城市照明是城市的基础设施之一，城市照明建设情况从一定程度上彰显着城市的科技实力和经济水平，体现一座城市的竞争力与基础定位。近年来，城市照明的重要性日渐突出，收到了各级政府机关的广泛重视,为完善城市照明基础设施的建设，政府投入了大量的资金。但随着城市化进程的不断深入，城市照明能耗也在逐年攀升，由此，一些相关联的问题开始暴露出来。首先，城市照明需要大量的人员维护，工作量极大，其次，电费支出过多，加重了财政负担。
通过相关调查发现，城市公共照明其耗电量约占总照明耗电量的30%左右。我国的一些大中型城市在晚上 0点以后，小型城市9点以后，户外活动的人数会逐渐减少，仅为平时人流量的10%左右，甚至更低。虽然深夜的城市人流量极小，但城市照明的能耗还是始终保持着相对高位的水平。资源浪费给政府造成了巨大的财政压力，需引起足够重视，并尽早解决。在智慧城市中综合应用物联网技术可以很好的优化城市照明系统，以提高城市照明系统的高效性和节能性。
一、物联网概述
物联网就是万物互联。通常有两种表达含义:一、物联网是以互联网为基础，物联网是基于互联网基础上的拓展和深化。二、物联网的任何节点都可以实现用户端的延伸和拓展，可以进行信息通信和交换。根据物联网本身的特性，可以应用于很多领域，其中包括红外感应、射频识别、激光扫描、全球定位等，并根据协议通过互联网中物与物的连接和通信，实现智能化定位、识别、跟踪、管理和监控等功能。
二、物联网在构建智慧城市中的地位
自1982年第一台智能冰箱问世后，物联网便迅速蔓延了整个世界，如今在“物联网+”的基础上，智慧医疗，智慧农业等系统相继成型，“物联网+操作系统”的组合更是带来了一波热潮。
期刊推荐：《自动化博览》集大中型控制系统(DCS、FCS、SCADA)、工厂信息化(MES、SIS、ERP、CIMS)、先进控制与优化软件、组态软件、现场总线与工业以太网、工业无线通讯、OPC、PLC&PAC、RTU、HMI、工控机与嵌入式系统、变频与传动、运动控制、故障诊断、机器视觉、新型仪器与智能仪表、传感器与检测技术、驱动与伺服、工业安全、模式识别、机器人、自适应控制和预测控制、智能控制与模糊控制、线形与非线形系统控制、神经网络及控制、系统辨识与建模等于一体，理论与实践并重、产研结合、面向工程、突出实用。
中国软件行业协会嵌入式系统分会副理事长何小庆曾提到，物联网已经在互联网的系统上搭建了统一的管道，有云计算和大数据的技术支撑，物联网的技术越来越趋于成熟。不久的将来物联网的成本会更低，设备端也会向的小型化、低功耗、高安全性的方向发展，随着日益复杂的设备软件的出现，应用层对计算能力的要求更高，这些就是物联网操作系统被孕育出来的必要条件，而这一步也是走向智慧城市的必经之路。未来处理智慧城市系统海量数据，物联网是核心。
三、物联网技术在智慧城市中的应用
(一)系统结构
将物联网技术应用于城市照明系统中，对于优化城市照明系统结构具有非常重要的作用，同时，物联网技术可以对网关、路灯信息终端、城市照明控制中心高效协调配置。在以前，城市照明控制中心利用Internet和GPRS 无线通信网实现网关之间的数据连接，如今，整个物联网领域正在向NB-IOT，5G等新系统方向转变，我国的三大运营商就是其基础网的奠基者。值得提一下的是在NBIOT或者5G系统下，路灯加装NB-IOT或者5G模块即可，无需再多加网关中转。而以ZigBee为代表的短距通信在组网时必须加装网关，其过程大致如下：网管系统下发数据给各区域网关，网关转发指令给路灯信息终端，路灯信息终端会根据接受到的指令完成相关操作。从目前的现状看NB-IOT模块价格较贵，且多片区终端易产生拥塞; ZigBee则相对廉价，而且其网络已人为分区，一个网关对应一个或几个片区，基本不用考虑拥塞的情况，技术相对成熟。
(二)用户管理软件
城市照明控制系统主要由控制中心和网络客户端两部分组成。各网络客户端采用视窗化模块，整合辖区内的照明终端参数、时段、人流量等以便维护和优化;控制中心采集各网络客户端数据，定期生成报表，进行数据分析，对异常情况及时发出预警。
目前城市照明控制系统基本健全，在此基础上通过低成本的物联网改造升级能实现亮度调节、休眠等完全自动控制的智能模式。随着无线通信技术的普及，信息传输成本也进一步下降，除此之外，网络客户端还可以设置特定的场景模式来实现对路灯亮度的智能调节，如在主干道，步行街等闹市街区的路灯将会更加明亮，而深夜行人稀疏的街道的路灯将会自动进入节能模式。
同时，在办公大楼，商场等用电集中的地区，使用智能化的照明模式也能实现“人在灯明，人走灯灭”的智能控制，增加照明的高效性、智能性和安全性，在管理上也更加事半功倍。如下图所示是一种走廊智能灯节能模式：
人步行速度1-2米/秒，人视线对前方20米灯亮度感觉灵敏。设置前进方向10-20米内灯100%亮度，20-30米灯处70%亮度，超过30米10%亮度。
与行进方向相反的灯，人离开后距离10米灯亮度变为70%，人离开后距离20米的灯亮度10%。
方案优点：预先将前方10-30米内的灯开启100%亮度，随着人的移动前方始终保持30米的灯处于100%亮度，后方的灯进入休眠状态。好处是，人未到灯已亮，给人的感觉是灯一直亮着，节电的同时不影响用户体验。
(三)单灯信息终端
在城市照明的各个灯具内部集成信息终端可以有效实现城市照明灯具运行参数的实时采集，网络客户端通过对实时数据分析可以对灯具的运行状态作出综合判断。此外，单灯信息终端还可以实现报警功能，其告警信号可以通过ZigBee等无线通信系统传送，网络终端或控制中心收到告警信号后自动开启相关联动装置，再将多个单灯智能模块连接形成巨大的智能网络。需要注意的是，随着智能模块的数量增加，灯具和线路本身的优劣势都将会放 大，因此在单灯信息模块的设计中应当注意采用低功耗，低成本的设计理念。
(四)拓展灯具照明控制系统的功能应用
将物联网技术应用于城市照明控制系统中，其目的在于实现以下功能：单点控制和集成控制相结合，城市节能照明系统会随着季节的更迭，其照明需求也会有所不同，我们可以对全夜灯和半夜灯进行远程控制，此外还可以对特殊终端实现个性化控制，并采集各灯具的运行参数。自动控制，通过场景设置，定时等功能对整个城市照明系统巡检，并根据需求实现亮度调节。远程控制。通过在设备上嵌入射频模块，工作人员可以使用自己的终端实现对城市照明系统远程管理。定位精准。以ZigBee为代表的短距离无线通信系统还具有精准定位的功能。一旦照明设备出现故障，物联网模块会将故障信息及时传递至控制中心，工作人员获取故障信息，及时采取检修方案。传统控制和智能控制方案的对比,如下表所示。
四、结语
互联网技术带来的城市变革让智慧城市不再是梦想。物联网技术是互联网时代的进步，将物联网技术与城市照明控制系统相结合，可以有效实现对照明系统的远程控制以达到节能目的。以ZigBee为代表的短距无线通信技术在城市照明管理发展中具有十分重要的作用，同时， NB-IOT和5G的兴起，简单快捷的改造与成熟商用无线网相结合，将承担起智慧城市的高效运营，无论未来采用何种模式，都可以更好的优化传统的城市照明，科技日新月异，我们对于物联网的研究还应不断深入，为智慧城市的明天贡献力量。
