升级管理、审批管理、系统参数管理、日志管理、数据字典、联动管理功能,具体如下,
2.2.
3.1.1用户管理
用户登陆权限管理：编辑用户登录名称，选择权限，编辑对应账号对应的项目
角色管理：编辑不同的角色（如领导、值班员等）并根据角色选
择不同的权限区域授权管理：根据人员的权限，设置人员查看区域的数据权限
地图图层权限管理：根据不同的业务单位，分配不同的用户图层，展示不同的图层内容
权限管理：分配每个菜单的操作权限，如增加、修改、删除、审批、字段查看
2.2.
3.1.2升级管理
完成智慧路灯管理平台中感知层设备的固件升级管理功能
2.2.
3.1.3审批管理
完成在OA审批系统异常情况下的系统内部：信息生成——审核——发布流程化，确保信息安全无误
2.2.
3.1.4系统参数管理
菜单管理：控制系统中菜单的名称、路径、图标、是否可用、目录结构等信息
系统配置：界面配置系统数据库、接口参数等信息
2.2.
3.1.5日志管理
登录日志：记录登录用户信息、IP地址、登录设备类型、设备名称、登录时间
操作日志：记录用户操作记录，如操作类型（增删改）、操作内容等信息
系统异常日志：系统运行异常日志，用文件列表展示，可下载
2.2.
3.1.6数据字典
设备类型管理：系统中不同的设备通过编码的方式进行统一维护，方便系统维护，易于扩展，如A-200W摄像头，B-400万摄像头、C-无线网关等
人员类型管理：使用编码对不同类型人员进行分类，易于扩展，如A-安防人员、B-环卫工人、C-外包人员等
行政区域管理：对区域行政区划进行编码管理，便于网格化管理，对行政区划变化发生变化时，系统可不修改程序即可实现。

便于维护。

通用代码管理：其他通用代码维护管理，便于系统扩展
报警类型管理：管理报警类型，便于系统维护及扩展。

如A-灯故障、B-井盖报警、C-垃圾桶报警、D-视频监控报警灯等
2.2.
3.1.7联动管理
管理报警处置规则引擎设置，完成一键联动规则的制定、使能、禁用功能，如经纬度联动分析策略等
2.2.
3.2运维管理系统
主要涉及设备参数管理、报警参数管理、自动运维,具体如下, 2.2.3.2.1设备参数管理
设备管理:根据不同类型的设备，属性目录形式列出全部设备，并列出设备列表，列出设备属性信息。

如设备名称、品牌、型号、规格、采购时间、使用地管理人员及电话、用途；可增加、修改、删除（软删除），条件查询；并可查询维养记录。