1研究背景及意义1.1背景据2019年数据，夏季夜间零售量比重达到24.8%，冬季夜间零售量比重达到30.2%，加油站夜间零售量不断提升，且销售占比呈现升高趋势。为吸引夜间顾客，加油站灯光照明的重要性不断显现。传统灯光主要功能定位为照明和装饰，设计主要考虑照度、功率、色温等技术指标。随着照明、自动控制、智能识别等技术的不断成熟，本项目研究应用智能灯光指引系统，在实现智能照明、加油站亮化、节能降耗等基本功能的基础上，重点利用灯光引导客户车辆进场加油，提升加油站加油效率，助力打造“科技感强、形象感强、绿色感强”的智慧加油站，提升客户体验水平。随着物联网时代的到来，传统加油站正朝着智能油站的智能化、低碳、节能减排方向转变。1.2研究目的与意义通过加油站灯具、摄像头的智能化升级和软件后台控制算法开发，结合油枪使用状态及控制系统集成，对加油站场的特种智能灯光控制进行综合判断和分析，采取智能灯光指引技术，员工、客户在不干预的情况下智能识别、判断车辆油品标号，指引到最优、最快的加油位。智能灯光系统引导车辆进场加油，准确判断车辆加油进度及支付状态，提高加油站加油效率和客户体验。2智能灯光控制系统架构2.1车位引导车辆进站由加油站进口ETC双模识别摄像头拍摄获取车牌。站棚灯光亮度由60 W调至100 W（站棚灯光亮度变化可设置）；车牌号码上传数据后台分析返回常加油品等相关信息；接收返回信息后迅速判断油品及空闲加油车位。系统通过与加油机协议通信获取加油机状态，判断加油机空闲、加油中等状态。加油车位上方雷达辅助判断油机空闲状态下的加油车位的状态（有无车辆）。判断相关油品空闲车位逻辑：按加油车位离出口位置的远近距离优先原则；按加油车位离便利店横向距离远近优先原则；晚间加油车位以离便利店横向距离优先原则。LED屏指引信息根据上述逻辑判断显示相关车牌号码、油品、车位号。加油车位上方的指定车位灯闪烁提示加油位置。地面车位灯对应油品灯、车位地面灯闪烁提示。车辆到达指定车位后，加油车位上方灯光、地面车位灯和油品灯，保持常亮。提枪加油，站棚灯光（除车位外）由100 W调至60 W；地面车位灯光亮红色闪烁；加油完成常亮红色，买单成功后绿色闪烁15 s，灯光颜色还原常亮颜色。车辆离场后油机上方站棚灯光由100 W调至60 W。2.2车牌识别安装油站进口ETC双模识别摄像头快速识别车辆车牌。识别车辆进站车牌后，车牌号码上传至后台分析，返回车辆信息及车辆常加油品习性。2.3智能灯光管控加油站内灯光作为加油站的基础设施，是加油站的重要组成部分，智慧灯光指引利用物联网、车牌识别、区域监控雷达、云服务计算等前端技术，将油站内灯光进行连通，成为覆盖加油站区域的灯光物联网，对提升加油站智能化、信息化和管理精细化水平，降低运维成本等方面具有一定作用。通过灯光的智能控制，在外部光感技术的智能控制外，进一步实现客户光临期间的高明亮度，在客户离场后提高宣传灯具的明亮度，降低站场照明度，真正达到节能环保与形象亮化的科学平衡。2.4雷达监测79 GHz毫米波区域监控雷达模组采用先进的雷达信号处理算法和跟踪滤波算法，具有高精度、免调试、高稳定性等特点，适用于检测和跟踪区域内目标。当雷达检测到各种类型的小汽车、卡车等运动目标经过指定区域时，通过串行接口实时告知系统终端设备，可满足智慧、智能化场景管理需求。灯光智能控制系统根据加油机状态判断加油机空闲车位，会出现加油及付款已完、车辆还在加油车位上尚未驶离的情况。安装区域监控雷达可以有效避免，区域监控雷达可吸顶安装，一台加油机一侧2个加油位，安装一个雷达编程控制2个车位坐标判断加油车位空闲状态，延伸优化车道车牌识别应用，提高多部车辆同时加油的识别率。2.5智能引导车位通过ETC双模识别摄像枪识别进站车辆车牌号码，智能灯光控制系统快速分析出空闲加油车位。通过TCP协议与LED屏通信，发送车牌号码、空闲车位及常加油品在LED屏上显示，且加油车位灯光及车位上方车位号码灯光闪烁交替亮起。2.6智能灯光控制系统环境智能灯光控制系统开发环境为Microsoft Visual Studio 2017，基于.NET Framework 4.6.1。2.6.1Microsoft Visual StudioMicrosoft Visual Studio（简称VS）是美国微软公司开发的工具包系列产品。VS是一个基本完整的开发工具集，包括了整个软件生命周期中所需要的大部分工具，如UML工具、代码管控工具、集成开发环境（IDE）等。所写的目标代码适用于微软支持的所有平台，包括Microsoft Windows、Windows Mobile、Windows CE、NET Framework、.NET Compact Framework和Microsoft Silverlight及Windows Phone。Visual Studio是最流行的Windows平台应用程序集成开发环境。智能灯光控制系统开发环境为Visual Studio 2017版本，基于.NET Framework 4.6.1[1]。2.6.2智能灯光控制系统智能灯光控制系统对车辆进站、加油完成及加油流水买单的整个过程完全自动化灯光颜色控制。3应用设计与实现3.1智能灯光控制系统软件设计智能灯光控制系统是一个窗口式的后台服务系统，实现基本控制设置界面及灯光控制逻辑处理。通过TCP协议，对接加油站客户车辆信息集管系统监听卡口车辆数据及加油中的车辆数据进行灯光管控处理。集成第三方DMX512灯控台控制器SDK开发包，控制RGB三原色灯带灯光颜色变化；通过串口协议发送指令控制站棚灯光亮度变化；通过TCP网络协议监听雷达监测车位下方车辆及通过TCP协议与LED屏通信显示提示信息。3.1.1UI主窗口介绍UI主窗口设计分为上方功能按钮栏、左下方菜单栏和右下方功能按钮显示界面。功能按钮包含主页实时预览；菜单栏包含油机管理、灯光管理、油品管理及系统管理；油机管理子菜单包含新增油机、编辑油机和删除油机；灯光管理子菜单包含灯光类型、灯光颜色和顶棚灯光；油品管理子菜单包含油品设置；系统管理子菜单包含网卡设置和串口设置。主页菜单如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.023.F001图1主页菜单3.1.2油机管理根据加油站加油机实际情况，配置加油机、加油机对应的枪号及加油机对应的车道。新增油机配置参数包括油机编号、油机两侧枪号、油机两侧车道。新增油机如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.023.F002图2新增油机3.1.3灯光管理根据加油站实际情况配置灯光的类型、各种场景类型灯光的颜色变化及站棚灯光的进出场亮度。配置选择加油站实际场景的车位灯光、方向指引灯光和油品灯光。灯光类型如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.023.F003图3灯光类型配置各种油品的灯光颜色，车位灯光场景颜色和箭头方向指引灯光场景颜色，可选默认的红、绿、蓝、紫、黄5种颜色值，也可以参考RGB颜色对应表的值设置其颜色值。灯光颜色如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.023.F004图4灯光颜色站棚灯光可以配置白天是否关闭，昼夜常亮的灯光亮度，车辆进站时与出站时的灯光亮度。站棚灯光如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.023.F005图5站棚灯光3.1.4油品管理配置管理枪号对应油品的绑定关系，配置枪号对应的实际油品值。油品配置如图6所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.023.F006图6油品设置3.2灯控台控制器控制器采用的型号是Art-Net-DMX512双网口无屏系列LID-NET-1024（双向），双网口集成工业级交换机功能，方便级联扩展，全光点隔离输出、稳定可靠。自适应支持标准Art-Net协议和力当FQ512Net协议，便于二次开发集成到自身的应用系统。3.2.1LID-NET-1024功能概述提供安卓（Android）和Windows系统的二次开发SDK库（无界面，自由定义App界面），可快速嵌入和开发自身应用软件系统。开发库支持IP网络NET-DMX512（UDP）开发，方便兼容、扩展及和中控系统集成互联。支持安卓（Android）系统的平板、手机、工控机，有Wi-Fi、以太网等通信功能接口即可变DMX512灯光控台。开发库集成灯光程序播放器，支持直接操控DMX通道和播控灯光程序，时间精准，可实现时间轴及音视频灯光同步。Art-Net转DMX512，Node节点模式为输出控制灯具模式。DMX512转Art-Net，服务器模式为外接控台DMX输入模式。支持一键和软件设置工作模式，默认为节点模式；支持自定义IP地址和自动固定Art-Net IP地址模式；支持Art-Net，FQ512-Net，FreeFQ512-Net协议，可连接无线路由器实现Wi-Fi控制灯光系统。外接控台DMX512输入转Art-Net信号功能，支持实体512控台连接WYSIWYG软件做3D模拟灯光，专业灯光设计必备（可提供下载）。支持实体512控台连接Magic 3D Easy View软件进行3D模拟灯光，Easy View 3D是一款简单易用的舞台灯光3D模拟软件（可提供下载），支持实体512控台连接国产LightingStudio专业灯光3D模拟软件（需要购买官网的加密狗），触发播控视频播控软件（Resolume_Arena、Arkaos等）。Art-Net转DMX512信号输出控制灯具功能，支持灯光编程控制软件控制灯具，如Madrix（LED点阵编辑播控软件，全功能版需要USB-KEY），FreeStyler、Abuelites、PC_DIMMER、Magic Q、MadMapper、Lightjams等灯光软件直接输出DMX512信号来控制灯具设备，也可以作为网络灯光控台的DMX512输出扩展设备使用（如MA、老虎触摸控台等）。支持DMX512信号转成网络信号进行远距离传输，可利用目前成熟稳定的光纤或Wi-Fi无线远距离传输。在远端将网络信号转换成为DMX512信号输出直接控制灯具（2个盒子，接控台的设置为服务器模式，接灯具的设置为节点模式；2个盒子也可直连）。盒子通过网线连接无线路由器可实现Wi-Fi控制，智能手机或iPad安装有Art-Net灯光软件（如Art-Net Controller LITE等），可直接编程控制灯光。Art-Net控制器，网络智能DMX512灯光控制器，支持双向传输，高速稳定。其功能亮点：双网口，方便手拉手级联和备用；采用高清0LED显示屏，提供中英文菜单；支持双向512通道高速自适应传输；Art-Net—DMX512互传；1个主DMX1输入或输出，1个DMX2备用输出或放大输出；DMX全光隔离和电源隔离输出。3.2.2集成Art-Net-DMX512 SDK开发通过集成SDK开发包到灯光控制系统，以达到控制灯光颜色的效果。调用SDK包定义函数原型，导入FQ512NetShow.dll库；调用网络初始化函数Init_Net（）；函数原型FQ512NetShow_DLL_API unsigned char _stdcall Init_Net（void）；没有参数，返回值0~9为默认的选择网卡序号；255为初始化网络接口失败。调用设置IP函数：Set_RemoteIp（），设置发送目标IP地址。函数原型FQ512NetShow_DLL_API void _stdcall Set_RemoteIp（unsigned char Ip1，unsigned char Ip2，unsigned char Ip3，unsigned char Ip4），没有返回值，参数为IP地址，如果IP地址为192.168.1.220，则Ip1=192，Ip2=168，Ip3=1，Ip4=220。调用发送灯光数据包函数：Send_FQ512Net_DmxPacket（）。函数原型FQ512NetShow_DLL_API void _stdcall Send_FQ512Net_DmxPacket（unsigned char Net， unsigned char SubUni， unsigned char Ux， unsigned char Update， unsigned char Broadcast， unsigned char* DmxChBuf）；无返回值，参数Net为网0~127，SuUni为子网0~15，Ux为域0~15，Updata立即更新还是缓存，Broadcast单播或广播模式，DmxChBuf=512字节的DMX512域通道值的缓存指针。退出程序调用函数ExitClean（void），释放所有的资源；函数原型：FQ512NetShow_DLL_API void _stdcall ExitClean（void）；无参数，无返回值。3.3串口通信串口通信指串口按位（bit）发送和接收字节[2]。比特字节（byte）的串行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口通信协议是指规定数据包的内容，内容包含起始位、主体数据、校验位及停止位，双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。在串口通信中，常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。RS-485（EIA-485标准）是RS-422的改进，设备的个数从10个增加到32个，定义了在最大设备个数情况下的电气特性，以保证足够的信号电压。具有多个设备的能力，可以使用单个RS-485口建立设备网络。出色抗噪和多设备能力，在工业应用中建立连向PC机的分布式设备网络、其他数据收集控制器、HMI或其他操作时，串行连接会选择RS-485。RS-485是RS-422的超集，因此所有的RS-422设备可以被RS-485控制，RS-485可以用超过1 219.2 m的线进行串行通行[3]。串口在嵌入式系统中是一类重要的数据通信接口，其本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器[4]。当数据从CPU经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位，在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。应用程序要使用串口进行通信，必须在使用之前向操作系统提出资源申请要求（打开串口），通信完成后必须释放资源（关闭串口）。串口用于ASCⅡ码字符的传输。通信使用地线、发送数据线、接收数据线3根线完成。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，参数必须匹配，波特率是一个衡量通信速度的参数，表示每秒钟传送的bit个数；数据位是衡量通信中实际数据位的参数，当计算机发送一个信息包，标准的值是5、7和8位。停止位用于表示单个包的最后一位，典型值为1、1.5和2位，停止位不是表示传输的结束，而是提供计算机校正时钟同步的机会；奇偶校验位是串口通信中的一种简单检错方式，有4种检错方式即偶、奇、高和低，也可以没有校验位。波特率：本系统采用串口异步通信，异步通信中由于没有时钟信号（如DB9接口没有时钟信号），所以两个通信设备之间需要约定好波特率，即每个码元的长度，以便对信号进行解码，常见的波特率为4 800、9 600、115 200等。通信的起始和停止信号：串口通信的一个数据包从起始信号开始直到停止信号结束。数据包的起始信号由一个逻辑0的数据位表示，数据包的停止信号可由0.5、1、1.5或2个逻辑1的数据位表示，只要双方约定一致即可。有效数据：在数据包的起始位之后是要传输的主体数据内容，也称为有效数据，有效数据的长度常被约定为5、6、7或8位长。数据校验：在有效数据之后，有一个可选的数据校验位。数据通信容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，可以在传输过程加上校验位解决。校验方法有奇校验（odd）、偶校验（even）、0校验（space）、1校验（mark）及无校验（noparity）。引用.Net程序集System.IO.Ports与底层串口进行通信，通过SerialPort对串口进行管理，打开串口调用SerialPort类的Open（）函数，关闭串口调用SerialPort类Close（）函数，发送数据调用SerialPort类Write（）函数，接收串口数据调用SerialPort类的Read（）函数。3.3.1站棚灯光串口通信站棚灯光采用的串口通信协议为RS-485，波特率为9 600 bit/s，通过串口转RS-485进行数据通信。开始标识：固定字符。识别码：区分不同种类产品字符。地址：该产品的通信地址。数据长度：数据域的字节数，大端模式，高字节在前。命令：本条命令的功能。数据域：该条命令的内容，可以为空。校验位：从识别码开始到数据域的最后一位字节的逐个字节异或值。结束识位：为字符。灯光控制系统打开站棚灯光所连接的串口名，打开站棚灯光、关闭站棚灯光和控制灯光的亮度。3.3.2雷达串口通信雷达采用的串口通信协议为RS-485，波特率为115 200 bit/s。雷达通信数据格式以字符串的形式，换行符结束。发送字符命令返回Done表示发送命令成功。灯光控制系统打开雷达所连接的串口名，发送监听雷达监测区域命令“clioutput 6\r”实时监听区域内的车辆状态。雷达串口服务返回“up”说明区域内有车辆驶入，返回“down”表示区域内车辆离开。3.4LED显示屏TCP协议传输控制协议（TCP）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义[5]。TCP旨在适应支持多网络应用的分层协议层次结构。连接到不同但互连的计算机通信网络主计算机中的成对进程，依靠TCP提供可靠的通信服务。TCP假设可以从较低级别的协议获得简单、可能不可靠数据报服务。TCP能够在从硬线连接到分组交换或电路交换网络的各种通信系统上操作[6]。引用.Net程序集System.Net以及System.Net.Sockets；System.Net.Sockets的Socket类创建Socket套接字，连接LED屏的TCP服务端，向TCP服务端发送需要指引的信息；System.Net的IPEndPoint类绑定TCP服务端的IP地址和端口号。3.5安装敷设要求3.5.1管线敷设要求敷设穿线管时应确保敷设的严密性，确保埋地以下区域的管线长期泡水。同时，连接位置应尽量避免出现管道内进水或油气混合物的情况[7]。为保证其运行稳定性，所敷设的电缆强弱电应分管分沟敷设。灯光指引所敷设的电缆应选用带屏蔽的信号线，避免传输过程信号干扰。工程施工过程应提前敷设有效的防雷接地极，显示屏、指引灯等有效接地。屏蔽或分隔屏蔽带静电的物体，同时屏蔽体应可靠接地。设备的安装应符合现行国家标准《石油化工静设备安装工程施工质量验收规范》（GB 50461—2008）[8]相关规定，设备安装允许偏差应符合要求。敷设的电缆应采用铠装电缆或导线穿钢管配线，配线电缆铠装金属层两端、保护钢管两端均应接地。采用埋地敷设时电缆穿越行车道部分应穿钢管保护。爆炸危险区域内的电气设备选型、安装、电力敷设应符合现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058—2014）[9]相关规定。通信用电缆和动力电缆必须通过单独的镀锌管保护设备，在穿入完成后应对管道两端进行封堵，以防止水或其他液体进入内部。引入设备内部的电源线和通信线必须经过防爆挠性管进行保护，从穿线管处连接至防爆箱处，中间如有转接，应使用防爆接线盒。3.5.2其他要求为确保设备零部件和系统的正常运行，包括管线、显示屏、灯光及控制线的整个系统必须进行“导通性测试”“静电测试”。3.6灯光控制系统流程实现灯光控制系统主要服务数据存储结构：监听服务、数据处理服务和队列。监听服务从设备上采集到的数据添加队列里，数据处理服务通过队列取数据进行相应的业务处理。监听服务主要实时监听加油站客户车辆信息集管系统主动推送的数据，数据包含卡口数据和加油实时数据，并解析成特定的队列数据结构添加到队列里。数据处理服务通过队列取出数据进行车辆进站、加油中、加油完成、买单和车辆出站的场景业务灯光控制处理。3.6.1车辆进站进站加油车辆，通过进站口ETC双模摄像头抓拍图像分析识别车辆车牌号码，数据上传至加油站客户车辆信息集管系统。灯光控制系统监听服务接收加油站客户车辆信息集管系统推送的实时数据，分析处理添加至服务队列。灯光控制系统数据处理服务取出服务队列中的实时数据，实时完成灯光管控处理。（1）站棚灯光。车辆进站车牌识别成功触发，油站站棚全部灯光亮度变亮，默认亮度为最大值，亮度值可配置，单位瓦（W）。（2）DMX512控制台灯光。车辆进站车牌识别成功触发，上传车牌号码至后台服务大数据分析车辆加油习性并返回车辆常加油品。根据返回的常加油品信息，判断该油品的空闲车位（优先远近原则），地面油品灯光、车位灯光和上方车位号码灯光闪存亮起，通过雷达监测车辆到达车位上时，灯光颜色保持常亮。进站灯光指示颜色，油品灯光颜色为油站油品颜色、车位灯光黄色、上方车位号码灯光为红色。（3）LED显示屏。通过雷达监测车辆是否到达指定车位位置，车辆驶入加油车位时，地面油品灯光、车位灯光和上方车位号码灯光变为保持常亮状态。3.6.2车辆加油通过雷达监听车辆是否到达指定车位，车辆到达指定车位后，车位上方车位灯光保持常亮，代表车辆已经到达指定加油车位。通过监听加油机协议服务，获取油枪实时加油状态信息。提枪加油过程中，地面车位灯光红色闪烁亮起，加油完成地面车位灯光保持为红色常亮状态。提枪加油后，该油机上方其他空闲状态下的油机上方站棚灯光颜色调暗。3.6.3加油流水买单加油完成通过后台服务监听加油流水买单状况。顾客在油机、自助机或者前台买单后，该条流水被标记为已支付的状态。地面车位灯光绿色闪烁亮起15 s后地面灯光还原常亮（白色）状态。绿色闪烁亮起，提示顾客加油流水已经买单完成。3.6.4车辆出站顾客在油机、自助机或前台买单完成后，通过雷达监测车辆是否离开车位，车辆离开加油车位后，车位上方车位号码灯光还原白色，该车位上方的站棚灯光亮度变暗，默认亮度为最小值，亮度值可配置，单位为瓦（W）。4系统研究应用结果与分析4.1系统研究应用结果系统应用于加油站场景，通过对加油站灯具、摄像头和加油机等设备的升级改造及数据采集；实现了加油车辆进站车牌识别、通过车牌上传至后台云端服务大数据分析，获取车辆的加油习性。通过雷达数据智能分析加油车位的空闲状态，车位按优先远近的原则，通过LED显示屏显示车牌号码、加油车位和加油油品辅助提示信息及车位灯光交替闪烁指引，以达到车辆进站智能指引车辆到位。车辆进站时站棚灯光亮度变亮（无车加油时站棚灯光亮度较暗），车辆加油时，除了加油车位上方外的其他站棚灯光颜色变暗，车辆加油完成离开车位后，其上方的站棚灯光亮度变暗。通过对站棚灯光的智能控制处理，可以达到节能减排目的。加油中、加油完成及加油流水买单过程中，对车位灯光进行管控处理，控制车位灯光的颜色变化，可以通过车位灯光颜色的变化，达到对油机状态及加油流水买单状态实时监控的目的。4.2系统研究应用分析本系统需要硬件设备与软件结合为一体应用于加油站场景中，通过加油站灯具、摄像头的智能化升级和软件后台控制算法开发，结合油枪使用状态及控制系统集成，对加油站场的特种智能灯光控制进行综合判断和分析。采取智能灯光指引技术，让员工、客户在不干预的情况下，智能识别、判断车辆油品标号，指引到最优、最快的加油位。智能灯光系统引导车辆进场加油，并准确判断车辆加油进度及支付状态，提高加油站的加油效率，提升客户的体验感。5结语本系统通过升级加油站现有的灯光、摄像头、加油机等设备，通过现场各项智能硬件数据收集、判断及分析，结合车辆加油油品，实现现场智能引导流程，提升服务体验，同时实现环保节能、低碳排放，解决加油站现场排队及堵塞现象，提升服务等级和加油中转率。在外部光感技术的智能控制外，进一步实现客户光临期间的高明亮度，在客户离场后提高宣传灯具的明亮度，降低站场照明度，真正达到节能环保与形象亮化的科学平衡。