[发明专利]一种面向5G应用的智慧灯杆集成装置及实现方法

权利要求书

1.一种面向5G应用的智慧灯杆集成装置，其特征在于包括中央控制模块、光强检测模块、5G通信模块、空气检测模块、摄像监控模块、液晶显示模块、应急报警模块、温湿度检测模块、噪音检测模块和定位模块；

所述的5G通信模块与中央控制模块连接，用于通过5G网络实现智慧灯杆集成装置与控制平台和服务器端的网络通信；

所述的光强检测模块与中央控制模块连接，用于通过安装在照明灯上端的光线亮度传感器采集太阳光强度数据；

所述的摄像监控模块与中央控制模块连接，用于通过摄像头采集路面和周围行人及环境图像信息；

所述的温湿度检测模块与中央控制模块连接，用于通过在灯杆上固定的温度传感器、湿度传感器采集灯杆周围的温湿度数据；

所述的空气检测模块与中央控制模块连接，用于通过在灯杆上固定的空气质量检测器采集灯杆周围的空气质量数据；

所述的噪音检测模块与中央控制模块连接，用于通过在灯杆上固定的噪音传感器采集灯杆周围的噪音数据；

所述的液晶显示模块与中央控制模块连接，用于通过液晶显示屏实现信息发布显示；

所述的应急报警模块、定位模块与中央控制模块连接，应急报警模块和定位模块通过一键求助按钮同步实现，通过一键求助按钮实现本地端的定位位置和监控信息与云端控制平台之间的信息传输；

根据不同控制对象，整个智慧灯杆集成装置划分为六部分：智慧照明系统、视频监控系统、5G通信系统、环境监测系统、信息发布系统、自检监控系统和应急报警系统；

智慧照明系统包括多个LED路灯、亮度控制器和光强检测模块；LED路灯的亮度和开关通过光强检测模块采集到的数据进行控制，中央控制模块通过亮度控制器进行LED路灯亮度的调节和开关的控制；

视频监控系统即摄像监控模块，包括高清摄像头，通过高清摄像头进行视频信息的采集与监控；

5G通信系统包括置于灯杆杆体顶部的5G微基站和5G通信模块，其中5G通信模块包括WIFI-AP和LoRa智慧网关；5G微基站和WIFI-AP进行5G/4G信号的发送传输，LoRa智慧网关进行智慧灯杆的物联网通讯和调度分配；

环境监测系统包括预警控制器、空气检测模块、温湿度检测模块和噪音检测模块；将空气检测模块、温湿度检测模块和噪音检测模块采集的数据传递给中央控制模块，使预警控制器工作达到预警效果，同时可将监测结果和预警信息发布在液晶显示屏中，与信息发布系统进行信息交互；

信息发布系统包括液晶显示屏，用于实现信息和后台信息的发布，通过5G或LoRa的方式将每一个信息发布系统的硬件与云端控制平台相连接；

自检监控系统受灯杆内部的中央控制模块控制，并与5G通信模块和定位模块相连，并与云端控制平台进行通讯，用于监测智慧灯杆的实时工作状态；

应急报警系统包括应急报警模块、定位模块；实现按下应急报警模块的一键求助按钮，定位模块和摄像监控模块即将位置和图像信息发送至云端控制平台；

智慧照明系统中由亮度控制器与光强检测模块共同实现的路灯控制方法，利用物联网技术和雾计算模型，将异常路灯的控制模式从传感器的电路自动控制变为由网关模拟控制，由网关对故障路灯发出指令，从而实现故障路灯的正常控制；

基于雾计算模型的路灯光控方法如下：

步骤一、在一次光强检测模块将检测数据上传到中央控制模块后，中央控制模块通过定位模块计算得到与当前路灯最近的4个路灯；并获取4个路灯的光强检测模块中传感器的信息数据，并通过设定的阈值判断数据是否异常；如果存在异常，需同时使用该异常路灯周围最近的4个路灯的强检测模块中传感器的信息数据对异常路灯进行控制；

所述的光强检测模块中传感器的信息数据为0或者为异常，则数据对应的路灯为异常；

步骤二、如果一天同一个路灯出现多次数据异常，需判断获取的数据是否同正常数据一样保持近线性关系，再进一步判断异常是否是由于传感器故障引起的；

步骤三、重复步骤一、二实现光线亮度传感器基于区域数据的动态调优运行；

步骤一中基于区域信息的邻近路灯位置点获取方法是通过路灯的定位模块与灯杆信息进行绑定，对路灯信息进行分组索引，对路灯位置进行数据化管理，以便于解决邻近路灯位置点信息的获取问题；

具体的区域路灯分组索引方法如下：

步骤1、路灯录入云端控制平台时，根据道路位置顺序规则进行编号并绑定当前路灯的网关；

步骤2、当路灯故障时，获取故障路灯网关下最近的四个路灯的编号；

步骤3、读取离故障路灯最近的四个路灯的光强检测模块中传感器的信息数据；

基于边缘计算的智能网关工作如下：

步骤(1)LoRa智慧网关在正常工作状态下执行边缘计算任务：

LoRa智慧网关接收云端控制平台发送的任务控制信号并发送给中央控制模块; 中央控制模块根据控制信号获取光强检测模块、空气检测模块、摄像监控模块、温湿度检测模块、噪音检测模块、5G通信模块、定位模块和应急报警模块的数据；LoRa智慧网关对中央控制模块获取的8个信息执行边缘计算任务，然后通过网络链路发回云端控制平台，完成信息收集；且在进行边缘计算任务时，LoRa智慧网关通过计算自身此时的总时延，来调整工作状态；

所述的8个信息执行边缘计算任务的优先度如下：光强检测模块、5G通信模块、应急报警模块、定位模块、摄像监控模块、空气检测模块、噪音检测模块和温湿度检测模块的数据；

步骤(2)LoRa智慧网关在繁忙工作状态下执行边缘计算任务：

当一个LoRa智慧网关出现繁忙状态，会选择与其距离最近的处于正常工作的LoRa智慧网关进行交流通信; 通过通信协议，进行边缘计算任务的均衡分配与调度具体流程如下:

a.LoRa智慧网关A计算总时延，进入了繁忙工作状态;

b.LoRa智慧网关A寻找最近的正常工作的LoRa智慧网关B；

c.LoRa智慧网关A将自身优先度最低的边缘计算任务卸载并分配给LoRa智慧网关B;

d.重新计算LoRa智慧网关A的总时延，调整工作状态，如果仍然为繁忙状态，则重新返回步骤a~c。