一種智慧城市路燈遠程控制系統的製作方法
2023-09-20 22:40:40
本實用新型涉及城市照明領域，特別涉及智慧城市中的照明系統的智能控制系統。
背景技術：
當前，世界各地都提出了「智慧地球」的概念。美國總統歐巴馬在《經濟復興計劃進度報告》中宣布，美國計劃在未來的3年之內，大力推動智能城市建設。歐洲也提出要儘快建立覆蓋全歐的傳感信息中心，即「感知未來」中心。中國的大中城市也提出了未來5年的城市發展規劃的重點在於：加強信息基礎設施建設，整合信息資源，完善信息化頂層設計，健全信息安全保障體系，努力建設智慧城市。
智慧城市是智慧地球的縮影，是智慧地球在城市的體現形式。智慧城市就是讓城市更聰明，通過網絡把無處不在的被植入城市各種建築體內的智能化傳感器連接起來形成物聯網，實現對物理城市的全面感知。利用雲計算等技術對感知信息進行智能處理和分析，實現網上數字城市與物聯網的融合，並發出指令，對包括政務、民生、環境、公共安全、城市服務、工商活動等在內的各種需求做出智能化響應和智能化決策支持。無論是智能電網，還是智慧城市，都是基於智能感知、智能決策、智能計算的物聯網具體應用。
眾所周知，城市的路燈由市政部門統一規劃，供電部門統一管理，而且路燈能延伸到城市的每一個角落。對現有城市路燈實行升級，可以方便快捷地建立起覆蓋範圍足夠廣的信息感知網絡，從而構建智慧城市的信息感知網絡基礎。作為智慧城市感知系統的基礎，新型智能路燈除了具有單純的照明功能之外，還具備信息感知、信息傳遞、信息收集、智能處理等多種功能。
由於LED照明節能特性，城市照明逐漸採用高效節能清潔的LED路燈來替代傳統的高壓鈉燈、螢光燈等。然而，在城市道路照明的監控方面，還存在諸多問題。主要體現在以下四個方面:(1)開關燈方式落後；(2)調節操控能力不足；(3)不具備路燈照明狀況監測功能；(4)不具備設施防盜監測功能。因此，建立合適的監控系統，用遠程控制技術對路燈照明進行智能監控和科學管理尤為重要。
如何將無線通訊技術、自動化控制技術、傳感器技術、監控系統組網技術、軟體技術、資料庫技術和地理信息技術集成為一個智能的系統,是一個城市的路燈系統良好運行的可靠保障。
技術實現要素：
本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的。
一種智慧城市路燈遠程控制系統，其特徵在於，所述智慧城市路燈遠程控制系統包含：智能路燈、智能路燈管理終端和遠程控制器；
智能路燈上安裝多個傳感器，包括用於感測環境噪聲的噪聲傳感器，用於感測環境溫度的溫度傳感器，用於感測環境溼度的溼度傳感器；
智能路燈管理終端內置嵌入式自動化控制系統以實現對本地智能路燈設備接入、智能路燈的控制管理以及實現與遠程控制器的連接；
每個路段內有一個遠程控制器，遠程控制器通過電力網通信控制和連接著該路段內的多個路燈；
所述智能路燈分別連接智能路燈管理終端、遠程控制器以及多個傳感器。
進一步的，還包括：遠程控制器中具有接收位於智慧城市路燈網末梢的路燈上噪聲傳感器、溫度傳感器、溼度傳感器上傳的各類數據並實時顯示整個網絡的運行和監控情況的監控器。
進一步的，智能路燈與智能路燈相互連接，組成智能路燈網際網路；智能路燈到智能路燈的通信採用電力線載波通信(PLC)。
本實用新型的優點在於：將計算機技術、數位化技術及信息技術應用於城市路燈系統，使城市路燈具備智能化和信息網絡化的功能。與傳統城市照明路燈相比，除了具備傳統照明功能外，還具有遠程控制、遠程維護及防盜報警的功能。另外把各地路燈的量測數據，能效計算所需的計算資源全部上移至伺服器，能夠統一管理，通過分析大量路燈的用電量、負荷特徵等數據，可以更好地為城市照明系統提供節能指導。通過在路燈上安裝環境監測傳感器、交通流量傳感器或視頻抓取設備，還能為公眾提供環境信息和交通流量信息。
附圖說明
通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對於本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本實用新型的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：
附圖1示出了根據本實用新型實施方式的智慧城市路燈遠程控制系統。
附圖2示出了根據本實用新型實施方式的智慧城市路燈遠程控制系統中智能路燈的組成結構圖。
附圖3示出了根據本實用新型實施方式的智慧城市路燈遠程控制系統中採用的用電量分析流程圖。
具體實施方式
下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施方式，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，並且能夠將本公開的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。
本實用新型提出了一種智慧城市路燈遠程控制系統，所述智慧城市路燈遠程控制系統包含：智能路燈、智能路燈管理終端和遠程控制器；智能路燈上安裝多個傳感器，噪聲傳感器用於感測環境噪聲，溫度傳感器用於感測環境溫度，溼度傳感器用於感測環境溼度；智能路燈管理終端內置嵌入式自動化控制系統，它用於實現對本地智能路燈設備接入，智能路燈的控制管理，還用於實現與遠程控制器的連接；每個路段內有一個遠程控制器，遠程控制器通過電力網通信技術控制和連接著該路段內的多個路燈。
根據本發明的一個方面，智慧城市路燈遠程控制系統中，遠程控制器根據需要採集的信息，發送相應的控制指令，啟動智能路燈上相應的傳感器並使其進入工作狀態。
根據本發明的一個方面，智慧城市路燈遠程控制系統中，遠程控制器中具有接收位於智慧城市路燈網末梢的路燈上噪聲傳感器、溫度傳感器、溼度傳感器上傳的各類數據並實時顯示整個網絡的運行和監控情況的監控器。
根據本發明的一個方面，智慧城市路燈遠程控制系統還包括用戶移動終端，用於利用移動網際網路實現遠程智能路燈的管理，實現遠程設備狀態查看、遠程分布式電源實時監測及控制、遠程能源使用計劃執行、遠程路燈控制、遠程報警等功能。
根據本發明的一個方面，智慧城市路燈遠程控制系統中，智能路燈與智能路燈相互連接，組成智能路燈網際網路；智能路燈到智能路燈的通信方案採用電力線載波通信(PLC)的方式。
根據本發明的一個方面，智慧城市路燈遠程控制系統還包括信息發布單元，用於通過微博、微信等手機應用，將智能路燈的運行狀態信息直接推送到用戶手機上。
根據本發明的一個方面，智慧城市路燈遠程控制系統中的智能路燈管理終端還用於對智能路燈終端用電量進行計算，並上傳到遠程控制器。
根據本實用新型的實施方式，提出一種智能城市路燈網際網路系統，包括：通過電力線相互連接的智能路燈；通信單元，用於將智能路燈與鄰近的智能路燈相連；集中控制器，用於對所屬區域內的智能路燈進行控制，通過路燈互聯協議實現對具有RS485接口電能表的採集和通過電力線載波通信(PLC)對路燈進行遠程監控。
集中控制器包括如下功能單元:路燈時序調整、數據記錄、報警處理和發送。它負責控制網絡的運行，將監控中心的命令下達給節點控制器，將控制器及線路信息反饋監控中心。
終端控制器是遠端用於控制燈具部分的核心。一方面它需要控制路燈驅動電源的輸入部分，另一方面它需要接收來自監控中心的控制指令，如開燈、關燈、調光和查詢等。例如，當終端控制器接收集中器的調光命令後，將其轉化成為電源可識別的PWM信號，從而調整了電源輸出的電流，實現燈具亮度的變化。
同時可以採集恆流源的輸出信號，進行故障判斷，當恆流源故障時，將此故障信息上報到集中控制器。終端控制器實現的主要功能有:控制路燈開關、亮度調節、功率採集、電流採集、電壓採集、溫度採集、以及功率因數採集等。
監控中心作為城市道路照明的控制心臟，用於對全城的道路照明自動控制和管理。監控中心包括監控工作站、總控伺服器、印表機、UPS、通信設備、以及大屏幕等組成。同時，系統具有網絡接口，只要接入伺服器，管理工作站等，系統就可以很方便地組建為路燈管理所區域網，通過網絡實現照明監控數據和圖像信息共享。
監控中心包括如下單元:用戶管理、角色管理、報警信息、設備管理、日誌信息、統計分析、參數設置、任務管理、電錶查詢等。
系統的通信方式採用4G、3G、GPRS與PLC通信相結合。監控中心與集中控制器之間採用GPRS、4G、3G或internet互聯通信，集中控制器與路燈控制器、路燈控制器與路燈控制器、智能路燈與智能路燈之間的通信採用PLC方式。其中電力線載波通信(PLC)技術利用路燈中設置的數據機對信號進行調製，形成特定頻率的載波信號，然後把調製好的信號發送到現有的電力線上，利用現有的電力線網絡進行通信。
根據本實用新型的實施方式，提出了一種智慧城市路燈遠程控制系統，基於相互連接的智能路燈，配備一個位於網際網路中的智能路燈控制中心，加上位於各個路燈的智能路燈管理終端，這些海量的終端通過主動註冊的方法接入到智能路燈伺服器上，實現路燈能效管理的智能化。本系統中包含智能路燈伺服器、智能路燈管理終端和用戶移動終端三個組成部分。
智能路燈伺服器是面向網際網路基於智能路燈技術構建的數據及應用服務中心，它用於實現大規模智能路燈管理終端及移動終端的可靠接入及並發訪問，並存儲用戶能效數據。智能路燈伺服器包含用戶管理、終端接入前置服務、終端在離線狀態管理以及和電力公司數據交換等功能。
智能路燈管理終端內置嵌入式自動化控制系統，它用於實現對本地設備接入，智能路燈的控制管理的功能外，還用於實現與智能路燈伺服器的對接。其包含設備用電信息量測、分布式電源實時監測及控制、需求側智能路燈使用計劃設置、電量控制、能效分析及節能建議等功能。
用戶移動終端是路燈管理機構最貼心、最便捷的智能路燈管理助手。用戶移動終端利用移動網際網路實現遠程智能路燈的管理，包含遠程設備狀態查看、遠程分布式電源實時監測及控制、遠程能源使用計劃執行、遠程路燈控制、遠程報警等功能。
根據本實用新型的實施方式，智能路燈終端到智能路燈伺服器的通信方案可以採用Socket接口，其是一種網絡上跨平臺的應用程式進程間通信機制，利用Socket可以構造任意跨作業系統、跨網絡協議的分布式處理系統。Socket依賴客戶機/伺服器(C/S)模型實現網絡進程間通信，客戶機和伺服器分別是2個應用程式進程，客戶機向伺服器發出服務請求，伺服器作出響應。智能路燈終端設計為Socket的客戶機，當客戶機啟動後將通過註冊和認證流程主動連接到雲伺服器，註冊成功後，該連接將作為長連接狀態一直保持，當其中任何一方需要推送數據時可以直接使用該連接。
智能路燈終端到終端的通信方案也可以採用電力線載波通信PLC通信方式。
根據本實用新型的實施方式，智能城市照明管理系統的工作方式包括：
為路燈配置智能路燈終端；
智能路燈終端開機時，向伺服器發出入網請求；
伺服器接收到智能路燈終端的入網請求後，向智能路燈終端發送驗證要求；
智能路燈終端接收到驗證要求後，向伺服器發送Y＝F(Ad，Kn)的驗證信息；其中F為加密函數，Ad為物理地址，Kn為密鑰；
伺服器收到驗證信息後，分離信息中的物理地址和密鑰；
如果驗證成功，則允許智能路燈終端加入網絡；
如果驗證失敗，則拒絕智能路燈終端加入網絡。
伺服器預先存儲有所轄範圍內路燈的物理地址Ad信息和密鑰Kn信息,以便在接收到智能路燈終端的驗證信息後，實時驗證。
根據本實用新型的一種實施方式，當智能路燈終端入網密鑰檢驗錯誤或解密錯誤時，伺服器將進行報警，並在伺服器入侵行為日誌中予以記錄。
根據本實用新型的一種實施方式，對智能路燈終端用電量進行計算，並上傳到智能路燈伺服器。
用電量計算方式可以採用後面描述的智能城市照明路燈電量估算預警的方法。
根據本實用新型的實施方式，提出一種智慧城市路燈遠程控制系統，該系統包括：路燈光源、中央處理單元、控制檢測單元、環境檢測單元、智能交通單元、路燈監測單元、通信單元、信息發布單元、電源單元、220電網接入單元。其中，環境檢測單元包括：PM2.5檢測傳感器，用於檢測空氣品質；能見度檢測傳感器、用於檢測空氣透亮程度。智能交通單元包括：車流量檢測傳感器，用於檢測道路交通流量；ETC檢測傳感器，用於檢測通過ETC的汽車數量。路燈監測單元包括：電量檢測單元，用於檢測路燈的用電量；時間檢測單元，用於檢測路燈開啟的時長。控制檢測單元包括：調光控制單元，用於對路燈的亮度進行調光；採集單元，用於對路燈的信息進行採集，包括路燈的功率、用電量等信息進行採集；報警單元，根據控制監測單元對路燈的功率、用電量等信息進行分析，如果觸發報警條件，則發出預警信號。通信單元，根據處理單元的控制，可以通過多種通信方式與控制中心進行信息交互。信息發布單元，可以將路燈運行的情況或者預警信息傳送到道路上的大屏幕，或者通過社交APP傳遞給公眾，比如，通過微博、微信等社交應用，將信息發送給通過GPS定位處於預定範圍內的公眾。電源單元，用於為智慧城市路燈遠程控制系統的各個單元供電。220電網接入單元，用於將市電接通到智慧城市路燈遠程控制系統。
基於本實用新型提出的智慧城市路燈遠程控制系統，可以組建智慧城市的四大智能感知系統：智能交通系統、智能照明系統、智能安防系統、智能環境監測系統。
在路燈上接入高清攝像頭、紅外感應器和ETC讀卡器，可以感知行駛在馬路上的汽車速度以及某區域內的汽車數量。將這些信息上傳至智慧城市路燈遠程控制系統控制中心或城市智能交通監控中心，控制中心以Web、手機簡訊、路邊LED廣告牌、收音機廣播等多種方式通知過往司機，為司機選擇最佳行駛路線提供參考，從而有效改善城市交通狀況。也可通過GPS定位，為處於距離該路燈預定範圍的用戶發送信息，通過微博、微信等手機應用，將信息直接推送到用戶手機上，或者為範圍內預定了智能交通信息的用戶推送相關信息。
在路燈上接入亮度傳感器和紅外感應器，可以根據光線情況和行人、車輛情況，自動判斷馬路是否需要照明，並能通過調光單元對路燈亮度進行自動調節，也可自動關閉和啟動照明。另外，當需要照明但路燈無法提供照明時，將自動向智慧城市路燈遠程控制系統控制中心或供電部門報警，以便工作人員及時對路燈進行維護。基於攝像頭和紅外感應器，可以實時監測路燈照明範圍內的人員和車輛情況，並能將視頻資料實時上傳給智慧城市路燈遠程控制系統控制中心，從而組建一個覆蓋整個城市的智能安防系統。視頻資料上傳到智慧城市路燈遠程控制系統控制中心後，還可採用雲存儲技術將視頻資料進行長期保存。
在路燈上接入PM2.5檢測傳感器、噪聲檢測傳感器、空氣汙染檢測器、溼度傳感器、煙霧感應器等系列傳感器，可以有效監測城市環境情況，並將相關信息上傳給智慧城市路燈遠程控制系統控制中心，從而組建一個覆蓋整個城市的環境監測系統。例如，城市居民普遍要求測量城市中的空氣汙染指數，可以將檢測空氣能見度、O3、PM2.5等傳感器安裝在智能路燈上，方便地監測城市空氣品質。
根據本實用新型的實施方式，智能城市照明路燈電量估算預警的方式有以下步驟；
步驟S1、獲取各個路燈的功率值；
步驟S2、計算功率的平均值熵；
步驟S3、計算功率的實際值熵；
步驟S4、電量消耗及結果分析；
步驟S5、如果用電量不正常，則發出預警信號。
步驟S1的包括下列步驟：
步驟S11、控制監測單元通過採集端獲取各個路燈的功率值；
步驟S12、將各個路燈的功率值ni按照每64位元組的內容存儲至一個64*1024的二維特徵向量中；
步驟S2的包括下列步驟：
步驟S21、利用統計學方法模擬10000次長度為64位元組的在0-1024之間偽隨機數生成序列；
步驟S22、將每次的序列根據公式(1)：
其中
來計算H(u)，N為字節長度64，m為256，ni表示0-1024之間字符i對應的存儲在二維特徵向量中的功率值，此方法即為利用最大極限似然性估計得到的估值熵H(u)；
步驟S3的包括下列步驟；
步驟S31、統計步驟S12中64*1024的二維特徵向量中每個0～1024字符的個數；
步驟S32、利用公式(3)
來計算此次事件的估值熵H，其中ni為字符i對應的存儲在二維特徵向量中的功率值數；
步驟S4的包括下列步驟：
步驟S41、將步驟S2中每次產生估值熵的方差σ計算出來，公式(4)如下：
σ＝((H1(P)-Hu(p))2+...(Hk(P)-Hu(p))2)/k (4)
其中HK(P)表示第K次計算的估值熵，Hu(p)表示所有估值的平均熵；
步驟S42、看每次在S3中計算的實際值熵是否在平均值熵的三倍置信區間內，是則表示用電量處於供電正常範圍，反之則，用電量不正常。
也可根據上述方法對路燈的電壓、電流、亮度、溫度、功率因數等參數進行測量，並對測量結果進行分析，根據分析結果，進行預警信息的報告。
根據本實用新型的一個實施例，如果分析結果顯示用電量不正常，則智能路燈通過路燈中設置的通信單元向相鄰的路燈發出預警信號。其中的通信單元可以是3G通信單元、4G通信單元、或者燈聯網中的電力線載波通信PLC單元。
根據本實用新型的一個實施例，如果分析結果顯示用電量不正常，則智能路燈通過路燈中設置的通信單元向預定的智能路燈發出預警信號。其中的通信單元採用燈聯網中的電力線載波通信PLC單元，電力線載波通信單元具有尋址目的智能路燈的通信能力。
根據本實用新型的一個實施例，如果分析結果顯示用電量不正常，則智能路燈通過路燈中設置的通信單元向智慧城市路燈遠程控制系統的監控管理系統發出預警信號。其中的通信單元可以是3G通信單元、4G通信單元、或者燈聯網中的電力線載波通信PLC單元，電力線載波通信單元可以直接尋址目的智能路燈。
熵值的計算是實用新型的核心步驟，主要理論依據在於香農在資訊理論中提出的信息熵的計算。
根據本實用新型的實施方式，智慧城市路燈遠程控制系統的監控管理系統可由3部分組成，即監控中心、集中控制器和終端控制器。
監控中心作為城市道路照明的控制心臟，擔負著全城的道路照明自動控制和管理任務。監控中心硬體由監控工作站、總控伺服器、印表機、UPS、通信設備、以及大屏幕等組成。同時，系統具有網絡接口，只要接入伺服器，管理工作站等，系統就可以很方便地組建為路燈管理所區域網，通過網絡實現照明監控數據和圖像信息共享。
監控中心包括如下單元:用戶管理、角色管理、報警信息、設備管理、日誌信息、統計分析、參數設置、任務管理、電錶查詢等。
集中控制器是路燈照明系統中電能信息採集和遠程控制的關鍵設備。通過路燈互聯協議實現對具有RS485接口電能表的採集和通過電力線載波通信(PLC)對路燈進行遠程監控。
集中控制器包括如下功能單元:路燈時序調整、數據記錄、報警處理和發送。它負責控制網絡的運行，將監控中心的命令下達給節點控制器，將控制器及線路信息反饋監控中心。
集中控制器主要由以下硬體部分組成:電力線載波通信單元、處理器單元、4G/3G單元、串行通信單元、電源單元開關量輸入檢測電路、迴路輸出控制部分、RTC時鐘電路、模擬量輸入檢測電路、LCD顯示以及按鍵部分。
終端控制器是遠端用於控制燈具部分的核心。一方面它需要控制路燈驅動電源的輸入部分，另一方面它需要接收來自監控中心的控制指令，如開燈、關燈、調光和查詢等。例如，當終端控制器接收集中器的調光命令後，將其轉化成為電源可識別的PWM信號，從而調整了電源輸出的電流，實現燈具亮度的變化。
同時可以採集恆流源的輸出信號，進行故障判斷，當恆流源故障時，將此故障信息上報到集中器。終端控制器實現的主要功能有:控制路燈開關、亮度調節、功率採集、電流採集、電壓採集、溫度採集、以及功率因數採集等。
系統的通信方式採用4G、3G、GPRS與PLC通信相結合。上位機與集中控制器之間採用GPRS通信，集中控制器與路燈控制器的通信是PLC方式。其中電力線載波通信(PLC)技術利用路燈中設置的數據機對信號進行調製，形成特定頻率的載波信號，然後把調製好的信號發送到現有的電力線上，利用現有的電力線網絡進行通信的技術。
監控中心通過集中控制器向路燈發送控制信息，並可以接收路燈端返回的狀態信息，進行分析、處理。集中器接收監控中心發送的控制信息，通過電力線載波PLC傳送到路燈端，並將路燈端數據返回監控中心。路燈控制器安裝在路燈燈杆維護孔內。接收控制中心發來的控制信息，對LED路燈進行相應的控制動作，並將路燈運行的實時數據返回。
根據本實用新型的實施方式，電力線載波通信專注於使得能夠經由現有電力線網絡(例如，家庭和建築物中的電力線)進行寬帶通信。連接到電力線網絡的電力線通信(PLC)設備可採用合適的電力線通信標準來與連接到電力線網絡上的其他PLC設備進行通信。連接到電力線網絡的不同類的PLC設備(例如，HomePlug設備與G.HN設備)之間的幹擾在這些PLC設備同時嘗試經由電力線網絡進行通信時可被引入。一般而言，連接到電力線網絡的HomePlug設備使用由HomePlug電力線聯盟定義的標準與其他HomePlug設備交換信息。類似地，連接到電力線網絡的G.HN設備使用所定義的G.HN標準與其他G.HN設備交換信息。然而，G.HN設備不能夠與HomePlug設備通信、不能檢測HomePlug設備、不與HomePlug設備後向兼容。因此，在G.HN設備的通信期間，HomePlug設備可能嘗試發起通信。類似地，在HomePlug設備的通信期間G.HN設備可能嘗試發起通信。這會導致HomePlug設備與G.HN設備之間的幹擾，損壞通信並影響電力線網絡中PLC設備的性能。
為了解決上述不兼容的問題，電力線網絡包括電力線插口104、106、和108，電力線插口104、106、和108使得電力線設備能夠連接到電力線網絡。一個或多個PLC設備可經由這些電力線插口連接到電力線網絡。例如，HomePlug設備經由電力線插口104連接到電力線網絡102，G.HN設備經由電力線插口106連接到電力線網絡，並且雙模G.HN設備經由電力線插口108連接到電力線網絡。HomePlug設備可實現HomePlug1.0電力線通信標準、HomePlug AV電力線通信標準、或者HomePlug電力線通信標準的其他合適版本。HomePlug設備可使用由HomePlug電力線聯盟定義的任何合適的通信標準(在包括電力線網絡102的電力線介質上)與其他HomePlug設備交換信息。G.HN設備可根據G.HN通信標準在電力線介質上與其他G.HN設備交換信息。雙模G.HN設備包括收發機、操作模式配置單元、和處理單元。處理單元包括分組生成單元和信道接入單元。分組生成單元可包括基於連接到電力線網絡的PLC設備的類(或類型)(即，是否是G.HN設備和/或HomePlug設備)來選擇恰適報頭的功能性。處理單元可進一步在所選擇的報頭中封裝要傳送的數據且可從收到分組提取/處理數據。雙模G.HN設備可被配置成使得能夠檢測HomePlug設備和與HomePlug設備後向兼容。換言之，雙模G.HN設備是能實現與G.HN設備和不兼容的HomePlug設備兩者通信的兼容性機制的G.HN設備。
電力線通信(PLC)設備通常根據「HomePlugAV」標準來操作，並且取決於該標準的版本，使用寬頻帶(例如，從1.8MHz到30MHz，或者最高達86MHz)進行PLC信號傳輸。然而，該PLC信號可能干擾在與該PLC設備相同的頻率範圍中操作的其他通信設備和應用(例如，射頻標識(RFID)應用)。為了在由其他通信應用使用的交疊通信頻帶中避免來自PLC信號傳輸的幹擾，PLC頻帶的某些副載波(或連貫副載波群)可被排除(或被陷波)而不傳送PLC信號。當前，PLC信號中在傳輸期間被排除的副載波可基於PLC標準(例如，HomePlugAV標準)來預定。(根據PLC標準)不允許PLC設備通信的這些預定副載波在本文被稱為「靜態陷波副載波」。例如，對於PLC信號傳輸，通常要求當前HomePlug AV1.1設備在PLC頻帶的10個副載波(「陷波副載波」或「陷波」)中將功率譜密度降低至少30dB。由於陷波副載波的頻率特性，通常在陷波副載波的任一邊緣上採用附加保護頻帶以滿足陷波要求。相應地，毗鄰於陷波副載波的一個或多個副載波(「毗鄰副載波」)可能不可供用於傳輸(例如，由於保護頻帶)，由此減少了可供用於傳輸的副載波(例如，頻率資源)的數量並降低了PLC設備的總吞吐量。此外，對於被調度成被傳送的PLC信號，可能難以在頻域和時域中對所傳送的OFDM碼元進行定形，而同時維持保護頻帶(在頻域中)和保護區間(在時域中)、使碼間幹擾(ISI)最小化、並達到陷波要求。例如，頻域中的高效陷波導致時域中的ISI。然而，採用保護區間來減少時域ISI會減少可供用於傳輸的可用時域資源量。現有PLC設備通常採用帶交疊的時域加窗函數，其中PLC信號的每個OFDM碼元乘以針對必需陷波來優化的加窗函數。然而，這是靜態解決方案並且可能隨著陷波要求改變(例如，隨著陷波數量和深度增加)而導致容量損失和性能降級。此外，簡單地將PLC設備配置成在靜態陷波副載波中不傳送通常是不足夠的。這是因為PLC信號的傳輸也可能導致來自毗鄰副載波的帶外輻射，其可能干擾其他通信應用。
根據本實用新型的實施方式，路燈中設置的PLC設備可以是傳統網絡設備，其包括一個網絡接口並且僅執行用於在電力線網絡上交換通信的功能性。PLC設備也可以是混合網絡設備的一部分，其中該混合網絡設備的至少一個網絡接口實現電力線通信功能性，而其他網絡接口實現其他合適的有線或無線通信協議(例如，乙太網通信協議、無線區域網(WLAN)通信協議，諸如IEEE802.11通信協議等)。在一些實施例中，PLC設備可以是HomePlugAV設備。注意，儘管將網絡設備描繪為PLC設備，但各實施例並不被如此限制。在其他實施例中，網絡設備可實現其他合適類型的通信技術(例如，乙太網、WLAN等)。PLC設備包括自適應濾波器組、濾波器適配單元、以及通信介質感測單元。自適應濾波器組包括N個濾波器元件1、2…8。通信介質感測單元耦合至濾波器適配單元，該濾波器適配單元進而耦合至自適應濾波器組。濾波器適配單元包括性能分析單元、係數確定單元、以及自適應濾波器頻帶控制器。具體地，在一個實施例中，濾波器適配單元(例如，性能分析單元)可從通信介質感測單元接收與一個或多個副載波相關聯的性能測量並且可分析接收到的性能測量以確定是否使PLC頻帶的一個或多個副載波陷波。係數確定單元可至少部分地基於接收到的性能測量來確定一個或多個濾波器元件的濾波器係數。自適應濾波器頻帶控制器可提供控制信號18、20…22以分別控制/更新濾波器元件1、2…8的濾波器係數(並相應地控制/更新濾波器特性)。自適應濾波器組接收輸入PLC信號並生成輸出經濾波PLC信號以供後續處理和傳輸。注意，在一些實施例中，自適應濾波器組可在合適的預處理操作(例如，預放大等)之後接收輸入PLC信號。此外，輸出PLC信號在電力線網絡上傳送之前可被進一步處理(例如，後放大、調製、數模轉換等)。如以下將進一步描述的，自適應濾波器組、濾波器適配單元、和通信介質感測單元可協同操作以適配於由PLC設備檢測到的化的狀況/性能，從而達成PLC頻帶中的高效陷波。
PLC通信單元包括自適應濾波器組、濾波器適配單元、以及通信介質感測單元。濾波器適配單元包括性能分析單元、係數確定單元、以及自適應濾波器頻帶控制器。通信介質感測單元可確定與PLC頻帶中的副載波相關聯的性能測量。基於這些性能測量，性能分析單元可確定電子設備的傳輸是否將幹擾在交疊通信頻帶上操作的另一通信設備(並影響其性能)。濾波器適配單元(例如，性能分析單元)可標識其上電子設備的傳輸將幹擾其他通信設備的一個或多個副載波群並且可確定要動態地使所標識的一個或多個副載波群陷波。相應地，濾波器適配單元(例如，自適應濾波器頻帶控制器)可啟用/激活自適應濾波器組中被配置成使該一個或多個所標識副載波群陷波的濾波器元件。此外，基於(毗鄰於陷波副載波群的)毗鄰副載波的性能測量以及電子設備在PLC頻帶中的總體性能，濾波器適配單元(例如，係數計算單元)還可改變被啟用的濾波器元件的濾波器係數，以針對毗鄰副載波的性能和電子設備的總體性能來優化(毗鄰副載波中的)保護頻帶的寬度。
根據本實用新型的實施方式，相互連接的任意兩個路燈中的PLC通信設備之間可以直接互相通信。首先，確定發送方PLC設備與接收方PLC設備之間的每個通信信道的性能測量。例如，(發送方PLC設備的)信道性能估計單元可以確定發送方PLC設備與接收方PLC設備之間的每個通信信道的性能測量。發送方PLC設備和接收方PLC設備之間的每一個通信信道可以是發送方PLC設備的網絡耦合和接收方PLC設備的網絡耦合的組合。在一個實施例中，在發送方PLC設備和接收方PLC設備之間可以有四個通信信道：1)由LN網絡耦合1和LN網絡耦合2的組合形成的信道，2)由LN網絡耦合2和LG網絡耦合8的組合形成的信道，3)由LG網絡耦合4和LN網絡耦合6的組合形成的信道，以及4)由LG網絡耦合4和LG網絡耦合8的組合形成的信道。性能測量可以包括信噪比(SNR)、信號強度、信號與幹擾和噪聲比(SINR)、衰減水平、和/或其他合適的性能測量。
發送方PLC設備可以確定是否要向接收方PLC設備傳送耦合切換通知。為此，發送方PLC設備可以確定用主接收機耦合形成的通信信道的性能測量是否在(用替換接收機耦合形成的)優選通信信道的性能測量的預定閾值內。例如，除了優選通信信道之外，發送方PLC設備還可以標識用接收方PLC設備的主接收機耦合和發送方PLC設備的任何網絡耦合形成的最佳性能通信信道。發送方PLC設備可以將(用替換接收機耦合形成的)優選通信信道的性能測量與用主接收機耦合形成的最佳性能通信信道的性能測量進行比較。例如，如果在優選通信信道上達成的SNR(或吞吐量)在用主接收機耦合形成的最佳性能通信信道的SNR(或吞吐量)的預定閾值或預定百分比(例如，5％)內，則發送方PLC設備可以確定不傳送耦合切換通知。取而代之的是，發送方PLC設備可以通過提示接收方PLC設備切換至替換接收機耦合來推斷未達成顯著的性能增益並且可以向接收方PLC設備的主接收機耦合傳送通信。
根據本實用新型的實施方式，智能路燈中的通信單元為PLC設備。PLC設備可從主機設備(例如，計算機、膝上型計算機等)、或者從耦合至遠程PLC設備的網絡設備接收輸入。例如，至該PLC設備的輸入可以經由同軸電纜乙太網(EoC)、電力線載波(BPL)等。該PLC設備中的通信單元包括分組處理單元和耦合單元。該PLC設備可基於一種或多種PLC規範(例如，HomePlug AV、HomePlug AV2、HomePlug Green PHY等)。分組處理單元和耦合單元允許PLC設備實現電力線通信技術並且各實例中的每個實例可執行標準自立PLC設備的操作。耦合單元跟蹤該多個實例、與這多個實例中的每個實例相關聯的通信網絡、以及相應各個通信網絡中的PLC設備。例如，對於各通信網絡中的每個通信網絡，耦合單元廣播具有相應通信網絡的網絡標識符的發現信標(例如，發現消息)。網絡ID是通信網絡的唯一性標識符。在一些實現中，網絡ID可以基於與通信網絡相關聯的NMK。例如，網絡ID可以基於與通信網絡相關聯的NMK以及還基於該通信網絡的安全性級別信息。在一個特定的非限定性示例中，網絡ID可以是52位NMK與2位安全性級別指示符的組合或級聯。一旦接收到對通信網絡的發現信標作出的響應(例如，響應消息)，耦合單元就確定相應通信網絡中的PLC設備。在一種實現中，耦合單元使用實例ID(例如，媒體接入控制(MAC)地址、或不同於終端裝備標識符的實例ID號等)來跟蹤該多個實例。該多個實例中的每個實例被相應通信網絡中除該PLC設備以外的其他PLC設備藉由終端裝備標識符來識別。耦合單元還維護映射表(例如，實例ID到網絡ID映射表)來確定與各實例中的每個實例相關聯的通信網絡。在一些實現中，耦合單元可利用不同的數據結構(例如，關係資料庫、電子數據表等)來維護關於與各實例相關聯的通信網絡的信息。PLC處理單元使用恰適的實例來執行用於處理電力線通信的操作。例如，PLC處理單元使用恰適的網絡ID(對應於實例ID)來構造電力線數據幀以供向目的地PLC設備傳送網絡分組。類似地，一旦接收到電力線數據幀，PLC處理單元就確定恰適的實例以用於處理該電力線數據幀。耦合單元和PLC處理單元可包括用於實現電力線通信技術的一個或多個組件以及程序指令。PLC設備所能實現的實例數目取決於其能力(例如，處理速度、電力線幀轉換、硬體和軟體能力等)。
PLC處理單元基於目的路燈設備的地址來確定該目的路燈設備的通信網絡。PLC處理單元可與耦合單元交互以接收關於目的路燈設備的通信網絡的信息。在一些實現中，PLC處理單元可根據PLC設備的網絡信息表來確定與目的路燈設備相關聯的網絡ID。例如，PLC處理單元可確定與關聯於目的路燈設備的地址的網絡信息表相關聯的網絡ID。PLC設備可促成連接至該PLC設備的路燈設備與連接至通信網絡中的PLC設備的一個或多個路燈設備之間、以及該路燈設備與連接至通信網絡中的PLC設備的一個或多個路燈設備之間的同時通信。
根據本實用新型的實施方式，PLC單元可以是可與網絡設備(例如，電力線通信設備)對接的單獨插件單元。網絡設備包括物理連接單元、模擬前端單元和RX帶通濾波器。PLC單元包括變壓器耦合單元、零線、火線和地線。在一實現中，變壓器耦合單元包括PLC分集耦合單元，PLC分集耦合單元包括單變壓器耦合單元。在另一實現中，變壓器耦合單元包括PLC分集耦合單元中的雙變壓器耦合單元。出於簡化的目的，PLC分集耦合單元並未包括所有組件(例如，電容器、電阻器等)並且未描繪高壓和低壓繞組。PLC分集耦合單元中的變壓器耦合單元接收要從模擬前端單元發送的通信信號並且將該通信信號耦合至火線/零線信道和火線/地線信道。變壓器耦合單元將在火線/零線信道和火線/地線信道上接收的通信信號耦合至RX帶通濾波器。
根據本實用新型的實施方式，一旦接收到來自PLC設備(例如，HomePlug設備、G.HN設備、雙模G.HN設備等)的PLC分組，雙模G.HN設備就可取決於傳送該PLC分組的PLC設備來處理所接收到的PLC分組。雙模G.HN設備的處理單元可實現各種技術來處理所接收到的PLC分組。在一個實現中，基於電力線網絡是否包括混合環境(例如，基於電力線網絡是否包括HomePlug設備和G.HN設備兩者)，處理單元可確定如何處理所接收到的PLC分組。在另一個實現中，處理單元可基於接收到PLC分組的時間區間來確定如何處理所接收到的PLC分組。例如，如果處理單元確定PLC分組是在混合通信時間期間接收到的，則處理單元可確定所接收到的PLC分組很可能包括兼容性分組報頭中的一者。在另一個實現中，處理單元可包括分析所接收到的PLC分組的報頭和動態確定如何處理所接收到的PLC分組的功能性。例如，處理單元可基於對所接收到的PLC分組的報頭的分析來確定G.HN設備使用G.HN分組報頭傳送了該PLC分組。因此，處理單元可根據G.HN處理技術來處理PLC分組。此外，注意到在一些實現中，操作模式配置單元可分析所接收到的PLC分組以確定傳送方電力線設備是G.HN設備還是HomePlug設備。如果確定HomePlug設備傳送了該PLC分組，則操作模式配置單元可指導處理單元的HomePlug處理單元處理所接收到的PLC分組。替換地，如果確定G.HN設備傳送了該PLC分組，則操作模式配置單元可指導處理單元的G.HN處理單元處理所接收到的PLC分組。
根據本實用新型的實施方式，提出一種鍾控和光控相結合,靈活、方便、可靠的開關燈控制功能,為每一個路燈設置智能終端。監控中心自動執行群控開關燈,也可全天候控制任一智能終端執行開關燈,可隨意設置半夜燈(省電模式),可對一年中的各類節假日進行開關燈設置。
每個智能終端的電壓、電流、電度數、功率因數和功率等參數通過無線信道發送回監控中心,監控中心主機對這些數據加以分析、處理後,以直觀的圖形或表格形式提供管理人員,為決策提供準確的依據。
位於路燈管理處領導辦公室的電腦和路燈運行、調度等管理科室的電腦,均可作為管理中心與監控中心主機通過互連網組成監控網絡系統,形成一個統計、查詢、決策系統。必要時可以由管理人員直接通過自己的手機對智能終端進行控制和查詢。
當智能終端處出現停電、交流接觸器損毀甚至電纜被盜等故障時,均在監控中心或值班室實時發出聲光告警信號,並在電腦顯示器上顯示故障位置(某智能終端的某一支線)、故障的狀況與類型,如情況緊急還可直接顯示在主管領導的手機上。管理人員根據對運行狀態的統計分析,及時診斷故障的地點及類型,並可對可能發生故障的狀態進行預測。
監控中心的顯示器選用工作站使用的大屏幕顯示器,除了操作界面與測控參數外,還可以現場模擬顯示全市路燈狀況以及各智能終端處的測控參數與狀態,可局部放大顯示。
智能終端設計有備用電池,以確保交流供電中斷後,系統仍能正常運行,智能終端的數據保存在EEPROM中,永不丟失,24小時內保障同監控中心的通訊。監控中心配備UPS不間斷電源,保證主機的正常運行和與智能終端的通訊聯繫。
監控中心可以設定自己的系統命令密碼,在本系統中,只有符合密碼的命令被接收執行,不符合密碼的命令一律拋棄。這樣可以提高系統的穩定性,以防被其他無關人員的幹擾。
智能終端以微處理器為核心,採用微信號處理技術,通過傳感器進行全隔離採樣,完成現場電流、電壓及功率、功率因數等數據的採集；並根據調度端的命令,完成數據的傳送和對各路路燈的控制；當現場發生故障時可以一邊發出本地聲光告警,一邊把告警信息傳送到監控中心,保證系統安全正常運行；當與調度端通信中斷時,可根據存儲的開關燈時間和光照強度自動獨立運行,絕對保證路燈運行的可靠性。
通過智能終端的控制，依次完成如下步驟:
①與光控系統同時控制所有智能終端開關路燈；
②給所有智能終端校時或設置開關燈時間；
③接收所有智能終端發來的自動開關燈信息；
④在電子地圖上進行操作,顯示當前城市中所控制部分的所有路燈狀態:亮、滅或故障；
⑤接收並顯示所有智能終端發來的告警信息,如門開、燈壞、電纜被盜、停電等；
⑥顯示某個智能終端的狀態信息:電壓、電流和用電度數等；
根據本實用新型的實施方式，智慧城市路燈遠程控制系統包括智能路燈終端結構，路段控制器以及智能路燈終端組成的智慧城市網。每個路段內有一個路段控制器，一個路段控制器通過電力網通信技術控制和連接著該路段內的多個路燈。智慧城市路燈遠程控制系統控制中心通過網際網路與路段控制器通信。智慧城市路燈遠程控制系統控制中心是整個網絡的核心，實現以下功能：①根據需要採集的信息，發送相應的控制指令，啟動智能路燈上相應的傳感器並使其進入工作狀態；②控制中心接收位於智慧城市物聯網末梢的路燈上各種傳感器上傳的各類數據，實時顯示整個網絡的運行和監控情況；③控制中心將接收到的各項數據進行綜合分析，得出路燈、交通、安防控制等的最佳方案，並將控制指令發送至智能路燈。
智能路燈與路段控制器之間可採用電力載波通信(PLC)技術，從而最大程度地精簡組網方案。在路燈上添加PLC通信單元，並利用路燈供電網絡，即可實現對現有電力線網絡的最大利用，而不需要另外鋪設網絡線路。路段控制器與控制中心之間採用網際網路連接，網際網路覆蓋範圍廣泛，接入靈活，傳輸距離遠，相較於單獨在城市鋪設大量通信線路而言，採用網際網路可保證成本低廉。
路段控制器由數據機、乙太網接口電路以及PLC通信單元組成，作為網絡中的路由節點，其功能主要是進行數據的轉發，使得通過電力線網絡接受的數據經過網際網路傳送到控制中心，同時還負責將控制中心傳輸的控制信號轉發至路燈控制終端。
當電力線有電波信號發送過來時，PLC通信單元接受該信號，並進行相應處理，轉換為數位訊號，然後通過MII接口，將信號發送至乙太網接口電路。乙太網接口電路可以將PLC通信單元傳遞的信號轉換為在乙太網上通信的信號，這樣數據機則可以識別該信號，最後數據機將信號發送到網際網路，從而路段控制器與控制中心實現了數據交換。組網方式還可以使用包括3G、4G在內的其他無線通信方式。基於中國現有的3G、4G無線通信網絡，可以組建更加靈活的覆蓋整個城市的智慧城市物聯網系統。
以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。