廣域融合物聯網在智慧照明運維中的應用

汪叢斌， 陳小剛

(中交(成都)城市開發有限公司，成都 610000)

0 引 言

作為智慧城市建設中的中流砥柱，智慧路燈是智慧城市發展的必然趨勢。以智慧路燈作為智慧城市建設的關鍵載體，可避免重復建設造成的資源浪費，智慧路燈可實現智慧城市的多種場景，如搭載智慧照明、智慧安防、平安城市、智慧城管、智慧交通等多功能模塊，可為人們生活提供更優質、更便捷的服務。

如何管理好城市路燈，充分發揮城市道路順暢、安全通行的社會效益和降低運營成本，提高經濟效益，是項目建設中需要審慎思考的重要部分。路燈照明電能消耗也是道路運營過程中成本消耗的重要組成部分，對路燈照明系統進行智能化科學控制，不僅可以在很大程度上保證駕駛員白天及晚上的行駛安全，也是保證道路通暢、保障車輛駕駛員的生命安全、降低國家財產損失的重要舉措。因此采用一套健全、可靠又環保節能的綜合路燈智能控制方案勢在必行。

在城市照明控制中，最早是采用GPRS技術、Wi-Fi 技術等做一些小規模嘗試。目前，使用在智能路燈的互聯網技術主要有PLC電力線載波通信、NB-IoT窄帶物聯網、ZigBee、LoRa低速率廣域網等，但是這些技術都無法滿足城市的路燈“互聯”管控的需求，是智能路燈仍未能規模化應用的關鍵原因之一。而WF-IoT融合物聯網技術，從底層就是為超大規模智能照明系統場景化應用設計，能夠同時滿足免費、私有、安全、可靠、中高速、高并發、大連接的需求。

1 WF-IoT技術介紹

WF-IoT(Wide area Fusion Internet of Things)融合物聯網技術，從底層(物理層、MAC層、空口協議層)單芯片深度融合了國標射頻識別(RFID)、實時定位(RTLS)、無線傳感器網絡(WSN)、商用物聯網照明組網控制協議(ALL)等DSRC(短程專用無線通信)技術的低功耗中高速廣域網通信技術。其內核是在低功耗射頻SoC芯片空中接口協議上深度融合了國標射頻識別(RFID，GB 28925)、實時定位(RTLS)、無線傳感器網絡(WSN)、物聯網智能照明組網控制協議(Air Lamp Link)等技術的低功耗中高速廣域網通信技術。總的來說，WF-IoT有極好的射頻傳輸特性，可以工作在國家標準規范的UHF黃金頻段，特別適合在智慧路燈等室外環境、智慧城市建設中使用。

WF-IoT融合物聯網技術(圖1)，可以實現路燈大規模組網、自動化巡燈、環境監測、識別定位、單燈控制、編組控制、能源管控、外延設備及系統融合控制等功能，解決智慧路燈大范圍大規模部署、多場景自由編組聯動、外延擴展、運營管理等問題和需求，將極大程度上提升智慧路燈的可用性、可靠性、先進性、融合性。

圖1 廣域融合物聯網技術

1.1 智能路燈物聯網技術對比表

表1所示為智能路燈物聯網技術對比表。

智能路燈物聯網技術對比 表1

1.2 智慧路燈需求分析

智慧路燈行業的需求首先要求方便實現規模化，網絡覆蓋要均衡。其次是要有足夠的個性，能應對各種特殊情況，如天氣突變、重大事件、節假日；受季節、天氣自然環境和人為因素影響。此外，智慧路燈還需滿足智慧運維的要求，目前路燈的故障監測主要靠人工，缺乏主動性、及時性和可靠性；對路燈的運行狀況無法實現實時、準確、全面地監控；而智慧運維要求具備復雜場景聯動、單個路燈的實時控制、大規模路燈的分組控制等，支持多場景一鍵切換，從而實現跨街多場景區聯動。

2 WF-IoT智慧路燈方案簡述

2.1 工程概況

陽安大道位于簡州新城起步區，項目起點位于三溪路北側，止點位于成龍簡快速路北側，道路從北向南依次與漣江大道、東進大道、成簡快速、朝陽大道等多條主干路相交，是區域內主要的交通集散通道，道路全長7.8km，道路寬度100m。

本工程在確定道路照明標準時，根據道路橫斷面形式，充分考慮了道路等級、交通量大小，除了滿足功能性需求外，還從節能、運營管理、智慧等方面進行思考及設計。本項目照明主要采用智慧白玉蘭景觀路燈，整燈高15m，布燈間距35m，相對布置于道路兩側的綠化帶內，路燈光源功率為1×250W+3×100W+9×9W的LED燈，其中9×9W為景觀型裝飾照明燈具，250W與3×100W為道路功能性照明燈具，燈具統一使用LED可調光燈具；其中路口交叉區域或道路加寬段采用15m中桿燈，光源為3×300W LED燈或4×300W LED燈。

2.2 方案簡述

本方案采用WF-IoT融合物聯網技術，可實現路燈大規模組網、自動化巡燈、環境監測、識別定位、單燈控制、編組控制、能源管控、外延設備及系統融合控制等功能，解決了智慧路燈大范圍大規模部署、多場景自由編組聯動、外延擴展、運營管理等問題和需求，在提升智慧路燈的經濟性、可靠性、先進性、融合性方面有較大程度的改善。圖2所示為物聯網技術總體架構圖。圖3所示為智慧路燈系統拓撲圖。

圖2 物聯網技術總體架構圖

圖3 智慧路燈系統拓撲圖

本工程采用WF-IoT中高速廣域融合物聯網技術，部署智能化控制設備對玉蘭燈(多頭燈)進行智能化控制，可根據情形對多頭燈的每一盞燈具等進行單項智能化控制。

當環境光線不太充足時(或者當夜晚有充足的月光時)可以選擇開啟多頭燈上的部分燈頭，達到補光的作用；當環境光線較暗時(或者當夜晚沒有月光時)可開啟所有燈頭，充分體現按需照明、綠色照明，達到真正的智能化管理、無人化管控、自動巡燈、定位等功能，節省管理人員成本、降低能源消耗、減輕財政負擔。

2.3 路燈控制方式

針對路燈項目整體規劃，主要控制方式有以下幾種。

(1)自動控制

采用全自動、無人干預的控制方式實現燈具的智能化管控，系統可進行場景自動切換，模式設置可根據車流量的進行設置。

在車流量高峰期(開燈時間-23：00)，時間段內燈具亮度不變，保持最大亮度；在車流量平滑期(23：00-2：00)，對道路照明的亮度要求不是太高，在這個期間可把燈具亮度調整到60%(亮度可隨意更改)，同時實現自動感應控制，有人有車開啟最大亮度，無人無車亮度調整50%；在車流量空閑期(2：00-關燈時間)，車流量相對較少，可把燈具亮度調整到30%(亮度可隨意更改)，保持道路上有微弱燈光，提供功能性的照明。圖4所示為路燈控制效果示意圖。

圖4 路燈控制效果示意圖

(2)集中控制

設置安裝智能融合網關，實現所有智能燈具自由的分區和組網后通過可視化管理平臺遠程單燈、分組、分區控制。可視化系統管理平臺專為用戶定制開發，在智能終端上(如iPad)直觀對任意燈具進行精確管理和控制，同時可實現燈具工作狀態查詢、便于巡更維護。

1)分區控制：智能燈具自由組網，系統可實現分區域、分路段的靈活控制。

2)分場景控制：系統可實現路燈的分場景控制，實現一鍵式切換，場景模式隨意設置。主要場景有：常規模式、休息模式、假日模式、重大節日模式、領導視察模式。

3)單燈、雙燈控制：可根據需求和情形對雙頭燈一體化集中控制以及對雙頭燈的單燈進行一體化集中控制。

2.4 經濟效益分析

表2所示為本項目燈具數量統計表。經計算，本項目總功率合計188.56kW。

本項目燈具數量統計表 表2

表3所示為普通LED路燈和智能LED路燈同等數量下工作模式下用電量及運維費用等數據對比。

本項目燈具數量統計表 表3

其中，節能模式時亮度調節至30%，功率按替換后燈具全開功率的30%計算；年設備維護費包括設備更換輔材、機械使用費等；人員費用按6萬元/人×年，原系統至少需要2班組6人；智能路燈系統從管理、維護方面得到提升和改善，只需要1個班組3人即可完成；基礎電費按照1元/度計算。

3 智慧路燈中廣域融合物聯網技術的優勢和價值

3.1 降低綜合投資

(1)一網多用：融合物聯網構建的物聯末梢網絡，同時實現了智能照明、安全預警、安防報警、實時巡更、視頻聯動、抄表計量、環境監測、能耗監測、動力環境監測等傳統智能化設計中的十余項強弱電功能。(2)一網多能：物聯基礎網絡與強弱電系統、機電設備、安防設備等實現了綜合智能化一體化融合，避免了重復建設。(3)簡化平臺：物聯網末梢網絡具有節點級的“霧計算”能力，大部分自治、協同、智能功能在現場通過分布式智能實現，簡化了整個綜合管控平臺的架構和設計。(4)節省建安成本：融合物聯網取消了傳統的有線控制回路，極大簡化了供電回路和配電設施。

3.2 降低運行成本、方便維護

(1)減少操作人員：融合物聯網實現了所有公共區域照明等設備的全自動控制，日夜模式全自動切換、節假日模式自動轉換，無需人工干預，可以減少甚至取消現場的操作人員。(2)減少運維人員：實時監測、上報設備運行狀態及故障，可以實現自動派單及時進行維護，極大地減少人力、提升效率、降低成本。(3)降低運營能耗：融合物聯網通過高效光源、動態調光、智能控制，智能照明綜合節能率高達80%以上；通過融合人體傳感器、視頻攝像頭等，實現照明等設備與區域動態人流、天氣、環境等動態信息的智能化協同控制，有效降低園區運行能耗；通過對整個道路路燈的實時動態監測，可以優化運行流程，實現節能降耗；典型公共區域，節能投資回報周期不到2年。(4)降低通信成本：物聯網智能道路，通過道路上的基礎設施自身構建的廣域私有末梢網絡，工作在國家標準授權的免費頻道/信道上，無需繳納網絡使用費用，也不會產生網絡流量費用，即可實現整個路網路燈的管控、狀態采集。

4 結束語