淺談LED路燈GPRS智能監控系統

王園 姚穎洲

(北京郵電大學 經濟管理學院,北京 100876)

淺談LED路燈GPRS智能監控系統

王園 姚穎洲

(北京郵電大學 經濟管理學院,北京 100876)

隨著《道路交通法》的頒布實施,我國城市居民的道路出行安全得到了法律保障。然而,夜間天色昏暗,能見度低,人們警惕性較弱,道路情況復雜,交通事故發生頻仍,各類路燈系統由此應運而生。本文試圖闡述LED路燈GPRS智能監控系統的建立背景、意義和運行方式,希望增進公眾對現代路燈監控系統的了解,為城市夜間交通安全提供參考。

LED路燈 GPRS技術 智能監控系統

1 相關概念

1.1 LED路燈

路燈是指給道路提供照明功能的燈具，泛指交通照明中路面照明范圍內的燈具，由燈具、電器、光源、燈桿、燈臂、法蘭盤和基礎預埋件組成一個整體，與交通安全、公民生命和財產安全息息相關。LED是發光二極管(Light～Emitting Diode)的簡稱，指能發光的半導體電子元件。它利用載流子在LED內部半導體間的過渡層——PN結復合時，將多余能量以光的形式釋放的原理，直接把電能轉化為光能，光色與半導體材料有關。

LED路燈是當前我國城市普遍使用的路燈，即將LED作為路燈的發光組件。它使用比高壓電源更安全的低壓電源，特別適用于公共場所；能耗是同光效白熾燈的20%，功率不超過0.1W；使用壽命長，初始光衰50%的時間為10萬小時；采用冷發光技術，發熱量極低；不含重金屬汞，環保無毒，可回收再利用；被完全封裝在環氧樹脂里，堅固耐用；價格也越來越市場化和平民化。

1.2 GPRS技術

GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的簡稱，通常被稱為第2.5代移動通訊技術，GSM技術(2G)的延續。以封包為單位來傳輸數據，對GSM原有時隙進行動態分配，每個用戶均可同時占用多個信道，每個信道又可有多個用戶高效共享。

其傳輸速率最高可達171.2Kbps，連接費用僅按數據流量計算，相當低廉，建立新連接幾乎無需任何時間。它永遠在線，質量優良，安全可靠，技術成熟。基于上述特征，遠程監控系統使用以GPRS數據傳輸為主的通信方式。

2 系統建設的迫切性

目前，我國路燈存量為2800萬～3000萬盞，近幾年每年新增15%～20%，約為300萬～600萬盞。隨著路燈設施數量的增加，傳統人工管理的弊端日趨明顯：耗費較多人力和物力，管理成本高；不能實現監控路燈設施的運行狀況，造成設施故障信息的滯后性，不能及時進行維護，影響市民夜間出行安全，存在諸多安全隱患；路燈的功率不能隨電網電壓的變化實時控制，造成大量能源浪費，降低電能的使用效率，縮短了燈具的使用壽命。

隨著數字技術和網絡技術的飛速發展，人們對路燈系統的數字化和網絡化管理進行了研究，不但可以節約能源、延長燈具使用壽命，同時還能夠提高城市建設的管理水平，保障市民夜間出行的安全，降低交通事故的發生率。近年來的研究和實踐表明，雖然目前國內的路燈監控系統在功能、技術性能和工作可靠性等方面達到了一定的水平，但在穩壓方面仍存在許多需要改進的地方。智能化、網絡化、實時化、精確化和動態化已經成為現代城市道路照明管理系統發展的必然趨勢，GPRS技術在路燈監控中的作用應運而生。

按照每年新增路燈數量全部為LED燈具，每盞1000～2000元計算，年增量在30～60億元人民幣。LED路燈使用超過6000小時的故障率小于1%。目前照明約占全球用電量的19%，如果全球采用的照明系統效率比現有提升一倍，就相當于減少歐洲一半的用電量和排熱量。根據一項全球性的獨立試驗，LED路燈最大可以節省85%的能源。

2011年，全國燈具及照明裝置的產量達25億套，同比增長6.38%。從各省市的產量來看，浙江省達10.7億套，同比增長9.13%，占全國總產量的42.4%；廣東省產量達8.7億套，同比下降4.44%，占全國總產量的34.43%。2011年中國LED市場將從2010年的47億美元增長到58億美元，上升23%，LED已成為中國制造的熱門產品，而且是很有吸引力的投資領域。另外，政府對該產業的支持正在產生效果，預計2015年中國LED市場將達到111億美元，2010～2015年的復合年度增長率為17.7%。

綜上所述，我國LED路燈及其對使用GPRS技術監控的依賴需求十分迫切。

3 系統自身優勢

簡略概括，LED路燈GPRS智能監控系統具有以下優勢：

(1)安全可行。路燈設計的根本理念是保障交通安全。為了提供安全的照明環境，降低漏電、泄毒、故障、損壞、失控等事件的發生率，特地采用低壓、封閉、無毒、穩定性高、光衰期長、體格輕小、堅固耐用的LED燈，使用技術可靠、監控經驗豐足、沒有時隙盲區、網絡質量優良的GPRS技術，保證道路夜間光線明亮、穩定，監控有序、正常。

由于LED和GPRS并非高、精、尖新端科技，市場普及率高，成本漸趨低廉，技術可實現性強，該智能系統具有高度可行性。

(2)環保節能。隨著我國城市化進程加快、規模擴大，需要部署的路燈照明設施也越來越多。全球能源日趨緊張，節能減排是可持續發展的重要需求，故路燈設計也要達到環保節能的目的。

LED工作電壓極低(有的僅一伏特)，發光電流極小(有的僅零點幾毫安)，由此計算的發光功率更是微乎其微，極其節能。它使用壽命長、功率極小、材料環保、可回收再利用，是環保節能的理想選擇。GPRS的通信和供能資源使用也較同類業務為少。

(3)高效低廉。在交通事故中，往往只是瞬間的疏忽釀成慘禍，交通設施容不得半點怠慢和延遲。普通白熾燈的響應時間為毫秒級，而LED為納秒級，響應、檢錯調整和維修的時延都在高效范圍之內，利于最大限度保證道路的照明和系統的指令執行。GPRS數據傳輸速度極快，最高達171.2Kbps，10倍于GSM，還可以穩定地傳送大容量高質量音頻和視頻文件，且無需為每次數據的訪問建立新的呼叫連接，可隨時在線，實時監控路燈情況。

一般情況下，技術普及率與市場價格成反比。LED已經廣泛應用于指示燈、顯示板、顯示器、彩光裝飾和照明，我國部分城市的公路、學校、廠區等場所已經換裝完LED路燈；GPRS業務更是家喻戶曉、人盡皆用，按照使用流量計費的方式合理又低廉。

(4)模型成熟。目前，該系統的模型建立已經取得一定成果。山東樂航節能科技股份有限公司的幾名員工，在2010年發表了名為《基于GPRS的智能路燈遠程監控系統的研究》的科技論文，提出了系統模型成果。湖南省高等學校科學研究項目(11C0098)作者李悅也提出了智能監控系統，設計了完整的監控電路、系統拓撲結構、管理節點硬件結構和管理節點軟件流程。這些簡單明了可操作性強的模型，為系統的建設打下堅實的基礎。

4 政策支持

2007年，國家出臺《高效照明產品推廣財政補貼資金管理暫行辦法》，規定每只高效照明產品，中央財政按照中標協議供貨價格的30%給予補貼。2012年2月，國家相關部門發布了2012年LED照明產品的補貼推廣的計劃，投資22億元用于LED路燈等節能燈具的補貼。《2013-2017年中國LED照明產業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》出臺，從目標市場分析、資金支出等方面分析了LED路燈的前景和規劃，及時為該項目順利完成提供了戰略分析。這些政策結合《節約能源法》等法律法規，支持該系統順利進行和完成。

5 推廣及效益衡量方法

由于該系統為公共交通設施服務，關系到市民人身和財產安全，必然會引起相關企事業單位和市民的高度重視。一般情況下，技術普及率與市場價格成反比。LED已經廣泛應用于指示燈、顯示板、顯示器、彩光裝飾和照明，在城市的普及程度中等，還留有一定的市場空間；GPRS業務更是家喻戶曉、人盡皆用，按照使用流量計費的方式合理又低廉，可實現性強。該系統在城市路燈監控中的應用越來越普遍。

該系統運用后的效果表現為路燈監控質量明顯上升，夜間因光線問題造成的交通事故減少，夜間出行更加安全。成果衡量采用“前—后”對比分析法。使用虛擬現實(VR)技術，輸入指令，控制其他變量，對系統進行模擬實驗。與前項數據對比，確認效果顯著后再在試點路段實際安裝新智能系統，進行試運行；試點路段的統計指標與原系統相比，在其他變量變動微小的情況下，路燈監控效率和質量有明顯提高，夜間交通事故率有下降趨勢，即說明預期目標得到了實現。

在系統試驗階段，這里簡述杭州電子科技大學的李立軒的結果：

信息服務平臺的采用visual studio集成開發環境開發，并采用Access數據庫，集成了用戶管理、路燈管理、道路管理、操作指南等功能。實驗包括系統響應時間測試，普通路燈與LED路燈耗能、發熱、完整時間段內照度和功率的監測等。從實驗結果可以看出，智能監控系統可以根據時間段和需求來調節參數，在響應時間、照明效果、溫度監控和節約電熱方面達到了預期效果。

6 總結與展望

LED路燈GPRS智能監控系統的社會普遍性較高，安全環保，高效節能，能夠滿足城市交通的照明及安全需要。另外，ZigBee技術在路燈監控中的應用的研究也越來越多，ZigBee技術、GPRS技術及LED路燈的結合，將會給城市照明設施帶來更大的效益提升，滿足社會公眾的夜間出行需求和安全，造福于市民。

[1]李立軒.基于GPRS的路燈智能控制技術的研究[D].杭州電子科技大學碩士,2012：44-47.

[2]張偉,王宏剛,程培溫.基于GPRS的智能路燈遠程監控系統的研究[J].計算機測量與控制,2010.18(9).

王園,北京郵電大學2011級經濟管理學院,公共事業管理專業,學生。姚穎洲,北京郵電大學2011級經濟管理學院,公共事業管理專業,學生。