第 1 章 引言
1.1 研究背景与意义
随着中国综合国力的不断提高，对能源的需求量不断增大，在资源日益紧缺的今天，政府提出了可持续化发展的道路。社会正处于一个转型升级的关键时刻，对城市建设、节能减排和创新发展都提出了新的要求。当前城市的管理模式效率低、能耗高，难以达到社会的需求。而“智慧城市”理念的提出，恰好指明了城市发展的方向和目标。“智慧城市”就是利用各种高科技技术来感知、储存和分析城市中的关键信息，为节能环保、人民生活、城市管理与规划、公共服务与安全等生产生活中出现的问题提供科学、合理的解决方案，以实现城市智慧式的管理和运行。但想要建造智慧城市生态系统，首先要采集并整合城市中的各项信息数据，然而现阶段还没有完善的、系统的、安全的城市数据采集渠道。
1.1 研究背景与意义
随着中国综合国力的不断提高，对能源的需求量不断增大，在资源日益紧缺的今天，政府提出了可持续化发展的道路。社会正处于一个转型升级的关键时刻，对城市建设、节能减排和创新发展都提出了新的要求。当前城市的管理模式效率低、能耗高，难以达到社会的需求。而“智慧城市”理念的提出，恰好指明了城市发展的方向和目标。“智慧城市”就是利用各种高科技技术来感知、储存和分析城市中的关键信息，为节能环保、人民生活、城市管理与规划、公共服务与安全等生产生活中出现的问题提供科学、合理的解决方案，以实现城市智慧式的管理和运行。但想要建造智慧城市生态系统，首先要采集并整合城市中的各项信息数据，然而现阶段还没有完善的、系统的、安全的城市数据采集渠道。
路灯设施在城市中具有分布广、数量多的特点，正好能够成为城市信息采集的底层感知器。并且路灯作为城市生态系统的重要组成部分，它不仅能保障市民的出行安全，社会的正常运转，还是一个城市精神风貌的体现。然而，通过对现有路灯的安装和使用，发现其智能化程度低，在控制、监测和管理等方面还存在许多不足。再加上路灯发光效率低、电力损耗大，人们没有形成强烈的节约用电和环保意识，这在路灯建设方面浪费了极大的人力、物力和财力。因此，建立一套智能化的路灯管控系统既能为“智慧城市”的建设打下基础，又能为构建资源节约型社会起到促进作用。
近年来，以物联网、大数据、云计算和 3S（GIS、GPS 和 RS）为代表的新一代信息技术，正在被各个领域的人员所熟知和利用，加快着现代化发展的步伐。因此，想要建立现代化的智慧路灯管控系统，首先要用到的是物联网技术。其次，GIS 作为对空间信息分析和处理的一门学科，主要是用来描述现实生活中的地物在空间上的分布及属性，并以电子地图这种独特的视觉形式呈现给用户。如果利用 GIS 这种能为地物提供属性信息的特质，将路灯运行的数据分层、分类叠加在电子地图上，并且让地图对象直接连接到数据库，这样就可以轻松的在地图上查看数据库中的数据了。将 GIS 技术与物联网技术优化结合在一起，恰好能弥补物联网在获取离散式的数据时，在时间上连续但在空间上不连续的缺陷，让监测信息在时间和空间上都能很好的展示。
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近年来，以物联网、大数据、云计算和 3S（GIS、GPS 和 RS）为代表的新一代信息技术，正在被各个领域的人员所熟知和利用，加快着现代化发展的步伐。因此，想要建立现代化的智慧路灯管控系统，首先要用到的是物联网技术。其次，GIS 作为对空间信息分析和处理的一门学科，主要是用来描述现实生活中的地物在空间上的分布及属性，并以电子地图这种独特的视觉形式呈现给用户。如果利用 GIS 这种能为地物提供属性信息的特质，将路灯运行的数据分层、分类叠加在电子地图上，并且让地图对象直接连接到数据库，这样就可以轻松的在地图上查看数据库中的数据了。将 GIS 技术与物联网技术优化结合在一起，恰好能弥补物联网在获取离散式的数据时，在时间上连续但在空间上不连续的缺陷，让监测信息在时间和空间上都能很好的展示。
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1.2 研究现状和发展趋势
1.2.1 WebGIS 研究现状
WebGIS 的概念在 1994 年被提出后，国外一些大型的 GIS 公司相继研发出了自己的 WebGIS 产品，如 ESRI 公司的 ArcGIS Server、MapInfo 公司的 MapInfo ProServer 以及 Autodesk 公司的 Mapguide 等，并在各行各业中显现着独特作用。随着投入 WebGIS 领域的国家和企业越来越多，其 WebGIS 产品也变得更加多样化，其中最成功的就是 Google 地图服务，它具有内容丰富、涵盖范围广的特点，能够提供路线导航、卫星地图和地理位置查询等多种服务功能。与国外相比，国内对 WebGIS 的研究虽然起步较晚，但经过无数科研人员的不懈努力，在 GIS的理论研究和技术应用层面上都取得了长足的进步，涌现出了许多优秀的WebGIS 软件，如北京超图公司的 Super Map IS、武汉吉奥公司的 GeoSurf 等。但这些软件使用比较麻烦、维护成本高，不利于大规模的推广使用，于是出现了高德地图、百度地图和天地图等开源的 WebGIS 平台。如今的 WebGIS 已经广泛的应用在农业、水利、城市化建设和交通等领域中，让传统行业能够借助互联网获得飞速发展的机遇[1-2]。
1.2.1 WebGIS 研究现状
WebGIS 的概念在 1994 年被提出后，国外一些大型的 GIS 公司相继研发出了自己的 WebGIS 产品，如 ESRI 公司的 ArcGIS Server、MapInfo 公司的 MapInfo ProServer 以及 Autodesk 公司的 Mapguide 等，并在各行各业中显现着独特作用。随着投入 WebGIS 领域的国家和企业越来越多，其 WebGIS 产品也变得更加多样化，其中最成功的就是 Google 地图服务，它具有内容丰富、涵盖范围广的特点，能够提供路线导航、卫星地图和地理位置查询等多种服务功能。与国外相比，国内对 WebGIS 的研究虽然起步较晚，但经过无数科研人员的不懈努力，在 GIS的理论研究和技术应用层面上都取得了长足的进步，涌现出了许多优秀的WebGIS 软件，如北京超图公司的 Super Map IS、武汉吉奥公司的 GeoSurf 等。但这些软件使用比较麻烦、维护成本高，不利于大规模的推广使用，于是出现了高德地图、百度地图和天地图等开源的 WebGIS 平台。如今的 WebGIS 已经广泛的应用在农业、水利、城市化建设和交通等领域中，让传统行业能够借助互联网获得飞速发展的机遇[1-2]。
在互联网的带动下，尤其是受到 Web2.0（包括 Web Server，REST，AJAX等）技术的影响，应用于 WebGIS 开发的技术也在不断的更新换代。通过与WebGIS1.0（2005 年以前的 WebGIS 技术）进行比较，发现 WebGIS2.0 已从原来的二维静态地图发展到了现在的二维动态地图、2.5 维地图、3D 地图甚至是街景地图，极大地丰富了用户体验。并且 WebGIS2.0 与用户之间的交互变得更加频繁，用户既能将自己的业务数据转化成地理数据，又能整合网络资源搭建自己的应用。随着 WebGIS3.0 概念的兴起，其所具备的智能化、个性化的搜索引擎，
普遍适用的信息服务，自由整合及有效聚合的数据，通用于各种终端设备等特征，成为了当前 WebGIS 的发展趋势[3]。在开源空间信息基金会（Open Source Geospatial Foundation，OSGeo）和开放地理空间信息联盟（Open Geospatial Consortium，OGC）的大力促进下，WebGIS 项目越来越开源化，其 GIS 数据和应用程序编程接口（API）逐渐向广大群众开放，应用更易于将各类技术融合，
网络型的服务方式也在向云服务方向发生转变。
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第 2 章 关键技术理论
2.1 WebGIS 概述
2.1.1 WebGIS 简介
地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是一门集计算机科学、信息学、地理学等多门科学为一体的新兴学科，它是在计算机软件和硬件支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统[21]。
2.1 WebGIS 概述
2.1.1 WebGIS 简介
地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是一门集计算机科学、信息学、地理学等多门科学为一体的新兴学科，它是在计算机软件和硬件支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统[21]。
经过多年的发展，
GIS 已于网络技术相结合，形成了当前流行的 WebGIS。简单的说，WebGIS 就是基于互联网的地理信息系统。传统的 GIS 是安装在电脑上的独立软件，用来加工和处理各种地理信息。而 WebGIS 是用网页的形式来展示地理信息，以互联网为数据传输途径，能够随时发布地图，管理空间数据，完成查询和分析，极大的扩展了 GIS 功能，有着良好的用户操作体验。目前市场上出现的如谷歌地图、百度地图和高德地图等软件，使用的均是 WebGIS 技术。
WebGIS 成立的初衷是为了精简和整合数据，增强分布式处理的能力，帮助我们建立更美好的世界。作为一个分散式的地理信息网络服务，WebGIS 能够按照 OGC 标准在 W3C 的界面上对地理信息进行存取，让用户随意使用其中的数据，弥补以往需要大量数据才能实现功能的缺点[22]。另外，WebGIS 利用 API 的方式让符合国际标准的地理信息数据库之间能够相互沟通，从而保证数据不再孤立于单个数据库中。GIS 发展成为 WebGIS 是大势所趋，因为它是让地理信息服务于普通民众，真正应用到生活中的重要途径。
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2.2 物联网概述
2.2.1 物联网简介
物联网（Internet of things，IoT）是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[39]。
IoT 可以是无线网络，也可以是有线网络，由于网络连接的多样性，设备可以使用 Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、RFID、有线等连接方式，加上一个正常的成年人身边会有 1000～5000 个物品，所以物联网连接的物体数量可能会达到 500 兆～1000 兆。通过使用物联网，能够加强物品的智能化程度。例如在一个家庭里面，将家电、汽车和家庭成员连接在一起，通过制定合适的计算机系统来对其进行自动管理和控制，甚至可以对每个物品定位，防止遗失或者被盗。同时，通过收集这些细小的数据，最后聚集成大数据，实现包括重新设计道路以减少车祸、都市更新、灾害预测与犯罪防治、流行病控制等社会的重大变革。
2.2.1 物联网简介
物联网（Internet of things，IoT）是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[39]。
IoT 可以是无线网络，也可以是有线网络，由于网络连接的多样性，设备可以使用 Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、RFID、有线等连接方式，加上一个正常的成年人身边会有 1000～5000 个物品，所以物联网连接的物体数量可能会达到 500 兆～1000 兆。通过使用物联网，能够加强物品的智能化程度。例如在一个家庭里面，将家电、汽车和家庭成员连接在一起，通过制定合适的计算机系统来对其进行自动管理和控制，甚至可以对每个物品定位，防止遗失或者被盗。同时，通过收集这些细小的数据，最后聚集成大数据，实现包括重新设计道路以减少车祸、都市更新、灾害预测与犯罪防治、流行病控制等社会的重大变革。
思科公司首先提出了万物互联的概念，并将其定义为将人、程序、数据和事务结合一起,使得网络连接变得更加相关、更有价值[40]。万物互联的提出极大地推动物联网的发展，其提出了物与数据、人与数据、人与人等多种网络连接形态，将物联网扩展到更广阔的空间上。物联网通过数据将各种传感器设备、生产设备和人联系起来，就如同人类大脑将感官和思维联系起来一样。在物联网的整个概念里，数据流是整个网络的核心，整个物联网就是数据流动的网络，物联网所要完成的工作是将数据的收集、传输、存储、处理、分析和展示连接在一起。
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第 3 章 智慧路灯管控系统设计........................................ 17
3.1 系统介绍............................... 17
3.2 需求分析............................ 17
第 4 章 智慧路灯管控系统实现........................................ 30
4.1 监控平台实现................................................ 30
4.1.1 基本功能............................................... 30
4.1.2 实时监控............................................... 31
第 5 章 总结与展望.............................. 45
5.1 总结................................. 45
5.2 展望........................................................ 45
第 4 章 智慧路灯管控系统实现
4.1 监控平台实现
监控平台是监控人员查看路灯运行状态、调控路灯亮度、观察现场环境、应对突发情况的场所，掌控着整个路灯系统的运行，它所具备的实时监控和自动报警功能是系统正常工作的保证。
4.1.1 基本功能
智慧路灯管控系统的在线监控功能是建立在公共地图上的，因此需要通过高德地图 JS API 将高德地图加载到用户自己创建的网页中。主要的开发步骤如下：
（1）用户在高德官网上注册获取权限。进入高德官网注册开发者账号，成为高德开放平台开发者；登录之后，进入“应用管理”页面“创建新应用”；为应用添加 Key，“服务平台”一项请选择“Web 端（JS API）”。
（2）加载地图。通过<script>标签将高德地图 JS API 引入到页面中，具体代码如下：
<script src="https://webapi.amap.com/maps?v=1.4.11&key=您申请的 key 值"></script>
添加 div 标签作为地图容器，同时为该 div 指定 id 属性；
<div id="container"></div>
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第 5 章 总结与展望
5.1 总结
随着我国智慧城市建设进程的加快，作为象征一个城市文化品味和管理水平的路灯，其重要意义不言而喻。为了实现路灯的自动化、实时性监控，创建一个可视化的远程管理监控平台，本文在分析了国内外路灯系统的基础上，结合当前城市路灯的管理需求后，提出并实现了基于 WebGIS 的智慧路灯管控系统。 论文先从智慧路灯系统的研究现状与发展趋势入手，分析了系统中需要用到的技术，调查了其功能需求；然后设计了系统的体系架构、功能模块和数据组织等组成要素；最后对系统软件的实现过程和功能做了详细介绍。现在对整个系统开发过程进行总结：
（1）本文提供了智慧路灯管控系统的设计思路与实现方法，在对比了现有的 WebGIS 开发方式后，确定使用高德地图 JS API 进行监控平台的开发，期望为同类型的系统起到对比参考的作用。
（2）本系统将物联网中“点”的监测数据与 WebGIS 中“面”的空间数据相结合，能有效的对路灯运行状态进行监测，实现了自有数据图层的叠加，行政区域范围的查询，自动定位报警与导航路线的规划等功能。
（3）为了让路灯能够根据道路环境的变化来自动调节开/关和亮度，降低电能消耗，本文采用测量光照强度、车速和车流量的方式来调光，并设计出了具体的测量方案和调光方案。
（4）通过对系统的运行测试，证实系统能允许多个用户同时登录和操作，能承受路灯上传的大量数据，能及时准确地反映路灯运行状态，各项功能运行稳定，基本满足了当前路灯管理的需求。
5.1 总结
随着我国智慧城市建设进程的加快，作为象征一个城市文化品味和管理水平的路灯，其重要意义不言而喻。为了实现路灯的自动化、实时性监控，创建一个可视化的远程管理监控平台，本文在分析了国内外路灯系统的基础上，结合当前城市路灯的管理需求后，提出并实现了基于 WebGIS 的智慧路灯管控系统。 论文先从智慧路灯系统的研究现状与发展趋势入手，分析了系统中需要用到的技术，调查了其功能需求；然后设计了系统的体系架构、功能模块和数据组织等组成要素；最后对系统软件的实现过程和功能做了详细介绍。现在对整个系统开发过程进行总结：
（1）本文提供了智慧路灯管控系统的设计思路与实现方法，在对比了现有的 WebGIS 开发方式后，确定使用高德地图 JS API 进行监控平台的开发，期望为同类型的系统起到对比参考的作用。
（2）本系统将物联网中“点”的监测数据与 WebGIS 中“面”的空间数据相结合，能有效的对路灯运行状态进行监测，实现了自有数据图层的叠加，行政区域范围的查询，自动定位报警与导航路线的规划等功能。
（3）为了让路灯能够根据道路环境的变化来自动调节开/关和亮度，降低电能消耗，本文采用测量光照强度、车速和车流量的方式来调光，并设计出了具体的测量方案和调光方案。
（4）通过对系统的运行测试，证实系统能允许多个用户同时登录和操作，能承受路灯上传的大量数据，能及时准确地反映路灯运行状态，各项功能运行稳定，基本满足了当前路灯管理的需求。
参考文献（略）