一種基于新型無線技術(shù)的城市照明系統(tǒng)組網(wǎng)研究

摘要：為適應(yīng)數(shù)字化城市管理的要求，利用迅猛發(fā)展的無線通信新技術(shù)，構(gòu)建智能型城市照明無線監(jiān)控網(wǎng)，高起點(diǎn)、高要求，全面促進(jìn)城市道路照明事業(yè)的發(fā)展，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)綠色照明，

簡述城市照明監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及存在的問題，提出以國際新型無線通訊技術(shù)cynet為核心，結(jié)合RFID、谷歌實(shí)景技術(shù)構(gòu)建城市智能照明監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的可行性，在實(shí)現(xiàn)單燈監(jiān)控的基礎(chǔ)上結(jié)合改善城市照明監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的基本功能。

關(guān)鍵詞：Cynet網(wǎng)絡(luò)技術(shù) RFID技術(shù) 單燈檢測

一、城市照明監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

目前國內(nèi)應(yīng)用的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)主要有南京理工科技系統(tǒng)有限公司開發(fā)的SCADA-LD2000城市路燈亮化無線監(jiān)控系統(tǒng)、山東泰安地天泰新技術(shù)開發(fā)有限公司開發(fā)的LDWSC城市路燈智能監(jiān)控系統(tǒng)、中國電子科技集團(tuán)第五十研究所開發(fā)的WJ系列無線多媒體路燈監(jiān)控系統(tǒng)、遼寧丹東三安技術(shù)發(fā)展有限公司開發(fā)的SA路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)等等。

歸納起來，這些系統(tǒng)都存在著一些應(yīng)用問題：

1．精度不高。

只能達(dá)到基站級別（路燈控制箱），最多到回路，精度不高，還遠(yuǎn)未達(dá)到單燈監(jiān)控的水平，更不能體現(xiàn)智能化。雖說可根據(jù)所測電流量與數(shù)據(jù)庫中所存標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，從而計(jì)算出亮燈率、功率因素等參數(shù)，但由于現(xiàn)場狀況多變，監(jiān)控手段所限，仍然停留在估算的水平上，根據(jù)回路電流估值本身并不精確，參考價(jià)值也就大打折扣。而要達(dá)到單燈監(jiān)控，采用怎樣的通訊手段和方案、如何控制成本，都將是困擾其實(shí)現(xiàn)的難題。

2．不能適應(yīng)節(jié)能及監(jiān)控新光源要求。

近年來，能源問題日趨緊張，國家大力宣傳在城市照明行業(yè)發(fā)展節(jié)能新技術(shù)，采用節(jié)能新光源，倡導(dǎo)“綠色照明”新觀念。為順應(yīng)國家能源戰(zhàn)略的總體要求，各種路燈節(jié)能設(shè)備在城市照明行業(yè)得到普遍應(yīng)用，但目前采用的節(jié)能器，大多設(shè)置在控制箱端，體積龐大，控制線路長、設(shè)備多，因而節(jié)能效果也受到一定限制。尤其引人注目的是如何對國家大力支持發(fā)展的、呈分散分布的太陽能燈實(shí)施監(jiān)控，達(dá)到“分散測控，集中管理”的要求，也已成為新光源推廣使用中的迫切難題。

二、目前的各種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和GIS技術(shù)的應(yīng)用

目前的各種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和GIS技術(shù)的應(yīng)用在城市照明行業(yè)方興未艾，呈蓬勃發(fā)展應(yīng)用態(tài)勢。但前者主要作為信息傳輸主干網(wǎng)，難以精確監(jiān)控；后者主要處理靜態(tài)數(shù)據(jù)，不具實(shí)時監(jiān)控能力。二者都分屬獨(dú)立的系統(tǒng)，無法集成。尤其不足之處，主要表現(xiàn)在防盜和節(jié)能方面。

現(xiàn)就以上的問題進(jìn)行思考，參考現(xiàn)代信息技術(shù)中的熱點(diǎn)將cynet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、RFID（無線射頻識別）技術(shù)、谷歌實(shí)景技術(shù)等國際領(lǐng)先的新技術(shù)基礎(chǔ)上有機(jī)結(jié)合起來，設(shè)想仍然利用城市公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（一級主干網(wǎng)，VPN公網(wǎng)）作為現(xiàn)場基站和監(jiān)控中心的信息傳輸途徑，在照明現(xiàn)場組建微型無線監(jiān)控網(wǎng)（二級子網(wǎng)，無線局域網(wǎng)），采用“接力”方式構(gòu)建整個城市照明監(jiān)控網(wǎng)，從而克服由于現(xiàn)場環(huán)境（地理位置、供電條件、節(jié)點(diǎn)狀況）變化對監(jiān)控效果的干擾，達(dá)到迅速而精確地采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)、動態(tài)監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況、全面了解、及時更新照明設(shè)施數(shù)據(jù)庫（局部和全局）的三重目標(biāo)，徹底解決“最后100米、10米”的數(shù)據(jù)通信問題。

三、基于國際新一代無線技術(shù)的城市照明系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)想

城市照明涉及到的數(shù)據(jù)主要有兩類：一為靜態(tài)的，即設(shè)施庫，如線路長度、燈盞數(shù)、控制箱等。二是動態(tài)的，即工作參數(shù)：如電流、電壓、亮燈率、功率因素等。靜態(tài)數(shù)據(jù)也可能發(fā)生動態(tài)變化，如工程改造，發(fā)生盜失等，而監(jiān)控系統(tǒng)則主要用于對動態(tài)變化的對象進(jìn)行管理。

Cynet是一個強(qiáng)大的自我形成、自我恢復(fù)的低頻無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，可提供一個完整的控制、通信網(wǎng)絡(luò)和不同類型光源設(shè)備的解決方案。設(shè)想為每個監(jiān)控對象（如一盞路燈）建立現(xiàn)場檔案（RFID標(biāo)簽），既存貯靜態(tài)數(shù)據(jù)、也存貯動態(tài)數(shù)據(jù)，工程竣工或改造完成后，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫并保存于各自的存儲器中（也可存放于各中心節(jié)點(diǎn)）。當(dāng)監(jiān)控中心需更新數(shù)據(jù)庫時，通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)用各個節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并與中心原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對照，即可得到最新結(jié)果。

四、城市照明節(jié)能系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)分析

當(dāng)今國際上流行的城市道路節(jié)能照明節(jié)能方式是采用智能調(diào)控技術(shù)，它充分考慮城市道路照明的實(shí)際狀況，依據(jù)人體工程學(xué)中的視覺理論，采用現(xiàn)代控制論中的最優(yōu)控制方法，實(shí)現(xiàn)對路燈電流及照度的動態(tài)智能化管理，即TPO管理（TIME時間/PLACE地點(diǎn)/OCCASION場合）。

此項(xiàng)技術(shù)的基本思路就是：在繁忙的時段，控制路燈保持原設(shè)計(jì)的照度；接近午夜時分，道路上人少車稀時，開始自動調(diào)整電流，通過對用電電流的智能控制，減少后半夜因城市整體的用電減少所引起的電網(wǎng)電壓的升高。

通過調(diào)整供電電壓，降低不必要的損耗，不僅可以達(dá)到節(jié)電的目的，同時，還能保護(hù)終端設(shè)備，延長設(shè)備的平均使用壽命。

五、城市照明節(jié)能系統(tǒng)節(jié)能原理探索

智能照明調(diào)控裝置工作原理，采用微電腦控制系統(tǒng)，實(shí)時采集輸出、輸入電壓信號與最佳照明電壓比較，通過計(jì)算進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，從而保證輸出最佳的照明系統(tǒng)工作電壓。

其特征是基于無線尋址技術(shù)，提供一個集成化、智能化的控制，可用于遠(yuǎn)程控制和路燈照明裝置或類似用途固定式監(jiān)測。

該系統(tǒng)包括以下主要功能模塊：

控制系統(tǒng)用戶界面· 通信服務(wù)器

GPRS的連接 · 數(shù)據(jù)集中器

無線網(wǎng)狀網(wǎng)· 燈控制器節(jié)點(diǎn)

該系統(tǒng)的基本描述：

按照標(biāo)準(zhǔn)的Windows應(yīng)用程序，靈活的控制系統(tǒng)的用戶界面。

手動遠(yuǎn)程控制單個、分組或整條街道的路燈。

·通過設(shè)定日期和時間規(guī)則，自動遠(yuǎn)程控制燈具亮度的變化。

·從每盞燈控制器的診斷信息反饋顯示路燈狀態(tài)。

·每個控制器可控制高達(dá)255盞路燈。

·遠(yuǎn)程通訊采用GPRS完成控制系統(tǒng)之間的聯(lián)系和控制。

·通信服務(wù)器系統(tǒng)可管理多組控制系統(tǒng)。

·CyNet無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)之間提供通信鏈路水平集中和個別燈控制器。

·CyNet網(wǎng)狀網(wǎng)具有自我形成和自我修復(fù)功能，提供一個穩(wěn)健可靠的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

·無線網(wǎng)絡(luò)工作在ISM頻段，通常是433或868、915兆赫，其他頻率也可以支持。

·燈泡控制單元基于標(biāo)準(zhǔn)的無線模塊，符合FCC和ETSI標(biāo)準(zhǔn)。

·硬件接口燈和電子或電感鎮(zhèn)流器或驅(qū)動電路可定制，如LED、HID或鈉燈等，系統(tǒng)對各種光源的選擇敏感度不高，均可通過參數(shù)調(diào)整改變控制方式。

六、城市照明組網(wǎng)節(jié)能系統(tǒng)的組成

客戶方監(jiān)控中心

計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件通過網(wǎng)絡(luò)登錄到指定服務(wù)器與集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和下達(dá)指令；

監(jiān)測系統(tǒng)集中器

通過GPRS通訊方式登錄到指定服務(wù)器與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令交換；通過433MHz/10mW ISM頻段與現(xiàn)場路段中檢測的路燈模塊通訊，實(shí)時監(jiān)測路燈燈具的電流、電壓和器件小環(huán)境內(nèi)部的溫度；

現(xiàn)場單燈檢測模塊

由遠(yuǎn)程終端控制器接口板供電，并通過一定電路配合進(jìn)行路燈線路的電流、電壓檢測；由微控制器內(nèi)部的溫度傳感器檢測控制器內(nèi)部小環(huán)境的溫度；通過433MHz/10mW ISM頻段與集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和接受指令；

七、城市照明組網(wǎng)節(jié)能系統(tǒng)的鏈接架構(gòu)

該路燈控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)控制中心、服務(wù)器、集中器和智能控制模塊組成。

計(jì)算機(jī)控制中心主要負(fù)責(zé)指令的發(fā)送和數(shù)據(jù)收集、定時控制、路燈管理等。計(jì)算機(jī)控制中心通過應(yīng)用軟件可以根據(jù)具體需要對大的片區(qū)劃分成不同的區(qū)域控制，或者設(shè)置成統(tǒng)一的區(qū)域進(jìn)行控制。

服務(wù)器主要是用來協(xié)助不同的集中器與計(jì)算機(jī)控制中心之間交換數(shù)據(jù)。因所有的集中器均通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接，在于計(jì)算機(jī)控制中心交換信息時，由服務(wù)器進(jìn)行流量和數(shù)據(jù)調(diào)配。

集中器是用來管轄某一區(qū)域的數(shù)據(jù)收集和指令發(fā)送設(shè)備，作為計(jì)算機(jī)控制中心與每一個智能控制模塊之間的橋梁，集中器負(fù)責(zé)把計(jì)算機(jī)控制中心發(fā)送到指令準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)達(dá)到相應(yīng)的智能控制模塊，并確定指令是否成功執(zhí)行，并智能所搜集的路燈電流、電壓、亮度、模塊溫度和射頻信號強(qiáng)度信息反饋到集中器由集中器統(tǒng)一經(jīng)服務(wù)器匯報(bào)給計(jì)算機(jī)控制中心。

智能控制模塊是專門負(fù)責(zé)監(jiān)控路燈鎮(zhèn)流器工作狀態(tài)的設(shè)備，主要檢測鎮(zhèn)流器的電流、電壓來判斷路燈的工作狀態(tài)，當(dāng)某一電壓<100v，或電流<0.3A時，說明路燈處在關(guān)閉的狀態(tài)；如電壓在220V附近而電流為0時，如果鎮(zhèn)流器與路燈之間的連接沒有問題，則可判斷為高壓鈉燈燒毀。智能控制模塊同時提供模塊的溫度，供用戶參考燈箱內(nèi)部溫度變化情況。

計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件也可根據(jù)智能控制模塊的分布不同而設(shè)置成不同的段以及段內(nèi)的左右選項(xiàng)。

八、城市照明組網(wǎng)節(jié)能系統(tǒng)之功能實(shí)現(xiàn)

在保證路燈監(jiān)控中心原有監(jiān)控系統(tǒng)正常工作的前提下，平行運(yùn)行該監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測高壓鈉燈燈具的電壓、電流信息及器件小環(huán)境內(nèi)部的溫度參數(shù)；

路燈狀態(tài)信息通過“鉑之翼”系統(tǒng)集中器統(tǒng)一管理，并使用GPRS通信方式上傳至監(jiān)控中心；

所檢測高壓鈉燈燈具的電壓、電流和溫度等如果發(fā)生異常，通過在線計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件進(jìn)行報(bào)警，判斷燈具工作狀態(tài)；

可以將路燈的位置在Google地圖中定位并顯示相應(yīng)的狀態(tài)信息；

通過網(wǎng)頁形式快速查詢路燈的狀態(tài)信息，及時了解在線監(jiān)測燈具的最新運(yùn)行狀況信息；

九、結(jié)束語----該系統(tǒng)的多重技術(shù)先進(jìn)性

1、系統(tǒng)化：集多學(xué)科技術(shù)于一體的現(xiàn)代化控制系統(tǒng)，可控制到任意一盞路燈。

2、智能化：具有信息采集、傳輸、分析及反饋等特征功能的系統(tǒng)；

3、網(wǎng)絡(luò)化：是區(qū)域、城域、甚至更大范圍的控制系統(tǒng)；

4、 信息化：在所有監(jiān)控信息以信息形式表達(dá)，在控制網(wǎng)絡(luò)中傳輸。

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)智能照明調(diào)控、有效保護(hù)電光源、降低電能消耗的功能，使用的經(jīng)濟(jì)性和可靠性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他節(jié)電方式的，是目前市場上比較成熟的照明控制解決方案之一。