基于單燈控制的智能路燈管理系統(tǒng)的互聯(lián)互通實踐

【摘要】基于單燈控制的智能路燈管理系統(tǒng)由于能夠?qū)崿F(xiàn)真正的按需照明，并大幅度提高路燈的精細化管理水平，正成為路燈管理工作發(fā)展的必然趨勢。但現(xiàn)階段由于廠商多、標準雜、兼容性差等問題在一定程度上也阻礙其大規(guī)模推廣。本文重點介紹智能路燈系統(tǒng)通信規(guī)約、設備規(guī)范的制定，以及深圳路燈管理中心在多廠商設備互聯(lián)互通方面的實踐。

【關(guān)鍵詞】單燈控制；路燈管理系統(tǒng)；互聯(lián)互通；通信協(xié)議

1.引言

路燈作為城市照明的重要組成部分，在城市的交通安全、社會治安、人民生活和市容風貌中居于舉足輕重的地位，發(fā)揮著不可替代的作用。路燈綠色照明的實現(xiàn)，除了需要科學的照明規(guī)劃與設計，采用更加節(jié)能、安全和性能穩(wěn)定的照明產(chǎn)品以外，還需要向科技要效率，打造高效統(tǒng)一的管理系統(tǒng)，并以此實現(xiàn)科學的、高效的運行、維護與管理。

基于單燈控制的智能路燈管理系統(tǒng)將城市中的每一盞路燈通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及信息傳感技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行集中、遠程、智能的控制與管理，以實現(xiàn)按需照明和精細化管理的目的。但由于單燈系統(tǒng)廠商多、標準雜，基本上都是各自企業(yè)自行開發(fā)，通過內(nèi)部私有協(xié)議形成一套相對獨立的監(jiān)控網(wǎng)絡，并且由各城市路燈管理處或調(diào)度中心獨立管理自己管轄范圍內(nèi)的路燈管理系統(tǒng)。這種由不同企業(yè)分別進行建設的模式，在建設標準、布局原則、技術(shù)體制、運用質(zhì)量、硬件接口等方面都存在著差異，無法實現(xiàn)路燈管理平臺數(shù)據(jù)的有效共享，也會造成管理方的系統(tǒng)替換成本高，風險大。

為了達到建立統(tǒng)一管理的路燈管理系統(tǒng)的目的，必須研究實現(xiàn)路燈管理系統(tǒng)的互聯(lián)互通技術(shù)，以實現(xiàn)對硬件接口，各級設備間協(xié)議的統(tǒng)一制定，并在此基礎上建立起路燈監(jiān)控網(wǎng)絡的各級節(jié)點數(shù)據(jù)最終實現(xiàn)互聯(lián)互通，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上對現(xiàn)有相對獨立系統(tǒng)的模式進行根本改變。

2.基于單燈控制的智能路燈系統(tǒng)

基于單燈控制的智能路燈管理系統(tǒng)的核心是將城市中每一盞路燈接入網(wǎng)絡，以實現(xiàn)精確地理位置定位、遠程可調(diào)可控、運行狀態(tài)在線跟蹤，從而實現(xiàn)決策支持力度、資產(chǎn)管理力度和透明度的增加。一個典型的路燈單燈系統(tǒng)包含以下三級邏輯層和兩級通信層。（如圖1）

終端級：終端級設備主要包括獨立的單燈控制器或具備通信與采集功能的智能型配套電器（鎮(zhèn)流器、LED驅(qū)動電源等）兩種形式，能夠上傳數(shù)據(jù)并接收中間級轉(zhuǎn)發(fā)的相關(guān)數(shù)據(jù)和命令，負責對燈具進行控制和運行狀態(tài)監(jiān)測。

中間級：中間級設備主要包括集中器、監(jiān)控RTU等設備，安裝于照明配電柜內(nèi)，根據(jù)中心級系統(tǒng)下發(fā)的運行參數(shù)和命令，負責照明配電柜內(nèi)的路燈線路的數(shù)據(jù)采集、控制，實現(xiàn)照明配電柜安全防護，與終端級設備通過現(xiàn)場通信層進行數(shù)據(jù)交換，與中心級通過遠程通信層進行數(shù)據(jù)交換。

中心級：有計算機、數(shù)據(jù)庫服務器、通信設備、顯示輸出設備、報警設備等硬件和能將計算機集成、監(jiān)控、通信、專業(yè)GIS、工作流、OA等相關(guān)技術(shù)融合運用的軟件組成，對中間級和終端級設備進行管理。

現(xiàn)場通信層：現(xiàn)場通信層是指中間級與終端級之間的通信信道，一般采用免布線、自組網(wǎng)、低功耗的電力載波通信或微功率無線通信技術(shù)。

遠程通信層：遠程通信層是指中間級與中心級之間的通信信道，包括公用無線數(shù)據(jù)傳輸信道和無線專用數(shù)據(jù)傳輸信道。[1]

3.互聯(lián)互通標準的意義與原則

基于單燈控制的智能路燈管理系統(tǒng)的互聯(lián)互通是指不同廠家的設備接口按照統(tǒng)一協(xié)議標準進行互聯(lián)，保證各項功能可在不同廠家設備構(gòu)成的網(wǎng)絡中予以實現(xiàn)。

3.1互聯(lián)互通的價值與意義

實現(xiàn)互聯(lián)互通有利于設備供貨市場形成良好競爭局面，節(jié)省投資，降低運行成本，利于網(wǎng)絡長期發(fā)展，具體表現(xiàn)在以下方面：

3.1.1有利于形成良好競爭局面，保護工程投資，降低風險。

設備之間的互聯(lián)互通是形成多廠商供貨局面的技術(shù)基礎，是各廠家市場競爭的主要決定因素。而我國路燈控制網(wǎng)絡具有規(guī)模大、投入高和技術(shù)復雜等特點，因此只有在完成設備互聯(lián)互通測試的前提下，才可能引入多廠商供貨，使設備供貨市場形成良好競爭局面，從而節(jié)省網(wǎng)絡建設投資和運行維護成本，充分保證廠家的售后服務支持力度。

3.1.2有利于形成全網(wǎng)解決方案，按照計劃進行網(wǎng)絡規(guī)劃和建設，最大限度發(fā)揮總體效益。

路燈管理系統(tǒng)建設的目標是為所轄區(qū)域內(nèi)路燈控制、運維提供綜合通信、控制、管理的平臺。設備的互聯(lián)互通是全網(wǎng)優(yōu)化設計的前提基礎，只有在這樣的前提下，才可能保證整個網(wǎng)絡按照統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一資源原則進行組網(wǎng)，使整個網(wǎng)絡構(gòu)成一個有機的整體，共享基礎設施和資源，開展綜合應用，最大限度發(fā)揮總體效益，也才可能便于網(wǎng)絡平滑升級，減少不必要的升級次數(shù)，保證網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。

3.1.3有利于網(wǎng)絡長遠發(fā)展，對路燈照明控制技術(shù)在中國推廣起到積極的推動作用。

只有充分保證設備之間的互聯(lián)互通，才能確保網(wǎng)絡健康持續(xù)發(fā)展，從而形成與路燈控制網(wǎng)絡發(fā)展相適應的數(shù)字化、綜合化的通信信息平臺，使之不斷與路燈現(xiàn)代化日益發(fā)展目標相適應，全面滿足城市照明管理的需要，適應信息化發(fā)展趨勢。

3.2互聯(lián)互通標準制訂原則

3.2.1總體原則

標準的制訂邀請包括深圳市致燁科技有限公司在內(nèi)的國內(nèi)多個控制系統(tǒng)廠商參與，博采各家各類控制標準的長處，挖掘其潛在功能，創(chuàng)造智能路燈系統(tǒng)及相關(guān)路燈產(chǎn)品公平競爭的環(huán)境，促進該行業(yè)的健康發(fā)展。

標準制訂過程中將集中、分析、歸納深圳路燈管理中心、養(yǎng)護單位等多個部門的相關(guān)需求，做到按此協(xié)議研發(fā)生產(chǎn)的控制系統(tǒng)滿足深圳市路燈相關(guān)管理部門的功能設想和要求。

系統(tǒng)盡量參照目前已經(jīng)實施的國內(nèi)或國際標準來制定。協(xié)議標準的制定應與底層通信方式無關(guān)，需兼顧多種通信方式，統(tǒng)一規(guī)定硬件接口和產(chǎn)品尺寸大小，制定完整的功能定義，滿足未來5～10年內(nèi)的需求。

3.2.2功能制定

協(xié)議應滿足不限于無線，PLC，有線等多種通信方式。

控制系統(tǒng)中各種設備的功能定義和通信協(xié)議應公開與透明，可保證路燈控制這一公共服務的安全性，并可做到相關(guān)產(chǎn)品的可替換性，以便于設備提供商的研發(fā)和產(chǎn)品競爭，利于深圳市主管部門對此類產(chǎn)品的深度掌控，對各廠商產(chǎn)品的性能可以依據(jù)公開標準進行定性，定量的評估和比較。

各廠商的設備應經(jīng)測試如滿足標準，就可以互相替換，能大大降低備品數(shù)量，并增加管理使用單位對相關(guān)產(chǎn)品的掌控力度。

應將相關(guān)單位包括：路燈管理中心、相關(guān)業(yè)主與設計院、養(yǎng)護單位等最終使用者的相關(guān)需求在標準中明確列出，滿足此公開標準的設備就一定能滿足相關(guān)單位對路燈控制的需求。

標準應強調(diào)后續(xù)的拓展性和產(chǎn)品的在線升級功能。采用此標準的設備可以采用在線升級更新程序的功能，滿足未來新的功能要求。不需要拆換設備，大大降低維護成本并提高設備利用率。

應詳細定義通信中的加密方法，用技術(shù)手段保證公共設施控制網(wǎng)絡的安全性。采用此標準的控制網(wǎng)絡，即使設備提供商也不能進入并取得管理權(quán)。通信中加密的秘鑰掌握在最終使用單位手中。

應定義一些燈具的相關(guān)物理量，比如電流，電壓，功率等，才用此標準的控制設備可以方便的判斷燈具工作狀態(tài)，對不良燈具能及時報錯并通知具體位置。

4.深圳路燈管理中心互聯(lián)互通標準制訂的實踐

4.1標準制訂的流程

成立互聯(lián)互通標準制訂工作組，邀請各廠家提交各自參加互聯(lián)互通測試的設備所遵照的規(guī)范版本，測試工作組經(jīng)討論，確定各接口的規(guī)范版本。

在確定接口規(guī)范版本的基礎上，測試工作組制定測試大綱，包括測試配置、測試項目等內(nèi)容，經(jīng)討論審議通過后實施。

在測試大綱的基礎上，工作組制定測試案例和測試表格文檔，具體內(nèi)容應包括測試方法、測試結(jié)構(gòu)、測試前提條件、測試數(shù)據(jù)預置、測試方案以及具體測試項目。

各廠家在各自的實驗室進行開發(fā)與自測試。調(diào)測正常后工作組進行現(xiàn)場正式測試。

階段測試項目完成后，工作組提交聯(lián)合測試報告，專家組審核。聯(lián)合測試報告內(nèi)容包含互聯(lián)互通測試中的主要事件（測試計劃、測試過程中取得的成果等）、測試項目的最終狀態(tài)。

測試完成后，測試工作組提交各個接口的互聯(lián)互通測試規(guī)范并保存整個測試過程中的工作記錄備查。

4.2相關(guān)標準的說明

4.2.1現(xiàn)場通信層通信協(xié)議

現(xiàn)場通信層通信協(xié)議即集中控制器到單燈控制器的協(xié)議，協(xié)議指令集主要分為以下幾類：

①網(wǎng)絡維護，包括組網(wǎng)、終端UID的主動召測等；

②終端控制，包括開、關(guān)燈、調(diào)光等；

③數(shù)據(jù)采集，包括計量數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、快照數(shù)據(jù)等；

④燈具故障的實時上報；

⑤傳輸網(wǎng)絡優(yōu)化，優(yōu)化報警，采集數(shù)據(jù)對通信信道的占用時間，將多個數(shù)據(jù)合并傳輸；

⑥設備編碼的定義，制定廠商、生產(chǎn)年月、生產(chǎn)序號的順序編碼組合；

⑦燈桿漏電，定義燈桿漏電報警的檢測方法，漏電電壓超過36v，報警通知相關(guān)人員，避免發(fā)生觸電事故；

⑧數(shù)據(jù)快照功能，通過集中器的廣播存儲燈電流數(shù)據(jù)，每天斷電前一次性讀取數(shù)據(jù)。該功能為亮燈率計算，交通事故分析等提供參考依據(jù)。

4.2.2遠程通信層通信協(xié)議

遠程通信層通信協(xié)議即集中器到服務器的協(xié)議，協(xié)議指令集主要分為以下幾類：

①網(wǎng)絡維護，包括登錄、注冊、心跳等；

②參數(shù)配置；包括報警、網(wǎng)絡連接等；

③基本控制，包括開燈、關(guān)燈、調(diào)光等；

④數(shù)據(jù)查詢，包括單燈電流、電壓等數(shù)據(jù)；

⑤任務設置，包括每日，每周，特殊節(jié)日任務設置；

⑥主動上報，包括故障報警等數(shù)據(jù)主動上報；

⑦數(shù)據(jù)幀格式，支持多數(shù)據(jù)段傳輸，預留數(shù)據(jù)加密秘鑰字節(jié)，對數(shù)據(jù)幀類型定義更加詳細規(guī)范。

4.2.3終端級設備硬件接口統(tǒng)一

單燈控制器統(tǒng)一使用1-10V調(diào)光接口，單燈控制器的最大尺寸為300mm*90mm*85mm。

4.3標準的測試與試點

4.3.1廠商開發(fā)及交換測試

各廠商按照功能需求及協(xié)議標準進行系統(tǒng)開發(fā)，階段性開發(fā)完成后，各廠商交換單燈控制器和集中器進行互聯(lián)互通測試。測試每一家設備的協(xié)議統(tǒng)一性，硬件功能的完備性。

4.3.2項目試點及現(xiàn)場測試

經(jīng)工作組評審測試通過的廠商，各自提供一定數(shù)量的單燈控制器和集中器，由深圳市路燈管理中心指定現(xiàn)場測試路段及路燈控制箱，并交換、混合安裝完成。確保一個單獨集中器下轄單燈控制器應包含所有廠商的設備。選擇深圳市致燁科技有限公司的主站軟件對現(xiàn)場路燈進行逐一功能性測試和驗證。

目前系統(tǒng)第一階段現(xiàn)場測試已經(jīng)完成，系統(tǒng)功能滿足協(xié)議要求，各廠商設備能夠做到互聯(lián)互通和可替換。第二階段測試正在有序進行，以進一步驗證系統(tǒng)運行的長時間可靠性和穩(wěn)定性，并對進一步協(xié)議優(yōu)化、系統(tǒng)改善以及后續(xù)的大規(guī)模推廣積累經(jīng)驗。

5.結(jié)語

基于單燈控制的智能路燈管理系統(tǒng)通過實現(xiàn)真正意義上的按需照明和精細化管理，以信息化、科技化手段提高城市路燈管理問題的發(fā)現(xiàn)能力、快速處置能力，推動城市路燈管理工作的精細化和低能耗化，將成為城市路燈管理的必然趨勢。

由于智能路燈管理系統(tǒng)的專業(yè)性和特殊性，如何解決系統(tǒng)的標準化和設備可替換性是系統(tǒng)真正做到需求對應、持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。由于現(xiàn)階段標準缺失，通過用戶主導、多方參與、群策群力的方式，結(jié)合測試驗證、現(xiàn)場試點等手段，能夠有效的在協(xié)議標準、布局原則、技術(shù)體制、運用質(zhì)量、硬件接口等方面保持統(tǒng)一，并為后續(xù)推廣、建設、實施、運營、維護、維修積累必要經(jīng)驗。

參考文獻

[1]中國城市科學研究會.“城市照明自動控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）”[EB/OL].國家工程建設標準化信息網(wǎng)，http：//www.risn.org.cn/News/ShowInfo.aspx？Guid=800153db，2012-12-19.