一种基于物联网的道路照明系统的制作方法

本发明涉及道路照明，具体涉及一种基于物联网的道路照明系统。

背景技术：

1、随着城市化进程的加速，城市规模不断扩大，城市基础设施的建设和管理变得日益复杂，物联网技术通过各种传感器、通信技术和网络连接，实现物体与物体、物体与人之间的信息交换和智能化控制，近年来，物联网技术得到了快速发展，其应用范围不断扩大，包括智能家居、智能交通、智能安防等领域，为了满足城市照明管理的需求，提高照明效率和节能效果，基于物联网的道路照明系统应运而生。

2、如中国专利公开号：cn113163559a的一种基于物联网的道路照明系统包括：道路照明装置，用于设置在道路的至少一侧实现照明功能；服务器，用于与道路照明装置实现数据交互并控制道路照明装置；移动终端设备，用于至少与服务器构成数据交互以获取至少一个道路照明装置所处道路的照明数据。

3、现有技术中，根据实际街道照明情况对用户进行引导从而实现智能照明，但是道路照明还受限于交通流量和环境因素，仅依靠实际街道照明情况引导照明调节，整体的环境适应性差，因此，如何根据交通流量、环境条件因素进行智能照明调节，以动态调整道路策略，适应不同的道路照明需求，是我们要解决的问题，为此，现提出一种基于物联网的道路照明系统。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于物联网的道路照明系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种基于物联网的道路照明系统，包括物联网平台，所述物联网平台通信连接有感知模块、数据处理模块、照明调控模块、故障监测报警模块以及用户交互模块，其中，各模块间电信号连接；

4、所述感知模块，在路灯节点部署各种传感器，利用传感器监测道路的光照强度、交通流量以及环境条件，其中，传感器包括光照传感器、雷达探测器、温湿度传感器，并实现路灯节点与物联网平台之间的数据传输和命令控制，在路灯之间建立网络，将路灯的状态信息和控制指令传输至物联网平台；

5、所述数据处理模块，用于对各传感器收集的数据进行预处理、分析和挖掘，提取照明调节特征分析光照强度、交通流量以及环境条件的变化趋势；

6、所述照明调控模块，基于数据处理模块的输出，根据交通流量、环境条件因素，采用机器学习算法动态调整路灯的照明策略，智能调节路灯的亮度、开关时间参数；

7、所述故障监测报警模块，实时监测路灯的工作状态，及时发现并报告故障信息，通过远程监控和维护功能，减少人工巡检的频率和维护成本；

8、所述用户交互模块，提供用户交互界面和展示平台，查看路灯的实时状态、历史数据、报警信息，有助于管理人员更好地了解路灯的运行情况，并进行相应的调整和优化。

9、本发明技术方案的进一步改进在于：所述感知模块中，监测道路的光照强度、交通流量以及环境条件的过程为：

10、在路灯节点上安装和部署多种传感器，包括光照传感器、雷达探测器和温湿度传感器；

11、利用传感器监测道路的光照强度、交通流量以及环境条件，获取道路和环境信息，其中，光照传感器用于监测当前的光照强度，雷达探测器用于检测道路上的车辆流量，通过反射波的强度和时间差确定车辆的存在和速度，温湿度传感器用于收集环境温度和湿度数据；

12、通过无线通信网络将传感器收集到的道路和环境信息传输至物联网平台，其中，无线通信网络包括以太网、lora、zigbee等低功耗广域网技术，并通过mesh网络在路灯之间建立网络，形成分布式感知系统，网络中的每个路灯节点都具备通信能力，可以与其他路灯节点或物联网平台进行数据传输和命令控制；

13、基于路灯之间建立的网络连接，采集路灯的当前状态信息并上传至物联网平台，其中，路灯的当前状态信息包括亮度、开关状态、能耗数据。

14、本发明技术方案的进一步改进在于：所述数据处理模块中，分析光照强度、交通流量以及环境条件变化趋势的过程为：

15、从物联网平台汇总来自光照传感器、雷达探测器、温湿度传感器的数据，并对传感器数据进行预处理，预处理包括数据清洗、数据平滑、数据格式转换以及数据融合步骤，其中，数据清洗去除无效或异常数据，数据平滑用于处理因传感器噪声而产生的轻微波动数据，以提高数据的准确性和稳定性，数据格式转换将传感器原始数据转换为数字信号，并对其进行标准化处理，以便后续分析，数据融合将来自不同传感器的数据进行融合，以形成更全面的道路和环境信息；

16、从预处理后的数据中提取与照明调节相关的特征，其中，光照强度特征为光照强度的平均值、最大值、最小值，交通流量的特征为交通流量的峰值、平均值、波动情况，环境条件的特征为环境温湿度的变化趋势；

17、结合光照强度、交通流量以及环境条件各自与照明调节相关的特征，综合路灯的当前亮度、开关状态、能耗状态信息，利用时间序列分析方法，分析光照强度、交通流量以及环境条件的变化趋势；

18、结合光照强度的平均值、最大值、最小值特征，计算光照评估指数，分析光照强度的变化趋势，判断是否需根据自然光线的变化调整路灯亮度，结合交通流量的峰值、平均值、波动情况特征，计算交通流量识别指数，分析交通流量数据，识别高峰时段和低流量时段，结合环境温湿度的变化趋势特征，计算环境条件评估指数，分析环境条件的变化趋势，识别环境变化对照明需求的影响。

19、本发明技术方案的进一步改进在于：所述光照评估指数的表达式为：

20、；

21、其中，为光照评估指数，用于评估当前光照条件与基准光照强度的偏差程度，为光照强度的平均值，表示一段时间内光照强度的平均值，反映了整体的光照水平，为光照强度的最大值，表示在观测周期内光照强度的最大值，反映了光照的峰值条件，为光照强度的最小值，表示在观测周期内光照强度的最小值，反映了光照的最低条件，为基准光照强度，为预设的值，用于与实际光照强度进行比较，评估实际光照水平是否需要调整，的取值范围是；

22、所述交通流量识别指数的表达式为：

23、；

24、；

25、；

26、其中，为交通流量识别指数，用于评估当前交通流量与基准交通流量的偏差程度，为观测周期内交通流量的峰值，为交通流量的平均值，表示一段时间内交通流量的平均值，反映了整体的交通流量水平，为交通流量的标准偏差，反映了交通流量的波动情况，为基准交通流量，是预设的值，用于与实际交通流量进行比较，评估实际交通流量是否处于高峰或低峰状态，为观测时段的总数，为第个观测时段的交通流量，的取值范围是；

27、所述环境条件评估指数的表达式为：

28、；

29、其中，为环境条件评估指数，用于评估当前环境条件与基准环境条件的偏差程度，为当前环境温度，为当前环境湿度，为基准温度，是预设的值，用于与实际环境温度进行比较，为基准湿度，是预设的值，用于与实际环境湿度进行比较，和表示在观测周期内环境温度的最大值和最小值，和表示在观测周期内环境湿度的最大值和最小值，的取值范围是。

30、本发明技术方案的进一步改进在于：所述照明调控模块中，动态调整路灯照明策略的过程为：

31、接收来自数据处理模块的输出，包括交通流量、环境条件、光照强度经过预处理和特征提取的数据，并从物联网平台及数据库提取路灯节点的照明调整历史数据，包括过去的路灯亮度调整记录、开关时间，将路灯节点的照明调整历史数据分为训练集和测试集；

32、使用训练集数据结合神经网络模型，构建照明调控预测模型，预测路灯的照明需求，并利用测试集数据对训练的照明调控预测模型进行测试评估；

33、将光照评估指数、交通流量识别指数、天气条件评估指数作为输入参数，结合照明调控预测模型计算出照明调控系数，以分析不同因素对照明需求的影响程度；

34、根据照明调控系数将照明需求划分为不同的照明调控模式，分别为节能照明调控模式、常规照明调控模式以及高亮度照明调控模式，并为每个照明调控模式匹配相应的调控阈值；

35、根据划分的照明调控模式，为每个照明调控模式设定对应的照明策略，并根据照明调控模式，生成具体的控制命令，包括亮度级别和开关时间，将控制命令通过物联网平台下发至各个路灯节点；

36、路灯节点接收控制命令，并执行相应的亮度调整和开关操作，动态调整路灯的照明状态。

37、本发明技术方案的进一步改进在于：所述照明调控系数的表达式为：

38、；

39、其中，为照明调控系数，用于决定最终的照明策略，为光照评估指数，为光照评估指数的基准值，为交通流量识别指数，为交通流量识别指数的基准值，和表示交通流量识别指数的最大值和最小值，为天气条件评估指数，为天气条件评估指数的基准值，，，为权重系数。

40、本发明技术方案的进一步改进在于：多个所述照明调控模式对应多个所述调控阈值，其中，所述调控阈值包括上限阈值和下限阈值；

41、多个所述照明调控模式与多个所述调控阈值满足如下关系：

42、节能照明调控模式；降低亮度，可能将亮度设置为最低水平，只在必要时开启路灯；

43、常规照明调控模式；保持中等亮度，根据交通流量和环境光线调整亮度；

44、高亮度照明调控模式；提高亮度到最高水平，确保道路安全和可见性；

45、其中，为照明调控系数，为常规照明调控模式对应的下限阈值与节能照明调控模式对应的上限阈值，为高亮度照明调控模式对应的下限阈值与常规照明调控模式对应的上限阈值。

46、本发明技术方案的进一步改进在于：所述故障监测报警模块中，发现并报告故障信息的过程为：

47、持续监测路灯的运行状态，采集路灯的电流、电压、功率数据，结合路灯的当前状态信息，分析路灯亮度、开关状态和能耗，对路灯的使用状态进行检测；

48、对路灯电流、电压、功率和路灯亮度、开关状态和能耗进行综合分析，计算异常检测系数，判断路灯是否处于正常工作状态，并识别出数据异常时的故障类型；

49、根据确定的故障类型，分析路灯故障的严重程度，并为严重程度高的故障设置高级别的维护优先级；

50、对识别的故障关联数据进行标记，并生成报警信息，定位故障路灯的具体位置，输出故障类型、维护优先级、故障数据节点以及故障时间，通过短信、邮件、app推送的方式实时发送至相关人员。

51、本发明技术方案的进一步改进在于：所述异常检测系数的表达式为：

52、；

53、；

54、其中，为异常检测系数，用于判断路灯是否处于正常工作状态，为测量偏差函数，为当前电流，为电流的基准值，为电流的标准偏差，为当前电压，为电压的基准值，为电压的标准偏差，为当前功率，为功率的基准值，为功率的标准偏差，为当前亮度，为亮度的基准值，为亮度的标准偏差，为开关状态（开为1，关为0），为预期的开关状态基准值，为当前能耗，为能耗的基准值，为能耗的标准偏差，的取值范围是。

55、由于采用了上述技术方案，本发明相对现有技术来说，取得的技术进步是：

56、1、本发明提供一种基于物联网的道路照明系统，物联网技术使得道路照明系统能够根据实时环境条件和交通流量智能调节路灯的亮度和开关状态，不仅提高了照明效率，还显著降低了能耗，通过光照传感器实时监测光照强度，结合天气条件评估指数，智能调节路灯亮度，确保在不同天气和光照条件下提供适宜的照明，通过交通流量识别指数，能够识别交通高峰和低峰时段，动态调整亮度，避免在交通流量低的时段浪费能源。

57、2、本发明提供一种基于物联网的道路照明系统，通过故障监测报警模块，实时监测路灯的工作状态，一旦发现异常，自动生成报警信息，并发送给维护人员，主动式的故障检测和报警机制大大减少了人工巡检的需求，降低了维护成本，使得管理人员能够迅速定位并修复问题，避免了因路灯故障导致的交通安全隐患。