一种基于互联网监控的灯具交互系统

技术领域

本发明涉及灯具交互领域，更具体的说是涉及一种基于互联网监控的灯具 交互系统。

背景技术

中国的山区，包括山地、丘陵和高原，总面积为663.6万平方公里，占全 国国土总面积的69.1％。在山区中，山路的宽度较小并且道路延伸不规则，并且 通常还伴随着高度落差大的特点，导致通行的安全程度不高。为了提高山路通 行的安全程度，需要在山路上安装路灯，利用高亮度的路灯对路面提供良好的 照明条件，然而这一设置会耗费大量的电能，不适用于通行需求较小的山路道 路。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于互联网监控的 灯具交互系统，用于克服现有技术中的上述缺陷，使其具有适用于通性需求小 的山路照明，节能的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于互联网监控的灯具交互系统，包括若干照明元件，存在相邻关系 的两个所述照明元件之间通讯连接，所述相邻关系具体为两个照明元件的照亮 区域之间存在交集，各个所述照明元件均包含第一照明状态和第二照明状态， 其中第一照明状态的亮度小于第二照明状态的亮度，所述照明元件包括采集模 块、提取模块、存储模块、比对模块，

所述照明元件可作为发射端或者接收端，当其中一个所述采集模块采集到 脚步声时，则将对应的所述照明元件作为发射端，与发射端符合相邻关系的所 述照明元件作为接收端，所述发射端和接收端通讯连接，

当所述照明元件作为接收端时，

所述采集模块采集脚步声以定义为第二脚步信息，

所述提取模块获取并从所述第二脚步信息中提取至少一组所述第二脚步子 信息，每一所述第二脚步子信息分别表示不同行人的脚步数据，生成脚步信号 至发射端；

当所述照明元件作为发射端时，

所述采集模块采集脚步声以定义为第一脚步信息，并生成调亮信号以使所 述照明元件以及接收端的照明元件保持所述第二照明状态，

所述提取模块获取并从所述第一脚步信息中提取至少一组第一脚步子信息 并记录于存储模块内，每一所述第一脚步子信息分别表示不同行人的脚步数据，

所述比对模块接收脚步信号以获取第二脚步子信息，并将所述第二脚步子 信息与各个所述第一脚步子信息进行比对，若相似度高于预设的脚步阈值时， 生成清除信号以清除存储模块内对应的所述第一脚步子信息，当存储模块内的 所述第一脚步子信息全部清除完毕后，则生成调暗信号以使发射端以使未生成 脚步信号的接收端切换至第一照明状态。

在本发明中，优选的，所述存储模块配置有信息数据库，所述信息数据库 用于记录所述行人信息和记录时间，所述行人信息具体包括所述第一脚步子信 息，所述记录时间反映对应的行人信息被记录的时刻，当所述存储模块接收所 述清除信号时对应的所述行人信息和记录时间同步被清除，

所述照明元件配置有第一异常反馈模块，若在预设等待时间内所述行人信 息未被清除，则所述第一异常反馈模块生成异常反馈信号。

在本发明中，优选的，所述信息数据库还包括历史到达数据，当所述比对 模块生成清除信号时，计算跨度时间以定义为历史到达时长并扩充所述历史到 达数据，而后将各所述历史到达数据传输并存储于接收端的信息数据库内，

所述比对模块配置有简化比对策略，所述简化比对策略包括简化比对步骤：

步骤一：统计所述历史到达数据内所述历史到达时长的数量以定义为累积 数量，若所述累积数量超过预设数量，则生成简化信号至接收端比对模块，

步骤二：发射端比对模块获取所述所述历史到达时长并生成预测到达时间 段至接收端比对模块，若接收端采集模块在预测到达时间段内检测到脚步声， 则生成所述清除信号，并将第一脚步子信息作为第二脚步子信息。

在本发明中，优选的，所述简化比对策略配置有执行条件，当符合所述执 行条件时则执行所述简化比对策略，所述执行条件具体为，所述发射端对应的 接收端数量小于预设接收数量，且发射端的信息数据库内行人信息的数量小于 预设的行人数量。

在本发明中，优选的，所述照明元件配置有第二异常反馈模块，所述第二 异常反馈模块获取所述第一脚步子信息并从中提取频率数据进行比对，所述频 率数据反映行人移动的速度，若所述频率数据的变化率大于预设变化率时，所 述第二异常反馈模块生成异常信号以使各照明元件均切换至第二照明状态。

在本发明中，优选的，所述照明元件配置有环境声音数据库，所述环境声 音数据库存储有多组环境声音信息，所述环境声音信息包含多组环境声音子信 息，每一环境声音子信息对应一时间区间内在预设频率下的环境声音波段总量；

所述采集模块配置有脚步声采集策略，所述脚步声采集策略配置有脚步声 采集步骤：

步骤一：所述信号采集模块采集实时声音信号，对实时声音信号进行预处 理得到预设频率下的多个声音波段；

步骤二：调取当前实时声音信息采集的时间点对应的环境声音子信息，剔 除环境声音波段，并从实时声音信息的剩余声音波段中筛选声音波段强度呈周 期性衰减的声音波段定义为第一脚步信息或第二脚步信息。

在本发明中，优选的，所述预处理包括所述预处理包括滤波、A/D转换、预 加重、分帧加窗和端点检测；

所述滤波采用FIR滤波器滤除信号中的非音频成分，最大限度提高输入信号 的信噪比；

所述A/D转换是将模拟信号转变为数字信号；

所述预加重是对信号的高频部分加重，增强声音信号的高频分辨率，便于 后面进行谱分析；选择一阶FIR高通数字滤波器来进行预加重处理；

所述分帧加窗是将声音信号分成很小的时间段，即帧，然后对分帧的声音 信号进行加窗处理，加窗采用汉明窗；

所述端点检测是在声音信号中，为了区分环境声音和脚步声音，准确地判 断出声音信号的开始点和结束点而设置。

在本发明中，优选的，所述照明元件配置有能见度感应模块以及色温调节 模块，所述能见度感应模块包括能见度传感器、温湿度传感器以及微处理器， 所述能见度传感器用于采集环境中的颗粒物浓度数据，所述温湿度传感器用于 采集环境中的温湿度数据，所述微处理器用于根据环境中的颗粒物浓度数据以 及温湿度数据计算得到环境能见度指数；

所述微处理器连接于色温调节模块，所述微处理器配置有能见度比对策略， 所述能见度比对策略包括对比阈值，当环境能见度指数大于比对阈值时，所述 微处理器控制色温调节模块降低照明元件的输出色温；当环境能见度指数小于 比对阈值时，所述微处理器控制色温调节模块提高照明元件的输出色温。

在本发明中，优选的，所述色温调节模块配置有色温调节策略，所述色温 调节策略配置有色温调节算法，所述色温调节算法的计算公式为：

Y＝β∑Ai*Bi

Pi＝P0[exp(Y/2)-1]

其中，Y为颗粒物浓度指数，Ai为各类颗粒物对应的预设权重参数，Bi为 颗粒物浓度浓度；

其中，Pi为调节色温值，P0为初始色温值，β为随机参数，Smax为最大湿 度值，Smin为最小湿度值，Save为平均湿度值，Wmax为最大温度值，Wmin为 最大温度值，Wave为平均温度值。

在本发明中，优选的，所述随机参数β设置有多个影响因子，所述影响因 子包括空气流速、照明元件亮度。

本发明的有益效果：

1、本发明适用于山区通行需求较小的道路，在无人通行时，各照明元件保 持第一照明状态，减少照明元件的用电需求，当其中任一照明元件的采集模块 采集到脚步声时，则生成调亮信号至与该照明元件相邻的照明元件，使得当前 正有行人经过和预测可能有行人到经过的照明元件保持较亮的第二照明状态， 为行人提供良好的照明条件，当行人离开后则使对应照明原价恢复到第二照明 状态，兼顾了照明需求以及节能需求；

2、由于山区道路存在一定危险性，因此本发明通过第一异常反馈模块判断 行人是否在预设等待时间内移动到下一照明元件位置，若没有则生成异常反馈 信号，提醒工作人员调取监控以获取行人状态，利用第二异常反馈模块判断是 否出现了其他紧急事态，若是则将各个照明元件都调整到亮度较高的第二照明 状态，为行人通行提供良好照明条件；

3、本发明通过环境声音数据库以及脚步声采集策略的设置，对脚步声进行 提取，并剔除环境声音的影响，提高声音采集的准确度。

附图说明

图1是本发明的系统架构示意图。

具体实施方式

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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组 件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可 以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是 “设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中 组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述 只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的 术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，本实施例提供了一种基于互联网监控的灯具交互系统，包括若 干照明元件，照明元件具体为路灯，存在相邻关系的两个照明元件之间通讯连 接，相邻关系具体为两个照明元件的照亮区域之间存在交集，各个照明元件均 包含第一照明状态和第二照明状态，其中第一照明状态的亮度小于第二照明状 态的亮度。照明元件包括采集模块、提取模块、存储模块、比对模块。本发明 适用于山区通行需求较小的道路，在无人通行时，各照明元件保持第一照明状 态，减少照明元件的用电需求，当其中任一照明元件的采集模块采集到脚步声 时，则生成调亮信号至与该照明元件相邻的照明元件，使得当前正有行人经过 和预测可能有行人到经过的照明元件保持较亮的第二照明状态，为行人提供良 好的照明条件，当行人离开后则使对应照明原价恢复到第二照明状态，兼顾了 照明需求以及节能需求。

照明元件可作为发射端或者接收端，当其中一个采集模块采集到脚步声时， 则将对应的照明元件作为发射端，与发射端符合相邻关系的照明元件作为接收 端，发射端和接收端通讯连接，实际使用中，相邻两个照明元件通过预埋线缆 的方式进行通讯，以保证在山区环境内信号的稳定性。当照明元件作为接收端 时，采集模块采集脚步声以定义为第二脚步信息，提取模块获取并从第二脚步 信息中提取至少一组第二脚步子信息，每一第二脚步子信息分别表示不同行人 的脚步数据，生成脚步信号至发射端。由于各个行人之间的行走速度存在差异， 行人路过一个照明元件时，可将各个行人的行走过程视为时间上存在周期性变 化，音量由递增到递减的过程，可以根据这一特性拆分出多个行人的脚步数据， 如存在多人同步行走的情况，其脚步数据的变化周期相同，但是由于其同步移 动，也可以将其视为一个行人进行处理。

当照明元件作为发射端时，采集模块采集脚步声以定义为第一脚步信息， 并生成调亮信号以使照明元件以及接收端的照明元件保持第二照明状态，预先 为行人的行走提供便利。提取模块获取并从第一脚步信息中提取至少一组第一 脚步子信息并记录于存储模块内，每一第一脚步子信息分别表示不同行人的脚 步数据，比对模块接收脚步信号以获取第二脚步子信息，并将第二脚步子信息 与各个第一脚步子信息进行比对，若相似度高于预设的脚步阈值时，生成清除 信号以清除存储模块内对应的第一脚步子信息。采用相似度比较主要是因为， 声音数据会受到地面介质的影响，例如频率。当存储模块内的第一脚步子信息 全部清除完毕后，表示行人已经全部离开当前发射端所在位置，则生成调暗信 号以使发射端以使未生成脚步信号的接收端切换至第一照明状态，使没有行人 到达的接收端照明元件和当前发射端照明元件调整到照明亮度较小的状态。第 一脚步子信息和第二脚步子信息进行比对时，可以采用频率、振幅、变化周期、 音量最大值在变化周期内的位置等数据。

存储模块配置有信息数据库，信息数据库用于记录行人信息和记录时间， 行人信息具体包括第一脚步子信息，记录时间反映对应的行人信息被记录的时 刻，当存储模块接收清除信号时对应的行人信息和记录时间同步被清除。照明 元件配置有第一异常反馈模块，若在预设等待时间内行人信息未被清除，则第 一异常反馈模块生成异常反馈信号。监控中心可根据接收到的异常反馈信号调 取周边监控，观察行人的移动信息，若发现行人发生危险，例如滑倒、坠崖等 紧急情况时可以及时施救。

信息数据库还包括历史到达数据，当比对模块生成清除信号时，计算跨度 时间以定义为历史到达时长并扩充历史到达数据，而后将各历史到达数据传输 并存储于接收端的信息数据库内，比对模块配置有简化比对策略，简化比对策 略包括简化比对步骤：

步骤一：统计历史到达数据内历史到达时长的数量以定义为累积数量，若 累积数量超过预设数量，则生成简化信号至接收端比对模块。

步骤二：发射端比对模块获取历史到达时长并生成预测到达时间段至接收 端比对模块，若接收端采集模块在预测到达时间段内检测到脚步声，则生成清 除信号，并将第一脚步子信息作为第二脚步子信息。

简化策略的设置只要是为了减小各个元件的工作量，当对于同一行人纪录 有一定数量的样本时，可以根据路程长度以及行人的行走速度推断出其行走至 下一照明元件的时间，通过简化策略减少各个照明元件的运算量。

简化比对策略配置有执行条件，当符合执行条件时则执行简化比对策略， 执行条件具体为，发射端对应的接收端数量小于预设接收数量，且发射端的信 息数据库内行人信息的数量小于预设的行人数量。执行条件的设置能够增强简 化策略使用时的准确率，发射端对应的接收端数量能够反映出，发射端照明元 件所在位置的岔路数量，如岔路数量较多时，需要将预测数据输送至多个接收 端进行比对，各个岔路的环境不同，且行人行走时还需要花费更多时间进行辨 认，容易产生较大的误差，因此该位置不适用简化策略。发射端的信息数据库 内行人信息的数量则是反映，当前到达这一发射端照明元件并且还未到达接收 端照明元件的行人数量，若人数较多，各个行人之间的预测时间容易产生交叠， 因此也不适用简化策略。并且，执行条件的设置相当于在简化策略的执行过程 中加入了验证点，并且这些验证点设置于容易产生误差的位置，减少各模块工 作量的同时还能够提高检测的准确性。

照明元件配置有第二异常反馈模块，第二异常反馈模块获取第一脚步子信 息并从中提取频率数据进行比对，频率数据反映行人移动的速度，若频率数据 的变化率大于预设变化率时，第二异常反馈模块生成异常信号以使各照明元件 均切换至第二照明状态。由于山路路段容易出现意外事故，例如突发自然灾害、 野生动物出没等情况，因此当检测到频率数据突变时，也就是行人突然加速时， 使各个照明元件的亮度提高，为行人的撤离提供良好照明条件。

照明元件配置有环境声音数据库，环境声音数据库存储有多组环境声音信 息，环境声音信息包含多组环境声音子信息，每一环境声音子信息对应一时间 区间内在预设频率下的环境声音波段总量；

采集模块配置有脚步声采集策略，脚步声采集策略配置有脚步声采集步骤：

步骤一：信号采集模块采集实时声音信号，对实时声音信号进行预处理得 到预设频率下的多个声音波段；

步骤二：调取当前实时声音信息采集的时间点对应的环境声音子信息，剔 除环境声音波段，并从实时声音信息的剩余声音波段中筛选声音波段强度呈周 期性衰减的声音波段定义为第一脚步信息或第二脚步信息。

预处理包括预处理包括滤波、A/D转换、预加重、分帧加窗和端点检测；

滤波采用FIR滤波器滤除信号中的非音频成分，最大限度提高输入信号的 信噪比；

A/D转换是将模拟信号转变为数字信号；

预加重是对信号的高频部分加重，增强声音信号的高频分辨率，便于后面 进行谱分析；选择一阶FIR高通数字滤波器来进行预加重处理；

分帧加窗是将声音信号分成很小的时间段，即帧，然后对分帧的声音信号 进行加窗处理，加窗采用汉明窗；

端点检测是在声音信号中，为了区分环境声音和脚步声音，准确地判断出 声音信号的开始点和结束点而设置。

照明元件配置有能见度感应模块以及色温调节模块，能见度感应模块包括 能见度传感器、温湿度传感器以及微处理器，能见度传感器用于采集环境中的 颗粒物浓度数据，温湿度传感器用于采集环境中的温湿度数据，微处理器用于 根据环境中的颗粒物浓度数据以及温湿度数据计算得到环境能见度指数；

微处理器连接于色温调节模块，微处理器配置有能见度比对策略，能见度 比对策略包括对比阈值，当环境能见度指数大于比对阈值时，微处理器控制色 温调节模块降低照明元件的输出色温；当环境能见度指数小于比对阈值时，微 处理器控制色温调节模块提高照明元件的输出色温。

色温调节模块配置有色温调节策略，色温调节策略配置有色温调节算法， 色温调节算法的计算公式为：

Y＝β∑Ai*Bi

Pi＝P0[exp(Y/2)-1]

其中，Y为颗粒物浓度指数，Ai为各类颗粒物对应的预设权重参数，Bi为 颗粒物浓度浓度；

其中，Pi为调节色温值，P0为初始色温值，β为随机参数，Smax为最大 湿度值，Smin为最小湿度值，Save为平均湿度值，Wmax为最大温度值，Wmin 为最大温度值，Wave为平均温度值。

随机参数β设置有多个影响因子，影响因子包括空气流速、照明元件亮度。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实 施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进 和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。