摘要

由于我國智慧城市建設(shè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)存在缺少遠(yuǎn)程控制手段、電能浪費、故障處理不及時等問題，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的路燈監(jiān)控系統(tǒng)，在每個路燈上加裝一個路燈控制器，路燈控制箱里面加裝照明回路控制器、三相電能表和漏電保護，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將分散在城市各個街道的路燈連接形成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對城市道路照明的線路狀態(tài)監(jiān)測、定時開關(guān)策略配置及后臺遠(yuǎn)程管理和移動管理等，降低路燈設(shè)施的維護難度和成本，提升管理水平，實現(xiàn)節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；路燈照明；監(jiān)控系統(tǒng)；

01 引言

近年來，隨著我國智慧城市建設(shè)的飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大，城市路燈建設(shè)也進入城市發(fā)展的快車道，其已經(jīng)成為城市形象的重要代表，對提高夜晚環(huán)境質(zhì)量、促進經(jīng)濟繁榮具有不可替代的作用。

2017年12月，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部編制了《“十三五"城市綠色照明規(guī)劃綱要》，綱要中明確提出全面建設(shè)智能化管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)，要求完善和強化城市照明信息統(tǒng)計制度，推進照明數(shù)據(jù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，以信息化為依托，結(jié)合智慧城市建設(shè)，加快城市照明數(shù)據(jù)中心建設(shè)，加強城市照明管理數(shù)字化平臺建設(shè)和功能整合，實現(xiàn)城市照明資產(chǎn)統(tǒng)計、能耗監(jiān)測、監(jiān)督考核信息化，促進城市照明信息資源開放共享。

路燈照明的過快發(fā)展，給城市能源供給增加了壓力，尤其是在城市照明的日常維護和管理工作中，由于缺少有限的監(jiān)測和管理手段，存在著電能浪費、無法知曉路燈亮燈率、EMC工程無法監(jiān)控、故障處理不及時等現(xiàn)狀，具體的問題表現(xiàn)在以下兩個方面：

（1）控制方式落后。目前，市政道路路燈及交通道路路燈的控制和管理主要是采用人工管理和定時控制，而城市路燈的定時控制大多數(shù)采用“時間繼電器+經(jīng)緯度控制器光控控制器"和“一站到位+交流接觸器"的控制方式每天定時開關(guān)。當(dāng)季節(jié)變換時，需要人工調(diào)節(jié)每一個時間繼電器的參數(shù)。如發(fā)生突發(fā)事件，需到現(xiàn)場進行人工調(diào)控，無法及時采取應(yīng)對措施，造成該“亮"時“不亮"，該“滅"時“不滅"的問題發(fā)生，同時也產(chǎn)生部分的電能浪費。

（2）管理方式落后。建設(shè)ju和路燈所沒有部署路燈的信息化管理工具，相關(guān)各類管理數(shù)據(jù)通過人工收集和統(tǒng)計，無法保證準(zhǔn)確性和及時性，因而無法對路燈的運營維護情況進行有效監(jiān)管；過往路燈維護采用人工巡檢的方式，缺乏故障主動發(fā)現(xiàn)機制，路燈故障類型、位置難以確定，導(dǎo)致故障處理困難，使得故障處理延遲大、周期長，即使加大路燈維護的人工和車輛投入，對路燈亮燈率的提升作用也非常有限；同時，傳統(tǒng)的路燈建設(shè)項目缺少遠(yuǎn)程控制手段，城市照明的管理方式比較落后，在應(yīng)對突發(fā)事件時靈活性較差。

本文通過采用新型的物聯(lián)網(wǎng)、“云計算"和移動通信等技術(shù)，針對城市公共照明存在的一系列問題，提出了回路控制的照明智能管理和控制解決方案。通過在原有路燈設(shè)備中加裝路燈控制器，路燈控制箱里面加裝照明回路控制器、三相電能表和漏電保護，即可實現(xiàn)對城市道路照明的線路狀態(tài)監(jiān)測、定時開關(guān)策略配置、電能計量、漏電保護，降低路燈設(shè)施的維護難度和成本，提升管理水平，實現(xiàn)節(jié)能減排。

02 總體框架設(shè)計

本文以城市路燈為基礎(chǔ)，逐步建成國內(nèi)xian進、功能齊全的智慧城市物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大平臺管理中心，每個路燈上加裝一個路燈控制器，路燈控制箱里面加裝照明回路控制器、三相電能表和漏電保護，路燈控制系統(tǒng)可以對路燈進行分組，實現(xiàn)對待改造地區(qū)的任何一組路燈的遙測、遙控、遙信、遙調(diào)、遙視“五遙"功能，實現(xiàn)路燈的分組智能及精細(xì)化管理，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

路燈監(jiān)控系統(tǒng)總體框架設(shè)計包括感知層、基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層與展現(xiàn)層5個部分，總體框架設(shè)計圖如圖2所示。

圖2 總體框架設(shè)計

感知層主要包括單燈控制器、雙燈控制器、三相電能表、漏電保護、照明回路控制器、戶外照度傳感器等。

基礎(chǔ)設(shè)施層支撐設(shè)施主要包括共有云和私有云服務(wù)器。

數(shù)據(jù)層依托于數(shù)據(jù)中臺，主要完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)交互的工作。

應(yīng)用層主要包括數(shù)據(jù)監(jiān)控、智能策略、報警管理、能耗分析、統(tǒng)計分析、運維管理等功能。

展示層包括PC端和移動APP端。

03 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

1、可視化大屏

通過采集道路集中控制器的經(jīng)緯度信息，錄入到后臺管理系統(tǒng)，實現(xiàn)在后臺管理系統(tǒng)的地圖功能中對設(shè)備進行可視化定位和操作。監(jiān)控路燈正在使用情況、具體位置、亮燈時長、報警日志、能耗曲線等信息，如圖3所示。

圖3 可視化大屏

2、路燈監(jiān)測

通過在道路線路安裝路燈控制器及電流互感器，實時監(jiān)測和分析線路的電流、電壓和功率，當(dāng)線路狀態(tài)出現(xiàn)異常時，出現(xiàn)漏電、線纜被盜、線纜異常斷電、部分燈具損壞等情況時，實時檢測出來，并通過短信、郵件、手機APP、語音外呼等多種方式主動上報，維護人員可以及時發(fā)現(xiàn)，進行處理，如圖4所示。

圖4 路燈監(jiān)測

3、智能策略

通過在后臺管理系統(tǒng)中制定和下發(fā)定時開關(guān)燈策略或臨時開關(guān)燈策略，實現(xiàn)對單個或一組道路照明的智能開關(guān)調(diào)光功能，如圖5所示。用戶無需到現(xiàn)場開關(guān)燈，增強城市路燈管理的突發(fā)情況處理能力，提升路燈管理的體驗效果及管理水平。同時可根據(jù)日出和日落情況進行開關(guān)燈，減少因固定開關(guān)燈時間帶來的過度照明，增加額外的節(jié)能收益。

圖5 智能策略

4、報警管理

終端設(shè)備檢測到報警實時上報后臺管理系統(tǒng)，生成報警后在系統(tǒng)中可進行工單派發(fā)功能，將相關(guān)的故障通過派工單的方式派發(fā)給維護人員，工單提醒方式包括郵件方式和手機短信方式。同時可在系統(tǒng)中對故障進行GIS定位，如圖6所示。

圖6 報警管理

5、統(tǒng)計分析

系統(tǒng)支持對節(jié)能數(shù)據(jù)、故障信息等進行直觀的報表統(tǒng)計分析，包括曲線圖及柱狀圖方式，并可導(dǎo)出Excel報表，如圖7所示，也可以通過遠(yuǎn)程抄表對電量進行統(tǒng)計，并可針對歷史用電量的節(jié)能率進行統(tǒng)計，保證采集到的用電量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計的準(zhǔn)確性，強化節(jié)能數(shù)據(jù)檢測分析為科學(xué)決策提供有力支持。

圖7 統(tǒng)計分析

6、運維管理

對路燈控制器、路燈燈具、燈桿、多功能電力儀表及路燈配電箱等進行統(tǒng)一管理。系統(tǒng)可以對這些設(shè)備巡查計劃，設(shè)備巡檢采用NFC射頻卡標(biāo)簽，手機掃描標(biāo)簽進行巡檢工作，系統(tǒng)也可以自動記錄巡檢人員的巡檢軌跡，代替了傳統(tǒng)紙質(zhì)檢查記錄，改變了傳統(tǒng)巡查不到位、巡檢記錄不真實的現(xiàn)狀，如圖8所示。

圖8 運維管理

04 路燈監(jiān)控系統(tǒng)的意義及收益

路燈監(jiān)控系統(tǒng)對提升城市的路燈信息化和管理水平、提高城市路燈的亮燈率、監(jiān)控EMC節(jié)能、減少路燈電能浪費、降低維護成本等方面有著重大的意義。

1、路燈監(jiān)控系統(tǒng)是提高路燈運維監(jiān)管能力的科學(xué)手段

目前，國內(nèi)大部分城市都缺少統(tǒng)一的通過信息化方式對路燈監(jiān)管和調(diào)度系統(tǒng)，對路燈各類設(shè)備進行管理，無法迅速、實施和直觀的收集和統(tǒng)計路燈相關(guān)的用電、故障率數(shù)據(jù)，對路燈的管理決策的時效性、精準(zhǔn)性支撐乏力。通過建設(shè)路燈監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效解決上述問題，提高管理部門對路燈資產(chǎn)、運維等的監(jiān)管能力。

2、路燈監(jiān)控系統(tǒng)是提升路燈照明“亮燈率"的有力保障

城市道路的面積廣闊，路燈的巡檢和維護成本較高，傳統(tǒng)巡查方式的時間和空間覆蓋面有限，很難進一步提高路燈的亮燈率。通過實施本路燈監(jiān)控系統(tǒng)，可以及時、準(zhǔn)確報告和定位全鎮(zhèn)范圍內(nèi)路燈的燈具、線路故障，從而迅速排除故障。

3、路燈監(jiān)控系統(tǒng)是增強城市照明應(yīng)變能力的智慧大腦。

目前，基于配電柜的路燈人工調(diào)節(jié)方式不夠靈活，不能根據(jù)日落時間/環(huán)境對路燈進行精準(zhǔn)調(diào)控，存在一定電能浪費。此外，在各類突發(fā)狀況時（惡劣天氣），無法實時調(diào)控路燈。路燈監(jiān)控系統(tǒng)實施后，可以在后臺管理系統(tǒng)靈活制定和修改定時控制策略，提升突發(fā)事件的應(yīng)急能力，提高節(jié)能率。