城市照明節(jié)能研究

陳超南（寧波市市政管理處，浙江寧波315000）

城市照明節(jié)能研究

陳超南（寧波市市政管理處，浙江寧波315000）

隨著城市建設(shè)迅速發(fā)展，照明電能消耗也在遂年快速攀升，為減少維護(hù)費(fèi)用、節(jié)能減排、科學(xué)化管理、突發(fā)事件應(yīng)急功能；提升城市品牌形象、改善人居環(huán)境、改善投資環(huán)境，對中國智能市政監(jiān)控云平臺進(jìn)行研究開發(fā)。

節(jié)能；智能；控制

1 城市道路照明現(xiàn)狀分析

城市道路照明據(jù)專業(yè)統(tǒng)計，在多個城市中，照明已達(dá)13723萬盞，并且每年以超過10%速度快速發(fā)展。隨著城市建設(shè)迅速發(fā)展，照明電能消耗也在遂年快速攀升，但路燈照明多為低效照明為主，電能利用率還不到65%，電能浪費(fèi)嚴(yán)重節(jié)能潛力很大，城市路燈照明進(jìn)行兩型（資源節(jié)約型社會、環(huán)境友好型社會）改造勢在必行。

從兩型角度來看，目前城市道路照明主要存在兩個方面的問題：

1.1 管理層面

1.1.1 照明缺乏智能控制

市道路照明每天的平均時間為11.5h，午夜24點至清晨6點，也罕見行人和車輛。毫無疑問，在低交通流量上的道路上仍然保持原照明的亮度，不能按需調(diào)控照明亮度，顯然是白白的耗費(fèi)能源和費(fèi)用。

1.1.2 管理方式粗放

目前大多數(shù)照明線路控制簡單，對操作結(jié)果不能全面監(jiān)視、記錄和統(tǒng)計，依賴單一的定時或人工控制，僅僅靠工作人員白天或晚上巡視的方式發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。另外未建立科學(xué)的能源管理系統(tǒng)，對電能浪費(fèi)等問題不能及時預(yù)警，也無法及時排查安全事故、及時采取有效措施并阻止故障和事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

1.1.3 多網(wǎng)交錯，職責(zé)分散

受部門條塊分割，職責(zé)分散等實際情況，各部門在城市監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)工程中很難做到兩型。

1.2 技術(shù)層面

1.2.1 燈源電能的浪費(fèi)和電感鎮(zhèn)流器電能的浪費(fèi)

現(xiàn)有的照明路燈大多數(shù)還是使用高壓鈉燈，由于電網(wǎng)波動的影響實際燈具壽命，有些地方超過額定電壓的15%，更造成燈泡的壽命大大縮短。

電感鎮(zhèn)流器自身功耗要達(dá)到光源額定功率的12～18%，造成很多能源的消耗。傳統(tǒng)的鎮(zhèn)流器功率因素低，雖然可以通過補(bǔ)償電容提高功率因數(shù)到0.88～0.9左右，但是隨著時間推移，電容在生命周期中不斷衰減失效。

1.2.2 線路損耗——線路電能的浪費(fèi)

路燈供電線路長，功率因數(shù)低，大多數(shù)現(xiàn)場只有0.5左右，線路損耗大。

2 系統(tǒng)建設(shè)概述

城市照明智能化管理，是市政設(shè)施現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。是一個城市智能化、信息化管理能力的重要組成部分。近幾年隨著城市照明已經(jīng)由“零星散做”的狀態(tài)發(fā)展為“如何做好——建設(shè)高質(zhì)量、有品位、綠色的燈光文化”的新的軌道上來，我國城市化進(jìn)程的進(jìn)一步加快客觀上要求許多城市把城市照明的表現(xiàn)放到重要位置，在夜晚展示自己獨(dú)有的魅力，建設(shè)富有本地區(qū)特色的城市夜晚效果。

照明智能系統(tǒng)是一個以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，以控制中心為核心，以終端控制器為重點，以通訊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)為紐帶，綜合了通信網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)控制系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)為保障的程序化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的智能控制系統(tǒng)，通過此系統(tǒng)，可有效管理城市路燈照明系統(tǒng)運(yùn)行，合理地適度地照亮城市的夜晚，保障城市在夜間穩(wěn)定運(yùn)行的同時，展現(xiàn)城市發(fā)展的成果和城市的魅力，從而全面提高城市路燈照明管理的水平。

3 照明系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

通過對城區(qū)照明設(shè)施進(jìn)行智能化建設(shè)，使城區(qū)主要照明亮化設(shè)施能夠全部納入集中監(jiān)控中心管理，進(jìn)一步規(guī)范城市照明亮化的啟閉，系統(tǒng)建成后，可以規(guī)范城市照明管理，遠(yuǎn)程統(tǒng)一控制城市路燈照明，全天候監(jiān)測照明設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)等。

智能化照明系統(tǒng)的實施可使得城市照明管理部門可節(jié)省至少40%的能耗，并降低了照明系統(tǒng)的運(yùn)營成本、提高照明系統(tǒng)的服務(wù)效率。這系統(tǒng)可以節(jié)約30%的維護(hù)成本，是實現(xiàn)綠色、節(jié)能城市的重要手段。更重要的是，該系統(tǒng)平臺具有開放性，因此可以用來連接其他城市能源管理系統(tǒng)。對現(xiàn)代化城市而言，智慧照明解決方案是邁向智慧城市的第一步。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

減少維護(hù)費(fèi)用、節(jié)能減排、科學(xué)化管理、突發(fā)事件應(yīng)急功能。

4.2 社會效益

提升城市品牌形象、改善人居環(huán)境、改善投資環(huán)境。

5 中國智慧市政監(jiān)控云平臺功能

5.1 監(jiān)控中心

收集所有照明的運(yùn)行狀態(tài)。

所有的數(shù)據(jù)都保存到指定的硬盤中，可以查詢導(dǎo)出打印。

根據(jù)權(quán)限可以對相應(yīng)權(quán)限的設(shè)備開關(guān)燈，調(diào)光和其他操作。

支持多項目管理，可以支持多個項目并存的管理模式，實現(xiàn)項目統(tǒng)一管理的功能。

監(jiān)測所有配電箱集中器的數(shù)據(jù)。

自由切換地圖模式和列表模式，可以通過地圖直接操作需要操作的設(shè)備，十分簡便。

5.2 任務(wù)中心

任務(wù)中心可以建立兩種策略主要分為回路開關(guān)策略和單燈開關(guān)策略，其中不論建立哪種策略都可以使用包括：光照度控制，經(jīng)緯度控制，經(jīng)緯+光照控制，經(jīng)緯+時控策略，光控+時控策略等各種綜合策略。

5.3 設(shè)備中心

其中可以增加或者刪除設(shè)備，對設(shè)備進(jìn)行編號、命名、屬性的設(shè)置、地理信息的設(shè)置標(biāo)注等功能。

可以增加短信報警裝置，比如短信貓，通過與系統(tǒng)對接可以將短信報警的內(nèi)容設(shè)置到短信貓中，當(dāng)發(fā)生性對應(yīng)的故障的時候?qū)⒐收闲畔l(fā)送給指定的管理和維護(hù)人員。

5.4 故障告警

故障告警這個功能塊可以將整個系統(tǒng)所有的發(fā)生過的故障信息全部統(tǒng)計，分為實時故障信息和歷史故障信息；實時故障信息為當(dāng)前發(fā)生的故障內(nèi)容，歷史故障為已經(jīng)處理過的故障信息或者已經(jīng)恢復(fù)的故障信息。

5.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析是比較核心的一塊業(yè)務(wù)，主要是對大數(shù)據(jù)進(jìn)行提煉，對數(shù)據(jù)趨勢做出判斷和加工。

其中主要對單燈的能耗進(jìn)行精細(xì)的分析，通過能耗分析可以分析單燈歷史運(yùn)行狀態(tài)和燈具壽命情況，能耗是否在正常范圍之內(nèi)；也可以通過能耗分析得出一套最適合當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的策略。對節(jié)能減排有著非常重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。

5.6 系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置主要對整個軟件的一般信息的配置，其中包括用戶信息的配置，項目信息的配置，項目的管理，項目權(quán)限的管理，用戶權(quán)限的管理等。

旅游最主要的目的是到異地體驗不同的文化、風(fēng)情、民俗，讓游客既能收獲感性體驗，也能獲得知性快樂。鄉(xiāng)村觀光旅游是當(dāng)前都市人群最為關(guān)注的方式之一，鄉(xiāng)村景觀意境的感知和體驗也成為現(xiàn)代最為時尚和有吸引力的鄉(xiāng)村旅游活動和產(chǎn)品形態(tài)。

5.7 系統(tǒng)日志

系統(tǒng)日志主要記錄所有的用戶在系統(tǒng)內(nèi)部的操作記錄和操作軌跡。系統(tǒng)日志的另一個功能主要是針對單燈歷史數(shù)據(jù)的查詢。

5.8 亮燈率

亮燈率是軟件對整個項目的亮燈數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一整理和分析計算，通過亮燈率可以清晰看到當(dāng)前的項目的亮燈的總體情況。亮燈率也是衡量一個城市照明的一個指標(biāo)。

6 智照明地理信息系統(tǒng)（GIS）

系統(tǒng)采用GIS地理信息技術(shù)可無縫接入電子地圖，按照路燈照明設(shè)施的現(xiàn)場實際地理信息情況以及照明設(shè)施分部，建成一個實時的、可視化的地理信息服務(wù)平臺，它以地理信息為基礎(chǔ)，綜合集成現(xiàn)有系統(tǒng)，將集中管理器、路燈、電纜地理位置、各回路布置、各監(jiān)控點的實時動態(tài)信息等各種數(shù)據(jù)區(qū)域電子地圖上，并將收集到的信息錄入數(shù)據(jù)庫中，建立起完善的照明基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)亮化照明設(shè)施的數(shù)字化管理，并將采集起來進(jìn)行集中管理、分析、查詢，為管理人員提供實時的可視化信息。

地理信息系統(tǒng)由各種不同的地理信息圖形和特征組成，圖形組織采用層的概念組織和管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，層可以任意建立和疊加。

7 自動和手動遙控

在系統(tǒng)中可直觀的看到整個區(qū)域的照明分布情況，可以根據(jù)不同類型的照明控制要求，把所管轄區(qū)域內(nèi)的路燈和裝飾燈等分成若干個組，采用一鍵式的操作，可大大簡化管理人員平時的工作量，采用不同控制策略：時控控制策略、天文歷控制策略、光控控制策略、分組控制策略、時控和光控相結(jié)合的控制策略，遙控命令正確率大于99%；自動遙控開/關(guān)路燈、沿街飾燈；也可以手動對各種燈型進(jìn)行遙控開/關(guān)操作；在特殊情況下，可實現(xiàn)白天亮燈。

8 自動巡測、手動巡測和選測

集中管理器能按設(shè)定的時間周期（可以根據(jù)開/關(guān)燈前后任意選取不同的周期）自動進(jìn)行定時巡測，操作者也可隨時手動巡測和選測各監(jiān)測點的運(yùn)行狀態(tài)，并把監(jiān)測結(jié)果上傳并存儲于監(jiān)控中心，可測試的內(nèi)容包含：各監(jiān)控終端的電壓、電流、亮燈率、功率因素、有功功率、無功功率、開關(guān)輸出狀態(tài)、各種開關(guān)量輸入狀態(tài)等信息，并且提供歷史數(shù)據(jù)以供查詢，讓管理者了解路燈亮化的運(yùn)行情況，隨時調(diào)整亮燈時間、亮燈策略，合理的減少能耗使用以及運(yùn)維開支，最終實現(xiàn)城市亮麗的第二道風(fēng)景線又從管理模式上減少了費(fèi)用支出。

9 自動計算相應(yīng)數(shù)據(jù)

系統(tǒng)可以對各集中管理器任意時間的數(shù)據(jù)按照年、月、日進(jìn)行查詢、統(tǒng)計，并存盤保留；

系統(tǒng)可以定時將各集中管理器的電壓、電流、亮燈率、電能耗等運(yùn)行情況進(jìn)行查詢、統(tǒng)計，并存盤保留；

系統(tǒng)可以對任意一天的實際開關(guān)燈時間等記錄進(jìn)行查詢、統(tǒng)計，并存盤保留；

系統(tǒng)可以對歷史故障、登陸信息進(jìn)行查詢和打??；

系統(tǒng)能夠根據(jù)各單燈控制器監(jiān)控點統(tǒng)計亮燈率、全部監(jiān)控范圍某時刻總亮燈率和全夜平均亮燈率。

10 報警處理

集中管理器具有門開、漏電的擴(kuò)展接口提供與防偷盜照明線路報警模塊接口，可隨時采集照明線路情況，發(fā)現(xiàn)異常時可立即報警，保障照明線路和設(shè)施的安全。

報警內(nèi)容有：交流接觸器、保險、空氣開關(guān)的各種故障，對停電、缺相、短路、斷路、過流、過壓、欠流、欠壓、漏電、白天非法開燈、晚上意外熄燈。

報警方式：圖形報警、文字報警、語音報警、短信報警。

報警類型：越限告警、變化報警、事故報警。

發(fā)生語音報警，召喚操作人員；

推出文字信息，說明事故原因；

啟動事故追憶并打印日志；

告警信息查詢

各種告警信息發(fā)生后，各信息被數(shù)據(jù)庫明確分類，歸檔，可按時間及類型分別檢索及處理。

11 傳感器采集

系統(tǒng)可根據(jù)外界自然光光照強(qiáng)度，向管理者提供亮燈/滅燈的操作依據(jù)，如遇到臨時性的暴雨、日食、沙塵、霧氣等惡劣天氣時，一旦光照度下降至亮燈級別，光照采集系統(tǒng)將向管理人員給出提示，提醒管理人員根據(jù)實際情況亮燈（光照度采集系統(tǒng)僅向管理人員提供參考，并不會直接進(jìn)行開關(guān)燈操作）。

系統(tǒng)可以采集各種傳感器，包括氣象傳感器、噪聲傳感器、土壤傳感器、溫濕度傳感器、液位傳感器等各種傳感器。

12 查詢統(tǒng)計

可對各集中管理器任意時間段自動采集、統(tǒng)計、打印相關(guān)數(shù)據(jù)（如：用電量等）。

可以對各監(jiān)控終端任意定時數(shù)據(jù)和年、月、日統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，顯示的表格、曲線圖、直方圖均可按照Excel等格式進(jìn)行保存或打印。

可以對任意一天的實際開關(guān)燈時間、當(dāng)時的照度值和日出日落時間等記錄進(jìn)行查詢，顯示的表格、曲線圖、直方圖均可打印，并具有導(dǎo)出EXCEL表格進(jìn)行分析功能。

可以對歷史故障進(jìn)行查詢和打印。

13 衛(wèi)星自動校時系統(tǒng)（GPS）

運(yùn)用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)與計算機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)在后臺接入衛(wèi)星自動校時系統(tǒng)（GPS），向全網(wǎng)廣播統(tǒng)一校時，并定時與各現(xiàn)場采集設(shè)備遠(yuǎn)方對時，保證指揮中心和集中管理器時鐘的準(zhǔn)確性和一致性，并為系統(tǒng)后處理提供唯一的時標(biāo)。

14 獨(dú)立運(yùn)行

監(jiān)控主機(jī)（集中管理器TLC600）帶有獨(dú)立操作系統(tǒng)，內(nèi)置應(yīng)用程序提供了一整套豐富的功能，可脫離監(jiān)控中心獨(dú)立執(zhí)行命令以及數(shù)據(jù)保存，在監(jiān)控中心發(fā)生停電或者發(fā)生其它系統(tǒng)故障時，以及電信網(wǎng)絡(luò)面臨臨時故障時，監(jiān)控主機(jī)可獨(dú)立執(zhí)行預(yù)設(shè)各種定時任務(wù)以及管理系統(tǒng)，以確保路燈亮化照明線路的正常運(yùn)行。

15 權(quán)限設(shè)置

系統(tǒng)具有合理的用戶分級權(quán)限設(shè)定，可在同一服務(wù)器上，對不同的用戶劃分不同權(quán)限角色，角色所具有的權(quán)限可動態(tài)修改分配，包括用戶的瀏覽、添加、刪除、修改等操作權(quán)限。

16 結(jié)束語

通過對中國智能市政監(jiān)控云平臺的開發(fā)進(jìn)而為城市照明的節(jié)能工作出一點貢獻(xiàn)。

TM923

A

2095-2066（2016）29-0277-03

2016-9-30