基于德爾菲的風光互補路燈多平臺遠程監控系統

齊麗強 黃清龍

中船重工第715研究所

基于德爾菲的風光互補路燈多平臺遠程監控系統

齊麗強 黃清龍

中船重工第715研究所

隨著風能和太陽能等新能源技術的快速發展，作為早期應用的新能源路燈也得到了愈加廣泛的推廣。針對目前風光互補LED（Light Emitting Diode）路燈愈加趨向智能化的發展趨勢以及系統可靠性低、工作壽命短、維護成本高等實際問題，提出了一種智能的基于GPRS（General Packet Radio Service）通訊的并使用Delphi開發風光互補LED路燈遠程監控系統。該系統通過GPRS無線通信網絡將路燈控制器終端與PC機或手機兩個平臺監控終端互聯，路燈控制器中的實時數據通過ZigBee節點經由數據集中器傳輸到云端服務器，云端服務器處理完數據后分發到相應的監控終端，同時，亦可通過各個終端實現對各個風光互補路燈的遠程控制。實踐證明，所設計系統數據通信安全可靠，運行穩定，具有良好的工程應用價值和經濟推廣價值。

風光互補路燈；遠程監控；通用分組無線服務技術（GPRS, General Packet Radio Service）；德爾菲（Delphi）

隨著我國經濟力量的不斷壯大，國內對能源的需求越來越大，石油和煤炭等化石能源在可期的未來將會變得愈發的緊缺。同時，化石能源的使用導致環境污染，造成當前國內霧霾天氣頻發。為了加快此類問題的解決，大力倡導可再生能源的開發利用是迫在眉睫而又具有長遠需求的工程。太陽能與風能同是目前發展最為成熟的可再生能源，我國幅員遼闊，風能和太陽能的儲量巨大，對其進行大力的開發與應用具有廣闊的前景。

風光互補路燈是風光互補發電技術的典型應用。相比太陽能路燈，風光互補路燈中，風力發電和太陽能發電能彌補彼此單獨發電量的不足，具有良好的資源互補性、供電安全性和穩定性。和傳統市電路燈相比，風光互補LED（Light Emitting Diode）路燈的建設與發展在為政府節約大量的經費的同時，也為城市節能減排作出了巨大貢獻。

盡管風光互補LED路燈系統在一些地方得到了大力推廣，但由于技術及維護等問題導致項目頻頻失敗，夜間亮燈時間逐步縮短，使用壽命也因此大打折扣等問題頻頻出現。因此，如何保證路燈的安全、穩定、可靠運行將成為新的課題。針對市電路燈系統，文獻[1]和文獻[2]分別通過GPRS（General Packet Radio Service） 和 電 力 線載波的方式搭建智能監控系統，對路燈的節能減排及智能控制都起到了良好的輔助作用。文獻[3]則將無線通信技術應用在太陽能和市電互補路燈中，并在路燈智能控制方面做了進一步研究。本文針對目前使用較為廣泛的風光互補LED路燈系統，基于Delphi最新的并不斷成熟的多平臺開發和DATASNAP技術，使用GPRS無線通信網絡、ZigBee物聯網和阿里云技術，設計一種智能的風光互補LED路燈多平臺遠程監控系統。該系統在保證系統的可靠性和穩定性，延長了系統工作壽命的同時，大大減少了項目投資建設和運營費用，有利于風光互補LED路燈系統的進一步推廣。

圖1 風光互補路燈監控系統結構圖

1 路燈監控系統總體設計

風光互補LED路燈監控系統結構圖如圖1所示，系統由道路現場的風光互補LED路燈、ZigBee無線通信節點、集中器網關、遠程監控平臺以及云端的通訊服務器和數據庫服務器構成。每個風光互補路燈都設有一個風光互補路燈控制器和對應的無線通信節點。所有路燈節點和和集中器網關內的無線通信模塊構成一個無線自組網的數據通信網絡。每盞風光互補路燈的數據都可以通過對應路燈內的無線通信節點發送至對應路段的集中器網關，并通過GPRS通信上傳到云端服務器，最終由其傳送到遠程的PC機和手機監控平臺。

基于近幾年不斷更新與發展，Delphi依然處于主流軟件開發工具的地位，同時也已具備快速開發Windows、iOS、Android等平臺的應用程序。本系統的PC機和手機監控平臺以及云端的服務器程序都基于Delphi來開發完成，在提高程序開發效率的同時，也極大滿足了各部分之間兼容性的要求。通訊服務器主要負責數據鏈路的維護以及數據交互的可靠與穩定，基于DATASNAP技術的不斷發展，這里的數據庫服務器有DATASNAP+ACCESS來完成，DATASNAP解決了ACCESS這個本地小型數據庫跨網絡通信的問題，后期還會根據系統的不斷推廣替換成中大型數據庫。通過服務器遠程終端便可實時的監控路燈的運行狀態，也可以查詢備份在數據庫內的歷史數據，并可以對底層的風光互補LED路燈的參數進行遠程設置。

2 無線數據傳輸設計

在整個系統中，數據的無線可靠傳輸是系統能夠穩定運行的關鍵，ZigBee無線通信節點、相應的數據集中器以及云端服務器便是數據傳輸設計的核心所在。

2.1 ZigBee無線通信節點

在風光互補LED路燈監控系統底層組成風光互補LED路燈中，除設置有風光互補LED路燈控制器之外，還對應設置一個無線通信模塊，我們稱之為無線通信節點。無線通信節點的主要功能是負責將路燈數據發回所屬的集中器網關，并最終通過集中器將數據發送回遠程監控中心，并接收平臺通過集中器發給對應控制器的命令。

ZigBee技術是近幾年興起的一種短距離無線通信技術，其工作于免費的ISM頻段（2.4GHz）。它主要用于低成本、低功耗、低復雜度、低數據速率、近距離、高可靠性的多設備聯網應用。ZigBee技術具備強大的自組網能力，支持三種主要的自組網無線網絡類型，即星型結構、網狀結構和鏈狀結構。根據開發對象的特點和ZigBee的傳輸特性，設計丁基于鏈狀結構的風光互補路燈ZigBee節點網絡，并取得了很好的效果。

2.2 數據集中器

通常所監控路段的路燈都離遠程監控中心較遠，甚至是跨區域監控，因此，數據集中器的作用就顯得尤為重要。近距離上，由于ZigBee自組網技術的靈活可靠性，只需保證有任意一個與風光互補路燈控制器相連的ZigBee節點將數據傳輸給數據集中器；遠距離上，數據集中器通過內部的無線通信模塊將路燈的數據接收后，由內部的GPRS模塊通過公共GSM網絡發送到遠程的服務器。從服務器傳送過來的數據同樣通過上面的鏈路逆向傳輸回去。

2.3 云端服務器設計

隨著阿里云技術的不斷發展和推廣，從縮減企業開發成本和提高傳輸便利考慮，使用云技術進行相關技術開發成為越來越多公司的選擇，本系統的通訊服務器和數據服務器都是基于云端支持的。從Delphi2009開始，DATASNAP技術上完全是全新的架構，多層架構不再基于微軟的COM，擺脫COM就等于擺脫了Windows的束縛。相較于以前，TCP/IP通信也變得簡單了許多，全新的DATASNAP，只需要一個中間件，就可以開發普通的TCP/IP通信。

本系統的通訊服務器是基于DATASNAP技術進行設計與開發，其核心便是圍繞TDSServer控件、TDSServerClass控件和TDSTCPServerTransport控件展開而來：

TDSServer控件：DataSnap服務端程序的邏輯核心，用來啟動和停止服務。AutoStart屬性默認設置為true，程序一運行就自動啟動服務。

TDSServerClass控件：代表一個服務器類，服務端的方法由它來引出供客戶端遠程調用。DataSnap Server自動創建和銷毀一個服務器類的實例。這個實例的生命周期受TDSServerClass的LifeCycle屬性控制。

TDSTCPServerTransport控件：實現一個多線程的TCP服務器，多線程監聽客戶端連接。

而數據服務器則通過DATASNAP+ACCESS來完成。作為典型的三層C/S構架，DATASNAP解決了ACCESS這個本地小型數據庫跨網絡通信的問題。而其關鍵便是TClientDataSet控件和TDatasetProvier控件：

TClientDataSet控件繼承自TDataSet，其最大的特點是它不依賴于BDE(BorlandDatabase-Engine)，但它需要一個動態鏈接庫的支持，這個動態鏈接庫叫DBCLIENT.DLL。在客戶端，也不需要用TDatabase構件，因為客戶端并不直接連接數據庫。

TDatasetProvier控件是存在應用程序服務器上的一個組件，負責將TdataSet中取出應用程序所要要求的數據，并進行封裝提供給客戶端程序。

3 多平臺監控軟件設計

一直以來Delphi都是Windows平臺開發軟件的主流選擇[4]，不過隨著Web和移動終端開發需求的日益旺盛，Delphi曼曼的被其他開發軟件超越，但是2013年EMB發布了XE4，開始了Delphi可以直接開發蘋果APP的篇章，同時，OrangeUI就開始了緊鑼密鼓的研發，一直到了2017年，耗時四年，期間EMB也發布了XE5、XE6、XE7、XE8、D10 Seattle，直到現在的D10.1 Berlin版，Delphi已經可以一套代碼，同時開發很穩定的iOS和Android兩個平臺的APP了。另外，由于DATASETPROVIDER返回OLEVARIANT格式的數據集，因此PC機或手機客戶端也用DELPHI開發，所產生的效能是最高的。因此，本系統選擇D10 Seattle來開發基于Windows和Android系統的遠程監控終端軟件。

3.1 基于Windows系統遠程監控軟件設計

（1）遠程監控軟件功能設計

1）數據傳輸功能

監控平臺可以通過數據集中器接收到現場路燈控制器通信節點上數據，也可以在監控平臺上通過通信服務器逆過程的下發數據給指定的路燈控制器通信節點。

2）工程信息管理

可以在平臺單獨或者批量錄入風光互補路燈基礎信息，包含項目、區域、路段、網關地址、路燈地址、經緯度、路燈配置信息等。

3）監測功能

可以通過監控平臺實時顯示路燈、風力發電機、太陽能電池板、蓄電池的狀態等信息。

4）數據管理功能

對于所收集的底層路燈數據,遠程監控中心可對數據進行編整和初步分析,對數據進行存儲和歸檔處理,并對錯誤的數據進行報警。考慮到數據的安全,監控中心必須能對數據進行定期備份和還原。

5）控制功能

可以對對整個風光互補LED路燈或者選定的某幾盞風光互補LED路燈進行開關燈控制、風機剎車和解剎車及對時等遠程功能控制。

6）設置功能

可以設置風光互補LED路燈的照明策略（如開關燈周邊環境光線亮度、負載工作模式、亮燈時間、亮燈時長及亮燈功率等）。可對風光互補LED路燈蓄電池的充放電參數和風機運轉的參數進行設置。

7）告警功能

風光互補LED路燈監控系統可根據不同的故障代碼生成相應的告警碼，應及時的通過無線通信節點和數據集中器將故障代碼上傳到遠程監控中心，而監控中心應及時的對故障告警進行回應，必要時監控中心則應該通過短信或者電話撥號的形式通知相應的責任人。

圖2 遠程監控平臺軟件結構圖

8）數據存儲及統計功能

遠程監控中心應可以保存過去一段時間的運行數據，并對運行數據進行統計和并生成報表，以方便分析系統運行是否正常，為今后同類型項目提供設計參考依據，改善系統運行狀況。

（2）遠程監控軟件界面概要設計

按照風光互補路燈遠程監控中心的要求，遠程監控平臺軟件結構圖如圖2所示，主要包含9個部分，分別為首頁、項目管理、實時數據、遠程控制、路燈設置、歷史數據、告警處理、系統日志和系統設置，每個模塊之間可以相互切換。

3.2 基于Android系統遠程監控軟件設計

在基本功能上，基于Android系統遠程監控軟件與基于Windows系統遠程監控軟件最大的差別在于由于設備的局限和操作的不便前者側重于單燈的遠程控制，功能上包括（2）中所述的數據傳輸功能、監控功能、數據管理功能、控制功能、設置功能、告警功能、數據存儲及統計功能，由于是在相同軟件平臺上進行開發，具體界面設計便不再贅述。

4 結語

通過上面的分析與設計可以看出，整個智能風光互補LED路燈多平臺遠程監控系統在實現多終端便捷操作的同時，能最大限度的發揮無線通信的快捷性，實時掌握路燈的運行狀況，保證路燈系統的可靠性和穩定性，延長系統工作壽命，大大減少路燈的建設與維護費用。但是，也要看到如何最大化的利用云端大數據對系統的運行狀況進行自行調整以及故障狀況進行自行診斷依然是下一步要深入進行研究的內容。

[1]張卿杰, 徐友, 薛國慶. 基于Web Service的無線路燈遠程監控系統[J].現代電子技術, 2015(11):5-9.

[2]劉伊莎, 黃勝明, 毛周明. 基于電力線載波的LED路燈監控系統設計[J]. 電測與儀表, 2015, 52(22):113-118.

[3]朱向慶, 廖桂明, 崔廷佐,等. 遠程分布式無線智能路燈監控系統設計[J]. 計算機測量與控制, 2015, 23(1): 83-85.

[4]許潔舟, 林偉鵬, 林盛雄, 等. Delphi7 程序設計與實例[M]. 冶金工業出版社, 2003.

[5]林方鍵, 胥布工. 基于ZigBee網絡的路燈節能控制系統[J]. 控制工程,2009, 16(3):324-326.

220 kV崇明電廠出線工程全線貫通

近日，上海市重大工程220 kV崇明電廠出線工程順利完成架線工程，全線貫通，意味著已建成的上海申能崇明燃氣電廠即將并網發電。

該工程的完工為已建成二年的上海申能崇明燃氣電廠2×424 MW（F級）燃氣-蒸汽聯合循環發電機組并網發電提供了條件，并為崇明整個地區供電網架增加了安全和穩定系數，同時也是為崇明建設世界級生態島，在天然氣清潔能源的應用上起到了引領示范作用。

（崇明區）

Multi-Platform Remote Surveillance System of Hybrid Photovoltaic-Wind Street Lamp Based on Delphi

Qi Liqiang, Huang Qinglong
CSIC No.715 Research Institute

With wind power and solar power as new energy technology rapid developing, new energy street lamp applied earlier has been widely accepted. Focused on hybrid photovoltaic-wind LED(Light Emitting Diode) street lamp developing trend, the author introduces it becomes intelligent but low system availability, short life expectation and high maintenance cost. The article puts forward intelligent Delphi hybrid photovoltaic-wind LED street lamp based on GPRS（General Packet Radio Service）communication as remote surveillance system. It uses GPRS wireless communication network to connect street lamp control terminal with PC or mobile. Street lamp controller real-time data transmits to cloud server via data concentrator through ZigBee and cloud server deals with data then distributes to related surveillance terminal. Meanwhile all kinds terminals can realize remote control among multi hybrid photovoltaic-wind LED (Light Emitting Diode) street lamp. The practice results show that data communication from designed system is safe and stable, which has good engineering value and economic promotion effect.

Hybrid Photovoltaic-Wind Street Lamp, Remote Control, GPRS（General Packet Radio Service）, Delphi

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.11.010

齊麗強：（1987-），男，碩士研究生，主要從事神經網絡控制和學習控制研究。黃清龍：男，高級工程師。