城市照明能源設施節能智能監管系統設計

劉宗靚 上饒市市政工程管理處路燈所

1 前言

城市照明能源設施節能智能監管系統是一個涵蓋計算機技術、物聯網技術、LED燈、監控技術和照明控制管理等環節的系統工程。隨著我國城市化發展的加速，各級政府不斷加大對基礎設施建設的投入，城市照明設施的新建及改造也處于激發式增長的時期。在城市管理公共能耗中城市公共照明一直占有很高的比例，以節能為目的的路燈改造項目已經成為國家大力倡導節能減排的主要途徑。但是由于各種主客觀原因，目前我國不少城市的城市照明系統在不同程度上都存在著現代化程度落后、安全隱患較多、維護管理困難等情況，很大程度上增加了城市發展的管理與維護成本，制約了城市管理水平的提高。為此，國內外專家學者和政府決策者已經達成一致共識，探討一種高效的城市照明管理模式已經成為影響國內外城市管理水平的一項重要指標。傳統照明能源系統完整性差，故障率高，街道照明管理部門也只通過路上巡邏的方式進行故障檢測與排除，不僅耗費時間較長，并且經濟成本很高，遠遠落后于公路照明的現代化需要，難以滿足民眾對高效率亮燈的要求。因而在此背景下建設一套較為先進的城市照明能源設施節能智能監管系統非常重要，這就需要有效整合現代化計算機技術、物聯網技術、無線以及有線通信技術，迎合快速發展的城市照明需求，實現自動監控和智能化管理，集中管理，智能控制。

圖1 城市照明能源設施智能管理系統結構圖

2 城市照明能源設施節能智能監管系統設計內容

城市照明監管系統的主要設計內容是以城市路燈智能監管和控制為出發點，建立一套軟硬件協調工作的智能路燈監管系統，包括路燈基本信息管理、路燈調控、路燈狀態巡視、路燈故障處理、照明數據管理等高效率監管信息系統，實現城市照明能源設施節能智能監管流程化管理。通過設計城市照明設施數據庫，存儲城市照明設施的所有相關數據，研究照明設施性能和老化程度，統計城市照明能耗狀況；通過綜合現場數據和歷史資料并實時分析，能更準確的了解照明設施的實時狀態；對照明過程中出現的故障進行實時跟蹤；通過全面、精確監控照明設施運行狀況，實現政府相關管理部門對城市照明管理工作的實時監督，實現監管的流程化管理。通過本系統，城市照明設施節能智能監管有關部門可通過計算機來智能遠程管理控制單個照明點，優化節能措施。該照明監管系統能夠保證城市道路照明安全、實現節能減排與照明質量的有機結合、降低燈具以及電器的故障率，在降低運營成本的同時提高勞動生產率，實現緊急情況下的即時開關燈，并在緊急情況下完成報警功能，根據不同地域、不同時段、不同級別進行路燈開關的控制，并確保能夠對城市照明故障完成實時檢測。

3 智慧照明監控管理系統整體框架設計

對城市照明設施進行節能與智能監控，需要引入多項先進技術，利用物聯網技術、無線通信設備、云計算科學以及空間物理定位等前沿技術，完成城市照明系統各個模塊的建立。資源管理、智能監控、能耗管控、運行監督等各個模塊共同構成城市照明管理設施，并對傳統照明模式進行全面優化，實現了照明監控的高效率執行。該智慧照明監控系統能夠為城市照明的控制及其規劃提供科學的決策以及實用的技術手段，實現按照實際照明需求實時提供照明的目標，另外還能夠定期完成設備維護，減小照明設備運行所需要的能耗，實現精細化管理，真正確保城市照明經濟成本下降、照明實時信息共享、照明安全管理加強、照明質量管控智能，從而提升社會的經濟效益與管理效能，實現城市供電照明系統的綠色節能目標。為滿足城市公共照明管理需求以及節能改造相關目標，對城市照明能源設施的節能智能系統設計需要滿足以下幾個功能。

（1）在進行系統設計時，應用物聯網技術與傳感科學，由基本城市定位系統確定地理位置信息以及周邊環境二維以及三維數據，進而對公共照明區域路燈的電壓、電流、功率、開關、亮度等詳細信息進行采集與記錄，并在地圖當中進行實時顯示。

（2）應用地下管道設施詳細數據、路燈照明實際地理位置以及公共照明業務數據，對周邊路燈以及相關供電設備進行故障排查，并將故障以及報警信息進行系統匯總。

（3）根據環境信息以及GIS情況靈活制定公共照明的分配工作，并對該分配方案進行實時調節。

（4）針對所匯總得到的故障以及報警信息完成工單匯總，并將工單交由工作人員，完成向維修人員的任務派發，促進設備故障及報警得到及時解決。

（5）路燈及其配件信息寫入信息管理系統，并根據實時情況進行更新，將不同區域的路燈進行分組處理，并在信息管理系統當中設置設備信息查詢功能，方便后續系統調用與監管。

城市照明能源設施節能智能監管系統主要以智慧路燈信息服務平臺為關鍵模塊，該模塊會應用到城市地理位置信息、地下管道安裝信息、公共照明設備信息以及路燈實時監測數據。此外該系統還具備多個分支系統，包括以物聯網為核心的設備監控分系統、以路燈專業數據為基礎的設施管理分系統、以現代地理信息系統（GIS）為載體的城市照明設施可視化的亮燈策略管理分系統等共同組成。

3.1 智慧路燈信息服務平臺

智慧路燈信息服務平臺為城市照明節能智能系統的核心模塊，該平臺利用城市空間以及地下管網等多項數據，應用數據平臺的存儲以及計算能力，完善路燈管理的信息交互能力，并向公共照明管理平臺提供周邊地圖，以保證路燈實時信息的準確查詢與數據分析。除此之外，該系統還具備用戶權限功能，能夠對不同操作、流程、區域進行劃模塊處理，提升監管系統的整體工作效率。在服務平臺當中存儲資源服務調度子系統、設施屬性信息管理子系統承載本地數據資源的存儲；三維空間信息管理子系統存儲照明設施的二三維空間信息，集成城市空間信息系統的地圖數據。應用注冊與集成管理子系統、統一認證及授權子系統為照明應用服務，提供用戶權限管理和應用注冊管理。

3.2 設備監控分系統

該分系統主要以當前較為前沿的物聯網技術作為技術基礎，并于基本地理空間信息、地下管線信息以及路燈基礎信息相結合，采用傳感器技術、遠程控制技術等先進手段完成對路燈各項電路數據參數的實時監測，并對路燈輸電線路、配電箱等輸電設備的輸電狀態以及完整性進行實時觀測，同時將故障點信息與報警信息及時上傳，從而保證整個路燈用電線路的安全性。該分系統能夠由智慧路燈信息服務平臺當中采集的路燈信息進行整合與分析，并由此制定出科學合理的路燈配照方案。

3.3 安全監控子系統

該子系統的主要構成部分包括環境監測部分、視頻歷史管理部分、線纜漏電報警部分、線纜防盜報警部分以及安全監控管理部分。在該子系統的基本功能模塊之外，還加入了另外更為全面的功能，例如配電箱及其電子線路的防盜警告、路燈線路的漏電保護。除此之外，在雨水天氣出現低洼積水時，該安全監控子系統能夠實現遠程開關的功能。該安全監控子系統主要通過規范應用路燈照明電路，來完成漏電保護的智能化實施，保障了大型公共照明設備的安全性問題，避免出現漏電情況，從而減少了周邊路燈的線纜問題。

3.4 單燈監控子系統

監控調度管理子系統主要由單燈狀態監控模塊、調光狀態監控模塊、單燈控制方式管理模塊、單燈配置模塊、單燈定位模塊、單燈報警管理模塊組成。單燈監控子系統在進行運作時需要根據實際的照明需求來完成對于單個路燈的監控，并按照實際人流量以及車流量完成路燈亮度的實際調節，將公共照明區域的每一盞燈都進行細節管理管理，根據地理位置信息以及區域照明需求將空間進行劃分，按照不同區域不同場景應用不同光照的情景對路燈系統進行綜合控制以及調節，實現按需照明，均衡線路負載，實現外接電源定位。除此之外，該系統還能夠及時發現并更換城市部分陳舊損壞燈具，進而從本質上徹底解決路燈損壞造成的能耗增加問題，提升路燈管理部門的綜合管理水平，并提高城市公共照明用電管理效能。

3.5 監控調度數據分析子系統

監控調度數據分析子系統主要由節能率與用電管理模塊、亮燈率管理模塊、開關箱歷史數據查詢模塊、歷史報警記錄查詢模塊組成。

3.6 報警配置子系統

報警配置系統主要由開關報警策略配置模塊、單燈報警策略配置模塊、漏電報警策略配置模塊、報警邏輯策略配置模塊和報警知識庫管理模塊共同組成。

4 工程實例

紹興柯橋實施的智能照明系統便在公共走廊以及車庫完成了照度感應設備、人車感應器以及各類智能控制面板的設置，應用總線組網的技術形式，由網關將城市照明節能智能監管系統完成接入，在該區域實現照明燈具的實時控制，在高峰期燈具保持全開狀態，根據人流、車流完成開關以及亮度、飽和度的自動調節，實現各種場景的實時控制，并對空間光感、立體感等參數進行改善，實現綠色節能的效果。

5 結束語

城市照明能源設施節能智能監管系統將當前最為先進的物聯網技術、傳感技術、大數據信息等技術手段融入了信息管理平臺當中，共同完成對城市公共照明的監管與調控，在保證了經濟性、安全性、節能性的同時，還能夠擴大監管范圍，提升監管力度，加強監管效能，為當前城市公共照明的統一管理開創了先例。