一种基于信息系统集成的智能控制系统的制作方法

1.本发明涉及路灯后半夜智能照明技术领域，具体为一种基于信息系统集成的智能控制系统。


背景技术：

2.智慧路灯是在传统的城市照明设施上进行升级改造，通过物联网手段搭建一个覆盖面较广的信息感知网络，从而实现城市道路照明运营智能化、信息采集多样化和信息处理快速化，智慧路灯俨然已经成为智慧城市的重要组成部分，近几年智慧路灯的身影不断的出现在各种应用场景中，而智慧路灯中最关键的智慧照明功能，给出了更加节能、智能的调光策略，节能率提高避免资源浪费，达到节能减排的效果。
3.目前，在路灯运行阶段实行的最常见的控制方式是路灯以额定功率照明一整夜，但这种照明方式是非常不合理的，因为在晚上6点到12点这段时间是车流量最大以及人流量最大的时候，而到了12点之后会减少很多，凌晨2点之后就更少了，这时如果还是按照额定功率照明，无疑会造成能源浪费，同时还会增加灯具过度使用而损耗的风险，进而增加维修成本；另一种照明方式是“半开半闭”式，它指的是前半夜路灯全部打开，到了后半夜把路灯全部关闭，这种方式把照明理想化，到了下半夜车辆也是会出现的，而且这时候出现的车多为有紧急的事情要处理，如果此时照明环境不理想，此时很容易引发交通事故，还有一种方式是隔灯亮，它指的是前半夜路灯正常运行，到了下半夜隔一个路灯亮一个，即相邻的两盏灯开启一个，这种方式相对来说，能够节省一半的电能，但是这种照明方式会出现“斑马效应”，更容易疲惫，引发交通事故。因此，设计适合后半夜车辆行驶的照明环境的一种基于信息系统集成的智能控制系统是很有必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于信息系统集成的智能控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于信息系统集成的智能控制系统，包括照明云平台监控模块、模糊控制运算模块和路灯输出变量模块，所述照明云平台监控模块用于对路灯运行状态、现场环境以及设备异常情况的监控，所述模糊控制运算模块用于根据接收到运算转换后的多个输入变量信息进行模糊控制运算，所述路灯输出变量模块用于根据输入变量计算对应的输出变量，所述照明云平台监控模块与模糊控制运算模块电连接，所述模糊控制运算模块和路灯输出变量模块电连接。
6.根据上述技术方案，所述照明云平台监控模块包括路灯监控显示模块、环境状态感知模块、时间记录模块和信息输入传递模块，所述路灯监控显示模块用于显示路灯的开启或关闭状态，所述环境状态感知模块用于传感器采集现场环境对应信息并进行处理转换，所述时间记录模块用于记录路灯的开启或关闭状态下对应的时间点，所述信息输入传递模块用于将数据信息进行上下关联设备的转发传递，所述路灯监控显示模块、环境状态
感知模块、时间记录模块与信息输入传递模块电连接。
7.根据上述技术方案，所述模糊控制运算模块包括数据信息协议转换模块、变量数据推导模块、数据模糊化处理模块和模糊判决模块，所述数据信息协议转换模块用于将按需求采集的现场数据进行协调转发，所述变量数据推导模块用于采集推导计算路灯亮度等级、延时时间和开启数量所需的现场数据，所述数据模糊化处理模块用于将输入的数据变量进行分类和定量划分到不同模糊集内，所述模糊判决模块用于将经过模糊推力的输入数据进行解模糊处理并输出，所述变量数据推导模块包括光照强度子模块、行驶速度子模块和加速度子模块，所述光照强度子模块用于光照强度传感器实时采集记录光照强度值，所述行驶速度子模块用于超声波传感器检测计算行人或行驶汽车的速度值，所述加速度子模块用于表示速度的变化率，通过结合时间对计算出的速度值求偏导得出，所述行驶速度子模块与加速度子模块电连接，所述数据信息协议转换模块与变量数据推导模块电连接，所述数据模糊化处理模块与模糊判决模块电连接。
8.根据上述技术方案，所述路灯输出变量模块包括下游路灯亮度等级模块、上游路灯关闭时间模块和下游路灯开启数量模块，所述下游路灯亮度等级模块用于根据模糊化处理后的速度和光照强度推导计算出的下游路灯需开启的亮度等级，所述上游路灯关闭时间模块用于根据模糊化处理后的速度和加速度确定行人或车辆经过后上游路灯需延迟关闭的时间，所述下游路灯开启数量模块用于根据模糊控制的速度和加速度决策车辆或行人即将路过的下游的路灯开启数量，所述下游路灯亮度等级模块、上游路灯关闭时间模块与下游路灯开启数量模块电连接。
9.根据上述技术方案，所述的一种基于信息系统集成的智能控制系统的智能控制方法，所述方法包括以下步骤：
10.步骤s1：后半夜智能路灯系统开启，各个模块工作状态进行初始化，根据光照传感器采集到的现场照度值进行值判断；
11.步骤s2：根据判断结果启用路灯照明，针对时间值进行多次判断，依据时间判断结果和现场照度值判断结果对道路状态选择不同的照明策略；
12.步骤s3：依据照明策略开启低功耗模式后，通过热释红外线传感器传来的信号对应值调用打开模糊控制，接收节点的速度值、加速度值以及照度值；
13.步骤s4：进行输入数据的模糊化处理；
14.步骤s5：利用模糊判决对路灯分配亮度等级，计算延时关闭的时间以及下游路灯开启的数量。
15.根据上述技术方案，所述步骤s2进一步包括以下步骤：
16.步骤s21：光照传感器实时采集记录现场环境照度值，当采集到的亮度数值小于设定的亮度阈值时，以设定的额定功率控制开启路灯照明；
17.步骤s22：对路灯开启时间进行第一次判断，确认是否超过了夜晚12点，当超过了12点后路灯开启低功耗模式，并以设定额定功率的30％对现场提供照明；
18.步骤s23：对路灯开启时间进行第二次判断，判断时间是否到了早上7点，以及判断现场的照明度是否在设定阈值以上，得出双重判断结果；
19.步骤s24：若两个判断结果同时满足，则路灯控制关闭，当两个判断条件没有同时满足时，继续以低功耗模式对现场提供照明。
20.根据上述技术方案，所述步骤s3进一步包括以下步骤：
21.步骤s31：路灯开启低功耗模式后，以数字信号0和1表示两种环境状态，记录通过热释红外线传感器传来的信号值r，根据r是否置位控制模糊控制的开启关闭；
22.步骤s32：路灯检测区域内，通过超声波传感器处理运算，得到车辆或行人行驶的速度v以及处理计算出加速度a，利用光照强度传感器采集路灯现场环境的光照强度d并进行传输；
23.步骤s33：车辆行驶时的速度变化率即行驶汽车的加速度a，是采集的两次行驶汽车的速度，微控制单元再结合时间求偏导所得，即速度变化率为
24.步骤s34：当道路上存在着行人或车辆即r＝1时，传感器将采集到的速度v，光照强度d以及加速度a传递给模糊控制器，调用打开模糊控制进行数据的模糊化处理。
25.根据上述技术方案，所述步骤s4进一步包括以下步骤：
26.步骤s41：将每个输入元素根据隶属度函数转变成对应的模糊语言，利用多输入多输出的模糊控制对所有采集数据进行模糊处理；
27.步骤s42：对速度v进行模糊化，将车辆行驶的速度v在其论域[0，n]内划分为5个模糊子集，分别表示为[v1，v2，v3，v4，v5]，用三角形的隶属度函数表示五个模糊集的等级；
[0028]
步骤s43：对加速度a进行模糊化，即同样利用三角形的隶度函数将加速度a的模糊论域[m，n]分为五个模糊子集，表示为[a1，a2，a3，a4，a5]，分别对应速度论域中的五个模糊子集；
[0029]
步骤s44：对光照强度d根据等级的分配进行模糊化处理，即光照强度在论域[0，n]内划分为四个模糊子集，光照模糊集合为[d1，d2，d3，d4]；
[0030]
步骤s45：搭建模糊规则，在输入与输出之间建立一对一和多对一的关系，明确路灯亮度与各个输入之间的关系，对模糊输出进行解模糊处理得到输出精确值。
[0031]
根据上述技术方案，所述步骤s5进一步包括以下步骤：
[0032]
步骤s51：利用光照强度d和汽车的行驶速度v共同决定车辆行驶方向的下一个路灯需要的亮度等级l，由传感器采集到的速度v和速度的变化率a共同决定上游路灯相应的延迟关闭时间t，并推出下游路灯开启数量n；
[0033]
步骤s52：路灯亮度等级l的调光在模糊控制时分为了五个等级，其模糊子集定义为[l1，l2，l3，l4，l5]；
[0034]
步骤s53：模糊控制输出变量下游路灯点亮的延迟时间t的论域在[0，m]的时间内，依据车速v的不同以及经过相邻两个路灯的时间不同，将路灯延迟时间t划分为5个模糊子集，即[t1，t2，t3，t4，t5]；
[0035]
步骤s54：下游路灯开启的个数n的模糊论域为[0，x]，对路灯的照明个数n分为5个模糊子集，即[n1，n2，n3，n4，n5]。
[0036]
根据上述技术方案，所述步骤s51进一步包括以下步骤：
[0037]
步骤s511：当检测到区域内存在行人或者车辆时，路灯的亮度等级l根据所检测到的速度v与当时的现场光照等级d，推算出照明等级；
[0038]
步骤s512：加速度a为负数时，加速度a越小路灯延时关闭时间t越长，加速度a为正数时，即汽车在行驶时加速时，加速度a越大延时时间t越小，对于速度v，速度v与路灯的关
闭延时时间t呈负相关，即汽车行驶的越慢，路灯灭的越慢；
[0039]
步骤s513：对于下游路灯开启个数n，当速度v与加速度a越大时，下游路灯开启的路灯数量越多，即速度v以及加速度a与下游路灯开启的数量n成正比关系。
[0040]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过设置有照明云平台监控模块、模糊控制运算模块和路灯输出变量模块，依据路灯现场环境不同而提供不同的照明策略，达到“车过灯开，车去灯灭”以及“人来灯亮，人走灯灭”的目的，通过热释红外线传感器检测出经过目标区域的行驶车辆，以及检测出是否有行人经过，当路灯控制器检测到道路上有行人或者汽车时,就会通过超声波传感器进行检测对应的速度并根据时间求偏导计算加速度，传递给模糊控制器，与此同时光照强度传感器也会将此时的光照强度传递给模糊控制器，模糊控制器综合这几个方面的信息，对路灯的现场情况做出判断并推出下有路灯的一个适当的亮度等级、上游路灯延时关闭时间以及下游路灯所需要开启的个数。
附图说明
[0041]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0042]
图1是本发明的系统模块组成示意图；
[0043]
图2是本发明的路灯模糊控制开启示意图。
具体实施方式
[0044]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
请参阅图1-2，本发明提供技术方案：一种基于信息系统集成的智能控制系统，包括照明云平台监控模块、模糊控制运算模块和路灯输出变量模块，照明云平台监控模块用于对路灯运行状态、现场环境以及设备异常情况的监控，模糊控制运算模块用于根据接收到运算转换后的多个输入变量信息进行模糊控制运算，路灯输出变量模块用于根据输入变量计算对应的输出变量，照明云平台监控模块与模糊控制运算模块电连接，模糊控制运算模块和路灯输出变量模块电连接，根据前半夜和后半夜时段各因素的影响进行分类考虑，对路灯的控制采用多维模糊控制，明确路灯模糊控制的输入输出，控制输入变量为红外信号、光照强度、车速以及加速度，路灯控制需要兼顾节能与安全性，所以输出变量选择为路灯调节的亮度、下游路灯相应开启的个数以及上游路灯延时关闭的时间，针对后半夜路灯照明的随机性能够很好地契合路灯控制，在改善照明环境的同时兼顾节省电量。
[0046]
照明云平台监控模块包括路灯监控显示模块、环境状态感知模块、时间记录模块和信息输入传递模块，路灯监控显示模块用于显示路灯的开启或关闭状态，环境状态感知模块用于传感器采集现场环境对应信息并进行处理转换，时间记录模块用于记录路灯的开启或关闭状态下对应的时间点，信息输入传递模块用于将数据信息进行上下关联设备的转发传递，路灯监控显示模块、环境状态感知模块、时间记录模块与信息输入传递模块电连接。
[0047]
模糊控制运算模块包括数据信息协议转换模块、变量数据推导模块、数据模糊化处理模块和模糊判决模块，数据信息协议转换模块用于将按需求采集的现场数据进行协调转发，变量数据推导模块用于采集推导计算路灯亮度等级、延时时间和开启数量所需的现场数据，数据模糊化处理模块用于将输入的数据变量进行分类和定量划分到不同模糊集内，模糊判决模块用于将经过模糊推力的输入数据进行解模糊处理并输出，变量数据推导模块包括光照强度子模块、行驶速度子模块和加速度子模块，光照强度子模块用于光照强度传感器实时采集记录光照强度值，行驶速度子模块用于超声波传感器检测计算行人或行驶汽车的速度值，加速度子模块用于表示速度的变化率，通过结合时间对计算出的速度值求偏导得出，行驶速度子模块与加速度子模块电连接，数据信息协议转换模块与变量数据推导模块电连接，数据模糊化处理模块与模糊判决模块电连接。
[0048]
路灯输出变量模块包括下游路灯亮度等级模块、上游路灯关闭时间模块和下游路灯开启数量模块，下游路灯亮度等级模块用于根据模糊化处理后的速度和光照强度推导计算出的下游路灯需开启的亮度等级，上游路灯关闭时间模块用于根据模糊化处理后的速度和加速度确定行人或车辆经过后上游路灯需延迟关闭的时间，下游路灯开启数量模块用于根据模糊控制的速度和加速度决策车辆或行人即将路过的下游的路灯开启数量，下游路灯亮度等级模块、上游路灯关闭时间模块与下游路灯开启数量模块电连接，将每个输入元素根据隶属度函数进行模糊化处理，变成对应的模糊语言，按照以往的路灯照明需求的控制经验结合路灯节能的目标，搭建模糊控制规则，在输入与输出之间建立起一对一或者多对一的关系，明确路灯亮度与各个输入之间的关系，进行模糊推理，最后将模糊推理得到的模糊值进行解模糊处理，进而得到被控对象能识别的控制信号。
[0049]
的一种基于信息系统集成的智能控制系统的智能控制方法，方法包括以下步骤：
[0050]
步骤s1：后半夜智能路灯系统开启，各个模块工作状态进行初始化，根据光照传感器采集到的现场照度值进行值判断；
[0051]
步骤s2：根据判断结果启用路灯照明，针对时间值进行多次判断，依据时间判断结果和现场照度值判断结果对道路状态选择不同的照明策略；
[0052]
步骤s3：依据照明策略开启低功耗模式后，通过热释红外线传感器传来的信号对应值调用打开模糊控制，接收节点的速度值、加速度值以及照度值；
[0053]
步骤s4：进行输入数据的模糊化处理；
[0054]
步骤s5：利用模糊判决对路灯分配亮度等级，计算延时关闭的时间以及下游路灯开启的数量。
[0055]
步骤s2进一步包括以下步骤：
[0056]
步骤s21：光照传感器实时采集记录现场环境照度值，当采集到的亮度数值小于设定的亮度阈值时，以设定的额定功率控制开启路灯照明；
[0057]
步骤s22：对路灯开启时间进行第一次判断，确认是否超过了夜晚12点，当超过了12点后路灯开启低功耗模式，并以设定额定功率的30％对现场提供照明；
[0058]
步骤s23：对路灯开启时间进行第二次判断，判断时间是否到了早上7点，以及判断现场的照明度是否在设定阈值以上，得出双重判断结果；
[0059]
步骤s24：若两个判断结果同时满足，则路灯控制关闭，当两个判断条件没有同时满足时，继续以低功耗模式对现场提供照明。
[0060]
步骤s3进一步包括以下步骤：
[0061]
步骤s31：路灯开启低功耗模式后，以数字信号0和1表示两种环境状态，记录通过热释红外线传感器传来的信号值r，根据r是否置位控制模糊控制的开启关闭，当有车辆经过道路时，热释红外线传感器通过扫描道路上的信息，接收道路上的存在车辆的信号，即当r＝1表示道路上存在着行人或车辆，当r＝0时，表示道路上没有检测到行人或车辆；
[0062]
步骤s32：路灯检测区域内，通过超声波传感器处理运算，得到车辆或行人行驶的速度v以及处理计算出加速度a，利用光照强度传感器采集路灯现场环境的光照强度d并进行传输，速度v是超声波传感器根据发出的超声波往返的距离差和时间差经过处理运算得到；
[0063]
步骤s33：车辆行驶时的速度变化率即行驶汽车的加速度a，是采集的两次行驶汽车的速度，微控制单元再结合时间求偏导所得，即速度变化率为
[0064]
步骤s34：当道路上存在着行人或车辆即r＝1时，传感器将采集到的速度v，光照强度d以及加速度a传递给模糊控制器，调用打开模糊控制进行数据的模糊化处理，在模糊控制系统中的单变量模糊控制器，是将其输入变量的个数定义为模糊控制的维数，一维模糊控制器的输入变量往往选择为受控量和输入给定的偏差量，由于仅仅采用偏差值，很难反映过程的动态特性品质，所能获得的系统动态性能是不能令人满意的，因此选择汽车行驶速度和对该速度求偏导所得的加速度共同作为二维模糊控制器的两个输入变量，能够较更好地反映受控过程中输出变量的动态特性。
[0065]
步骤s4进一步包括以下步骤：
[0066]
步骤s41：将每个输入元素根据隶属度函数转变成对应的模糊语言，利用多输入多输出的模糊控制对所有采集数据进行模糊处理，单一变量取得的模糊控制结果较为不准确，误差较大，故为了减少实际工作中存在的偏差,选择多个相关度较低的输入变量共同作用于模糊控制器，即多输入多输出的模糊控制器，输入变量主要有红外信号、光照强度、车速和加速度，输出变量为路灯调节的亮度、上游路灯延时关闭的时间和下游路灯需开启的个数；
[0067]
步骤s42：对速度v进行模糊化，将车辆行驶的速度v在其论域[0，n]内划分为5个模糊子集，分别表示为[v1，v2，v3，v4，v5]，用三角形的隶属度函数表示五个模糊集的等级，论域为一个数学系统，任何科学理论都有它的研究对象，由这些对象构成的一个非空的集合，模糊化是将模糊控制器输入量的确定值转换为相应的模糊语言变量值的过程，五个模糊子集v1，v2，v3，v4，v5表示在规定的行驶速度范围内，将车辆的行驶速度划分为五个等级，分别对应行驶速度非常慢，较慢，正常，较快，非常快；
[0068]
步骤s43：对加速度a进行模糊化，即同样利用三角形的隶度函数将加速度a的模糊论域[m，n]分为五个模糊子集，表示为[a1，a2，a3，a4，a5]，分别对应速度论域中的五个模糊子集，其中m为规定的最小速度对应的最小加速度，n为最大速度对应的最大加速度；
[0069]
步骤s44：对光照强度d根据等级的分配进行模糊化处理，即光照强度在论域[0，n]内划分为四个模糊子集，光照模糊集合为[d1，d2，d3，d4]，其中n为城市道路设计标准提出的路灯开关对应的最低照度值，以城市的道路设计标准提出路灯的开关的照度水平最小值，在早上，城市道路上的车辆逐渐增多，交通情况开始变得复杂，若此时关灯照度过低的话，
会出现暗视力的问题，会使人在近十秒的时间里，视力变得模糊，甚至看不清周围的物体，当路灯小于照度水平最小值时开启，对光照强度d根据等级的分配进行模糊化处理，得到它的模糊集合；
[0070]
步骤s45：搭建模糊规则，在输入与输出之间建立一对一和多对一的关系，明确路灯亮度与各个输入之间的关系，对模糊输出进行解模糊处理得到输出精确值，解模糊也称去模糊化，是将推论所得到的模糊值转换为明确的控制讯号，做为系统的后续输入值。
[0071]
步骤s5进一步包括以下步骤：
[0072]
步骤s51：利用光照强度d和汽车的行驶速度v共同决定车辆行驶方向的下一个路灯需要的亮度等级l，由传感器采集到的速度v和速度的变化率a共同决定上游路灯相应的延迟关闭时间t，并推出下游路灯开启数量n，由模糊推理出的输入变量对模糊控制的输出变量进行推导；
[0073]
步骤s52：路灯亮度等级l的调光在模糊控制时分为了五个等级，其模糊子集定义为[l1，l2，l3，l4，l5]；
[0074]
步骤s53：模糊控制输出变量下游路灯点亮的延迟时间t的论域在[0，m]的时间内，依据车速v的不同以及经过相邻两个路灯的时间不同，将路灯延迟时间t划分为5个模糊子集，即[t1，t2，t3，t4，t5]，其中m为行驶汽车以规定的行驶车速在道路上行驶时，由上游第一个路灯的边缘到进入到下游路灯的第一个边缘时需要的最长时间；
[0075]
步骤s54：下游路灯开启的个数n的模糊论域为[0，x]，对路灯的照明个数n分为5个模糊子集，即[n1，n2，n3，n4，n5]，其中x为设定相邻两个路灯之间的距离为固定值，并选定均处于工作状态的路灯最大距离内，包含的路灯的最大数量值。
[0076]
步骤s51进一步包括以下步骤：
[0077]
步骤s511：当检测到区域内存在行人或者车辆时，路灯的亮度等级l根据所检测到的速度v与当时的现场光照等级d，推算出照明等级，当检测到的速度v越高时，需要的现场照明环境要求越高，模糊控制提供的照明会根据速度的增大而分配照明等级越高的亮度,现场光照强度的高低，对路灯的亮度等级会根据速度v的不同发挥着不同程度的作用，主要综合速度的考量和现场的亮度来分配亮度等级；
[0078]
步骤s512：加速度a为负数时，加速度a越小路灯延时关闭时间t越长，加速度a为正数时，即汽车在行驶时加速时，加速度a越大延时时间t越小，对于速度v，速度v与路灯的关闭延时时间t呈负相关，即汽车行驶的越慢，路灯灭的越慢，上游路灯延时关闭时间t是为了减少路灯不必要的照明，当汽车处于制动状态即加速度a为负数时，说明路灯照明现场发生突发事件，此时的路灯应立即开启全功率状态进行照明，并且需要延时更长的时间；
[0079]
步骤s513：对于下游路灯开启个数n，当速度v与加速度a越大时，下游路灯开启的路灯数量越多，即速度v以及加速度a与下游路灯开启的数量n成正比关系。
[0080]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0081]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。