智慧城市照明監控系統設計

陳大慶

摘要：為貫徹落實綠色照明發展理念，充分發揮城市照明在改善出行環境、提升城市形象方面的重要作用，按照智慧城市建設框架要求，本文提出了基于物聯網、大數據、GIS等技術的智慧城市照明監控系統設計方案。首先簡要介紹了方案涉及的物聯網技術、大數據技術、GIS技術等，然后詳細闡述了智慧城市照明監控系統的設計方案、數據標準，最后分析了系統建設的意義和效益。此設計方案通過運用多種信息化技術手段實現照明設施管理精細化、運行控制智能化、信息資源共享化、分析決策科學化，能有效提升照明管理水平和服務水平，為相關單位及人員提供借鑒和參考。

關鍵詞：智慧城市;綠色照明;監控系統;物聯網;GIS技術;

1 引言

近些年來，隨著我國社會經濟和城市化的飛速發展，城市照明建設也取得了長足的發展和進步，人們的夜晚生活條件得到了極大地改善，城市面貌和形象也在不斷更新和提升。但是城市照明設施能耗的不斷增長與能源緊缺之間的矛盾也越來越突出[1] 。與此同時，人們生活品質的提高也對夜間照明需求度和照明質量賦予了更高的要求，社會對于照明設施亮燈率、修復及時率、照明質量、節能降耗等方面的關注度日趨高漲，因此，積極運用新技術、新材料實現照明節能，設計一套智能化、精細化的智慧城市照明監控系統已經成為各城市一項非常重要的任務。

2智慧城市照明監控系統相關技術簡述

2.1 物聯網技術簡述

物聯網（英語全稱為Internet of Things，縮寫為IOT），是互聯網、傳統電信網等信息承載體，讓所有能行使獨立功能的普通物體實現互聯互通的網絡[2] 。簡言之，就是“物物相連”的互聯網。在物聯網絡中，系統能夠主動且隨時對物體進行辨別、位置確定、跟蹤、監測控制并且智能化處理。學術界認為，物聯網主要有以下幾個特點：第一，全面感知。任何個體的信息都能夠借助RFID（Radio Frequency Identification，即無線射頻技術）、各式的傳感器以及二維碼等實時獲得。第二，可傳遞性。借助互聯網絡和其他電信網絡相結合的方式，任何個體的信息都能夠及時地精準傳遞出去[3] 。第三，信息智能分析。運用互聯網計算、模糊模式識別等智能處理技術能夠對大量的數據信息進行分析和運算，進而實現對物體的智能化管控。物聯網技術的應用為遠程實時掌控照明運行狀況提供了解決方案。

2.2 大數據技術簡述

大數據（big data），指無法在一定時間范圍內用常規軟件工具進行捕捉、管理和處理的數據集合，是需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發現力和流程優化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產[4] 。大數據技術的引入為智能照明故障分析、節能分析、照明質量分析提供了有效的支撐。

2.3 GIS技術簡述

GIS（全稱為Geographic Information System）技術又稱為地理信息系統，是一個基于計算機硬件和軟件系統，對全部或者一部分地球表層空間（包含大氣層在內）的地理信息數據進行收集、存儲、管理、分析和處理的計算機系統。GIS技術將地圖與地理分析功能和普通的查找、統計操作集合于一體[5] 。GIS技術在運用于照明監控系統后，能夠更精確的展示照明設施分布及運行狀況，為日常設施故障準確定位和故障應急決策提供了依據。

3 智慧城市照明監控系統設計方案

3.1建設目標

按照住建部《“十三五”城市綠色照明規劃綱要》要求，以提高城市照明管理服務水平、保障照明設施能夠更加高效、長期和可靠的運行、降低用電與運行成本為目標，利用物聯網、云計算、大數據等信息技術，通過系統集成、互聯互通、應用協同，促進信息平臺提升、支撐業務集約化、提高決策智能化，搭建可拓展的、動態的“智慧城市照明”框架體系，建立“用數據說話、用數據決策、用數據管理、用數據創新”的管理機制，實現照明精細化管控、科學化運維，提高照明監控系統運行與服務能力，實現智慧城市的發展要求。

3.2總體架構

智慧城市照明監控系統方案采用面向服務的架構（SOA）模式，以“主題性分類、倉庫式管理、整合化服務”的數據架構構建思路，通過業務模型建立、信息資源規劃、數據標準制定等方式，實現照明業務系統之間的信息資源共享與業務協同。通過大數據分析技術，實現照明信息資源的挖掘與二次應用;通過多維信息門戶，建立為管理決策人員服務的信息窗口模式，將更有價值、更豐富的信息推送至管理決策層，將業務系統與管理決策連接起來。

3.3數據標準

數據標準是系統設計的關鍵所在，是實現信息資源共享和業務協同的基礎，是保護信息資源持續利用的重要保證。智慧照明數據標準規范的建立和完善將對規范智慧照明監控系統建設工作、提高系統建設質量與管理效率、降低建設和運維成本起到保證和支撐作用。具體要進行以下三個方面的建設：

業務流程規范：建立規范化的業務流程和標準化業務報表，對照明監控系統的業務流程進行科學化管控。

數據庫規范：建立統一規范的數據庫，按照數據的作用及需求進行合理的規劃，重點建立數據資源分類與編碼標準、設施設備編碼標準、共享主題庫標準等。

應用技術規范：信息化技術標準規范，圍繞系統集成與信息共享來制定，重點考慮物聯網平臺技術規范、通訊協議規范等。

3.4功能設計

3.4.1平臺設計

為實現系統的科學高效運行，本方案系統采用B/S架構進行設計，將系統服務端部署在云平臺，各級終端僅需部署輕量級瀏覽器就可以實現功能的使用。同時，為滿足各級管理部門的聯動管理，系統采用多級管理模式及控制策略，通過自上而下的分級控制架構，實現對城市照明的集中管理與分區控制相結合的控制模式。主控擁有最高優先級權限，可以對分控權限進行管理。另外，系統采用統一設計的通訊標準及通訊協議，實現控制業務系統以及控制終端的良好兼容性和擴展性，保證以后平臺后續可擴展、可升級、終端可持續利用等功能，對后續不同的業務系統開放標準平臺接口，與其他系統之間實現良好有效的系統無縫鏈接。

3.4.2照明監控功能

通過主控軟件、無線通訊網絡與遠程控制終端硬件的有機結合，實現城市照明系統的實時監測與實時控制。主要實現照明設施開關的遠程控制，運行數據的實時監測、控制狀態實時監測及異常情況實時報警。通過GIS在線式地圖，實時展示控制箱開關燈狀態、報警狀態、通訊狀態，同時能夠在地圖上直接操作控制開關燈、查看電參數等。可以實現配電箱遠程開門及門狀態實時監控。通過在遠程監控終端中的數據測量模塊、傳感器模塊實時傳送照明設施運行狀況，快速、準確分析判斷出故障地點，并對管理人員及作業人員進行故障信息報警與推送。

3.4.3設施GIS管理功能

借助地理信息系統（GIS）技術手段，建立起滿足照明設施信息化管理需要的地圖可視化環境、設施資源數據標準和數據管理功能。實現照明基礎設施數據的編輯、入庫更新、轉移等業務需求，為照明設施數據庫信息資源的建立、更新與維護提供便捷有效的方法。具體功能有：系統管理（地圖符號模板、書簽、數據維護日志等功能）、地圖索引（地圖定位和調圖功能）、地圖操作（地圖瀏覽操作、地圖測量等功能）、數據編輯（各類設施的空間信息和屬性信息編輯功能）、查詢統計（按各種條件進行空間查詢和屬性查詢）、智能分析（配電箱分析、啟動線分析、建設狀態分析、審核狀態分析、設施管理狀態顯示分析、月變更報表分析和配電負荷自動分析計算等功能）、數據庫管理、數據輸出等。

3.4.4項目管理功能

要求通過樹狀結構逐層展示項目在立項、方案設計、施工、驗收等各個階段的信息數據，方便管理者對照明項目全過程進度及數據的掌控。信息采集錄入只對結果進行記錄不參與過程記錄、信息調閱采用編碼擴展頁面調閱信息以使頁面展示主要處理信息。通過項目編碼調閱項目基本信息，通過階段編碼調取階段信息。

3.4.5電費管理功能

通過加裝智能電表實現照明設施用電遠程抄表和電費自動統計分析功能，根據設定的時間間隔直接讀取遠程電表數據，自動計算設施用電量，自動核定用電達標情況及電費補貼金額。建立電費臺賬數據庫，對歷史電費數據進行科學管理，供后續查詢分析，為監管單位的電費計量提供數據依據。

3.4.6照明運維管理功能

照明運維管理包括故障流轉處理業務、交辦事項處理業務、設施拆移、拆除商請業務及養護質量打分管理。主要是針對照明設施日常運行維護工作情況進行計算化管理，其目的主要是通過多種查詢、統計報表、數據分析使管理者、決策者可以更清晰地掌握照明設施的日常維護情況，以便對維護人員的工作進行更加科學的管理、更加合理的安排。同時根據巡檢或抽查的情況對養護單位的設施養護質量情況進行評估，根據具體的評分標準自動給出對應的養護質量打分，以便于對養護單位進行考核和客觀評價。

3.4.7可視化展示

基于大數據技術，建立智慧照明可視化展示模塊。整合基礎設施展示、運行控制展示、項目動態展示、業務報表展示等，為各級決策管理人員提供統一的應用平臺;利用商業智能報表引擎（BI）及大數據分析平臺，運用可視化等數據展現形式，實現數據的分析挖掘，充分發揮現有數據價值，實現信息化工作對單位整體運營管理的決策支持。具體內容包括：照明設施區域分布圖、照明效果區域展示圖、照明控制動態展示圖、照明用電智能分析圖、照明維護效果及常用材料評價圖、照明報修分類統計圖等，這些信息均以豐富直觀的數據報表形式體現在信息門戶當中，技術層面同時支持PC端和移動端。

4.系統建設意義

4.1經濟效益

首先，智慧城市照明監控系統通過精準開關燈控制，解決過早開燈和過晚關燈現象，實現照明的統一控制，有效降低電能消耗。其次，系統通過物聯網技術和GIS技術的結合，實現了故障的主動報警及準確定位，有效減少了日常照明巡查工作的人力投入和車輛使用，降低了巡查和維護成本。此外，通過智能用電分析功能及遠程配電設施門禁管理功能可以實時發現用電異常情況并及時處理，降低偷電現象的電量損失和發生頻次。通過GIS系統對照明資產臺賬的精細管理與壽命分析，可以指導后續維護工作計劃的合理制定，也具有一定的經濟效益。

4.2 社會效益

隨著城市建設不斷的發展，城市照明已經成為體現城市形象的重要標志。因此，社會對城市照明的管理和維護也提出了越來越高的要求，尤其是對每天路燈開關燈時間、亮燈率、修復及時率等方面更加關注。智慧城市照明監控系統的實施，實現了城市照明管理工作從人工管理向計算機智能化管理的轉變，從被動管理向主動服務模式的轉變，大大提升了照明管理水平、保障水平和服務能力，從而進一步提高城市照明的形象，實現了社會效益。

5 結語

綜上所述，智慧城市照明監控系統的設計與建設，實現了城市照明管理的科學化、集約化、精細化，是實現智慧照明和綠色照明的必然要求，同時也具有較好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1] 張立新，楊程.一種基于物聯網技術的智能路燈監控系統設計[J].寧夏工程技術，2014，13（3）：234-237.

[2] 郭倩倩，于會山，劉志建.基于物聯網技術的智能路燈遠程監控系統設計[J].科教導刊：電子版，2014（19）：121-122.

[3] 丁亮.基于物聯網的城市路燈監控系統架構及相關技術實現[D].杭州電子科技大學，2013.

[4] 維克托·邁爾·舍恩伯格.《大數據時代》.浙江人民出版社.2013.

[5] 宋洪儒，王宜懷，楊凡.基于窄帶物聯網的智能路燈控制系統設計與實現[J].現代電子技術，2019，42（2）：172-176.

（作者單位：無錫照明管理處）