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摘 要：隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，在照明設(shè)施方面的投入也增長迅速，面臨著資料分散、數(shù)據(jù)不完整所帶來的協(xié)調(diào)管理難、運(yùn)行效率低等問題，嚴(yán)重制約了對照明設(shè)施進(jìn)行監(jiān)管和養(yǎng)護(hù)等相關(guān)工作的效率，也嚴(yán)重制約了城市高效發(fā)展的后勁和城市管理效能的提升，如果沒有對城市的大量照明對象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，沒有對大量各類的照明信息進(jìn)行分析，主管部門并不能真正意義上對城市照明的管理運(yùn)維相關(guān)部門和單位提出實(shí)質(zhì)性的指導(dǎo)，在此背景下，建立“智慧照明管理系統(tǒng)”已經(jīng)成為一種需要，對市政設(shè)施的監(jiān)控進(jìn)行有效的監(jiān)管和維護(hù)。 1 前言 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前某城市道路照明以鈉燈為光源的有5千余盞。一方面，城市亮化工程已成為城市的名片。各地都把城市夜景照明建設(shè)作為改變城市面貌、改善投資環(huán)境的重要手段，由此而來的管理費(fèi)、電費(fèi)和維護(hù)支出也是驚人的。現(xiàn)代化的城市要求夜晚越來越明亮、越來越美麗，付出的經(jīng)濟(jì)與管理代價(jià)也越來越沉重。 隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，在照明設(shè)施方面的投入也增長迅速，由于照明涉及地下管線、供配電、道路、橋梁、綠化資源等公用設(shè)施，各專業(yè)單位在建設(shè)、管理方面自有一套相對獨(dú)立的管理體系，面臨著資料分散、數(shù)據(jù)不完整所帶來的協(xié)調(diào)管理難、運(yùn)行效率低等問題，嚴(yán)重制約了對照明設(shè)施進(jìn)行監(jiān)管和養(yǎng)護(hù)等相關(guān)工作的效率，也嚴(yán)重制約了城市高效發(fā)展的后勁和城市管理效能的提升，在此背景下，亟需建設(shè)城市照明監(jiān)控管理系統(tǒng)對市政設(shè)施的監(jiān)控進(jìn)行有效的監(jiān)管和維護(hù)。 城市照明監(jiān)控管理系統(tǒng)有著廣泛的用戶群，包括巡查人員、工程管理人員、決策者、社會公眾以及其他部門： 巡查、工程管理人員需要實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)有設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)對出現(xiàn)問題的設(shè)施進(jìn)行修理、更換等工作。同時(shí)，工程管理人員需要對市政工程項(xiàng)目的預(yù)算、進(jìn)度、成本、人員、設(shè)備和工期等進(jìn)行有效管理，科學(xué)的項(xiàng)目管理和資源調(diào)配對工程的順利實(shí)施具有重要作用。此外，工程管理處也需要對每個(gè)工程的情況隨時(shí)進(jìn)行了解。 決策者需要根據(jù)市政設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)、維護(hù)情況以及新技術(shù)發(fā)展等制定相應(yīng)的計(jì)劃，并監(jiān)督計(jì)劃的執(zhí)行。決策層需要大量的數(shù)據(jù)、智能的分析工具和豐富的圖表呈現(xiàn)工具。 3、社會公眾 社會公眾能夠通過系統(tǒng)提供的對外門戶網(wǎng)站、熱線電話、公共微博等形式對照明設(shè)施的建設(shè)進(jìn)行監(jiān)督和滿意度評價(jià)等，并能通過投訴中心對設(shè)施狀況等信息進(jìn)行。 其他部門主要指的是上級單位和同級單位。這些單位對系統(tǒng)的需求主要包括管線數(shù)據(jù)共享、行政審批許可證書調(diào)用等，系統(tǒng)要考慮和這些部門的接口。 為了緩解燈多人少的管理矛盾，國內(nèi)外市政路燈管理部門一直在尋求解決方案，如開發(fā)安裝了“城市路燈照明無線監(jiān)控系統(tǒng)”，對提高城市路燈系統(tǒng)的控制管理起到了積極的作用；同時(shí)還在積極探索路燈管理和創(chuàng)新的技術(shù)和途徑，包括采用新光源、變功率鎮(zhèn)流器、電子鎮(zhèn)流器等新技術(shù)手段，但依然無法解決城市照明管理中普遍存在的一些問題。 一方面，目前城市的照明管理應(yīng)用的技術(shù)大多仍采用2000年以前的計(jì)算機(jī)集成技術(shù)，技術(shù)水平較陳舊，路燈管理部門急需提高自身的管理技術(shù)手段；另一方面，當(dāng)前的信息采集手段僅限于路燈開關(guān)，信息量過小，而城市照明的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)過于龐大，照明信息的監(jiān)管難以到位。而隨著各地城市對路燈管理要求的不斷提高，如果沒有對城市的大量照明對象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，沒有對大量各類的照明信息進(jìn)行分析，主管部門并不能真正意義上對城市照明的管理運(yùn)維相關(guān)部門和單位提出實(shí)質(zhì)性的指導(dǎo)，所以建立“智慧照明管理系統(tǒng)”已經(jīng)成為一種需要。 2 實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 建立一套完整高效的、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大數(shù)據(jù)處理、云計(jì)算、平臺化管理的 “智慧照明管理系統(tǒng)”。 3 具體實(shí)現(xiàn)內(nèi)容 我們設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容可分為以下幾個(gè)步驟： 1、對現(xiàn)有主次干道250W高壓鈉燈用120WLED燈進(jìn)行替換； 2、結(jié)合單燈設(shè)備進(jìn)行按需照明； 3、加入遠(yuǎn)程控制終端RTU，實(shí)現(xiàn)路燈的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、控制； 4、將所有路燈納入“智慧照明”管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。 3.1更換LED光源 LED路燈具有環(huán)保無污染、耗電少、光效高、壽命長等特點(diǎn)，是新一代節(jié)能路燈的最佳選擇，積極響應(yīng)了十八屆五中全會中提出的“綠色照明”意見，對傳統(tǒng)鈉燈實(shí)行更換LED光源，以達(dá)到節(jié)能減排效果。 對于LED路燈的選擇，我們提出三點(diǎn)建議：首先，應(yīng)選擇具有模塊化結(jié)構(gòu)的LED燈具，此類燈具可通過增減模組數(shù)量達(dá)到系列化要求，并擁有多種配光可供選擇，能適應(yīng)不同的道路場景；其次，LED燈具應(yīng)具備靈活的驅(qū)動配置方案，滿足不同電源配置的需求；最后，該燈具需具備可調(diào)節(jié)的照射角度，能適應(yīng)傳統(tǒng)路燈的升級。該類LED路燈能很好的滿足某城市地區(qū)對現(xiàn)有路燈升級改造以及待建路燈的各項(xiàng)要求。 能對LED燈具實(shí)行適當(dāng)降功耗（部分時(shí)段降功耗幅度大約20%），防止燈具長時(shí)間滿負(fù)荷工作，降低功耗的同時(shí)延長燈具使用壽命，（如圖1）。 3.2 單燈設(shè)備
單燈設(shè)備能對獨(dú)立分布的各種路燈設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控和維護(hù)管理。
國家《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》CJJ45-2015第7.2.5條規(guī)定了道路照明可采用的3項(xiàng)節(jié)能措施要求，開關(guān)燈控制措施主要應(yīng)用于流量不大的人行道、次干道或輔路：1、在深夜可關(guān)閉不超過半數(shù)的燈具（單側(cè)開關(guān)燈）；2、在深夜實(shí)行隔盞亮燈或開二滅一的方法降低照明密度。如圖2所示，通過單燈控制器對路燈進(jìn)行開關(guān)控制，實(shí)施半夜燈，可以清晰的獲取節(jié)能效果。 國家《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》CJJ45-2015第7.2.5條規(guī)定了道路照明可采用的3項(xiàng)節(jié)能措施要求，亮度調(diào)節(jié)控制措施：主要應(yīng)用于道路交會區(qū)和主干道，后半夜降低道路照明等級，采用能在深夜自動降低光源功率的裝置，根據(jù)道路的行人、車輛流量的需求分時(shí)段分區(qū)域進(jìn)行調(diào)光控制。（如圖3） 單燈集中器是單燈控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。它可以組建并維護(hù)單燈通信網(wǎng)絡(luò)，并通過電力線載波下行抄收并存儲各單燈模塊的數(shù)據(jù)；同還能通過RS232/RS485上行信道與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其上行通道可接入多種通信方式的通信模塊，支持GPRS、CDMA、以太網(wǎng)等通訊方式。（如圖4）
3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控終端RTU 在原有路燈配電控制箱的基礎(chǔ)上以最新型的遠(yuǎn)程控制終端RTU替換傳統(tǒng)時(shí)控器，實(shí)現(xiàn)路燈的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、控制。 RTU能將采集的信息和監(jiān)控到的路燈、景觀燈數(shù)據(jù)（如電壓、電流等）及時(shí)可靠地傳送到監(jiān)控中心，同時(shí)從監(jiān)控中心接收控制、設(shè)置命令，保證指揮中心對路燈進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。（如圖5、圖6） 3.4 智慧照明管理系統(tǒng) 智慧照明管理系統(tǒng)是基于大數(shù)據(jù)的云管理系統(tǒng)，結(jié)合了路燈物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：在燈桿內(nèi)加裝傳感器，設(shè)置RFID芯片，形成具有采集燈桿電量信息、燈具運(yùn)行信息、故障信息單燈集中控制器。構(gòu)建燈桿燈具的信息傳感網(wǎng)絡(luò)，傳輸網(wǎng)絡(luò)通過電力載波、ZIGBEE無線以及公網(wǎng)流量等通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)，將燈桿路燈基本數(shù)據(jù)信息在遠(yuǎn)程監(jiān)控終端（RTU）配電箱中匯總，然后通過GPRS通訊方式，在各類移動終端（手機(jī)、IPAD等）、計(jì)算機(jī)終端可進(jìn)行查看閱覽。通過設(shè)置權(quán)限，針對監(jiān)管部門、維護(hù)部門、運(yùn)營單位進(jìn)行對應(yīng)業(yè)務(wù)信息采集、控制、分析和處理。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖7所示： 智慧照明管理系統(tǒng)包括“一中心四系統(tǒng)六平臺”，我們可通過該管理系統(tǒng)對燈具進(jìn)行監(jiān)控智能管理，日常運(yùn)行管理，可實(shí)現(xiàn)對道路照明基本信息（電壓、電流、功率、節(jié)能率等）實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測；照明業(yè)務(wù)管理，可實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警、在線派工、生產(chǎn)耗材等操作；節(jié)能控制管理，可對道路照明燈具進(jìn)行節(jié)能策略下發(fā)，實(shí)施按需照明。該管理系統(tǒng)既保障照明質(zhì)量，又節(jié)能減排，提效降耗，從而實(shí)現(xiàn)對每一盞燈具實(shí)現(xiàn)“按需照明”和“精確管理”。 3.4.1 一個(gè)中心 一個(gè)中心即在原有路燈照明監(jiān)控中心基礎(chǔ)上成立智慧照明指揮中心，具體拓展路燈監(jiān)控管理。監(jiān)控中心負(fù)責(zé)開展智慧照明重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)、綜合指揮、決策支持及信息發(fā)布。中心建立后將為某城市地區(qū)承擔(dān)起以下工作：應(yīng)急指揮照明分中心、亮燈調(diào)度中心、數(shù)據(jù)服務(wù)中心、業(yè)務(wù)管理中心、照明客服中心、信息發(fā)布中心。 3.4.2 四大功能系統(tǒng) （一）突出智能亮燈，打造基于“五遙”（遙測、遙控、遙信、遙調(diào)、遙視）的智能亮燈系統(tǒng)。在原有照明系統(tǒng)基礎(chǔ)上，建立區(qū)域照度跟蹤系統(tǒng)。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全縣“一把閘刀”模式的亮燈管理，實(shí)現(xiàn)亮燈的智能化：根據(jù)環(huán)境自動亮燈、根據(jù)天氣自動亮燈、根據(jù)需求自動亮燈；實(shí)現(xiàn)各個(gè)職能分區(qū)的亮燈數(shù)據(jù)分布式管理，建立分區(qū)亮燈云。通過智能亮燈，解決某城市存在的照明分散管理、多頭管理的混亂現(xiàn)狀、缺乏精細(xì)化管理的手段。 （二）實(shí)現(xiàn)按需照明，打造遠(yuǎn)程控制管理系統(tǒng)。根據(jù)需求建立路燈遠(yuǎn)程控制終端。實(shí)現(xiàn)照明分時(shí)分區(qū)分場景控制乃至調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)按需照明，實(shí)現(xiàn)節(jié)能管理。建設(shè)燈桿物聯(lián)網(wǎng)，從根本上解決亮燈能耗缺乏管理的問題，同時(shí)提供照明用電管理效能。解決人工開關(guān)、人工巡燈的主要矛盾，實(shí)現(xiàn)人性化亮燈，極大程度減少百姓對照明管理的投訴。 （三）提升決策管理能力，打造照明業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。建設(shè)與縣數(shù)字城管聯(lián)動的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)移動巡修，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自動化流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工程與維護(hù)的管理，規(guī)范業(yè)務(wù)管理流程，提升照明管理水平。同時(shí)做到提前預(yù)警，促進(jìn)照明管理逐步實(shí)現(xiàn)從“被動處置”向“主動應(yīng)對”轉(zhuǎn)變；同時(shí)為政府應(yīng)急提供手段。 （四）強(qiáng)調(diào)安全亮燈，打造線纜漏電保護(hù)系統(tǒng)。建立配電線路的漏電保護(hù)系統(tǒng)、低洼積水遠(yuǎn)程開關(guān)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)漏電等安全保護(hù)的自動化和智能化。
3.4.3 六大支撐平臺（如圖8）
建設(shè)的智慧照明系統(tǒng)軟件在靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)六大支撐平臺： 1、地理信息平臺：結(jié)合某城市地區(qū)現(xiàn)有地理特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)照明基礎(chǔ)元素基于三維空間的信息構(gòu)建，規(guī)范照明數(shù)據(jù)與應(yīng)用接口； 2、監(jiān)控調(diào)度平臺：拓展采集方式，逐步增加智能視頻、物聯(lián)感知設(shè)備等智能化發(fā)現(xiàn)手段；實(shí)現(xiàn)在無人值守情況下，照明動態(tài)信息（從開關(guān)箱、線纜、燈具乃至電源）的自動化采集、控制、分析、告警和監(jiān)管； 3、移動監(jiān)控管理平臺：通過移動終端、手機(jī)APP、照明信息門戶等多種方式，進(jìn)一步提升某城市照明管理問題發(fā)現(xiàn)的及時(shí)性和全面性，達(dá)到照明管理增效的目的； 4、能耗管理平臺：照明設(shè)施的照明用電計(jì)量與統(tǒng)計(jì)、新光源效能評價(jià)、按需照明策略管理； 5、生產(chǎn)調(diào)度平臺：針對本處照明業(yè)務(wù)的生產(chǎn)調(diào)度管理，對項(xiàng)目、材料、數(shù)據(jù)和流程管理等多個(gè)方面進(jìn)行管理調(diào)度； 6、數(shù)據(jù)管理平臺：構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系，圍繞某城市照明管理的特點(diǎn)，建立智慧照明日常運(yùn)行評價(jià)指標(biāo)體系；進(jìn)行照明大數(shù)據(jù)管理、分析，并構(gòu)建應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)。 3.4.4 部分軟件功能 軟件系統(tǒng)采用先進(jìn)的B/S架構(gòu)，移動接入性好，可通過智能手機(jī)、IPAD、筆記本等隨時(shí)接入系統(tǒng)，同時(shí)還具有良好的開放性，能與其他系統(tǒng)無縫對接。 管理者、維修人員及調(diào)度人員能分別對應(yīng)其崗位職責(zé)方便快捷地使用新系統(tǒng)，通過上網(wǎng)終端隨時(shí)登陸系統(tǒng)監(jiān)控每盞路燈的運(yùn)行狀態(tài)以及各項(xiàng)精細(xì)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)庫對項(xiàng)目中每盞燈的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行存儲，通過管理平臺就可查看到路燈運(yùn)行過程中任意時(shí)刻的各項(xiàng)參數(shù)并可直觀地顯示出路燈、回路、RTU等路燈系統(tǒng)的位置信息、運(yùn)行狀態(tài)信息。 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能可根據(jù)用戶需求自動生成故障報(bào)表、節(jié)電率報(bào)表、燈具使用電流、電壓等歷史數(shù)據(jù)報(bào)表等供用戶查看。所有可控設(shè)備的設(shè)備識別碼、安裝日期、地理位置、變更信息等重要資產(chǎn)管理信息均存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。 系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求，自動統(tǒng)計(jì)日、月、年 等不同時(shí)間段內(nèi)的節(jié)電率數(shù)據(jù)，方便用戶進(jìn)行精細(xì)化節(jié)能管理。 主要軟件功能界面如下：（如圖9） 4 結(jié)束語 通過建設(shè)智慧照明系統(tǒng)，使得城市的發(fā)展更全面、更環(huán)保、更協(xié)調(diào)、更可持續(xù)，會讓城市生活變得更健康、更和諧、更幸福。在節(jié)能減排的大背景下，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、信息融合技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的路燈硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)路燈信息維護(hù)管理、突發(fā)事件處理的平臺。為道路照明未來可持續(xù)照明事業(yè)推進(jìn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 我們的智慧照明管理系統(tǒng)不僅可以完全獨(dú)立運(yùn)行；同時(shí)具有極強(qiáng)的系統(tǒng)兼容性，并預(yù)留與智慧城市管理系統(tǒng)的對接接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)一管理。 通過智慧照明管理系統(tǒng)向智慧城市邁進(jìn)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變城市管理方式，降低城市管理運(yùn)行成本，落實(shí)政府“主動治理”的理念，加快城市地區(qū)智慧化進(jìn)程。
《摘自 2017中國道路照明論壇論文集》
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