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城市道路智慧照明物联网的关键技术
资料介绍
在产业政策及物联网技术的推动下,城市道路智能化逐步向灯杆综合利用发展,普通灯杆向智慧灯杆过渡.智慧灯杆作为构建城市市政物联网的关键设备,需要一款端设备接入能力强大、 具备边缘计算功能的网关.本文论述了适用于城市道路智慧照明领域的物联网技术框架及其关键技术,并介绍了该技术架构在智慧照明领域的工程应用案例.
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（完整内容请下载后查看）2019 年 8 月
照明工程学报
Aug.
2019
第 30 卷 第 4 期
ZHAOMING GONGCHENG XUEBAO
Vol． 30 No． 4
城市道路智慧照明物联网的关键技术
刘友泉1 , 章旭敏2 , 高俊海3 , 冯 银3 , 周逊盛3
(1． 杭州市城市照明发展中心, 浙江 杭州 310007; 2． 杭州市路灯管理所, 浙江 杭州 310020;
3． 浙江大云物联科技有限公司, 浙江 杭州 310012)
摘
要: 在产业政策及物联网技术的推动下, 城市道路智能化逐步向灯杆综合利用发展, 普通灯杆向智慧灯杆过
渡。 智慧灯杆作为构建城市市政物联网的关键设备, 需要一款端设备接入能力强大、 具备边缘计算功能的网关。
本文论述了适用于城市道路智慧照明领域的物联网技术框架及其关键技术, 并介绍了该技术架构在智慧照明领域
的工程应用案例。
关键词: 智慧照明; 智慧灯杆; 物联网; 边缘网关
中图分类号: TM923
文献标识码: A
DOI: 10． 3969∕j． issn． 1004-440X． 2019． 04． 004
Key Technologies of Internet of Things for the
Urban Road Intelligent Lighting
1
2
3
3
3
LIU Youquan , ZHANG Xumin , GAO Junhai , FENG Yin , ZHOU Xunsheng
(1． Hangzhou City Lighting Development Center , Hangzhou 310007, China; 2． Hangzhou Street Lamp Management
Institute, Hangzhou 310020, China; 3． Zhejiang Dayun IoT Technology Co. , Ltd, Hangzhou 310012, China)
Abstract: Under the impetus of industrial policy and internet of things technology, urban intelligent
lighting gradually develops to the comprehensive utilization of lamp pole. Intelligent lamp pole, as the key
equipment for the construction of municipal internet of things, needs a gateway with strong access capability
and border computing function. In this paper, the technical framework and key technologies of the internet
of things for intelligent lighting are discussed, and the specific application cases of the technical framework
in the field of intelligent lighting are given.
Key words: intelligent lighting; intelligent light pole; internet of things; border gateway
灯杆集智慧照明、 智慧交通、 安防监控、 环境监测、
充电服务等于一体[2] , 是多功能杆最重要的种类,
也是智慧城市智能感知设备的最佳接入载体。 北京
等地出台了一系列复合型路灯杆设计、 施工、 应用
规范[3] 。 随着智慧城市建设的逐步推进, 多功能智
慧灯杆将迎来发展的巨大机遇。
引言
伴随着物联网技术的兴起, 城市道路智慧照明
已经从路灯照明本身的智能化逐步向基于路灯杆的
综合利用发展。 路灯杆作为物联网技术的载体, 逐
步过渡到集道路照明、 信息发布、 环境监测、 视频
监控、 充电桩等于一体的多功能智慧灯杆。 2019 年
发布实施的 《道路照明灯杆技术条件》 对多功能杆
给出了明确的定义为: 杆体除道路照明功能以外,
当前, 多功能智慧灯杆发展仍存在诸多难点,
主要包括: ①系统集成困难, 集成成本高。 多功能
智慧灯杆以灯杆为载体, 将城市照明控制、 视频监
控、 语音广播、 报警求助、 环境检测、 汽车充电、
信息交互、 井盖检测等功能集于一杆, 而每一种功
设置其他非道路照明的多功能灯杆[1] 。 多功能智慧
万方数据
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照明工程学报
2019 年 8 月
能的组件有众多的品牌, 不同品牌的组件又有不同
的通信协议, 适配众多不同的通信协议困难, 系统
集成难度大、 成本高。 ②系统集成质量不高。 由于
灯杆集成了众多不同功能的组件, 每个集成产品系
统长期运行的可靠性存在不确定性, 因此如何通过
第三方推荐、 加速试验、 压力测试以及现场检测等
多种方法掌控集成产品质量也是一个难题。 ③网络
复杂度造成数据采集稳定性不佳, 影响业务连续性。
多功能智慧灯杆中往往需要一个网关[4] , 汇聚各个
灯杆组件的数据。 由于各组件通信接口的多样性,
RS485、 LAN、 LoRa 等不同的通信方式并存, 网络
环境复杂, 网关必须要设计通信网络自诊断及自适
应技术, 在对不同网络合理调度通信的同时, 实时
诊断通信状态, 发现通信异常时具备网络恢复及报
警能力。
设备联动效果。 边缘网关为了聚合数据, 其面向端
设备的网络适应能力、 协议解析能力是核心技术
指标。
3) 管 (通信网络)。 管是边缘网关到云端的网
络传输管道, 由各种私有网络、 互联网、 有线和无
线通信网、 网络管理系统等组成, 在物联网中起到
信息传输的作用, 该层主要用于对边缘网关和应用
层之间的数据进行传递, 它是连接端边云各层的桥
梁。 通信网络的数据传输安全性, 采用合适的加密
技术, 避免信息泄密, 也是通信网络的重点设计
内容。
4) 云 (应用层)。 云端应用层位于物联网架构
的最顶层, 其核心功能是经过云计算平台的信息处
理, 形成面向不同业务应用服务[8] 。 应用层将物联
网技术与行业专业系统相结合, 实现垂直行业应
物联网技术 (internet of things, IOT) 是破解城
市道路 多 功 能 智 慧 灯 杆 发 展 难 题 的 一 项 关 键 技
用
[9] , 如智慧照明、 智慧医疗、 共享汽车等, 支撑
跨行业跨系统之间的信息协同、 共享、 互通, 从而
实现对物理世界的实时控制、 精确管理和科学决策。
术
[5] 。 本文通过对物联网的技术框架及关键技术的
分析, 探讨如何应用物联网技术解决多功能智慧灯
杆的系统集成及网络复杂度等难点问题。
1 物联网的技术框架
物联网架构一般分成感知层、 网络层、 应用
层
[6] 。 随着边缘计算技术的兴起[7] , 边缘网关在整
体架构中成为关键设备。 我们将其从网络层中独立
划分为一层, 即形成如图 1 所示的 “ 云、 管、 边、
端” 四层架构。
1) 端 (感知层)。 端即感知层, 包含各类传感
器及智能仪表。 多功能智慧灯杆中的单灯控制器、
信息屏、 监控相机、 环境传感器等都属于感知层设
备。 这些设备利用各种机制把被测量转换为电信号,
再由相应信号处理装置进行处理, 并可对外提供数
据信息。 从多功能智慧灯杆集成的角度看, 可优先
选用具有 RS485 ( Modbus RTU 协议)、 传统 4—20
mA 模拟量等标准接口的传感器。
图 1 物联网技术框架
Fig． 1 Technical architecture for IoT
2 物联网的关键技术
2) 边 (边缘网关)。 边缘网关的存在是多功能
智慧灯杆物联网框架区别于 NB、 LoRaWan 物联网
体系的关键。 边缘网关的设计是为了在边缘侧聚合
数据, 以及在边缘侧完成端到端的信息协同。 利用
网关可编程的边缘计算能力, 无需通过云平台中转,
边缘网关是智慧灯杆内各个组件集成在一起的
关键部件, 具备以下关键技术。
1) 基于设备模型驱动的泛化物联技术。 它是
实现物联网系统中物理模型与真实设备间的匹配、
万方数据
即可完成端设备联动, 从而具备更高效更实时性的
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