基于物联网驱动的节能路灯控制方法及系统与流程

本发明涉及智能照明控制，尤其涉及基于物联网驱动的节能路灯控制方法及系统。

背景技术：

1、智能照明控制是指使用先进的信息和通信技术来管理照明系统的领域，通常涉及自动化系统和智能设备的集成，使照明系统能够根据环境条件或预定的规则自动调节。这包括但不限于亮度调节、自动开关、能耗监控和故障检测。该领域的核心目标是提高能源效率、降低运营成本，并提升用户体验。智能照明控制技术适用于各种环境，如家庭、商业建筑、公共空间和城市基础设施。

2、其中，基于物联网驱动的节能路灯控制方法是一种运用物联网技术来管理和控制路灯的方法，其目的在于提高路灯系统的能源效率和操作效果。通过将路灯连接到物联网网络，这种方法使得路灯能够实时响应环境变化，如光线强度和交通流量，从而智能地调整亮度或开关状态。这样不仅减少了不必要的能源消耗，还延长了路灯设备的使用寿命，并提高了公共安全和舒适度。一般而言，这种控制方法通过安装各类传感器（如光线传感器、运动传感器）、使用数据分析工具以及实施远程控制和监控系统来实现。这使得城市管理者能够根据实际需求和数据分析结果优化路灯的运行，实现智能化、节能化的城市照明管理。

3、现有方法中，往往依赖预设调节方案，缺乏实时环境数据响应，导致能源低效使用和照明效果不佳。数据处理通常不够高效和精确，无法有效利用环境数据优化控制策略。缺乏高级分析和预测工具，如机器学习技术，限制路灯系统优化潜力。且，现有方法通常不具备高效的性能监测和异常检测机制，降低系统整体稳定性和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的基于物联网驱动的节能路灯控制方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：基于物联网驱动的节能路灯控制方法，包括以下步骤：

3、s1：基于物联网传感器，采用物联网技术进行环境数据的收集，包括光照强度、交通流量和天气状况，生成环境数据报告；

4、s2：基于所述环境数据报告，采用数据预处理技术和数据挖掘技术，通过k-均值聚类算法，进行数据的清洗和分析，生成数据分析报告；

5、s3：基于所述数据分析报告，采用机器学习技术，通过支持向量机算法和时间序列分析方法，对环境变化和交通模式进行预测，生成预测模型；

6、s4：基于所述预测模型，采用模糊逻辑控制算法和神经网络算法，制定路灯控制策略，优化照明效果和能源效率，生成路灯控制策略；

7、s5：基于所述路灯控制策略，采用物联网控制技术，实现路灯的动态调节，生成调节执行报告；

8、s6：基于所述调节执行报告，采用时间序列分析方法和孤立森林算法进行路灯性能监测和异常检测，生成性能监测报告。

9、作为本发明的进一步方案，所述环境数据报告具体为环境参数的原始数据，包括光照度数值、车辆计数和天气状态，所述数据分析报告包括清洗后的数据集、聚类分析结果和初步的数据趋势，所述预测模型包括短期交通流量预测、环境变化趋势和预测准确度评估，所述路灯控制策略包括亮度调整方案、能源节约策略和坏损应对措施，所述调节执行报告包括每个路灯的实时亮度调整记录、节能效果评估和操作日志，所述性能监测报告包括路灯性能指标、发现的异常模式和维护优化方案。

10、作为本发明的进一步方案，基于物联网传感器，采用物联网技术进行环境数据的收集，包括光照强度、交通流量和天气状况，生成环境数据报告的步骤具体为：

11、s101：基于物联网传感器启动数据收集流程，采用无线传感网络技术，部署光照、交通和天气传感器，生成传感器部署报告；

12、s102：基于所述传感器部署报告，采用物联网通信协议实时采集环境数据，生成实时环境数据；

13、s103：基于所述实时环境数据，应用数据整合技术进行数据合并和初步格式化，生成初步整合数据；

14、s104：基于所述初步整合数据，采用数据验证技术，进行数据验证和质量检查，生成环境数据报告；

15、所述无线传感网络技术包括多点传感器部署、信号优化和数据同步，所述物联网通信协议包括mqtt协议和coap协议，所述数据整合技术包括数据聚合和时间戳对齐，所述数据验证技术包括错误检测和校正、数据完整性校验。

16、作为本发明的进一步方案，基于所述环境数据报告，采用数据预处理技术和数据挖掘技术，通过k-均值聚类算法，进行数据的清洗和分析，生成数据分析报告的步骤具体为：

17、s201：基于所述环境数据报告，采用数据清洗技术对数据进行预处理，生成清洗后的数据；

18、s202：基于所述清洗后的数据，应用特征工程技术提取关键特征，生成特征提取结果；

19、s203：基于所述特征提取结果，应用k-均值聚类算法进行数据分组，生成聚类分析报告；

20、s204：基于所述聚类分析报告，采用数据分析报告编制技术，整合分析结果，生成数据分析报告；

21、所述数据清洗技术包括缺失值处理、异常值剔除和数据平滑，所述特征工程技术包括主成分分析和相关性分析，所述k-均值聚类算法用于识别数据中的模式和群组，所述数据分析报告编制技术包括分析结果的可视化表示和关键指标的提取。

22、作为本发明的进一步方案，基于所述数据分析报告，采用机器学习技术，通过支持向量机算法和时间序列分析方法，对环境变化和交通模式进行预测，生成预测模型的步骤具体为：

23、s301：基于所述数据分析报告，采用高斯核函数的支持向量机算法对交通流量数据进行初步分析，生成初步交通模式预测；

24、s302：基于所述初步交通模式预测，采用季节性分解的时间序列分析方法对交通流量数据进行趋势和季节性分析，生成时间序列分析结果；

25、s303：结合所述初步交通模式预测和时间序列分析结果，使用集成学习技术进行综合分析，生成综合交通模式预测；

26、s304：基于所述综合交通模式预测，执行预测模型构建流程，生成预测模型；

27、所述支持向量机算法包括高斯核函数优化、交叉验证和超参数调整，所述时间序列分析方法包括季节性分解和自回归滑动平均模型，所述集成学习技术包括随机森林和梯度提升决策树，所述预测模型构建流程包括模型融合和验证，使用堆叠泛化整合多个预测模型。

28、作为本发明的进一步方案，基于所述预测模型，采用模糊逻辑控制算法和神经网络算法，制定路灯控制策略，优化照明效果和能源效率，生成路灯控制策略的步骤具体为：

29、s401：基于所述预测模型，使用模糊逻辑控制算法分析差异化环境条件下的照明需求，生成初步照明控制策略；

30、s402：基于所述初步照明控制策略，应用卷积神经网络算法对策略进行优化和调整，生成优化后的照明控制策略；

31、s403：结合所述优化后的照明控制策略和实时环境数据，执行动态调整方案，生成动态照明调整策略；

32、s404：基于所述动态照明调整策略，采用能源消耗优化和光照强度调整策略，生成路灯控制策略；

33、所述模糊逻辑控制算法包括模糊集合构建、模糊规则制定和推理机制，所述卷积神经网络算法包括层次结构设计、激活函数选择和反向传播算法，所述动态调整方案包括实时数据流处理和自适应控制机制。

34、作为本发明的进一步方案，基于所述路灯控制策略，采用物联网控制技术，实现路灯的动态调节，生成调节执行报告的步骤具体为：

35、s501：基于所述路灯控制策略，采用分布式网络管理技术，进行路灯网络的初始化设置，生成路灯网络初始化报告；

36、s502：基于所述路灯网络初始化报告，采用基于规则的智能控制脚本，对路灯进行智能调节设置，生成智能调节配置报告；

37、s503：基于所述智能调节配置报告，实施路灯的动态调节监测，监测和记录调节效果，生成动态调节监测报告；

38、s504：基于所述动态调节监测报告，进行综合性能评估、效果对比和优化方案，生成调节执行报告；

39、所述分布式网络管理技术具体为节点自组织网络建立、数据同步和配置下发，所述智能控制脚本包括环境感知规则、自动调节逻辑和反馈机制设计，所述动态调节监测包括连续数据流处理、调节效果实时分析和调节策略优化。

40、作为本发明的进一步方案，基于所述调节执行报告，采用时间序列分析方法和孤立森林算法进行路灯性能监测和异常检测，生成性能监测报告的步骤具体为：

41、s601：基于所述调节执行报告，采用时间序列分析技术，对路灯运行数据进行趋势和季节性分析，生成路灯运行趋势分析报告；

42、s602：基于所述路灯运行趋势分析报告，使用孤立森林算法对数据进行深度异常点检测，生成异常检测报告；

43、s603：基于所述异常检测报告，进行深度异常原因分析，生成异常原因分析报告；

44、s604：基于所述异常原因分析报告，汇总监测数据，进行综合性能指标分析、效率评估和长期趋势预测，评估整体路灯网络性能，生成性能监测报告；

45、所述时间序列分析技术具体为长短期记忆网络和季节性调整方法，所述孤立森林算法具体为异常分数计算、数据隔离和树结构深度分析，所述深度异常原因分析包括故障模式识别、原因推断算法和影响评估。

46、基于物联网驱动的节能路灯控制系统，所述基于物联网驱动的节能路灯控制系统用于执行上述基于物联网驱动的节能路灯控制方法，所述系统包括环境数据收集模块、数据预处理模块、模式预测模块、控制策略制定模块、动态调节模块、性能监测模块、异常处理模块。

47、作为本发明的进一步方案，所述环境数据收集模块基于物联网传感器，采用边缘计算和无线传感网络技术，收集光照强度、交通流量和天气状况数据，生成环境数据报告；

48、所述数据预处理模块基于环境数据报告，采用数据标准化和去噪声处理技术，结合k-均值聚类算法进行数据清洗和分析，生成数据分析报告；

49、所述模式预测模块基于数据分析报告，采用核函数优化的支持向量机算法和季节性分解时间序列分析方法，对交通和环境变化进行预测，生成预测模型；

50、所述控制策略制定模块基于预测模型，采用模糊逻辑和深度学习的神经网络算法，制定针对差异化环境条件的路灯控制方案，生成路灯控制策略；

51、所述动态调节模块基于路灯控制策略，采用物联网控制技术和智能调节算法，实施路灯的动态调节，生成调节执行报告；

52、所述性能监测模块基于调节执行报告，采用时间序列分析和孤立森林算法，进行路灯性能监测和异常检测，生成性能监测报告；

53、所述异常处理模块基于性能监测报告，采用故障诊断技术和预防性维护策略，处理检测到的异常情况，生成异常处理报告。

54、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

55、本发明中，通过物联网技术收集的环境数据为路灯控制提供实时信息，使照明更智能和响应性强。数据预处理和数据挖掘技术，如k-均值聚类算法，提高数据处理效率和准确性，优化路灯控制策略。机器学习技术的应用，包括支持向量机算法和时间序列分析，实现对环境变化和交通模式的准确预测，优化能源效率和照明效果。模糊逻辑控制算法和神经网络算法的结合，进而制定更加高效的路灯控制策略。时间序列分析和孤立森林算法的使用在性能监测和异常检测方面提升系统稳定性和可靠性。