太阳能智慧路灯是一种主要依据太阳能进行照明的路灯，该类路灯具有良好的节能、减排等特点，其主要由太阳能光伏组件、太阳控制器、蓄电池等部分组成，其具备照明、实时监控、远程数据传输等功能。因此，该种路灯在治安管理、新农村道路照明等领域中应用较为广泛。但是太阳能智慧路灯在应用过程中，需结合交通流量对照明模式以及功率等实行调整，以此，降低路灯的功率损耗，满足不同交通情况下的照明需求，实现路灯的最佳应用效果，降低能耗。窄带物联网（NB-IoT）也称为低功耗广域网，能够用于待机时间长、网络连接需求较高的设备连接中，并具有良好的网络覆盖能力。
1物联网交互部分
1.1物联网架构组成
物联网的核心就是人或者物按照约定好的协议与物体之间进行交互式通信，也就是所谓的“交流”，从经典的物联网架构体系来划分，我们可以将其分为三层结构，依次是感知层、网络层和应用层，其中网络层又可分为传输层和汇聚层。
1.2网络层
网络层包含了传输层和汇聚层。物联网的传输层负责将感知层识别和采集的信息进一步传递，各盏路灯之间、路灯与远程监控控制中心之间以光信号传输数据信息。我们采用的是一种一点到多点的树状单向控制系统，将同一地区的所有路灯均匀分布在不同区域。这样就能将同一片区域的路灯组成一个局域网，并且将其中的一盏路灯作为主控制器，由它来发送信号指令统筹管理其它的路灯，同时其他路灯之间也可以进行数据交互，将有关信息发送至主控制器，然后由各主控制台统一发送给远程的监控中心。利用远程终端监控管理平台实现了对路灯上所监测到的数据，进行智能显示与管控功能。而汇聚层则通过大数据分析技术和GIS可视化技术的融合，将路灯所收集的信息进行特定功能的转换。例如：通过利用光强度传感器配合湿度传感器所得到的数据分析比较不同太阳光照强度、湿度和粉尘浓度对可见度的影响，进而调节路灯的照明强度。再把这些经过处理收集的数据信息结合GIS等可视化技术做成表格，就能够直接掌握当地路段的环境质量和道路照明需求等。
1.3硬件开发部分
本产品采用的是一种自带Wi-Fi芯片通信配合ArduinoIDE平台使用的WiFiduino开发板。将此开发板应用在路灯上既能实现区域内各路灯间互相通信和主控制路灯与远程监控中心通信，也能实现对路灯自身设备的控制管理。在通信协议方面我们采用的是MQTT协议，这是一种基于客户端-服务器关系的传输协议。MQTT协议的主要优点是精简、可扩充和很容易运行，同时由于它的低功耗特点可服务于多种IoT场合，因此我们可以使用最简单的代码为远程路灯设备联网，提供最实时安全的通信服务。将满足这种协议的所需代码写入开发板中，就可以将我们的硬件部分与所用服务器相连接，进而实现各路灯的上网功能。
2智慧路灯控制
2.1路灯运行状态信息传输的NB-IoT网络结构
本文在进行太阳能智慧路灯控制过程中，路灯运行状态信息以及控制指令的传送均需依据通信层完成，该层的通信效果直接影响控制指令的执行和下达。因此，通信层基于NB-IoT公网、局部无线传感网络等结合构建。主控器网关是通信层的核心，其可实现路灯终端自组网和NB-IoT公网之间的数据传输，远程控制过程中，通过公网可实现双向传送。
2.2远程控制单元结构
终端层是太阳能智慧路灯控制的执行层，该控制的执行是通过该层中的远程控制单元完成，远程控制单元通过下行采集获取路灯的电压、电流等运行信息，通过上行通信接口连接通信网络，实现下行采集数据的传输。核心控制器的主要作用是执行路灯控制指令，其核心为Cotex-Mo微处理器，该处理器具备较高的应用功能，能够兼容SPI总线接口、转换器、USART接口和UART接口，并且该控制器接收应用层的远程控制指令后，按照既定照明需求，通过基于PID控制方法，对路灯的亮度实行优化控制。
3环境数据监测及应用
3.1监管环境质量
在基于物联网交互的前提下，该路灯能够及时地对任意时刻、任意地点的环境质量做出报告。为实现这一功能，我们选择在灯杆上加环境监测设备形成环境监测网组。目前国家对于空气质量监测的六个对象是SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10，因此可以通过一些精度较高的电化学传感器判断路灯所覆盖范围内的某一时刻、某一地点的环境质量。例如：雾的形成主要和相对湿度有关，官方对相对湿度的定义是空气中水汽压与相同温度下饱和水汽压的百分比，换而言之，雾可以直接用精度高的相对湿度传感器判断，而霾除了相对湿度还和可吸入颗粒物有关，用激光粉尘传感器测量PM2.5和PM10，编写一个中间变量算法，通过计算PM2.5和PM10分布比折算成雾霾系数，然后再结合相对湿度设置阈值，这样就可以判断霾的形成了，类似还可以判断该地区其他污染指数。之后通过互联网，有关部门可对污染异常地区进行及时排查。
3.2环境数据的采集优势
目前我国对环境数据的应用还存在滞后性，而大数据处理技术对于环境保护具有很好的支持作用。虽然传统大气环境业务能够通过空气质量监测数据，但是数据的量的问题和检测方法仍然是一大问题，大部分的数据都是通过人工测量、仪器检测或者是系统日志等方法，而我们的智慧路灯可以更好解决数据来源少的问题。以路灯作为环境监测载体并非为了取代气象局设立的环境监测站点，我们的目的是利用路灯的普遍性，以及它的空间资源，能更加实时、精准地了解某一块具体位置的环境状况。因为政府所设的环境监测站点密集度相对不高，监测的是一大片区域的状况，而且通过网络获取信息会有滞后性和延时性。所以相比之下，以路灯建立监测网组能更好监控一块区域的污染情况，也能更加实时调整路灯色温，获取的环境数据也具备独特的价值。我们所做的就是和政府所设站点形成互补式利用，而非和其对立。这样一来也能缓解行政惰性导致的环境数据信息滞后的情况。另外，以路灯为载体搭建环境监测网组的另一个好处就是路灯往往就是分区建设，这样一片区域的路灯就可以看成一个整体，形成一种局域网络，而一个地区的环境质量和气候往往是稳定不变的，所以我们只要在该区域的任意一盏路灯加上环境监测设备就能得到那一片区域的环境情况，这样就更加充分利用路灯的空间资源。
结束语
总之，路灯的数字化维护系统是提高城市基础设施维护效率和安全性的有前途的解决方案。通过整合先进技术和与其他城市管理系统集成，该系统可以进一步增强其功能，并为智能城市的发展做出贡献。
参考文献
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