——HXGE系列工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)在智慧城市解決方案中的應(yīng)用
一、智慧燈桿系統(tǒng)發(fā)展背景
城市道路照明系統(tǒng)是城市公共設(shè)施的重要組成部分，隨著全國城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，城市道路照明路燈的數(shù)量越來越多，能耗越來越高，給城市供電系統(tǒng)帶來不小壓力。同時(shí)，城市照明系統(tǒng)的日常維護(hù)工作和高昂的維護(hù)成本，給城市綜合管理造成了巨大的困難。隨著城市現(xiàn)代化發(fā)展的需要，城市公共基礎(chǔ)設(shè)施不斷升級改造，城市照明系統(tǒng)的升級改造也愈發(fā)顯得重要。
隨著2016年《“十三五”城市綠色照明規(guī)劃綱要》的實(shí)施，全國很多城市以提升照明品質(zhì)和實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能為核心，以建設(shè)智慧城市為契機(jī)，大力發(fā)揮智慧照明在智慧城市建設(shè)中的引領(lǐng)作用，智慧燈桿在其中更是發(fā)揮了關(guān)鍵作用。每個(gè)城市都擁有數(shù)量眾多的路燈，是最密集的城市基礎(chǔ)設(shè)施，便于信息的采集和發(fā)布。這些智慧燈桿不僅在傳統(tǒng)的照明功能上進(jìn)行優(yōu)化，還融合了多種智能功能，從而形成了智慧燈桿系統(tǒng)。
二、智慧燈桿系統(tǒng)架構(gòu)
智慧燈桿系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、智能的照明系統(tǒng)外，還可承擔(dān)各種應(yīng)用系統(tǒng)：如安防及道路智慧監(jiān)控、環(huán)境信息采集、WIFI 熱點(diǎn)、LED信息發(fā)布系統(tǒng)、充電樁等系統(tǒng)，承擔(dān)了基于智慧城市建設(shè)為目標(biāo)的物聯(lián)網(wǎng)感知入口和服務(wù)大眾的出口，成為智慧城市前端的信息中樞，為城市的信息感知、市民的交通出行、路況的輔助管理等提供各種場景化、定制化服務(wù)。而在智慧燈桿系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的過程中，宏達(dá)信諾的HXGE系列工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)則承擔(dān)了集中通信、控制和運(yùn)營管理的角色。
智慧燈桿系統(tǒng)一般分為三個(gè)層級，分別為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。
一） 感知層：
主要包括負(fù)責(zé)前端數(shù)據(jù)采集和相關(guān)信息輸出的設(shè)備，比如：照明燈、各類傳感器、攝像頭、音頻廣播、LED屏等設(shè)備。下圖為智慧燈桿示意圖：
智慧燈桿可以依托LED路燈和智能控制平臺(tái)，集成WIFI基站、攝像頭、紅外線傳感器、雷達(dá)、電子顯示屏、充電樁、電子等，變成一個(gè)信息載體，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、環(huán)保監(jiān)測、車輛監(jiān)控、安防監(jiān)控、燈桿屏、城市洪澇災(zāi)害預(yù)警、區(qū)域噪聲監(jiān)測、市民應(yīng)急報(bào)警等。
二）網(wǎng)絡(luò)層：
主要包括負(fù)責(zé)感知輸出設(shè)備的數(shù)據(jù)通信及控制的設(shè)備，本文系統(tǒng)方案中主要應(yīng)用的是宏達(dá)信諾的HXGE系列工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，下面以此類系統(tǒng)中常用典型型號(hào)HXGE-6204工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)為例介紹網(wǎng)關(guān)性能如下：
HXGE-6204是宏達(dá)信諾自主研發(fā)的“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)”產(chǎn)品家族成員，是一款基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的工業(yè)級嵌入式軟硬一體設(shè)備。該系列產(chǎn)品內(nèi)置豐富的規(guī)約轉(zhuǎn)換庫非常適合于協(xié)議轉(zhuǎn)換或現(xiàn)場通訊管理等應(yīng)用；內(nèi)置遠(yuǎn)程運(yùn)維管理模塊，可以對遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行調(diào)試、跟蹤、下載等功能。
1） 智能網(wǎng)關(guān)集成豐富的物理通信接口，如：RJ45以太網(wǎng)口、RS485/RS232串口、WIFI接口、4G/5G無線接口等；
2） 智能網(wǎng)關(guān)內(nèi)置海量的各行業(yè)通信協(xié)議，如：Modbus RTU/TCP、DLT645-2007、IEC104、MQTT等，方便采集各種類型的設(shè)備數(shù)據(jù)；
3） 智能網(wǎng)關(guān)支持定制開發(fā)，可以對接大部分常見主流云平臺(tái)；
4） 智能網(wǎng)關(guān)支持加裝大容量存儲(chǔ)卡，便于數(shù)據(jù)的本地存儲(chǔ)；
5） 智能網(wǎng)關(guān)支持-40～80℃工業(yè)寬溫應(yīng)用，適應(yīng)各種惡劣的應(yīng)用環(huán)境；
6） 智能網(wǎng)關(guān)具備遠(yuǎn)程調(diào)試功能，方便設(shè)備的遠(yuǎn)程運(yùn)維管理。
宏達(dá)信諾HXGE-6204作為一款工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，通過與智慧城市應(yīng)用中的需求相結(jié)合，其在智慧燈桿系統(tǒng)中起到非常重要的作用。
1）智能照明系統(tǒng)
HXGE-6204工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)支持照明系統(tǒng)對市政路燈精細(xì)化管理，可以對單盞路燈進(jìn)行開關(guān)、調(diào)光、群控、電壓電流采集、功率調(diào)節(jié)、燈桿漏電檢測、燈具故障監(jiān)測、回路控制數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、用電分析、支路電流檢測等。
2）信息發(fā)布系統(tǒng)
HXGE-6204工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)通過千兆R(shí)J45高速網(wǎng)口接入信息顯示屏，傳輸視頻、圖片等媒體內(nèi)容，可遠(yuǎn)程設(shè)定下發(fā)媒體播放計(jì)劃，管理文字、圖片、視頻素材，組合素材編制節(jié)目，如場所通知、政策動(dòng)向、商業(yè)廣告等，還可遠(yuǎn)程開關(guān)屏幕、重啟、截屏、調(diào)整亮度等。
3）語音通訊系統(tǒng)
HXGE-6204工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)支持建立語音通訊鏈接，智慧燈桿搭載一鍵告警語音通話器后，可接入智能網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場和管理中心的雙向語音通訊，第一時(shí)間反饋現(xiàn)場情況，或是轉(zhuǎn)接到相關(guān)部門進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)。例如：高速語音廣播、河邊防溺水告警等。
4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)
HXGE-6204工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)支持接入攝像頭，實(shí)現(xiàn)入侵偵測、越界偵測、移動(dòng)偵測等智能偵測功能,可以監(jiān)測車流量監(jiān)控、實(shí)時(shí)路況、違章抓拍、安防監(jiān)控、市政設(shè)施監(jiān)控、特殊人群監(jiān)控、無人智慧停車管理。支持350°水平旋轉(zhuǎn)，垂直方向0°-90°，系統(tǒng)具有內(nèi)網(wǎng)監(jiān)控、外網(wǎng)監(jiān)控、視頻回放、視頻管理等功能，客戶分屏管理、云臺(tái)控制等操作。
5）環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)
HXGE-6204工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)支持對接氣象傳感器采集，綜合采集溫度、濕度、雨量、氣壓、PM2.5、PM10、光照、風(fēng)速、風(fēng)向、噪聲、光輻射、紫外線強(qiáng)度等氣象數(shù)據(jù)。采集的參數(shù)完全滿足智慧環(huán)保、智慧照明等行業(yè)需求。通過RS485有線輸出方式，直接將數(shù)據(jù)輸出至智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳到智慧云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)的統(tǒng)一管理。
6）防塵降噪系統(tǒng)
HXGE-6204工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)支持接入智慧燈桿搭載的空氣監(jiān)測儀，采集空氣中的PM2.5、PM10含量數(shù)據(jù)，當(dāng)超過設(shè)定閾值后，智能網(wǎng)關(guān)的邊緣策略功能，能夠自動(dòng)控制霧化噴口開啟，進(jìn)行噴灑水霧降塵除霾作業(yè)。當(dāng)傳感器采集的PM2.5、PM10等數(shù)據(jù)低于設(shè)定范圍后，智能網(wǎng)關(guān)也能夠通過工業(yè)接口自動(dòng)控制關(guān)閉霧化噴口，管控水電消耗，有效均衡效率跟節(jié)能。同時(shí)智能網(wǎng)關(guān)也能實(shí)時(shí)監(jiān)測水量消耗、電量消耗、噴口工作狀態(tài)等信息，并將以上數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳到智慧云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在線集中監(jiān)測感知空氣質(zhì)量，優(yōu)化工作的效果。
三） 應(yīng)用層：
感知層的海量數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)層上傳至云端，在云端形成大數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可與政府內(nèi)部的交通系統(tǒng)、警務(wù)管理系統(tǒng)、財(cái)政管理系統(tǒng)和采購管理系統(tǒng)進(jìn)行交互，基于對感知層海量信息的處理與分析，對包括民生、環(huán)境、公共安全等在內(nèi)的各種需求做出智能化響應(yīng)和智能化決策支持，使得城市生活達(dá)到“智慧”狀態(tài)。
三、智慧燈桿系統(tǒng)綜合效益
智慧燈桿系統(tǒng)帶來的效益包括顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
首先，從經(jīng)濟(jì)效益的角度來看，智慧燈桿系統(tǒng)通過集成5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了路燈的智能化管理和控制，顯著提高了路燈的利用率和照明效率。例如，通過精準(zhǔn)控制開關(guān)燈時(shí)間，解決了過早開燈和過晚關(guān)燈的問題，有效降低了電能消耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。此外，智慧燈桿系統(tǒng)還具備故障主動(dòng)報(bào)警機(jī)制，能夠準(zhǔn)確定位故障地點(diǎn)及故障類型，提高了維護(hù)搶修效率，降低了日常設(shè)施巡查成本。這些功能應(yīng)用大幅提升了城市照明管理科技水平，降低了運(yùn)行管理的人力物力消耗?。
其次，在社會(huì)效益方面，智慧燈桿系統(tǒng)與城市綜合管理系統(tǒng)的結(jié)合，不僅提高了城市管理水平，實(shí)現(xiàn)了對路燈的實(shí)時(shí)監(jiān)控、監(jiān)測和管理，提高了城市照明的安全性和可靠性。通過智能化控制系統(tǒng)，可以提供更加舒適、健康的照明環(huán)境，為居民的生活質(zhì)量帶來積極影響。此外，智慧燈桿的建設(shè)和應(yīng)用還推動(dòng)了城市的智能化發(fā)展，為城市信息化建設(shè)做出貢獻(xiàn)，進(jìn)一步提高了城市的形象和治安穩(wěn)定性?。
綜上所述，城市智慧燈桿系統(tǒng)是整個(gè)智慧城市綜合管理系統(tǒng)的重要組成部分。智慧燈桿不僅是智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，還是推動(dòng)城市管理智能化、提高資源利用效率、增強(qiáng)城市安全性、促進(jìn)綠色發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的重要力量。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場景的不斷拓展，智慧燈桿在未來的智慧城市中將發(fā)揮更加重要的作用?。
