智慧城市景觀照明節能管理系統研究

曾學仁

【摘 ?要】隨著科技的發展與進步，人類社會的發展也發生了翻天覆地的變化，現今的城市建設正在向智慧型轉變。而為了解決智慧城市內的道路照明管理存在的巨大問題，需要在太陽能路燈控制器基礎上而形成的智慧照明系統中運用新型技術，這樣才能使其具有智慧照明、大數據控制等諸多優勢。對于景觀照明遠程監控與節能系統而言，集中監控方式是其的重要組成部分，為此必須完善傳統控制方式的穩定性，改變其的操作模式，使其監控方法操作更加便捷。基于此，本文將對智慧城市景觀照明節能管理系統進行詳細的分析和研究，并同時對GPRS技術與ZigBee技術進行研究分析，進而能夠從總體框架上設計該系統，完善該系統。

【關鍵詞】智慧城市;景觀照明;節能管理系統;研究

隨著現代科學技術的不斷進步，城市照明建設的迅速發展，使得智能管理的照明信息管管理系統應運而生，它可以提升城市照明的亮燈率、改善投資環境。目前，有關城市景觀照明的研究和應用已進入到了一個新時代，但其仍然存在著很多不完善的地方。一方面，現階段的城市景觀照明主要被應用于政府部門與住宅小區，這使得其的應用范圍受到局限，可應用空間過小。另一方面，城市景觀照明的控制模式較為單一，多數還在沿用傳統的定時鐘控制方式，這就使得其在系統運行維護上較為復雜困難。因而，想要解決這些傳統管理模式中的操作復雜，耗費人力，可靠性低等問題，就必須對原有的景觀照明監控系統進行研究，不斷的創新優化該系統，提高其的節能環保效率，這樣才能為智慧城市的建設提供幫助，為此，研究好智能化節能管理系統已經是目前的首要目標。

1、城市景觀照明節能設計的必要性

城市景觀照明系統是城市景觀工程的一部分，對城市形象有很大影響，很多城市在建設過程中十分注重景觀照明建設，但是在建設過程中過于追求城市形象和亮度，對路燈系統的科學分析論證不足，缺乏統一規劃設計，整個城市路燈系統分散另算，沒有主次之分。因此導致整個城市景觀照明工程的耗電量十分巨大，每天消耗的能源較多。隨著節能理念的不斷發展和應用，城市路燈照明節能發展受到的關注程度越來越高。節能是未來城市照明系統的發展的要求，從節約能源和環境保護的角度出發，大力發展和推廣高效照明工具，營造一種經濟、舒適、環保的照明環境，是改善人們的生活質量，滿足人們對照明質量、照明環境的更高要求的必要途徑。實施城市景觀照明系統節能發展，也可以對當前階段能源緊張問題進行解決，實現能源的充分利用，而且各種節能設備的能耗低，使用壽命長，隨著新設備、新技術的不斷應用，節能型路燈以及各種設施設備的使用時間更長，減少后期維護成本，對于城市建設可持續發展有十分重要的意義。

2、城市景觀照明節能管理系統

為了實現對城市景觀照明系統進行節能控制，可以采用ZigBee 網絡進行設計，該網絡是基于 IEEE802.15.4 標準的低功耗局域網協議，是一種功耗較低的無線通信技術，主要用用于家庭自動化、汽車自動化、智能化等領域，具有多種優點，用于對城市景觀照明系統進行控制是最佳選擇。

2.1 監控節能系統終端層設計

監控終端是本系統中最基礎的硬件設備，主要負責照明系統的設備運行情況、故障信息、電流和電壓數據的傳輸，這些數據最終會被傳輸到應用層的監控中心，由監控中心實現對照明設備的監控。

2.2 主節點層設計

主節點是系統中的關鍵部分，主節點負責傳感信息，對路燈的工作情況進行了解，并且將收集到的信息通過 GPRS 或短消息的方式遠程傳輸到應用層的控制中心，這一個環節有機融合了3G 技術和無線傳感網絡技術，可以將路燈的工作情況迅速地傳輸到監控中心，由監控中心分析情況之后及時作出響應。在路燈端，為了實現對路燈工作狀態以及故障信息的監控，需要設計傳感系統，基于 ZigBee 技術的 MC13213 的無線傳感控制器模塊，可以及時采集路燈的工作狀態，然后由通信系統將信息傳輸到 3G數據收發處理模塊。

2.3 服務器層設計

系統的服務器層主要是通信軟件和管理軟件的集合，管理軟件必須要滿足人性化、多功能化和智能化等優點，并且能夠對路燈的開啟關閉、故障報警、狀態顯示等過程進行實時操控，實現路燈系統的智能化管理。通信軟件主要通過與 GPRS 保持通信，負責獲取程序的控制指令，當程序的控制指令被執行之后可以將指令存入數據庫中，該服務器是運行在監控中心的服務器之上的，需要保持和路燈端的通信裝置之間的順暢通信。通信軟件可以采用異步 Socket 機制，以 Service 為主要形式，通過執行各種軟件指令，完成網絡端口的任務，確保城市路燈的工作情況可以被及時監控，當出現故障的時候也能及時響應，對故障問題進行處理。

3、城市景觀照明節能設計

3.1 保持合適的照度

合適的照度是道路節能工作中最需要重視的問題，包括兩個方面，一個是照明系統的照度必須要滿足道路所需，另一個是必須要減少能耗。通過對當前城市景觀照明系統進行觀察發現，道路照度偏高，不僅增加了路燈的能耗，也削弱了道路兩旁的景觀照明效果。在確定道路照明系統的照度時，應該要根據現行有效的標準《城市道路照明設計標準》（CJJ45-2006）來進行照度的設計，盡量選擇照度合適的光源，減少能源浪費和光污染。照度標準確定之后要計算出準確的照度，可以選擇相應的照明計算軟件，快速方便地確定燈具布置形式、桿高、路燈間距、光源容量，避免路燈設計系統的盲目性。

3.2 選擇高效率的光源

光源指的是路燈的類型，光源的質量也會對路燈系統的節能效果造成較大的影響，當前城市景觀照明的常用的光源有高扭鈉燈和熒光燈，高扭鈉燈是一種節能光源，其透霧性較強，光色比較柔和，使用壽命較長，在相同的照度條件下，其節電水平是普通熒光燈的三倍左右，但是光源的顯色性差，不易控制。在城市路燈照明系統設計過程中可以逐漸改變傳統的光源，采用高效的節能控制設備和新型光源，實現對光源的自動調節，降低照明線路電能損耗和電扭損耗。

3.3 關閉半數光源

關閉半數光源的方式帶來的節能效果最明顯，最高的時候可以達到 50% 的節電量，在電力緊張的時候，采用關閉半數光源的方式是節能照明的首選方式。具體來講，主要采用“亮一隔一”或“亮一隔二”的措施，關閉一部分光源，但是這種方式不能一直采用，因為這種設計方案會減少照度，對人們的出行安全以及維護社會治安帶來不利影響，而且還需要在同一個路徑上敷設兩根路燈供電電纜，反而增加了建設投資的數額。所以在城市景觀照明設計過程中，應該要根據不同的燈桿布置方式，確定是否可以采取關閉半數光源的方式進行節能。在關閉半數光源方式中，最合適的燈桿布置方式是交錯布置，即左右兩邊都有對稱光源，此時可以盡量使路面的照度保持均勻，在用電量較少的后半夜可以采取這種方式減少能耗。

3.4 智能光源降壓—穩壓—調光技術

所謂的智能光源降壓—穩壓—調光技術就是一種智能化路燈控制技術，它的節能效果能達到15% 左右。這種技術主要是將控制裝置安裝在路燈配電回路的起始端，在前半夜用電量較高時控制路燈回路為全壓，在接近午夜和后半夜時，這時的用戶的用電負荷較低，電網電壓低于220V，因而可以降低路燈回路系統的電壓，減少部分的電能消耗。雖然電壓被降低，但是對于高壓鈉燈而言，其不會受低壓影響而熄滅。所以采用這種裝置和設備可以避免電能浪費，

結語

綜上所述，市照明節能管理系統的研究發展必須要在物聯網技術的幫助下完成，這樣可以做到對區域城市照明監控的智能化控制，及時的獲取準確的信息，對于出現故障的地方做到適時的維護，提高了節能效果。而將ZigBee技術與GPRS技術進行有效的融合，可以形成一個新的路燈控制模式，相比較傳統的模式而言可以更好的保證系統的可靠運行。在該系統中引入國外產品技術，進而融合“物聯網”技術，將可以實現城市照明全方位整體節能，便于節能管理工作的順利開展。

參考文獻：

[1]城市景觀照明的價值取向[J].榮浩磊.照明工程學報.2013（01）

[2]城市景觀照明中地理信息系統的具體應用及發展趨勢分析[J].單云.電子世界.2016（09）

[3]城市景觀照明工程20年回顧[J].何秉云.照明工程學報.2012（S1）

（作者單位：浙江雙宇電子科技有限公司）