借助節能改造過程實現路燈設施基礎地理信息采集

吳貴才，胡明明，楊 彤

(1.深圳市燈光環境管理中心，廣東 深圳 518033；2.深圳市致燁科技有限公司，廣東 深圳 518000)

引言

城市照明是城市基礎設施的一個重要組成部分，不僅為亮化城市、美化環境發揮積極作用，還為交通安全、社會治安提供了有力保障，同時在提升城市檔次、提高城市形象、改善城市環境發揮了極其重要的作用。[1]國家對于城市道路運輸業和城市公共交通業的投資連續多年增長，年末道路實有長度和面積的持續增加，帶動了城市道路照明燈數量的穩定增加。根據國家統計局的數據顯示，我國城市道路照明燈已持續多年增長。從2003年的8731.1千盞上升到2011年的19492.1千盞，[2]年均復合增長率達到了10.56%。

城市道路照明的建設蓬勃發展，路燈越來越多，道路越來越亮，由此也給路燈管理工作帶來了巨大挑戰。在滿足城市照明基本功能的前提下降低照明的單位能耗，提高城市照明的質量和節能水平，實現城市照明發展方式的轉變勢在必行[3]。另外，大規模的建設使需要管理和維護的路燈數量越來越多，大量的照明設施和資料需要管理和處理，傳統的手繪制圖、靠維護員的記憶管理和人工統計、分析的手工卡片等管理方式效率低下，很難適應這種快速發展的海量數據管理要求，造成大量的資源浪費，并阻礙了維護效率和服務水平的進一步提高。[4]

本文旨在闡述路燈節能改造的過程中，通過建立路燈設施地理信息庫以及設施信息采集手段，實現對整個節能改造過程的監督與進度控制，并以此同步建立為路燈管理和決策部門的日常管理、分析統計的路燈基礎地理信息平臺。

1 路燈節能改造與過程

1.1 路燈節能改造概述

目前國內路燈照明光源一般采用高壓鈉燈、高壓汞燈和金屬鹵化物燈。常用的功率為150W、250W、400W。路燈照明能耗主要在以下幾個方面，光源發光所帶來的能耗，也就是電能轉化為光能的部分，從光源相對供電電壓的特性曲線可以看出，隨著電壓的升高，光源的功率、光通量和光效也相對增加，但是光效的增加幅度要小于功率和光通量。器件能耗，主要為路燈輔助器件的能耗， 包括補償電容、鎮流器、起輝環節的能耗。其他能耗，主要包括供電線路損耗等能耗。

就路燈節能的技術路線來講，大致可以分為“采用節能控制技術”和“更換新型照明燈具”兩條路線。前者主要是在不更換原有高壓鈉燈的前提下，通過加裝節能控制設備，實現對路燈電壓、功率、照度的調節，達到節能的目的。而后者則是采取新型照明技術，通過更換比高壓鈉燈更加節能的照明燈具來實現路燈節能，其中最為典型的就是更換為LED路燈。

就路燈節能實施的階段來講，也可以分為前期設計和后期改造。設計是節能的源頭，城市照明工程設計應由專業設計人員進行，在設計時應嚴格遵循道路的性質、功能對照相應的照度和能耗密度標準，確定最節能的合理布燈間距、光源的選擇、供電路線的設計、控制系統等等。這就要求道路照明工程師不但有良好的職業責任感，較全面的技術素質，能掌握科學的照明設計方法。對于全國數量龐大的既有路燈，后期改造是唯一的選擇。在針對既有路燈的節能改造中，布燈間距和供電線路優化由于施工難度高、投資大并不被采用，選擇新型節能燈具和智能控制系統成為必然的選擇。

1.2 照明設施管理與維護

對于任何一個城市來說，路燈設施都無疑是不可或缺的重要基礎設施，而今，城市路燈設施與系統的合理配置和有效運行，已經成為衡量一個城市市容、市貌的重要標志。為了使路燈設施在使用過程中持續有效，就需要路燈管理部門對其進行不斷的維護和管理，需要通過法制化、科學化的手段，對城市照明設施進行組織、檢查、監督、協調和控制，以體現出重大的經濟價值和社會效益。

近幾年城市照明發展迅猛帶來路燈設施的大量增加，以至有限的人力、物力、財力跟不上城市路燈設施的維護管理的工作量，隨著社會對城市照明的要求不斷提高，路燈設施的維護管理也面臨更大的挑戰：設施分布范圍廣、點多、線長，種類繁多；市民對城市照明的數量和質量需求迅速提升；路燈設施的基礎資料不全，無法為維護管理工作提供有效的信息支撐，降低維護的工作效率；城市照明節能要求的不斷提高，對路燈設施節能改造成為維護和管理的主要工作內容；

針對這種情況，除長期不懈堅持精細化管理、有效的監督和評價外，也必須向科技要效益，以應用和需求為導向，建立健全路燈設施建設、施工、運行維護等信息技術為主的數字化管理系統。開展對城市路燈設施普查，將路燈(設施名稱、數量、型號規格、制造或供應商、保修期限、地理信息等基礎數據)盡可能詳細、準確的錄入信息系統中，嚴格日常動態管理工作，及時更新照明設施新裝、變更、拆除、巡查、維修等一系列信息，采取實時控制、跟蹤考核及有效監督[5]。

1.3 節能改造過程的控制與管理

針對龐大數量的既有路燈進行節能改造，無論采用節能控制技術或者更換新型節能燈具，都必然面臨著對現有照明設施進行加裝、變更、拆除等工作，也必然面臨著后續巡查、維修等信息的調整與改變。而在不可能大幅增加人力的情況下，如果面對大范圍、短時間的節能改造，工程質量控制、進度協調、監督考核也面臨巨大的挑戰。

當然，從另外一個角度，節能改造過程其實是一個有詳細計劃、階段性集中突擊的路燈設施更新維護過程，如果能夠通過簡單有效的信息采集手段獲取改造過程的設施信息，不光能夠有效監督改造過程的效率、進度、狀態、效果，也能借此機會完成對改造區域、路段的詳細設施普查和數據更新，借助地理信息技術通過專業數據與基礎地理數據的結合，把路燈設施分布情況直觀形象的展現在電子地圖上，并通過后臺數據庫將日益增多的專業數據信息高效可靠的存儲，能夠為路燈的規劃、設計、施工、搶修、監察等工作提供一個有效的操作平臺和執行依據。

2 路燈設施地理信息系統與數據采集

2.1 路燈設施地理信息系統

地理信息系統(GIS，Geographic Information System)是結合地理學、地圖學以及計算機科學，并用于輸入、存儲、查詢、分析和顯示地理數據的計算機系統。GIS 技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數據庫操作(例如查詢和統計分析等)集成在一起[6]。GIS技術在空間數據采集、管理、查詢、分析、可視化輸出等方面具有明顯的優越性，利用GIS技術對路燈設施的圖形信息、屬性信息以及拓撲信息進行統一管理，實現路燈設施的臺賬信息與其地理位置的無縫結合，發揮綜合效應，達到圖文并茂，簡便直觀的效果，解決路燈設施數量大，線路錯綜復雜、布局分散、管理不便等困難，對日益快速發展的城市道路照明實行科學管理，使行業部門的管理和服務水平更上一個臺階。

在路燈設施地理信息系統中，路燈設施主要包含配電設施、供電設施、燈桿、燈具等分布在路面上的設備設施。路燈設備可以看成是空間點實體，除了包含空間坐標和圖形信息外，還有其自身的要素信息。

配電設備構造比較復雜，內部有大量的開關、計量設備和線路，因此配電設備具有很多信息，比如：編號、規格、安裝時間、支線數、供電方式、前級配電編號等。

而在道路上的路燈，是包含了燈桿和燈具的整體，它具有很多要素，比如，燈桿編號、路燈編號、回路編號、所在道路名稱、燈型類型、燈具數量、安裝日期等。而燈具又包含名稱、光源類型、額定功率、理論壽命、配套電器等多種信息。燈桿也包含材質、高度、桿型、挑臂長度等信息。

如此多的詳盡信息的現場采集、整理、錄入是建設路燈設施地理信息系統的關鍵性基礎，在通常情況下，借助路燈管理中心的數據，也需要組織專門隊伍進行長時間、高強度的現場采集工作，加上缺乏有效的現場采集工具和采集規范，采集過程的人力組織、監督執行、數據準確性方面也面臨巨大挑戰。

在這種情況下，如果能借助節能改造這樣一種階段性集中突擊的路燈設施更新維護過程，并提供一種簡單有效的信息采集手段獲取改造過程的設施信息，就能借此機會完成對改造區域、路段的詳細設施普查和數據采集工作。

2.2 借助便攜式設備的照明設施信息采集

手機作為目前使用最廣、最成熟的便攜式設備，具有便于攜帶、使用方便等優點，而目前的很多智能手機均內置GPS、電子羅盤、攝像頭等多種傳感設備，配合通過手機的3G或GPRS網絡，非常適合作為路燈設施信息的數據采集終端使用。而借助手機等便攜式設備實現照明設施信息采集，其系統主要包含兩個部分，路燈信息采集服務平臺和信息采集終端，其架構見圖1。

圖1 基于便攜式設備的照明信息采集系統架構Fig.1 Architecture of the lighting information collection system based on portable devices

作為信息采集終端，其配套軟件當具備數據下載、信息提示、圖片采集、表單填寫、位置定位、地圖瀏覽、數據同步等多項功能后，就將很好的解決現場信息實時采集與傳遞問題。現場數據采集人員可以在現場很短時間內將路燈現場圖片、表單、位置等信息進行采集，通過無線網絡快速傳遞到服務平臺，相關責任單位都能夠通過信息平臺獲取現場信息。由于使用方便，在節能改造過程中，數據采集人員可以是工程施工人員，減少了專門采集人員的投入，且對于整個改造進度也同樣具備了跟蹤與監督的條件。

在整個采集系統設計上，充分發揮手機等便攜式設備內置傳感器的豐富性，通過內置GPS采集燈桿經緯度，通過內置羅盤采集燈臂方向，通過攝像頭拍取現場燈桿及燈具照片，與服務平臺的數據交互以獲取標準信息(見圖2)，內置表單使得現場的各類信息能夠獲得有效錄入。

圖2 按照標準流程的數據采集Fig.2 Data collection according to the standard process

其主要采集工作流程如下：

① 服務平臺配置燈具供應商、品牌、型號、功率、設計壽命、光通量、調光類型、道路等基本而標準的數據；

② 信息采集終端進入軟件后，自動更新平臺上的標準基礎數據，并保存到采集終端內。而采集終端內在所有數據在重啟后依然存在；

③ 以道路或路燈配電設施為單位新建工單，工單的作用在于便于日后分批審核、校對采集的數據；

④ 按照軟件標準的錄入順序，獲取相關信息，并獲取燈桿經緯度、燈臂方向等地理信息，并按照要求拍取燈桿照片、燈具照片、燈桿編號照片。

⑤ 上傳信息采集終端中的數據到服務平臺，可采用每個燈桿單獨錄入，也可以采用批量上傳的方式。相應數據上傳到服務平臺后，相關責任單位都能夠通過服務平臺獲取現場信息(見圖3)。

圖3 服務平臺的現場信息獲取Fig.3 Data acquisition of the service platform

2.3 信息采集對于節能改造的監督

由于借助節能改造這樣階段性集中突擊的路燈設施更新維護過程來同時完成路燈設施的基礎信息采集工作，同樣也能夠對其施工計劃、進度、質量進行全面管控(見圖4)。

圖4 節能改造進度管控Fig.4 Progress control of the energy-saving renovation

3 結語

城市道路照明的建設蓬勃發展，在滿足城市照明基本功能的前提下降低照明的單位能耗，提高城市照明的質量和節能水平，已經成為路燈管理可持續發展的關鍵。針對路燈的節能勢在必行，節能改造也成為常態化工作。借助這樣一個階段性集中的路燈設施更新維護過程，通過采用路燈信息采集終端來同時完成路燈設施的基礎信息采集工作，既能夠在節省大量人力的情況下，完成路燈設施地理信息系統的基礎數據采集工作，也能夠有效的監督節能改造的進程和質量，不啻為一舉兩得的好方法，也是一個值得推廣的新形勢下的管理和科技創新。

[1] 楊旭.淺談城市道路照明設計與節能[J].科技創新與應用，2012，12.

[2] 國家統計局.《中國統計年鑒(2004—2012)》11-10各地區城市市政建設.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.“十二五”城市綠色照明規劃綱要.http://www.gov.cn/gzdt/2011-11/15/content_1993931.htm.

[4] 甘泉.路燈維護管理地理信息系統構建初想.〔2009-03-27〕.http://www.cdsz.org.cn/show.asp?id=140.

[5] 祁怡.淺析城市照明設施維護與管理問題[J].城市照明,2011,15(3):3-4.

[6] 李月臣.地理信息系統：正確時間出現的正確技術[J].地理教育,2012,4.