智慧城市的建設(shè)涵蓋大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如基礎(chǔ)地理信息、規(guī)劃成果、交通、綜合管線、政策法規(guī)、人口等，如何存儲和使用這些數(shù)據(jù)成為決策者亟需解決的問題。云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了大數(shù)據(jù)的迅猛發(fā)展，為政府提供決策支持，對企業(yè)組織和業(yè)務(wù)流程提供幫助，對城市、交通、醫(yī)療、教育等產(chǎn)生巨大的影響。
本文重點(diǎn)探索基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧城市照明管理，提出了一種包含多種傳感器、中央控制器和通信模塊的智慧照明系統(tǒng)架構(gòu)。在此基礎(chǔ)上， 可以構(gòu)建一個基于云服務(wù)的城市公共照明管理大數(shù)據(jù)平臺，利用云服務(wù)無處不在的特性，實(shí)時采集城市照明設(shè)備的位置及運(yùn)行狀態(tài)信息，不僅可以為城市提供全方位的路燈信息化運(yùn)維服務(wù)，同時通過后臺大數(shù)據(jù)分析，挖掘城市路燈運(yùn)行與電網(wǎng)、氣象等的相關(guān)性，為城市照明節(jié)能提供決策支持，同時也可以為城市智能交通、智能安防提供有效的支撐。
大數(shù)據(jù)與智慧城市照明
大數(shù)據(jù)或稱巨量資料，指的是無法在一定時間內(nèi)用常規(guī)軟件工具對其內(nèi)容進(jìn)行抓取、管理和處理的數(shù)據(jù)集合。智慧城市是把信息技術(shù)充分運(yùn)用在城市的各行各業(yè)之中的基于知識社會創(chuàng)新的城市信息化高級形態(tài)。
在中國，已有90 多個城市開展了智慧城市建設(shè)。然而，在智慧城市的建設(shè)與應(yīng)用中，智慧城市產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將從TB 到PB 級，隨之進(jìn)入大數(shù)據(jù)時代;大數(shù)據(jù)是智慧城市的核心要素，智慧城市的建設(shè)與應(yīng)用帶來數(shù)據(jù)量的急速增大，而大數(shù)據(jù)無處不在，遍布智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧生活等智慧城市的各個領(lǐng)域。對大數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲、分類、重組分析、再利用等一系列的智能化處理后，可將其結(jié)果為決策者提供參考。
對于智慧城市的建設(shè)來說，可分為政府主導(dǎo)的建設(shè)和企業(yè)主導(dǎo)的建設(shè)，政府主導(dǎo)的建設(shè)側(cè)重于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的搜集、管理、分析、監(jiān)控和共享，建設(shè)目標(biāo)為智慧政府和公共平臺;企業(yè)主導(dǎo)的建設(shè)側(cè)重于行業(yè)應(yīng)用，主要建設(shè)目標(biāo)為智慧行業(yè)，如智慧交通、智慧醫(yī)療等。盡管側(cè)重點(diǎn)和建設(shè)目標(biāo)不同，但二者是一個相互協(xié)調(diào)的有機(jī)整體，政府主導(dǎo)的建設(shè)側(cè)重于基礎(chǔ)平臺的搭建，企業(yè)主導(dǎo)的建設(shè)則側(cè)重于實(shí)際應(yīng)用。
城市照明作為智慧城市建設(shè)中重要的組成部分，它服務(wù)于交通安全和人們的生產(chǎn)、生活。城市照明系統(tǒng)遍布城市的每一個角落，對現(xiàn)有的城市照明裝置進(jìn)行升級，可以簡單快捷的實(shí)現(xiàn)覆蓋面較廣的信息感知網(wǎng)絡(luò)的搭建，實(shí)現(xiàn)路燈管控智能化、信息采集多樣化和信息處理快速化。
智慧城市照明建設(shè)存在的問題
目前傳統(tǒng)照明方式還是暴露了不少問題，比如，無法對無功損耗電量進(jìn)行有效管理，對損壞設(shè)備無法進(jìn)行及時維護(hù)，某些路段、公園等在晚上時已經(jīng)無人的狀態(tài)下，依舊燈火通明，還有路燈、電纜等設(shè)備經(jīng)常被盜而沒有及時處理等。具體而言，我國城市照明建設(shè)存在問題包括以下幾個方面：
(1)重形象、輕科學(xué)規(guī)劃
目前很多城市的夜景照明均存在過于追求城市形象和亮度，科學(xué)分析論證不足、統(tǒng)一規(guī)劃或規(guī)劃相對滯后的問題。出現(xiàn)了該亮的不亮，不該亮的反而很亮現(xiàn)象，整個城市的夜景分散零亂，沒有主次和特點(diǎn)，這樣的設(shè)計規(guī)劃不僅浪費(fèi)了能源，而且整體照明效果也不好。
(2)重景觀、輕功能照明
筆者對多個城市照明項(xiàng)目實(shí)例進(jìn)行分析，其中夜景照明實(shí)例占整個城市照明工程實(shí)例的2/3;而功能性照明實(shí)例，如道路、橋梁、隧道等照明實(shí)例僅占整個城市照明工程實(shí)例的1/3 左右。明顯反映出了城市照明工程規(guī)劃重景觀、輕功能照明，這也應(yīng)引起我們的高度重視。
(3)照明亮度超標(biāo)
在我國的部分城市因過于追求城市形象，盲目追求燈光照明的亮度，出現(xiàn)了部分城市的交通主要干道路面照明的平均照度，均大大高出我國或國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的照度值(國家規(guī)定主干道的平均照度為30 lx)，路面平均照度的平均值達(dá)到51 lx，個別路面平均照度竟然達(dá)到105 lx。這種盲目追求路面亮度的現(xiàn)象，不僅造成了電能的過度浪費(fèi)，而且還產(chǎn)生了照明眩光、光污染等問題，其照明的負(fù)面效應(yīng)較為突出。
(4)管理問題
由于城市路燈照明系統(tǒng)管理制度的不完善，造成只重建設(shè)輕管理的現(xiàn)象較為普遍，特別是照明工程建成竣工后，照明設(shè)施的維護(hù)管理工作未能跟上，以致不少工程出現(xiàn)亮燈率低，照明效果急劇下降的現(xiàn)象。
大數(shù)據(jù)推動智慧城市照明建設(shè)
本文以文獻(xiàn)提出的大數(shù)據(jù)技術(shù)智慧城市照明系統(tǒng)為基礎(chǔ)，綜合考慮解決傳統(tǒng)照明管理不夠細(xì)致的問題，同時實(shí)現(xiàn)更加智能化的管理并達(dá)到高效節(jié)能目的，構(gòu)建了新的大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧城市照明管理系統(tǒng)，它充分融合先進(jìn)的通信、傳感、云計算等多種現(xiàn)代化科技手段，使照明在滿足公共照明需求的基礎(chǔ)上更為智能， 其總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，該系統(tǒng)由以下四層構(gòu)成：
(1)采集、控制執(zhí)行層：由多種傳感器、單燈控制器、防盜報警末端三部分構(gòu)成。傳感器模塊包括攝像頭、噪聲檢測傳感器、空氣污染檢測器、溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧感應(yīng)器、亮度傳感器、紅外感應(yīng)器等，可采集路燈周圍環(huán)境數(shù)據(jù)信息。單燈控制器可采集路燈運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，并向路燈監(jiān)控終端(RTU)回傳路燈用電量、運(yùn)行狀態(tài)、照明強(qiáng)度等信息。
(2)前端分布控制層：路燈監(jiān)控終端(RTU)可匯聚分支范圍內(nèi)的傳感器采集信息、路燈用電量及運(yùn)行狀態(tài)等信息。
(3)通信傳輸層：路燈監(jiān)控終端(RTU)和監(jiān)控中心之間采用無線傳感網(wǎng)或移動通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，路燈監(jiān)控終端(RTU)與每盞路燈單燈控制、電纜防盜末端之間的通訊通過電力線載波通信來實(shí)現(xiàn)。
(4)應(yīng)用處理層：綜合利用采集到的各類數(shù)據(jù)信息及電網(wǎng)、氣象等相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析，并通過所分析的結(jié)果反饋到各分支路燈監(jiān)控終端，實(shí)現(xiàn)智能路燈的自適應(yīng)調(diào)節(jié)亮度從而達(dá)到節(jié)能的目的。同時，可輔助實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測路燈工作狀況，提供路燈故障類型報警及故障地點(diǎn)通知等功能。
除了對照明輸出支路、供電配電柜、路燈的電流、電壓、功率和能耗信息進(jìn)行采集外，系統(tǒng)還可采集諸如氣象數(shù)據(jù)、車流量和地理位置等信息，這些必將形成海量的數(shù)據(jù)。充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，動態(tài)分析并挖掘城市各項(xiàng)信息需求，輔助管理決策者，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
發(fā)展前景展望
可以預(yù)見在不久的將來，大數(shù)據(jù)將遍布智慧城市的方方面面。本文構(gòu)建的基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧城市照明管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以對其功能進(jìn)行擴(kuò)充和延展， 進(jìn)而組建智慧城市的二大智能感知系統(tǒng)：智慧交通系統(tǒng)和智能安防系統(tǒng)。
(1)智慧交通系統(tǒng)
智慧交通系統(tǒng)將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子控制技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)等有效地綜合運(yùn)用于整個交通運(yùn)輸管理體系，從而建立起一種大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時、準(zhǔn)確、高效的綜合運(yùn)輸和管理系統(tǒng)。
通過在智慧城市照明管理系統(tǒng)上安裝的傳感器，路燈可以感知行駛在馬路上的汽車速度以及某區(qū)域內(nèi)的汽車數(shù)量。將這些信息上傳至智慧城市智能交通監(jiān)控中心，控制中心就能以傳統(tǒng)方式(如手機(jī)短信、路邊LED 廣告牌、收音機(jī)廣播等)及新媒體手段(如Web、微博、微信等)傳播出去，為司機(jī)選擇最佳行駛路線提供參考，為市民出行路線提供選擇依據(jù)，從而有效改善城市交通狀況。
系統(tǒng)通過路燈傳感器獲得的數(shù)據(jù)還可以用于輔助交通規(guī)劃決策，就公交網(wǎng)絡(luò)而言，傳統(tǒng)的方式需要在投入大量人力進(jìn)行OD(起點(diǎn)—終點(diǎn))調(diào)查和數(shù)據(jù)收集。而路燈傳感器，則讓數(shù)據(jù)更為全面的展現(xiàn)在決策人員面前，人流、車流量數(shù)據(jù)全部可以精確掌握，同時再利用車輛擁堵時間，擁堵路段的大數(shù)據(jù)分析后，公交車的線路調(diào)整、增加與減少換乘站的決策就會更加有依據(jù)。
系統(tǒng)的核心是智能路燈， 通過這些智能路燈和路燈聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，交通部門是能夠大大增強(qiáng)路面監(jiān)控能力。在有車輛違規(guī)停車，又或是路面上發(fā)生交通事故時，交警就能第一時間掌握路面狀況。另外，路燈還能為交通規(guī)劃者提供參考數(shù)據(jù)，代替目前昂貴的監(jiān)測技術(shù)。
此外，在對路燈采集的大數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，就可以預(yù)測群體出行行為，對其可能出行的時間，出行路線，出行方式等等進(jìn)行預(yù)測，從而為城市車輛調(diào)度提供決策幫助。
(2)智慧安防系統(tǒng)
智慧安防是科學(xué)技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步產(chǎn)生的一個全新領(lǐng)域，它使得傳統(tǒng)的安防和計算機(jī)之間的界限在逐步消失。智慧安防系統(tǒng)通過全新的視頻監(jiān)控和圖像分析，可以幫助城市管理者實(shí)現(xiàn)可視化的感知。
通過系統(tǒng)上的傳感器裝置，可以建設(shè)覆蓋全市的感知網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時鎖定出警人員、警用車輛的地理位置，合理調(diào)度，在應(yīng)對警情的時候，及時鎖定警情區(qū)域，搜索附近警力資源，實(shí)時響應(yīng)，快速出警。
基于路燈上安裝的高清攝像頭，可以實(shí)時監(jiān)測、采集智能路燈周邊的行人、車輛數(shù)據(jù)，同時將數(shù)據(jù)上傳至安防平臺，組建一個覆蓋全市的智慧安防系統(tǒng)。在案件的偵破中，公安機(jī)關(guān)結(jié)合110 報警平臺，鎖定案發(fā)區(qū)域的警情信息， 通過調(diào)用攝像頭采集到的視頻數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，提高案件的偵破效率。
結(jié)合路燈上高清攝像頭采集到的人類行為數(shù)據(jù)，分析犯罪區(qū)域的視頻資料，可以發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的犯罪趨勢和犯罪模式。完成對犯罪趨勢、熱點(diǎn)區(qū)域、熱點(diǎn)問題的科學(xué)預(yù)測，對于治安形勢的分析、研判、警力的部署以及重點(diǎn)工作的確定有著極其重要的作用。
在案件高發(fā)路段，行人在來不及，或者沒有條件電話報警的情況下，可以通過安裝在智能路燈上的“一鍵報警”按鈕，及時向附近的治安網(wǎng)點(diǎn)、警力報告自己的精確地理位置，治安中心接收到報警請求后可以及時調(diào)用路燈附近的視頻信息，分析案情，迅速出警。
結(jié)束語
本文針對智慧城市照明建設(shè)中存在的困難和問題，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)提出了智慧城市照明系統(tǒng)體系框架，可對現(xiàn)有路燈進(jìn)行改造，通過在路燈上安裝多種傳感器、控制器和通信模塊，可方便快捷地實(shí)現(xiàn)破壞程度低、覆蓋范圍廣、建設(shè)成本低、智能化程度高的智慧城市信息感知網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，可以為我國的智慧城市照明建設(shè)提供有力支撐。