本發(fā)明涉及路燈控制領(lǐng)域，具體為一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、智慧路燈是利用先進(jìn)的信息技術(shù)和通信技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)路燈進(jìn)行升級(jí)和改造，使其具備更智能化、高效能、環(huán)保、安全等特點(diǎn)的智能照明設(shè)施，相比于傳統(tǒng)路燈，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、能源節(jié)約、環(huán)境感知、智能化管理和安全保障等功能。

2、一種智慧路燈可以通過感知周圍環(huán)境的變化來調(diào)節(jié)燈光的亮度和角度，現(xiàn)有技術(shù)下通常采用路燈內(nèi)置的紅外感應(yīng)裝置或聲波測(cè)量裝置來測(cè)定道路中人員或行人的位置，從而改變路燈亮度。但紅外感應(yīng)裝置時(shí)延長(zhǎng)，敏感性弱，無法識(shí)別車輛或穿厚重衣物的行人，而聲波測(cè)量則容易受到道路上嘈雜噪音的干擾，識(shí)別準(zhǔn)確度差。

3、此外，由于路燈的照射范圍內(nèi)各位置的亮度存在差異，當(dāng)不同高度的行人或車輛經(jīng)過時(shí)，容易被路燈的光線直射，從而造成眩光，常用調(diào)節(jié)路燈角度的方法很難在同時(shí)達(dá)到道路的一般照明要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈控制系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈控制系統(tǒng)，包括：平行感光模塊、脈沖記錄模塊、模型構(gòu)建模塊、物體定位模塊和燈態(tài)控制模塊；

3、所述平行感光模塊由設(shè)置在路燈另一側(cè)路面平行位置處的感光元件以及路燈內(nèi)部的信號(hào)接收裝置構(gòu)成，感光元件用于接收路燈以恒定亮度照射的燈光，并根據(jù)接收到的光強(qiáng)大小產(chǎn)生電流，信號(hào)接收裝置用于接收感光元件發(fā)出的脈沖信號(hào)，并在數(shù)據(jù)庫中記錄脈沖信號(hào)的來源與發(fā)生時(shí)間。

4、所述脈沖記錄模塊用于分析感光元件發(fā)出的電流，在檢測(cè)到電流變化率超過閾值時(shí)，生成單位脈沖信號(hào)，將脈沖信號(hào)通過預(yù)置天線發(fā)送到路燈內(nèi)部的信號(hào)接收裝置中，在連續(xù)兩次發(fā)出脈沖信號(hào)后，在數(shù)據(jù)庫中按時(shí)間順序排列全部脈沖信號(hào)的接收記錄，直到最后一個(gè)感光元件連續(xù)兩次發(fā)出脈沖信號(hào)預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)后，輸出數(shù)據(jù)庫中的記錄；

5、所述模型構(gòu)建模塊用于根據(jù)數(shù)據(jù)庫的輸出記錄、路燈間隔和路面參數(shù)，計(jì)算經(jīng)過路燈下方行人的長(zhǎng)度范圍，在總控平臺(tái)中匯總多臺(tái)路燈的輸出記錄，計(jì)算行人每一個(gè)輪廓點(diǎn)在路燈照射下的投影，根據(jù)全部輪廓點(diǎn)的投影建立分析模型；

6、所述物體定位模塊用于根據(jù)輸出記錄中接收脈沖的時(shí)刻以及脈沖信號(hào)來源元件的位置，計(jì)算行人的移動(dòng)速度，再由行人的移動(dòng)速度和最后一個(gè)連續(xù)發(fā)送兩次脈沖信號(hào)的元件所在位置，預(yù)測(cè)行人當(dāng)前的位置；

7、所述燈態(tài)控制模塊用于根據(jù)物體前進(jìn)速度前判斷光照區(qū)間長(zhǎng)度，提高行人預(yù)估位置前方光照區(qū)間內(nèi)所有路燈的亮度，并計(jì)算行人位于各路燈主光矩照射范圍內(nèi)的光照強(qiáng)度，根據(jù)光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)路燈照射角度，使落在物體最高處的光照強(qiáng)度保持不變。

8、進(jìn)一步的，所述平行感光模塊包括：元件設(shè)置單元和信號(hào)接收單元；

9、所述元件設(shè)置單元用于將感光元件設(shè)置在與路燈相平行的道路另一側(cè)，所述感光元件中帶有光敏器件、電源器件和通信器件；

10、所述信號(hào)接收單元設(shè)置在智能路燈中，用于接收感光元件發(fā)送的脈沖信號(hào)，并記錄脈沖信號(hào)發(fā)來的時(shí)間和發(fā)送來源。

11、進(jìn)一步的，所述脈沖記錄模塊包括：信號(hào)生成單元和時(shí)序記錄單元；

12、所述信號(hào)生成單元由電流計(jì)、邏輯電路和脈沖發(fā)生器構(gòu)成，與感光元件串聯(lián)，用于檢測(cè)感光元件中的電流，當(dāng)電流變化率高于閾值時(shí)，向?qū)?yīng)路燈發(fā)送脈沖信號(hào)；

13、所述時(shí)序記錄單元用于在數(shù)據(jù)庫中記錄所有的脈沖信號(hào)，并按時(shí)間順序排列，構(gòu)成信號(hào)數(shù)據(jù)集。

14、進(jìn)一步的，所述模型構(gòu)建模塊包括：陰影分析單元、輪廓繪制單元和物體塑造單元；

15、所述陰影分析單元用于根據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)集中脈沖信號(hào)發(fā)出的時(shí)間計(jì)算陰影進(jìn)入路燈范圍到離開路燈范圍所用的時(shí)間；

16、所述輪廓繪制單元用于根據(jù)陰影在不同位置所用的時(shí)間計(jì)算陰影在不同角度下的投影面積；

17、所述物體塑造單元用于根據(jù)不同位置的投影面積，擬合路燈下方物體的模型，從而計(jì)算出物體的高度和寬度。

18、進(jìn)一步的，所述物體定位模塊包括：位置解析單元和行進(jìn)速度單元；

19、所述位置解析單元用于根據(jù)最后一個(gè)發(fā)出脈沖信號(hào)的感光元件位置，對(duì)行人當(dāng)前位置進(jìn)行測(cè)算；

20、所述行進(jìn)速度單元用于根據(jù)兩個(gè)相鄰感光元件發(fā)出脈沖信號(hào)的時(shí)長(zhǎng)，判斷行人的行走速度和行走方向。

21、進(jìn)一步的，所述燈態(tài)控制模塊包括：亮度調(diào)節(jié)單元、角度調(diào)節(jié)單元和光矩測(cè)算單元；

22、所述亮度調(diào)節(jié)單元設(shè)置在路燈中，包含信號(hào)接收器件和可變電阻，用于調(diào)節(jié)行人行走方向前方路燈的亮度；

23、所述角度調(diào)節(jié)單元設(shè)置在路燈燈罩與路燈桿連接處，用于根據(jù)接收到的控制信號(hào)調(diào)節(jié)路燈照射的角度；

24、所述光矩測(cè)算單元用于根據(jù)當(dāng)前路燈的照射角度和光照強(qiáng)度，計(jì)算行人所在位置接收到的光照強(qiáng)度。

25、一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈控制方法，包括以下步驟：

26、步驟s1.在道路的另一側(cè)與路燈平行的位置設(shè)置感光元件，并在相鄰兩個(gè)感光元件之間再設(shè)置一個(gè)感光元件，所述感光元件能夠根據(jù)路燈的光線強(qiáng)度改變自身發(fā)出的電流，對(duì)所有感光元件和路燈編號(hào)；

27、步驟s2.打開路燈，以恒定第一亮度工作，當(dāng)通過感光元件中電流的變化率高于閾值時(shí)，向總控發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，總控記錄脈沖信號(hào)的來源和發(fā)生時(shí)間；

28、步驟s3.按照投影分析方法，根據(jù)各感光元件發(fā)出脈沖信號(hào)的間隔計(jì)算行人的高度和平均行進(jìn)速度，由相鄰兩個(gè)感光元件間的距離和發(fā)出脈沖信號(hào)的時(shí)間差，得到行人寬度和行進(jìn)方向；

29、步驟s4.由當(dāng)前最后一個(gè)發(fā)出脈沖信號(hào)的感光元件位置，得到用戶的當(dāng)前位置，將用戶行進(jìn)速度與預(yù)設(shè)照明時(shí)間相乘，得到路燈的光照區(qū)間，提高用戶行進(jìn)方向上所有位于光照區(qū)間內(nèi)的路燈的亮度；

30、步驟s5.按照直射計(jì)算方法，由行人位置、行人高度和路燈高度計(jì)算各路燈直射行人時(shí)的角度，記作目標(biāo)角度，調(diào)節(jié)光照區(qū)間內(nèi)各路燈的角度，使路燈的直射角度避開道路中所有行人的目標(biāo)角度。

31、進(jìn)一步的，步驟s1包括：

32、步驟s11.對(duì)道路上的路燈進(jìn)行編號(hào)，并在道路的另一側(cè)設(shè)置感光元件，使感光元件與路燈位于道路兩側(cè)的相同位置，所述感光元件中帶有光敏器件、電源器件和通信器件，用于檢測(cè)照射到元件上的燈光亮度，并根據(jù)檢測(cè)到的亮度改變內(nèi)部電流大小；

33、設(shè)置的感光元件記為集合{w1,w2,…,wn}，其中n代表路燈的數(shù)量，n≥3，wn代表與路燈n平行的感光元件；

34、步驟s12.在相鄰兩個(gè)感光元件連線的中點(diǎn)處再設(shè)置一個(gè)感光元件，對(duì)新添加的感光元件進(jìn)行重新編號(hào)，記作集合{w(1,2),w(2,3),…,w(n-1,n)}，其中w(n-1,n)代表在感光元件wn-1和wn之間設(shè)置的感光元件。

35、進(jìn)一步的，步驟s2包括：

36、步驟s21.預(yù)設(shè)第一亮度q1，打開路燈，使路燈按照第一亮度照射感光元件，并記錄感光元件中的電流；

37、步驟s22.以時(shí)間為自變量，感光元件中的電流為因變量構(gòu)建函數(shù)f(t)，其中t為時(shí)間，檢測(cè)函數(shù)f(t)在當(dāng)前時(shí)刻的導(dǎo)數(shù)f’(t0)，其中t0為當(dāng)前時(shí)刻；

38、當(dāng)|f’(t0)|≥a時(shí)，通過感光元件中的通信器件向控制中心發(fā)射單位脈沖信號(hào)，其中a為預(yù)設(shè)變化率閾值；

39、步驟s23.控制中心接收到感光元件發(fā)來的單位脈沖信號(hào)后，在數(shù)據(jù)庫中記錄接收到脈沖信號(hào)時(shí)的時(shí)刻與脈沖信號(hào)的來源。

40、進(jìn)一步的，步驟s3包括：

41、步驟s31.如果數(shù)據(jù)庫中記錄了同一個(gè)感光元件發(fā)送的兩道脈沖信號(hào)，則將發(fā)送信號(hào)的感光元件標(biāo)記為目標(biāo)元件，當(dāng)至少連續(xù)三個(gè)元件被標(biāo)記為目標(biāo)元件時(shí)，執(zhí)行步驟s32；

42、步驟s32.按照投影分析方法，根據(jù)相鄰元件發(fā)出脈沖的時(shí)刻，計(jì)算行人的高度，所述投影分析方法如下：

43、s32-1.將第一個(gè)目標(biāo)元件發(fā)出脈沖的時(shí)刻記作ta1，該元件再次發(fā)出脈沖的時(shí)刻記作ta2，第二個(gè)目標(biāo)元件第一次發(fā)出脈沖的時(shí)刻記作tb1，第二次發(fā)出脈沖的時(shí)刻記作tb2，第三個(gè)目標(biāo)元件第一次發(fā)出脈沖的時(shí)刻記作tc1，第二次發(fā)出脈沖的時(shí)刻記作tc2；

44、s32-2.按以下公式計(jì)算行人的高度和平均行進(jìn)速度：其中，θ代表水平照射偏角，v代表行人的平均行走速度，h代表行人的高度，ls代表兩個(gè)感光元件之間的距離，l代表路燈與第二個(gè)目標(biāo)元件之間的水平距離，h代表路燈的高度；

45、步驟s33.計(jì)算行人的寬度d，所述d=v·(ta2-ta1)，以感光元件發(fā)出脈沖的先后順序，得到行人的行進(jìn)方向，所述行進(jìn)方向?yàn)橄劝l(fā)出脈沖的感光元件指向后發(fā)出脈沖的感光元件方向。

46、進(jìn)一步的，步驟s4包括：

47、步驟s41.將當(dāng)前時(shí)刻與數(shù)據(jù)庫中最后記錄的脈沖信號(hào)時(shí)刻相減，得到行人行進(jìn)時(shí)長(zhǎng)，將行人行進(jìn)時(shí)長(zhǎng)與行人的平均行走速度相乘，得到行進(jìn)距離，在最后一道脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的感光元件位置沿道路向行進(jìn)方向延長(zhǎng)一個(gè)行進(jìn)距離，得到行人當(dāng)前位置；

48、步驟s42.計(jì)算路燈的光照區(qū)間長(zhǎng)度z，所述z=v·r，其中r代表預(yù)設(shè)的照明時(shí)間，提高行人所在位置前方光照區(qū)間內(nèi)所有路燈的亮度。

49、進(jìn)一步的，步驟s5包括：

50、步驟s51.按照直射計(jì)算方法，由行人位置、行人高度和路燈高度計(jì)算各路燈直射行人時(shí)的角度，所述直射計(jì)算方法如下：其中，ω代表目標(biāo)角度，t0代表當(dāng)前時(shí)刻，tg代表數(shù)據(jù)庫中最后記錄的脈沖信號(hào)時(shí)刻；

51、步驟s52.計(jì)算道路上所有行人的目標(biāo)角度，調(diào)節(jié)光照區(qū)間內(nèi)路燈的直射角度，使所有路燈的直射角度避開行人的目標(biāo)角度。

52、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：

53、本發(fā)明能夠在路燈的另一側(cè)設(shè)置感光元件，感光元件電流的變化率高于閾值時(shí)向路燈發(fā)出脈沖信號(hào)，路燈記錄脈沖信號(hào)的來源和發(fā)送時(shí)刻，通過行人遮擋燈光產(chǎn)生的影子代替紅外感應(yīng)或超聲感應(yīng)裝置進(jìn)行人員識(shí)別，可以更精確地識(shí)別行人的位置，增加智能路燈的自動(dòng)化水平，提高道路參與者的視覺舒適度。

54、本發(fā)明能夠根據(jù)路燈間距、路燈高度、各感光元件發(fā)出的脈沖信號(hào)以及路燈與路面距離計(jì)算路燈下方行人的形狀，計(jì)算行人坐標(biāo)以及前進(jìn)速度，可以使道路系統(tǒng)識(shí)別行人的行進(jìn)趨勢(shì)，從而提前對(duì)道路燈光進(jìn)行調(diào)整，有利于降低路燈電力成本，提高照明效能。

55、本發(fā)明能夠根據(jù)行人的高度調(diào)節(jié)光照區(qū)間內(nèi)燈罩的角度，使落在行人最高處的光照強(qiáng)度保持不變，避免路燈直射光線造成人員眩光，有助于提升道路安全性，減少路燈照明的光污染，提高行人的舒適感和安全感。