城市智慧照明監(jiān)控管理系統(tǒng)的設計與應用

馬偉民

（國網浙江省電力公司舟山供電公司，浙江 舟山 316004）

城市智慧照明監(jiān)控管理系統(tǒng)的設計與應用

馬偉民

（國網浙江省電力公司舟山供電公司，浙江 舟山 316004）

為了解決當前城市照明在管理上協調管理難、運行效率低，在控制上自動化程度較低，在維護上效率低、成本高等不足，設計開發(fā)了“一中心四系統(tǒng)六平臺”智慧照明監(jiān)控管理系統(tǒng)。以北京通州道路照明為例，對智慧照明管理系統(tǒng)進行系統(tǒng)測試，該系統(tǒng)的應用為道路照明實現了34.21%的節(jié)電量，具有很好的推廣應用前景。

智慧照明；高效節(jié)能；按需維修；精細化管理

隨著當前科技水平的飛速發(fā)展，獲取城市照明的基礎數據需要的花費已經大大減少，建立基于物聯網技術的大數據處理、云計算、平臺化管理以及移動應用模式的智慧照明監(jiān)控管理系統(tǒng)已經成為可能；另一方面，隨著城市對照明管理要求的不斷提高，如果沒有數據采集、信息分析，就無法對城市照明的管理和維護部門和相關單位提出實質性的指導。

因此，建立基于物聯網、大數據和云服務相結合的照明監(jiān)控平臺化管理以及移動應用模式的智慧照明監(jiān)控管理系統(tǒng)已經成為城市生態(tài)化、經濟轉型的必然舉措之一。

1 智慧照明監(jiān)控管理系統(tǒng)整體框架設計

采用物聯網、云計算、空間地理信息、無線通信等先進技術，建立起一個連接整個城市照明設備的資源管理、能耗管理、運行質量監(jiān)督、智能監(jiān)控系統(tǒng)，從而提高整個城市照明管理水平，為城市照明的控制調度指揮與規(guī)劃決策提供強大實用的手段，達到按需照明、按需維修、高效節(jié)能、精細化管理和資源共享的目的，真正實現城市照明的信息化、經濟化、安全化和智能化，從而提高系統(tǒng)整體的社會效益、管理效益、經濟效益和環(huán)保效益。

基于現有城市道路照明現狀，致力于打造“一中心四系統(tǒng)六平臺”的智慧照明監(jiān)控管理系統(tǒng)，如圖1所示。采用基于“五遙”的智能化亮燈系統(tǒng)，通過GIS（地理信息系統(tǒng)）、電子標簽、遠程監(jiān)控管理實現亮燈自動化；采用單燈節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，通過路燈物聯網、單燈控制節(jié)能、單燈調光節(jié)能相結合的方式實現按需照明；采用照明業(yè)務安全系統(tǒng)，通過電纜防盜、漏電保護的安裝實現安全用電；照明業(yè)務管理系統(tǒng)使派工自動化、生產調度一體化，實現快速便捷維護。

“一中心”即成立智慧照明指揮中心，具體負責開展智慧照明重點項目建設、綜合指揮、決策支持及信息發(fā)布。城市智慧照明指揮中心建立后，將完成應急指揮、亮燈調度、數據服務、業(yè)務管理、照明客服、信息發(fā)布等城市照明監(jiān)控管理任務。

圖1 智慧照明整體設計框架

2 “四系統(tǒng)”的設計

2.1 基于“五遙”的智能亮燈系統(tǒng)

建立配電開關遙控系統(tǒng)、遠程視頻系統(tǒng)、城市區(qū)域照度跟蹤系統(tǒng)。通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)實現全市“一把閘刀”模式的亮燈管理，實現亮燈的智能化：根據環(huán)境、天氣、需求自動亮燈；實現城市照明的故障自動化處理機制，及時發(fā)現照明故障；實現各個職能分區(qū)的亮燈數據分布式管理，建立分區(qū)亮燈云。通過智能亮燈，可解決照明分散管理、多頭管理、人工開關與巡燈、燈多人少等問題，實現人性化亮燈，很大程度上減少了市民對城市照明的投訴。

2.2 線纜防盜告警及漏電保護系統(tǒng)

建立配電線路的偷盜告警系統(tǒng)、漏電保護系統(tǒng)、低洼積水遠程開關系統(tǒng)。規(guī)范照明用電線路，實現漏電安全保護的自動化和智能化，解決目前城市嚴重的照明漏電安全隱患，減少城市周邊路燈線纜偷盜嚴重的現象。

2.3 單燈監(jiān)控節(jié)能管理系統(tǒng)

根據需求建立單燈監(jiān)控、調光系統(tǒng)。管理并監(jiān)控到每一盞燈，實現照明分時分區(qū)分場景控制乃至調節(jié)，實現按需照明；均衡線路負載，實現外接電源定位；及時查找燈具故障；配合LED改造工作，實現燈具用電計量；實現節(jié)能管理。建設燈桿物聯網；及時發(fā)現并更換城市部分陳舊損壞燈具，從根本上解決亮燈能耗缺乏管理的問題，同時提高照明用電管理效能。

2.4 城市照明業(yè)務管理系統(tǒng)

建設與城市數字城管聯動的業(yè)務管理系統(tǒng)，實現移動巡修、業(yè)務自動化流轉、工程與維護的管理，規(guī)范業(yè)務管理流程，提升照明管理水平。同時，通過對各種城市照明管理信息資源的深入分析，引入大數據技術挖掘照明運行的內在規(guī)律和特征，方便維修人員主動巡修，逐步消除城市照明管理的頑疾；做到提前預警，促進城市照明管理逐步實現從被動處置向主動應對的轉變。

3 “六平臺”的設計

建設的智慧照明監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件在靜態(tài)和動態(tài)數據庫的基礎上建立六大支撐平臺，六平臺設計拓撲如圖2所示。

3.1 地理信息平臺

地理信息管理平臺管理照明系統(tǒng)設施的地理位置信息，特別是開關箱、單燈控制等主要監(jiān)控設施的詳細地理信息。平臺特別提供了與數字城管系統(tǒng)的標準化接口，實現了系統(tǒng)與數字城管的實時數據交互。

圖2 六平臺設計拓撲

（1）服務內容完整。包含電子地圖數據源、路燈設施GIS基礎模塊、路燈設施管理模塊、路燈電子標簽管理以及與數字城管交互模塊。

（2）管理輕松。在線對路燈基礎設施屬性管理操作，生成報表信息。

（3）遷移便捷。浮動IP技術實現內外同步，應用遷移無縫、可靠。

（4）運維簡單。實現路燈設施GIS統(tǒng)一監(jiān)控與管理，節(jié)約運維人力成本80%。

3.2 生產調度平臺

生產調度平臺主要針對生產調度，有項目、材料、數據和流程管理等多個方面，對試修、稽查等生產工作進行管理調度。

（1）一體化管理。包含試修、通電流程單、稽查、缺陷、材料、過程、外接電源、聯系單、生產調度流程權限和報表等管理。

（2）彈性管理。試用于不同對象的權限管理，能夠合理安排生產調度流程。

（3）成本降低。智能化平臺部署，大大降低對運維人力的數量及能力需求。

3.3 能耗管理平臺

以月、季度、年為周期對全省或市縣的能耗數、累計能耗數及能耗增長率進行統(tǒng)計，以及時了解從某一時間起至當前的能耗及增長率情況，其中能耗增長率為相對前一周期的環(huán)比增長率。

（1）標準化網絡管理。實現對每一盞的精確管理、故障排查，實現安全照明。

（2）可移植性。試用于不同建筑的能耗管理模式。

（3）開放性與可擴展性。提供開放的數據結構，共享信息資源，如亮燈率和節(jié)能率。

3.4 監(jiān)控調度平臺

監(jiān)控調度管理平臺是智慧照明監(jiān)控管理系統(tǒng)的一個關鍵部分，負責管理單燈、開關箱、線纜等核心設施，并對電能節(jié)能、照度等性能參數進行監(jiān)控管理，同時提供設施漏電保護和低洼積水監(jiān)控等全新的功能。

（1）高效管理。實現對監(jiān)控調度信息、遠程監(jiān)控、監(jiān)控設備維護、動態(tài)數據、監(jiān)控調度策略、監(jiān)控調度數據分析和車輛調度等管理。

（2）運維及時。一旦發(fā)生道路照明故障，立即報警提示，進行在線派工操作，減少運維的人力數量和成本。

（3）可移植性。適用于不同建筑的監(jiān)控調度管理模式。

（4）部署快捷。提供統(tǒng)一的網絡化管理，可大大提高路燈應用部署效率。

3.5 移動監(jiān)控管理平臺

通過移動終端、手機APP（應用程序）、照明信息門戶等多種方式，進一步暢通普通維護人員乃至市民參與城市照明管理的渠道，進一步提升城市照明管理問題發(fā)現的及時性和全面性，達到照明管理增效的目的。

（1）遙控功能。通過移動終端可以在權限內控制任一或全部監(jiān)控終端開關燈。

（2）遙測功能模塊。通過移動終端能夠對電流、電壓、功率因數、用電量、接觸器狀態(tài)、短路、開路等數據進行檢測，并將檢測結果發(fā)回監(jiān)控中心。

（3）遙信功能模塊。通過移動終端可以查看監(jiān)控終端的報警信息或接收故障參數。

（4）GIS地理信息模塊。移動終端可以查詢位置信息、設施分布、回路布置、實時運行數據。

（5）單燈控制節(jié)能模塊。移動終端可以對區(qū)域或單獨任意一盞燈進行控制，可以實時監(jiān)測每一盞燈的工作狀態(tài)，實現無人巡檢。

3.6 數據管理平臺

構建評價指標體系，圍繞城市照明管理的熱點、難點、重點，建立智慧城管日常運行評價指標體系；進行城市照明大數據管理、分析，并構建應急預案。

（1）大數據分析。數據表單管理平臺負責通信處理、數據處理、網絡和信息推送等多項服務功能，并提供數據云服務。

（2）存儲容量大。合理分配照明能耗管理、照明設施資源管理、照明監(jiān)控運行質量監(jiān)督等子系統(tǒng)的存儲容量。

（3）運維便捷。實行7天×24 h值班制，實行嚴格的規(guī)范化管理。

4 系統(tǒng)應用分析

北京市通州區(qū)智慧照明監(jiān)控系統(tǒng)由多功能一體機、路燈單燈控制器、通信模塊、中心軟件等組成，以通州區(qū)14條道路上各抽取其中1個路段作為監(jiān)測點為例。

系統(tǒng)測試在實際道路的正常運作下進行，并且系統(tǒng)運行較為穩(wěn)定，針對智慧照明監(jiān)控管理系統(tǒng)歷史和現有數據的功率損耗進行分析，以測試周期為12 h（從當天開啟路燈至次日路燈關閉時）為例，測試情況如表1所示。

開啟系統(tǒng)后所測路段共耗電3 812.0 kWh，未開啟系統(tǒng)所測路段共耗電5 794.6 kWh，相對于系統(tǒng)啟動前，開啟系統(tǒng)可削減電能34.21%。

該系統(tǒng)為北京通州道路照明實現了34.21%的節(jié)電量，并能達到能夠達到按需照明、按需維修、高效節(jié)能、精細化管理和數據資源共享的目的，這將為系統(tǒng)后續(xù)的推廣應用產生積極的作用。

表1 路燈功率測試對比

[1]金燕云，虞小林，鄒志革.基于路燈的智慧城市信息化建設[J].電力信息化，2012（2）∶6-9.

[2]牟娜.城市道路照明設計[J].照明工程學報，2012（4）∶100-102.

[3]黃志強，韓月霞，周茂.基于GPRS-Internet的城市路燈遠程監(jiān)控終端實現[J].微計算機信息，2007（1）∶50-52.

[4]劉海龍.張家口洋河新區(qū)城市照明專項規(guī)劃研究[J].照明工程學報，2014（4）∶135-138.

（本文編輯：陸 瑩）

Design and Application of Intelligent Urban Lighting Control and Management System

MA Weimin
（State Grid Zhoushan Power Supply Company，Zhoushan Zhejiang 316004，China）

The paper proposes an intelligent lighting system based on"One Center，Four Systems and Six Platforms"in order to solve the difficulties such as low efficiency in coordination and management，low degree of automation in the control，low maintenance and high cost.Road lighting in Beijing Tongzhou is taken as an example to test the intelligent lighting management system.The application of the system can save 34.21%of the electric power and is expected to be widely promoted and applied.

intelligent lighting；energy efficient；on-demand service；delicacy management

TM866

B

1007-1881（2015）07-0069-04

2015-04-01

馬偉民（1963），男，助理工程師，配電技師，主要從事路燈控制與管理工作。