智慧照明及亮化工程控制系統分析

李鵬云

（良業集團科技股份有限公司，北京 100020）

1 現階段城市照明中存在的主要問題

據相關調查顯示，如今國內安設的城市照明燈總數達到2600萬盞，僅照明耗電量占社會總耗電量的1/10以上，而城市照明用量已接近照明耗電總數的一半。2018年全年，國內城市照明用電總數達到了3000億kWh，為供給照明用電，發電廠每年因發電產生的二氧化碳、二氧化硫等有害氣體量分別達到9000萬t、360萬t。此外，政府需為城市照明支付巨額電費。由此可見，照明系統過度發展不僅破壞環境，且不利于城市社會經濟的長期可持續發展。

如今，國內越來越多的城市重視起城市美化工作，將其作為提升城市對外形象、改善人們生活水平的重要方式。人們的日常生活離不開市政照明系統，是各個城市的關鍵公共設施之一，因此提升市政照明系統性能、研發經濟效益更好的智能化照明系統非常重要，這將大大減少政府財政壓力。同時，隨著城市發展進程的加快，照明系統需求不斷攀升，隨之出現了資源過度消耗、破壞自然環境等問題。所以，政府在追求更優質的亮化效果時，必須堅持低碳環保的原則，努力提升資源使用效率，節省資源消耗量，減小對環境的破壞，逐漸過渡至綠色照明。

綜上所述，大力發展智慧照明與亮化節能至關重要，對社會、經濟、環境的發展有著重大影響[1]。

2 智慧照明及亮化工程

如今，越來越多的地區開始著力發展智慧照明及亮化工程，其具有以下特點：

（1）減少人力物力，降低運維成本。路燈照明控制系統將“定期巡查故障”改為“自動接收報警”，減少巡檢人員數量和巡檢車輛損耗，降低了維護成本。通過減少開燈時間延長燈具的使用壽命，降低運行成本，進一步提高了經濟效益。

（2）節電節能。路燈照明控制系統對開關燈狀態具有可檢查性，避免白天亮燈的情況，可配置半夜燈。系統能依據一年四季的季節變化情況預置合理的開關燈時間方案，在滿足對城市照明的需求時減少開燈時間，節約大量電能[2]。

（3）卓越的穩定性。先進的云技術、工業級部件和專業物聯網網絡保證路燈照明控制系統軟硬件穩定運行。

（4）良好的安全性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。

3 研究智慧照明及亮化工程控制系統

（1）遠程實時監控。通過路燈照明控制系統，用戶可使用手機、電腦、PAD及微信等手段遠程實時監控路燈、控制器的工作狀態，隨時隨地遠程干預照明系統。系統操控界面采用人性化的響應式設計，具有易學易用的特點。

（2）支持GPRS、以太網、WIFI三種通信方式，便捷接入云平臺，為系統部署提供選擇性方案。

（3）超級定時機制。支持每日方案、周方案、節假日方案、特殊時間方案、超級天文鐘，包括半夜燈時間規則。用戶可遠程預設開關燈時間規則并實時查看照明狀態。

（4）場景模式預設。用戶可根據實際需要遠程配置燈光場景，例如普通模式、臨時模式、節假日模式、節能模式等。

（5）運行方案的存儲及調用。支持包括場景模式及定時設置在內的整套運行方案的存儲功能，并在需要時一鍵調用。

（6）回路擴展。支持回路擴展功能，同一配電箱繼電器輸出回路最多可擴展至36個，大大降低投入成本。

（7）電量采集。支持接入電流電壓采集模塊和能源監測模塊，實時采集各個回路的電流電壓和配電箱的能耗數據，遠程設置電量越限報警參數，使系統具備短路、斷路、過載、能耗預警等報警功能。

（8）自動故障報警。支持接觸器故障報警、設備掉電報警、通訊故障報警、線路故障報警以及配電箱門開、雨水、溫度越限等開關量報警。當報警發生時，系統將及時向指定用戶的手機發送報警信息，并做相應記錄。

4 智慧照明系統框架

智慧照明系統下主要包含以下幾大子系統，即信號采集系統、數據通訊系統、網絡傳輸系統、分析計算系統以及決策支持系統。這些子系統相互配合、各司其職，能夠在第一時間掌握區域范圍內城市照明系統的實際工作狀態，進而分析其工作是否存在異常，以便在第一時間找出問題并處理，保證照明系統長期處于平穩工作狀態。

這一系統主要運用集中式控制的方法控制城市照明系統，其優勢在于能夠適應季節轉換、氣候變化以及特殊時段的需求，單獨調整系統中的部分線路開關，既保障了整體亮化效果，又起到了節約能源的效果，實現實時、適度照明。

系統主要包含應用層、通訊層以及執行層。其中應用層屬于整個系統的監控中心，主要依托于計算機系統下數據庫、控制、WEB服務等內容進行工作。該系統依托于光纖與2G/3G/4G網絡傳輸信息數據并管理設備；應用層還能實時反應照明系統實際工作狀況、運行狀態，第一時間獲取到真實可靠的信息數據，提供給管理人員，便于其調整。

通訊層主要借助光纖、2G/3G/4G網絡以及WIFI等將系統各個設備與應用層連接起來，以便前段設備的真實數據信息得以傳輸到應用層。

執行層主要指的是前端的所有設備，例如集中控制器、單燈控制器以及擴展設備，這些設備能夠直接控制城市道路系統，第一時間找出故障并及時將其交由通訊層傳輸至應用層。

在智慧城市物聯網生態圈系統下，所有的城市照明都被覆蓋在內，管理人員只需通過系統即可直接控制所有路燈設備、視頻監控、交通監控以及環境監控，提高工作效率，進一步推動城市智慧化發展。因此，該系統主要包含如下特征：

（1）開放的終端：即開放平臺，設計者將第三方傳感器設置在集成開放模塊中，將不同廠家生產的設備連接起來。

（2）開放的網關：系統設計在無線通信協議下運行，保持對外開放，全面檢測周圍環境，同時支持對智能垃圾桶等設備的統一調控。

（3）開放控制：系統主要選用SDN結構，其優勢在于使用者能夠參考客戶真實需求針對性調節照明控制方案，還能集成智能交通、實現對周圍環境的監控，全面構建智慧城市。

5 智慧照明系統具體構成

5.1 LED智慧路燈系統

LED智慧路燈系統下主要包含智能調光路燈、控制系統以及燈桿等內容，該系統能夠參照當地地理位置、時間以及季節的轉變等進行靈活調節，根據真實狀況需求自主調節路燈開關、亮度等，維持最佳光效的同時節省能源，提升能源使用效率。

5.2 監控中心的組成

監控中心決定了整個系統能否正常運行，智慧照明下監控系統主要包含服務器、工作站、路由器以及各個監控軟件等。其中，服務器借助無線網絡將前段路燈設備的相關數據信息傳輸至系統內。因此監控中心結構包含：①服務端：即借助服務器維持系統平臺的有序運行；②客戶端：主要基于B/S結構基礎上，其優勢在于無須設計專門的客戶端軟件，可通過瀏覽器配合運行；③移動客戶端：即選用筆記本、IPAD以及智能手機等設備，借助網絡與監控中心系統保持連接；④網絡接入：監控中心借助運行商光纖實現接入，同時維持整個系統的平穩工作。

5.3 通訊系統的設計

系統主要借助如下部分實現通訊：①設計者借助光纖保障監控中心的通訊，給予其固定IP地址，實現無線通訊；②集中控制器則主要借助2G/3G/4G網絡與監控中心保持通信；③系統中剩余的拓展設備主要依賴于內置RS485和以太網接口保持通訊；④集中控制器以及系統內各個終端設備主要依賴于電力載波進行通訊，完成遠程控制、調光，并在第一時間收集相關數據。

5.4 系統軟件設計

本項目系統軟件基于大數據、云平臺等新興技術基礎上，選用具備B/S架構的系統商業軟件，并采取模塊化結構。其設計目的是實現城市照明的遠程控制，是一套智慧型的監控、管理設備，巧妙融合了通訊、信息管理以及電氣組態控制等內容。

（1）支持多國語言系統。為了滿足不同國家用戶的需求，設計者在系統中融入了獨立語言包以便靈活切換語言，使用者只需導入相應的語言即可修改語言。

（2）支持2D/3D照明地理信息系統（GIS）。云平臺系統融入了GIS地理信息技術，使實際亮化照明設施地點直接在Google地圖中呈現出來，同步反映照明設施分布情況。由于該系統還融入了集中控制器、景觀燈、電纜地理位置等內容，使設備收集到的信息能夠在第一時間傳輸到數據庫中，以便使用者查閱、分析、管理，提升管理效率。

（3）支持設備按照經緯度定位、顯示功能。設計者將系統下各個設備的對應經緯度輸入至控制系統內，GIS地圖則參照經緯度將設備定位至相應的位置，以便用戶查詢與管理。

（4）支持控制設備快速布局功能。使用者能直接在GIS地圖上輸入終端設備首尾大致進行定位，該終端內其他設備系統將自動呈現出其分布狀況，使用者只需點擊單個設備即可對局部進行調整。

（5）顯示燈具設備同線纜的隸屬關系。工作人員選定某個燈具，系統中能直接呈現該燈具所屬線路，以便精準找到故障具體位置，方便修理。

（6）電參數查詢統計功能。管理人員可根據實際需求選擇特定的時間段，獲取該時間段下照明系統的真實耗電情況。

6 結語

隨著科學技術的不斷發展，“燈、網、云”物聯網等新興產物得以產生，推動了整個照明系統的升級，提升了照明設備的光效，真正意義上實現了智慧照明、智慧生活，本文詳細研究了智慧照明控制系統的組織結構及相關功能，望日后為業內所參考。