一种基于边缘计算的智慧路灯管理方法及系统与流程

本发明提出了一种基于边缘计算的智慧路灯管理方法及系统，涉及路灯管理。

背景技术：

1、随着城市化进程的加快和智能城市建设的推进，城市照明系统的智能化、节能化和管理效率显得尤为重要。传统路灯管理系统普遍存在能耗高、维护难、效率低等问题。

2、传统路灯管理通常是在固定时间点统一打开或关闭路灯，路灯亮度也是固定不变的，而不能根据环境的变化调整其亮度和色温，没有很好的适应性，或是某一路灯出现故障时，不能调整周围路灯对其暂时补偿，只能等维修人员来处理故障，或是某一边缘计算网关出现故障时也只能等维修人员来处理故障。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于边缘计算的智慧路灯管理方法及系统，用以解决上述提到的问题：

2、本发明提出的一种基于边缘计算的智慧路灯管理方法，所述方法包括：

3、路灯杆上的传感器组采集路灯所在路段数据，将数据发送给边缘计算网关，所述边缘计算网关分析数据，根据分析结果发送控制命令给路灯控制器，所述路灯控制器调整路灯的亮度和色温；

4、路灯控制器调整路灯时，检测到某一路灯出现故障，将路灯故障信息发送给对应的边缘计算网关，边缘计算网关调整故障路灯周围路灯的亮度和色温值进一步补偿。

5、进一步的，一种基于边缘计算的智慧路灯管理方法，路灯杆上的传感器组采集路灯所在路段数据，将数据发送给边缘计算网关，所述边缘计算网关分析数据，根据分析结果发送控制命令给路灯控制器，所述路灯控制器调整路灯的亮度和色温，包括：

6、通过安装在路灯杆上的光敏传感器获取当前路段的光照度，通过安装在路灯杆上的温度传感器获取当前路段的温度，通过安装在路灯杆上的颗粒物传感器获取当前路段的pm2.5指数，通过安装在路灯杆上的湿度传感器获取当前路段的湿度，通过安装在路灯杆上的雷达传感器获取当前路段的车流量；

7、每一路段只有一个路灯的传感器组采集数据，传感器组将采集到的数据发送给边缘计算网关；

8、所述边缘计算网关通过云平台获取当前路段所在地区的日出和日落时间，通过亮度计算模型计算当前路段路灯适宜的亮度值，通过色温计算模型计算当前路段路灯适宜的色温值；

9、所述边缘计算网关通过zigbee将计算的色温值和亮度值发送给其所在路段的所有路灯控制器，所有路灯控制器根据亮度值和色温值调整对应路灯的亮度和色温。

10、进一步的，一种基于边缘计算的智慧路灯管理方法，还包括：

11、具体的，所述亮度计算模型为：

12、

13、其中，l是路灯的亮度数值，e是光照度，是光照度常量，pm是pm2.5指数，是pm2.5指数常量，h是湿度，是温度，c是车流量，是车流量常量，是湿度常量，是温度常量；

14、所述色温计算模型为：

15、

16、其中，、、和是权重系数，是基础色温的数值，是当前路段的温度，是温度常量，h是当前路段的湿度，是湿度常量，s表示季节因子，t 为当前时间，和分别表示日落和日出时间。

17、进一步的，一种基于边缘计算的智慧路灯管理方法，路灯控制器调整路灯时，检测到某一路灯出现故障，将路灯故障信息发送给对应的边缘计算网关，边缘计算网关调整故障路灯周围路灯的亮度和色温值进一步补偿，包括：

18、路灯控制器在调整时检测路灯供电状态、路灯的发光强度和路灯的温度，如果检测到路灯电压或电流异常、亮度低于预设值、路灯内部温度超过安全阈值，控制关闭路灯，并将路灯故障信息发送给对应边缘计算网关；

19、所述边缘计算网关接收故障信息，并在日志中记录故障详细信息，并将其发送给云平台；

20、所述边缘计算网关确定故障灯周围的路灯，正常灯距离故障灯超过预设的有效补偿距离deffective时，不需调整其温度和色温，正常灯距离故障灯小于或等于预设的有效补偿距离时，根据亮度调整模型和色温调整模型评估其温度和色温 ，具体的，所述亮度调整模型为：

21、

22、其中，是健康路灯i调整后的亮度，dni是损坏路灯 n 到健康路灯 i 的距离，deffective是有效补偿距离，是健康路灯i的原亮度值，是预设的亮度调整幅度；

23、所述色温调整模型为：

24、

25、其中，是健康路灯i调整后的色温值，是健康路灯i的原色温值，dni是损坏路灯n 到健康路灯 i 的距离，deffective是有效补偿距离，ω是预设的色温调整幅度；

26、边缘计算网关向相关的路灯控制器发送亮度和色温调整指令；

27、收到指令的路灯控制器根据边缘计算网关的指令，调整亮度和色温。

28、进一步的，一种基于边缘计算的智慧路灯管理方法，所述边缘计算网关接收故障信息，并在日志中记录故障详细信息，并将其发送给云平台，包括：

29、在主边缘计算网关和备用边缘计算网关上配置相同的虚拟ip地址，并启动vrrp协议；

30、定义主边缘计算网关为vrrp主节点，备用边缘网关为vrrp备节点，路灯传感器和控制器配置为与虚拟ip地址通信；

31、vrrp监控主边缘计算网关的状态，当检测到主边缘计算网关故障时，虚拟ip地址自动切换到备用边缘计算网关，根据备用网关模型选取备用网关，

32、

33、其中，是网关j被选为故障网关i的备用网关的优先级，是网关j与故障网关i的通讯距离，是备用网关的自身负载，是距离常量，是负载常量；

34、备用边缘计算网关接收故障信息，并将其发送给云平台。

35、本发明提出的一种基于边缘计算的智慧路灯管理系统，所述系统包括：

36、调整亮度和色温模块，用于路灯杆上的传感器组采集路灯所在路段数据，将数据发送给边缘计算网关，所述边缘计算网关分析数据，根据分析结果发送控制命令给路灯控制器，所述路灯控制器调整路灯的亮度和色温；

37、补偿亮度和色温模块，用于路灯控制器调整路灯时，检测到某一路灯出现故障，将路灯故障信息发送给对应的边缘计算网关，边缘计算网关调整故障路灯周围路灯的亮度和色温值进一步补偿。

38、进一步的，一种基于边缘计算的智慧路灯管理系统，所述调整亮度和色温模块包括：

39、采集模块，用于通过安装在路灯杆上的光敏传感器获取当前路段的光照度，通过安装在路灯杆上的温度传感器获取当前路段的温度，通过安装在路灯杆上的颗粒物传感器获取当前路段的pm2.5指数，通过安装在路灯杆上的湿度传感器获取当前路段的湿度，通过安装在路灯杆上的雷达传感器获取当前路段的车流量；

40、发送数据模块，每一路段只有一个路灯的传感器组采集数据，传感器组将采集到的数据发送给边缘计算网关；

41、计算亮度和色温值模块，用于所述边缘计算网关通过云平台获取当前路段所在地区的日出和日落时间，通过亮度计算模型计算当前路段路灯适宜的亮度值，通过色温计算模型计算当前路段路灯适宜的色温值；

42、控制调整模块，用于所述边缘计算网关通过zigbee将计算的色温值和亮度值发送给其所在路段的所有路灯控制器，所有路灯控制器根据亮度值和色温值调整对应路灯的亮度和色温。

43、进一步的，一种基于边缘计算的智慧路灯管理系统，所述调整亮度和色温模块包括：

44、亮度模型模块，具体的，所述亮度计算模型为：

45、

46、其中，l是路灯的亮度数值，e是光照度，是光照度常量，pm是pm2.5指数，是pm2.5指数常量，h是湿度，是温度，c是车流量，是车流量常量，是湿度常量，是温度常量；

47、所述色温计算模型为：

48、

49、其中，、、和是权重系数，是基础色温的数值，是当前路段的温度，是温度常量，h是当前路段的湿度，是湿度常量，s表示季节因子，t 为当前时间，和分别表示日落和日出时间。

50、进一步的，一种基于边缘计算的智慧路灯管理系统，所述补偿亮度和色温模块包括：

51、检测故障模块，用于路灯控制器在调整时检测路灯供电状态、路灯的发光强度和路灯的温度，如果检测到路灯电压或电流异常、亮度低于预设值、路灯内部温度超过安全阈值，控制关闭路灯，并将路灯故障信息发送给对应边缘计算网关；

52、发送故障信息模块，用于所述边缘计算网关接收故障信息，并在日志中记录故障详细信息，并将其发送给云平台；

53、评估调整温度和色温模块，用于所述边缘计算网关确定故障灯周围的路灯，正常灯距离故障灯超过预设的有效补偿距离deffective时，不需调整其温度和色温，正常灯距离故障灯小于或等于预设的有效补偿距离时，根据亮度调整模型和色温调整模型评估其温度和色温 ，具体的，所述亮度调整模型为：

54、

55、其中，是健康路灯i调整后的亮度，dni是损坏路灯 n 到健康路灯 i 的距离，deffective是有效补偿距离，是健康路灯i的原亮度值，是预设的亮度调整幅度；

56、所述色温调整模型为：

57、

58、其中，是健康路灯i调整后的色温值，是健康路灯i的原色温值，dni是损坏路灯n 到健康路灯 i 的距离，deffective是有效补偿距离，ω是预设的色温调整幅度；

59、发送指令模块，用于边缘计算网关向相关的路灯控制器发送亮度和色温调整指令；

60、补偿调整模块，用于收到指令的路灯控制器根据边缘计算网关的指令，调整亮度和色温。

61、进一步的，一种基于边缘计算的智慧路灯管理系统，所述发送故障信息模块包括：

62、配置地址模块，用于在主边缘计算网关和备用边缘计算网关上配置相同的虚拟ip地址，并启动vrrp协议；

63、定义阶段模块，定义主边缘计算网关为vrrp主节点，备用边缘网关为vrrp备节点，路灯传感器和控制器配置为与虚拟ip地址通信；

64、切换备用模块，用于vrrp监控主边缘计算网关的状态，当检测到主边缘计算网关故障时，虚拟ip地址自动切换到备用边缘计算网关，根据备用网关模型选取备用网关，

65、

66、其中，是网关j被选为故障网关i的备用网关的优先级，是网关j与故障网关i的通讯距离，是备用网关的自身负载，是距离常量，是负载常量；

67、备用网关发送故障信息模块，用于备用边缘计算网关接收故障信息，并将其发送给云平台。

68、本发明有益效果：提高照明质量，通过实时调整路灯的亮度和色温，系统能够根据实际环境条件动态提供最佳的照明，提高道路使用者的安全与舒适；系统通过智能分析实时环境数据，优化亮度和色温设置，减少不必要的能耗，从而节省电力和降低运维成本；故障检测和自动周边补偿机制确保即使有路灯损坏，也能迅速采取措施，避免对照明质量和道路安全造成较大影响；提升系统的可靠性和稳定性，用边缘计算处理数据减少了对中心云服务器的依赖，减轻了网络延迟和带宽压力，提高了系统响应速度和可靠性；系统可以根据新增的传感设备或更新的控制策略轻松扩展，适应不断变化的城市路网和环境条件；该基于边缘计算的智慧路灯管理方案能够有效提升城市路灯系统的智能化管理水平，实现了节能、高效、可靠的路灯控制，同时保持了系统的高度可扩展性和灵活性。这些优点使得方案具备广泛的实用性和推广价值。