智慧灯杆.docx

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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：

功能

解决的问题

智慧照明

智能分析形成多种运营策略，实现按需照明，通过较低成本提高城市照明管理水平，节约节能、智能运维、自动故障报警。

无线AP（便民wifi）

提升城市整体信息化水平；满足普通市民对于移动网络的需求，使信息交流更通畅。

无线AP（电子探针）

线下追逃，定位救援，景区人群预警

视频监控

实现网格化管理、电子围栏、人脸识别等平安城市建设。

城管执法，追责，重点人群关注

充电桩

解决充电桩建设和部署选址问题

为充电桩部署提供更多可能，包括集中快充和分散慢充。

气象、环境监测

提高预测的精度，增加小范围预测的数据来源

对现有气象环境站的数据补充，数据点更密集，数据更准确。

基站

4G基站补盲，未来5G基站超密集部署

一键报警

（灯杆定位）

提高出警效率，保障城市公共安全

与急救中心联动，通过精准定位提高救助效率

LED屏、触摸屏、

广播

重大新闻、政策等公共信息及时发布，信息交互

推荐本地景区、路线等特色旅游

市政服务

（物联网应用）

可为水土监测、井盖监测、垃圾桶监测、水位监测等提供电力、网络传输中继服务

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100m左右，路灯杆常规间距为35m-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：

设备类型

建议安装高度

备注

照明灯头

根据道路类型等设计

WIFI设备

4～7米

摄像头

4～6米

建议考虑多部门需求

环境检测

根据环保气象要求设计

LED屏

4～6米

紧急广播

3～5米

一键报警

1.2～1.4米

微基站

预留通信补盲

充电桩

设置在杆体内，参考相关国标

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

杆体材质

铝合金、不锈钢、镀锌铁

底座材质

钢制（环氧聚酯纤维层）、镀锌铁

灯头数量

1-2盏

灯杆高度

4-12米

底座尺寸

430mm×350mm×1500mm

法兰尺寸

500mm×550mm

重量

300-800kg

抗风等级

0.55Mpa风压十一级

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。

2.1.3.2.1LED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。

指标

参数

备注

光源功率

30-180W

发光效率

≥120Lm/w

光源色温

4000/5000K

光源寿命

不低于50000h

输入电压

180-240V

功率因素

不低于0.95

防水等级

IP65

2.1.3.2.2LED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。

指标

参数

备注

功率

30-180W

输入电压

90～300VAC

输出电压

36～72VDC

功率因数

≥0.95

电源效率

≥90%

防水等级

IP65

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。

指标

参数

备注

输入电压

180～240VAC

通信方式

电力载波、TCP/IP、Zigbee、LoRa

通信方式可选

调光方式

PWM正向调光/0-10V调光

防水等级

IP65

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。

指标

参数

备注

输入电压

180～240VAC

通信方式

电力载波、TCP/IP、zigbee、loRa

通信方式可选

静态功耗

不高于5W

防水等级

IP65

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

2.1.4.1.2.1AP

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。

指标

参数

备注

电源

PoE供电

工作频段

802.11ac/n/a:

5.725GHz-5.850GHz，5.47～5.725GHz，5.15~5.35GHz（中国），802.11b/g/n:

2.4GHz-2.483GHz（中国）

接口类型

10/100/1000M以太网口，1000MSFP光接口

天线

N型射频接口（2.4GHz×2，5GHz×2）

信道速率

802.11b：

1、2、5.5和11Mbit/s

802.11a/g：

6、9、12、18、24、36、48和54Mbit/s

802.11n：

6.5～450Mbit/s

802.11ac：

6.5～1300Mbit/s

工作模式

AP模式，探针模式，探针+AP模式

加密

支持WPA（WiFiprotectedaccess）/WPA2/WPA-WPA2-PSK认证/加密方式

WDS

支持

维护

支持AP自动上线功能，并自动加载配置，可即插即用

QoS

支持基于每用户的带宽限制

防水等级

IP67

2.1.4.1.2.2AC

如果需要支持AC+AP模式，选择与AP同品牌的AC控制器。

指标

参数

备注

端口

千兆万兆光口，电口

802.11MAC

802.11协议簇

无线用户隔离

AC发现（DHCPoption43、DNS方式）

通过AC配置AP基本网络参数

AP与AC间穿越NAT

漫游能力

同一AC内,不同AP下二、三层漫游

不同AC间,不同AP下二、三层漫游

接入控制

WPA、WPA2

SSHv1.5/v2.0

Portal认证

Portal页面推送

802.1x认证

QoS

优先级映射

L2-L4流分类

安全防御

静态黑名单

动态黑名单

白名单

非法AP检测

网管与配置

管理方式，支持：

WEB、SNMPv1/v2/v3、RMON等

配置方式支持：

WEB、CLI、TELNET、FTP等

2.1.4.1.2.3工业交换机

指标

参数

备注

数据交换方式

存储转发（Store-and-Forward）

以太网电接口

接口数量

12

协议标准

IEEE802.3、IEEE802.3u、IEEE802.3ab、IEEE802.3af/atPoE

速率

10/100/1000Mbps自适应

连接方式

网线交叉/直连自适应

接口类型

RJ45接口

802.3af/atPoE端口

每个PoE端口输出48–50V，600mA，可为负载提供不低于30W的功率

以太网光接口

接口数量

2

协议标准

IEEE802.3z

速率

1000Mbps

波长

850nm/1310nm/1550nm

传输距离

多模双纤：

550m

单模双纤/单模单纤：

20km、40km、80km、120km

接口类型

SC/LC接口可选，单模光纤或多模光纤

电源

输入电压：

48VDC，冗余双电源输入（可选）

冗余双电源输入（可选）

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

指标

参数

备注

像素

不低于200万像素

帧率

主码流50Hz:

25fps（1920×1080,1280×960,1280×720）;60Hz:

30fps（1920×1080,1280×960,1280×720）

视频压缩

H.264/MJPEG/MPEG4

信噪比

≥55dB

3D数字降噪

支持

背光补偿

支持

区域曝光/聚焦

支持

日夜模式

自动ICR彩转黑

数字变倍

不低于16倍

焦距

不低于30倍光学

行为分析

区域入侵侦测、越界侦测、移动侦测，手动跟踪、全景跟踪、事件跟踪

图像增强

光学宽动态、光学透雾、强光抑制、电子防抖

应用编程接口

支持软件集成的开放式API，支持标准协议（ONVIF、PSIA、CGI）

通讯接口

1个RJ4510M/100M自适应以太网口

2.1.5.3.2枪机

指标

参数

备注

像素

不低于200万像素

帧率

主码流50Hz:

25fps（1920×1080,1280×960,1280×720）;60Hz:

30fps（1920×1080,1280×960,1280×720）

视频压缩

H.264/MJPEG/MPEG4

信噪比

≥55dB

3D数字降噪

支持

背光补偿

支持

区域曝光/聚焦

支持

日夜模式

自动ICR彩转黑

行为分析

区域入侵侦测、越界侦测、移动侦测

图像增强

光学宽动态、光学透雾、强光抑制、电子防抖

应用编程接口

支持软件集成的开放式API，支持标准协议（ONVIF、PSIA、CGI）

通讯接口

1个RJ4510M/100M自适应以太网口

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

指标

参数

备注

摄像头

不低于100W红外高清彩色摄像头，红外补光不小于10米

镜头

水平视场角大于100°

日夜转换模式

ICR红外滤片式

视频压缩标准

H.264

音频输入

内置高灵敏度全指向麦克风，拾音距离不小于5米

音频输出

内置3W扬声器

音频压缩

G.711U/64Kbps；G.726/16Kbps

音质

支持智能噪声抑制和回声消除处理

单按键

一键紧急求助呼叫

报警输入

防拆检测

网口

1-2个RJ4510M/100M自适应以太网口

SD卡

标准MicroSD卡插槽，支持MicroSD/SDHC/SDXC卡（支持128G）

无线参数

3G/4G全网通

工作温度及湿度

-40℃-70℃，10％-90％

防护等级

IP54

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

指标

参数

备注

线路输入

10kΩ775mV,不平衡

话筒输入

600Ω10mV,不平衡

远程寻呼麦克风输入

输入频率：

100Hz-10kHz

输入灵敏度5VRSM

通信：

RS485，传输距离1000米

非线性失真THD

<0.01%at1kHz

频率响应

20Hz-20kHz

信号噪声比

>70dB

分区通道能力

≤500W（单通道）,总功率≤1000W

频率范围

FM:

87.5MHz–108MHz

AM:

531kHz-1710kHz

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

指标

参数

备注

电源

DC24V

功耗

≤50W

网络通讯

TCP、UDP、ARP、ICMP、IGMP

音频编码

MP2/MP3/PCM/ADPCM

信噪比

≥90dB

频响

190-18KHz

网络声音延迟

≤100ms

内置功放功率

≥40W

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

2.1.8.3.1LED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

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。

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。

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。

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