城市照明能源設施節(jié)能智能監(jiān)管系統(tǒng)設計

劉宗靚 上饒市市政工程管理處路燈所

1 前言

城市照明能源設施節(jié)能智能監(jiān)管系統(tǒng)是一個涵蓋計算機技術、物聯(lián)網技術、LED燈、監(jiān)控技術和照明控制管理等環(huán)節(jié)的系統(tǒng)工程。隨著我國城市化發(fā)展的加速，各級政府不斷加大對基礎設施建設的投入，城市照明設施的新建及改造也處于激發(fā)式增長的時期。在城市管理公共能耗中城市公共照明一直占有很高的比例，以節(jié)能為目的的路燈改造項目已經成為國家大力倡導節(jié)能減排的主要途徑。但是由于各種主客觀原因，目前我國不少城市的城市照明系統(tǒng)在不同程度上都存在著現(xiàn)代化程度落后、安全隱患較多、維護管理困難等情況，很大程度上增加了城市發(fā)展的管理與維護成本，制約了城市管理水平的提高。為此，國內外專家學者和政府決策者已經達成一致共識，探討一種高效的城市照明管理模式已經成為影響國內外城市管理水平的一項重要指標。傳統(tǒng)照明能源系統(tǒng)完整性差，故障率高，街道照明管理部門也只通過路上巡邏的方式進行故障檢測與排除，不僅耗費時間較長，并且經濟成本很高，遠遠落后于公路照明的現(xiàn)代化需要，難以滿足民眾對高效率亮燈的要求。因而在此背景下建設一套較為先進的城市照明能源設施節(jié)能智能監(jiān)管系統(tǒng)非常重要，這就需要有效整合現(xiàn)代化計算機技術、物聯(lián)網技術、無線以及有線通信技術，迎合快速發(fā)展的城市照明需求，實現(xiàn)自動監(jiān)控和智能化管理，集中管理，智能控制。

圖1 城市照明能源設施智能管理系統(tǒng)結構圖

2 城市照明能源設施節(jié)能智能監(jiān)管系統(tǒng)設計內容

城市照明監(jiān)管系統(tǒng)的主要設計內容是以城市路燈智能監(jiān)管和控制為出發(fā)點，建立一套軟硬件協(xié)調工作的智能路燈監(jiān)管系統(tǒng)，包括路燈基本信息管理、路燈調控、路燈狀態(tài)巡視、路燈故障處理、照明數(shù)據(jù)管理等高效率監(jiān)管信息系統(tǒng)，實現(xiàn)城市照明能源設施節(jié)能智能監(jiān)管流程化管理。通過設計城市照明設施數(shù)據(jù)庫，存儲城市照明設施的所有相關數(shù)據(jù)，研究照明設施性能和老化程度，統(tǒng)計城市照明能耗狀況；通過綜合現(xiàn)場數(shù)據(jù)和歷史資料并實時分析，能更準確的了解照明設施的實時狀態(tài)；對照明過程中出現(xiàn)的故障進行實時跟蹤；通過全面、精確監(jiān)控照明設施運行狀況，實現(xiàn)政府相關管理部門對城市照明管理工作的實時監(jiān)督，實現(xiàn)監(jiān)管的流程化管理。通過本系統(tǒng)，城市照明設施節(jié)能智能監(jiān)管有關部門可通過計算機來智能遠程管理控制單個照明點，優(yōu)化節(jié)能措施。該照明監(jiān)管系統(tǒng)能夠保證城市道路照明安全、實現(xiàn)節(jié)能減排與照明質量的有機結合、降低燈具以及電器的故障率，在降低運營成本的同時提高勞動生產率，實現(xiàn)緊急情況下的即時開關燈，并在緊急情況下完成報警功能，根據(jù)不同地域、不同時段、不同級別進行路燈開關的控制，并確保能夠對城市照明故障完成實時檢測。

3 智慧照明監(jiān)控管理系統(tǒng)整體框架設計

對城市照明設施進行節(jié)能與智能監(jiān)控，需要引入多項先進技術，利用物聯(lián)網技術、無線通信設備、云計算科學以及空間物理定位等前沿技術，完成城市照明系統(tǒng)各個模塊的建立。資源管理、智能監(jiān)控、能耗管控、運行監(jiān)督等各個模塊共同構成城市照明管理設施，并對傳統(tǒng)照明模式進行全面優(yōu)化，實現(xiàn)了照明監(jiān)控的高效率執(zhí)行。該智慧照明監(jiān)控系統(tǒng)能夠為城市照明的控制及其規(guī)劃提供科學的決策以及實用的技術手段，實現(xiàn)按照實際照明需求實時提供照明的目標，另外還能夠定期完成設備維護，減小照明設備運行所需要的能耗，實現(xiàn)精細化管理，真正確保城市照明經濟成本下降、照明實時信息共享、照明安全管理加強、照明質量管控智能，從而提升社會的經濟效益與管理效能，實現(xiàn)城市供電照明系統(tǒng)的綠色節(jié)能目標。為滿足城市公共照明管理需求以及節(jié)能改造相關目標，對城市照明能源設施的節(jié)能智能系統(tǒng)設計需要滿足以下幾個功能。

（1）在進行系統(tǒng)設計時，應用物聯(lián)網技術與傳感科學，由基本城市定位系統(tǒng)確定地理位置信息以及周邊環(huán)境二維以及三維數(shù)據(jù)，進而對公共照明區(qū)域路燈的電壓、電流、功率、開關、亮度等詳細信息進行采集與記錄，并在地圖當中進行實時顯示。

（2）應用地下管道設施詳細數(shù)據(jù)、路燈照明實際地理位置以及公共照明業(yè)務數(shù)據(jù)，對周邊路燈以及相關供電設備進行故障排查，并將故障以及報警信息進行系統(tǒng)匯總。

（3）根據(jù)環(huán)境信息以及GIS情況靈活制定公共照明的分配工作，并對該分配方案進行實時調節(jié)。

（4）針對所匯總得到的故障以及報警信息完成工單匯總，并將工單交由工作人員，完成向維修人員的任務派發(fā)，促進設備故障及報警得到及時解決。

（5）路燈及其配件信息寫入信息管理系統(tǒng)，并根據(jù)實時情況進行更新，將不同區(qū)域的路燈進行分組處理，并在信息管理系統(tǒng)當中設置設備信息查詢功能，方便后續(xù)系統(tǒng)調用與監(jiān)管。

城市照明能源設施節(jié)能智能監(jiān)管系統(tǒng)主要以智慧路燈信息服務平臺為關鍵模塊，該模塊會應用到城市地理位置信息、地下管道安裝信息、公共照明設備信息以及路燈實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。此外該系統(tǒng)還具備多個分支系統(tǒng)，包括以物聯(lián)網為核心的設備監(jiān)控分系統(tǒng)、以路燈專業(yè)數(shù)據(jù)為基礎的設施管理分系統(tǒng)、以現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)（GIS）為載體的城市照明設施可視化的亮燈策略管理分系統(tǒng)等共同組成。

3.1 智慧路燈信息服務平臺

智慧路燈信息服務平臺為城市照明節(jié)能智能系統(tǒng)的核心模塊，該平臺利用城市空間以及地下管網等多項數(shù)據(jù)，應用數(shù)據(jù)平臺的存儲以及計算能力，完善路燈管理的信息交互能力，并向公共照明管理平臺提供周邊地圖，以保證路燈實時信息的準確查詢與數(shù)據(jù)分析。除此之外，該系統(tǒng)還具備用戶權限功能，能夠對不同操作、流程、區(qū)域進行劃模塊處理，提升監(jiān)管系統(tǒng)的整體工作效率。在服務平臺當中存儲資源服務調度子系統(tǒng)、設施屬性信息管理子系統(tǒng)承載本地數(shù)據(jù)資源的存儲；三維空間信息管理子系統(tǒng)存儲照明設施的二三維空間信息，集成城市空間信息系統(tǒng)的地圖數(shù)據(jù)。應用注冊與集成管理子系統(tǒng)、統(tǒng)一認證及授權子系統(tǒng)為照明應用服務，提供用戶權限管理和應用注冊管理。

3.2 設備監(jiān)控分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)主要以當前較為前沿的物聯(lián)網技術作為技術基礎，并于基本地理空間信息、地下管線信息以及路燈基礎信息相結合，采用傳感器技術、遠程控制技術等先進手段完成對路燈各項電路數(shù)據(jù)參數(shù)的實時監(jiān)測，并對路燈輸電線路、配電箱等輸電設備的輸電狀態(tài)以及完整性進行實時觀測，同時將故障點信息與報警信息及時上傳，從而保證整個路燈用電線路的安全性。該分系統(tǒng)能夠由智慧路燈信息服務平臺當中采集的路燈信息進行整合與分析，并由此制定出科學合理的路燈配照方案。

3.3 安全監(jiān)控子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)的主要構成部分包括環(huán)境監(jiān)測部分、視頻歷史管理部分、線纜漏電報警部分、線纜防盜報警部分以及安全監(jiān)控管理部分。在該子系統(tǒng)的基本功能模塊之外，還加入了另外更為全面的功能，例如配電箱及其電子線路的防盜警告、路燈線路的漏電保護。除此之外，在雨水天氣出現(xiàn)低洼積水時，該安全監(jiān)控子系統(tǒng)能夠實現(xiàn)遠程開關的功能。該安全監(jiān)控子系統(tǒng)主要通過規(guī)范應用路燈照明電路，來完成漏電保護的智能化實施，保障了大型公共照明設備的安全性問題，避免出現(xiàn)漏電情況，從而減少了周邊路燈的線纜問題。

3.4 單燈監(jiān)控子系統(tǒng)

監(jiān)控調度管理子系統(tǒng)主要由單燈狀態(tài)監(jiān)控模塊、調光狀態(tài)監(jiān)控模塊、單燈控制方式管理模塊、單燈配置模塊、單燈定位模塊、單燈報警管理模塊組成。單燈監(jiān)控子系統(tǒng)在進行運作時需要根據(jù)實際的照明需求來完成對于單個路燈的監(jiān)控，并按照實際人流量以及車流量完成路燈亮度的實際調節(jié)，將公共照明區(qū)域的每一盞燈都進行細節(jié)管理管理，根據(jù)地理位置信息以及區(qū)域照明需求將空間進行劃分，按照不同區(qū)域不同場景應用不同光照的情景對路燈系統(tǒng)進行綜合控制以及調節(jié)，實現(xiàn)按需照明，均衡線路負載，實現(xiàn)外接電源定位。除此之外，該系統(tǒng)還能夠及時發(fā)現(xiàn)并更換城市部分陳舊損壞燈具，進而從本質上徹底解決路燈損壞造成的能耗增加問題，提升路燈管理部門的綜合管理水平，并提高城市公共照明用電管理效能。

3.5 監(jiān)控調度數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)

監(jiān)控調度數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)主要由節(jié)能率與用電管理模塊、亮燈率管理模塊、開關箱歷史數(shù)據(jù)查詢模塊、歷史報警記錄查詢模塊組成。

3.6 報警配置子系統(tǒng)

報警配置系統(tǒng)主要由開關報警策略配置模塊、單燈報警策略配置模塊、漏電報警策略配置模塊、報警邏輯策略配置模塊和報警知識庫管理模塊共同組成。

4 工程實例

紹興柯橋實施的智能照明系統(tǒng)便在公共走廊以及車庫完成了照度感應設備、人車感應器以及各類智能控制面板的設置，應用總線組網的技術形式，由網關將城市照明節(jié)能智能監(jiān)管系統(tǒng)完成接入，在該區(qū)域實現(xiàn)照明燈具的實時控制，在高峰期燈具保持全開狀態(tài)，根據(jù)人流、車流完成開關以及亮度、飽和度的自動調節(jié)，實現(xiàn)各種場景的實時控制，并對空間光感、立體感等參數(shù)進行改善，實現(xiàn)綠色節(jié)能的效果。

5 結束語

城市照明能源設施節(jié)能智能監(jiān)管系統(tǒng)將當前最為先進的物聯(lián)網技術、傳感技術、大數(shù)據(jù)信息等技術手段融入了信息管理平臺當中，共同完成對城市公共照明的監(jiān)管與調控，在保證了經濟性、安全性、節(jié)能性的同時，還能夠擴大監(jiān)管范圍，提升監(jiān)管力度，加強監(jiān)管效能，為當前城市公共照明的統(tǒng)一管理開創(chuàng)了先例。