淺談城市路燈單燈控制系統(tǒng)

林智賢

（南安市市政工程管理處福建泉州）

淺談城市路燈單燈控制系統(tǒng)

林智賢

（南安市市政工程管理處福建泉州）

本文首先闡述了城市路燈單燈控制系統(tǒng)建設(shè)的必要性和重要意義，然后介紹了單燈控制系統(tǒng)的具體架構(gòu)以及技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，并概括了系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及主要功能，再從通信傳輸技術(shù)上做出比較，展望了這種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市路燈單燈控制系統(tǒng)的強(qiáng)大的社會效益以及廣闊前景。

城市路燈；單燈控制；系統(tǒng)

隨著城市的快速發(fā)展，城市道路越來越多。城市路燈作為城市道路不可或缺的組成部分，已經(jīng)成為現(xiàn)代化城市非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施，對于城市路燈的管理也越來越受到重視。如何才能管理好如此龐大的路燈網(wǎng)絡(luò)，這已是管理者們積極思考和亟待解決的問題。住建部《“十二五”城市綠色照明規(guī)劃綱要》（建城[2011]178號）明確提出，把推進(jìn)城市綠色照明，促進(jìn)城市照明節(jié)能，提升城市照明品質(zhì)作為城市照明工作的核心。城市照明要向“高效、節(jié)能、環(huán)保、健康”的“綠色照明”方向發(fā)展。《城市照明管理規(guī)定》（住建部[2010]第4號令）也提出：城市照明維護(hù)單位應(yīng)當(dāng)建立和完善分區(qū)、分時、分級的照明節(jié)能控制措施，積極采用先進(jìn)的燈控方式。

如今已進(jìn)入數(shù)字化時代，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)層出不窮，科技日新月異，實(shí)時性和高效性的智能化控制成為城市路燈管理的必然趨勢。城市照明單燈監(jiān)控管理系統(tǒng)技術(shù)不斷發(fā)展，正好起著顯著作用。

1　重要意義

城市照明單燈監(jiān)控管理系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)、通訊和遠(yuǎn)程測控等各類技術(shù)，對城市照明實(shí)施動態(tài)實(shí)時管理和程序控制的智能系統(tǒng)管理。實(shí)施路燈單燈控制系統(tǒng)具有重要意義：

（1）提高效率、降低成本：系統(tǒng)能自動識別路燈故障并及時通知管理人員進(jìn)行維護(hù)，減少了人工巡檢，節(jié)省了人員費(fèi)用和車輛能耗；

（2）靈活控制、節(jié)能降耗：可以多渠道多方式控制亮燈模式和亮燈時間，并適時適當(dāng)降低功率，減少不必要的亮燈損耗；

（3）精細(xì)管理、提升品質(zhì)：根據(jù)城市規(guī)模，區(qū)分道路等級和功能需求，通過分區(qū)、分時、分級的監(jiān)測、控制和管理城市照明設(shè)施的運(yùn)行質(zhì)量，達(dá)到精確統(tǒng)計(jì)和精細(xì)控制。

2　系統(tǒng)架構(gòu)

城市照明單燈監(jiān)控管理系統(tǒng)架構(gòu)是按照城市照明的控制邏輯關(guān)系和照明線路拓?fù)涠鴺?gòu)成的，一般由監(jiān)控中心、支路控制器、單燈控制器和通信網(wǎng)絡(luò)組成，如圖1所示。

監(jiān)控中心（Monitor Control Center），監(jiān)控中心是管理人員對城市照明運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和管理的辦公區(qū)域，通過主控軟件實(shí)現(xiàn)對全區(qū)域照明變壓器/配電柜以及路燈等的訪問和控制，包括開關(guān)燈命令發(fā)送、參數(shù)配置、狀態(tài)查詢、故障檢測等。通過監(jiān)控中心可以方便直觀的了解到全區(qū)域照明設(shè)備運(yùn)行狀況。

圖1　系統(tǒng)架構(gòu)圖

支路控制器（Branch Node），與照明變壓器/配電柜安裝在一起，實(shí)現(xiàn)對變壓器/配電柜交流接觸器控制，采集線路的各種狀態(tài)信息，通過GPRS/CDMA/3G方式與監(jiān)控中心進(jìn)行通信，接受監(jiān)控中心下達(dá)的所有指令，當(dāng)與監(jiān)控中心通信故障時，能夠按照預(yù)先設(shè)置的時間曲線自動進(jìn)行配電柜級別的開關(guān)燈操作。能夠與單燈控制器進(jìn)行對接，通過WSN（Wireless Sensor Network）網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對單燈控制器的管理和控制。

單燈控制器（Leaf Node），安裝在路燈燈桿檢修門處，采用2.4GHz免費(fèi)頻段，通過支路控制器接收監(jiān)控中心的指令，實(shí)現(xiàn)單燈級別的開關(guān)燈和調(diào)光，并主動收集單燈故障信息進(jìn)行上報(bào)。當(dāng)WSN網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，能夠按照預(yù)先設(shè)置的時間曲線自動進(jìn)行單燈級別的開關(guān)燈操作。單燈控制器具有RS-485接口，根據(jù)使用需求通過級聯(lián)即可簡單實(shí)現(xiàn)光源數(shù)量擴(kuò)展，漏電告警檢測告警功能。

3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

實(shí)施城市照明單燈監(jiān)控管理系統(tǒng)要遵循“優(yōu)化配置，適度超前”的原則，根據(jù)具體需求，結(jié)合自動控制系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要體現(xiàn)五大特點(diǎn)：

（1）先進(jìn)性：采用物聯(lián)網(wǎng)無線傳感網(wǎng)（WSN）與GPRS、CDMA、3G方式相結(jié)合，確保整個系統(tǒng)在架構(gòu)、技術(shù)方案和功能上符合國家標(biāo)準(zhǔn)，且于國內(nèi)領(lǐng)先。

（2）可靠性：保證系統(tǒng)正常并長期穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）易用性：采用先進(jìn)的以用戶為中心設(shè)計(jì)思想，確保軟硬件系統(tǒng)符合用戶使用習(xí)慣，易學(xué)易用。

（4）安全性：確保整個系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、工程、維護(hù)各階段的人員安全、設(shè)施安全和數(shù)據(jù)安全。

新課改的核心目標(biāo)是提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)，在這一理念的影響下，物理教學(xué)中的知識含量更為豐富。但我國的部分教師，仍然難以轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以至新課改的目標(biāo)與精神難以得到有效落實(shí)。例如，在部分學(xué)校內(nèi)，應(yīng)試教育仍然具有一定的影響力。使用這一方法開展教學(xué)，會使學(xué)生將主要精力投入到背誦與備考的過程中。但在高考改革后，我國普通高校招生工作將更加關(guān)注學(xué)生的綜合素養(yǎng)。片面追求考試成績的教育方式將使學(xué)生的投入難以獲得對等的回報(bào)。

（5）可擴(kuò)展性：采用模塊化設(shè)計(jì)思想，軟件、硬件擴(kuò)展性好，監(jiān)控中心系統(tǒng)容量和硬件按需配置，支路及單燈控制器數(shù)量可按需擴(kuò)展。

4　主要功能

（1）分組自動和手動遙控：自動或手動實(shí)現(xiàn)全體、群組、支路和單燈的開關(guān)燈功能。

（2）實(shí)時查詢，自動巡測、手動巡測和選測：支持計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，自動或手動檢測配電柜線路和光源的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

（3）報(bào)警處理：當(dāng)設(shè)備主動報(bào)警或監(jiān)控系統(tǒng)巡測時發(fā)現(xiàn)報(bào)警時，系統(tǒng)自動發(fā)出語音報(bào)警、短信通知等多種形式報(bào)警。

（4）自動計(jì)算亮燈率：根據(jù)巡測數(shù)據(jù)，自動精準(zhǔn)計(jì)算亮燈率。

（5）地理信息系統(tǒng)（GIS）：采用地理信息系統(tǒng)制成電子地圖，做到精確定位，及時處置。

（6）數(shù)據(jù)庫儲存整理：具有數(shù)據(jù)庫儲存和查詢整理功能，支持各種報(bào)表的查詢打印，便于分析及統(tǒng)計(jì)。

（7）光敏系統(tǒng)：系統(tǒng)可設(shè)置主控光敏或?yàn)橹房刂破鞲鞴δ芊纸M獨(dú)立配置光敏，控制中心軟件自動實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一或分組獨(dú)立的開關(guān)燈操作。

（8）衛(wèi)星自動校時：使用GPS終端同步校對監(jiān)控系統(tǒng)時間。

（9）電纜防盜報(bào)警：多檢測模塊協(xié)同判斷機(jī)制，高可靠性、低誤報(bào)率。

（10）燈桿漏電報(bào)警：路燈桿體漏電實(shí)時檢測，主動告警功能。

（11）遠(yuǎn)程抄表計(jì)量：可以與符合規(guī)范的數(shù)字遠(yuǎn)傳電表對接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表。

（12）二次節(jié)能：與LED燈具的可調(diào)光電源或鈉燈的電子可調(diào)光鎮(zhèn)流器對接，實(shí)現(xiàn)光源的平滑無極調(diào)光。

（13）設(shè)備及權(quán)限管理：采用密保方式進(jìn)行用戶設(shè)定及分級權(quán)限管理，提供系統(tǒng)維護(hù)與管理、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、設(shè)備增刪修改等。

5　通信傳輸技術(shù)

路燈單燈控制網(wǎng)絡(luò)按照數(shù)據(jù)傳輸媒介可分為有線和無線兩類，有線傳輸方式如：低壓電力線、RS485現(xiàn)場總線和PSTN公用電話網(wǎng)等；無線傳輸方式如：無線電臺、衛(wèi)星通信網(wǎng)、GPRS通信和基于ZigBee技術(shù)的WSN通信等。有線和無線數(shù)傳又以電力線載波通信和ZigBee（WSN）通信為代表，現(xiàn)就電力線載波與Zig-Bee（WSN）的優(yōu)缺點(diǎn)作簡單對比（見表1）。

由于ZigBee技術(shù)具有低功耗、低成本、時延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、網(wǎng)絡(luò)自組織、自愈能力強(qiáng)、通信可靠、安全及免執(zhí)照頻段等特點(diǎn)，主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。因此基于ZigBee技術(shù)的WSN通信成為主流的物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)而越來越多地在城市照明單燈控制系統(tǒng)中得到成熟應(yīng)用。

6　結(jié)束語

我國大力推行節(jié)能減排、綠色照明，城市照明能耗及維護(hù)成本正成為關(guān)注的重要問題。城市路燈單燈控制系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，將來可以輕松接入數(shù)字化城市管理系統(tǒng)，成為數(shù)字化城市的一個子系統(tǒng)，使城市路燈控制與管理向大數(shù)據(jù)、智慧型路燈控制的方向發(fā)展，它的應(yīng)用也將為節(jié)能降耗發(fā)揮出重要作用。

表1　

[1]王寧.基于電力線載波技術(shù)的LED路燈監(jiān)控系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].天津：天津工業(yè)大學(xué)，2011.

[2]王喜文.基于ZigBee技術(shù)的LED路燈驅(qū)動及監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[D].廣州：中山大學(xué)，2009.

[3]于海成.物聯(lián)網(wǎng)在智能化城市照明節(jié)能監(jiān)控管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動化博覽，2013（4）：50～52.

TP273.5

A

1673-0038（2015）13-0148-02

2015-3-16