城市智能照明管理系统

城市智能照明管理系统

摘要：随着城市化进程的不断发展，在照明设施方面的投入也增长迅速，面临着资料分散、数据不完整所带来的协调管理难、运行效率低等问题，严重制约了对照明设施进行监管和养护等相关工作的效率，也严重制约了城市高效发展的后劲和城市管理效能的提升，如果没有对城市的大量照明对象进行数据采集，没有对大量各类的照明信息进行分析，主管部门并不能真正意义上对城市照明的管理运维相关部门和单位提出实质性的指导，在此背景下，建立“智慧照明管理系统”已经成为一种需要，对市政设施的监控进行有效的监管和维护。

关键词：城市亮化物联网技术智慧照明

1前言

据不完全统计，目前某城市道路照明以钠灯为光源的有5千余盏。一方面，城市亮化工程已成为城市的名片。各地都把城市夜景照明建设作为改变城市面貌、改善投资环境的重要手段，由此而来的管理费、电费和维护支出也是惊人的。现代化的城市要求夜晚越来越明亮、越来越美丽，付出的经济与管理代价也越来越沉重。

随着城市化进程的不断发展，在照明设施方面的投入也增长迅速，由于照明涉及地下管线、供配电、道路、桥梁、绿化资源等公用设施，各专业单位在建设、管理方面自有一套相对独立的管理体系，面临着资料分散、数据不完整所带来的协调管理难、运行效率低等问题，严重制约了对照明设施进行监管和养护等相关工作的效率，也严重制约了城市

高效发展的后劲和城市管理效能的提升，在此背景下，亟需建设城市照明监控管理系统对市政设施的监控进行有效的监管和维护。

城市照明监控管理系统有着广泛的用户群，包括巡查人员、工程管理人员、决策者、社会公众以及其他部门：

1、巡查人员、工程管理人员

巡查、工程管理人员需要实时掌握现有设施的运行状态，及时对出现问题的设施进行修理、更换等工作。同时，工程管理人员需要对市政工程项目的预算、进度、成本、人员、设备和工期等进行有效管理，科学的项目管理和资源调配对工程的顺利实施具有重要作用。此外，工程管理处也需要对每个工程的情况随时进行了解。

2、决策者

决策者需要根据市政设施的运行状态、维护情况以及新技术发展等制定相应的计划，并监督计划的执行。决策层需要大量的数据、智能的分析工具和丰富的图表呈现工具。

3、社会公众

社会公众能够通过系统提供的对外门户网站、热线电话、公共微博等形式对照明设施的建设进行监督和满意度评价等，并能通过投诉中心对设施状况等信息进行。

4、其他部门

其他部门主要指的是上级单位和同级单位。这些单位对系统的需求主要包括管线数据共享、行政审批许可证书调用等，系统要考虑和这些部门的接口。

为了缓解灯多人少的管理矛盾，国内外市政路灯管理部门一直在寻求解决方案，如开发安装了“城市路灯照明无线监控系统”，对提高城市路灯系统的控制管理起到了积极的作用；同时还在积极探索路灯管理和创新的技术和途径，包括采用新光源、变功率镇流器、电子镇流器等新技术手段，但依然无法解决城市照明管理中普遍存在的一些问题。

一方面，目前城市的照明管理应用的技术大多仍采用2000年以前的计算机集成技术，技术水平较陈旧，路灯管理部门急需提高自身的管理技术手段；另一方面，当前的信息采集手段仅限于路灯开关，信息量过小，而城市照明的基础数据过于庞大，照明信息的监管难以到位。而随着各地城市对路灯管理要求的不断提高，如果没有对城市的大量照明对象进行数据采集，没有对大量各类的照明信息进行分析，主管部门并不能真正意义上对城市照明的管理运维相关部门和单位提出实质性的指导，所以建立“智慧照明管理系统”已经成为一种需要。

2实现目标

建立一套完整高效的、基于物联网技术的大数据处理、云计算、平台化管理的“智慧照明管理系统”。

3具体实现内容

我们设计的实现内容可分为以下几个步骤：

1、对现有主次干道250W高压钠灯用120WLED灯进行替换；

2、结合单灯设备进行按需照明；

3、加入远程控制终端RTU，实现路灯的远程数据采集、监测、控制；

4、将所有路灯纳入“智慧照明”管理系统，实现统一管理。

3.1更换LED光源

LED路灯具有环保无污染、耗电少、光效高、寿命长等特点，是新一代节能路灯的最佳选择，积极响应了十八届五中全会中提出的“绿色照明”意见，对传统钠灯实行更换LED光源，以达到节能减排效果。

对于LED路灯的选择，我们提出三点建议：首先，应选择具有模块化结构的LED灯具，此类灯具可通过增减模组数量达到系列化要求，并拥有多种配光可供选择，能适应不同的道路场景；其次，LED灯具应具备灵活的驱动配置方案，满足不同电源配置的需求；最后，该灯具需具备可调节的照射角度，能适应传统路灯的升级。该类LED路灯能很好的满足某城市地区对现有路灯升级改造以及待建路灯的各项要求。

能对LED灯具实行适当降功耗（部分时段降功耗幅度大约20%），防止灯具长时间满负荷工作，降低功耗的同时延长灯具使用寿命，（如图1）。

3.2单灯设备

单灯设备能对独立分布的各种路灯设备进行集中监控和维护管理。

国家《城市道路照明设计标准》CJJ45-2015第7.2.5条规定了道路照明可采用的3项节能措施要求，开关灯控制措施主要应用于流量不大的人行道、次干道或辅路：1、在深夜可关闭不超过半数的灯具（单侧开关灯）；2、在深夜实行隔盏亮灯或开二灭一的方法降低照明密度。如图2所示，通过单灯控制器对路灯进行开关控制，实施半夜灯，可以清晰的获取节能效果。

国家《城市道路照明设计标准》CJJ45-2015第7.2.5条规定了道路照明可采用的3项节能措施要求，亮度调节控制措施：主要应用于道路交会区和主干道，后半夜降低道路照明等级，采用能在深夜自动降低光

源功率的装置，根据道路的行人、车辆流量的需求分时段分区域进行调光控制。（如图3）

单灯集中器是单灯控制系统中的关键设备。它可以组建并维护单灯通信网络，并通过电力线载波下行抄收并存储各单灯模块的数据；同还能通过RS232/RS485上行信道与主站进行数据交换。其上行通道可接入多种通信方式的通信模块，支持GPRS、CDMA、以太网等通讯方式。（如图4）

3.3远程监控终端RTU

在原有路灯配电控制箱的基础上以最新型的远程控制终端RTU替换传统时控器，实现路灯的远程数据采集、监测、控制。

RTU能将采集的信息和监控到的路灯、景观灯数据（如电压、电流等）及时可靠地传送到监控中心，同时从监控中心接收控制、设置命令，保证指挥中心对路灯进行实时的监控。（如图5、图6）

3.4智慧照明管理系统

智慧照明管理系统是基于大数据的云管理系统，结合了路灯物联网与互联网技术：在灯杆内加装传感器，设置RFID芯片，形成具有采集灯杆电量信息、灯具运行信息、故障信息单灯集中控制器。构建灯杆灯具的信息传感网络，传输网络通过电力载波、ZIGBEE无线以及公网流量等通讯技术实现，将灯杆路灯基本数据信息在远程监控终端（RTU）配电箱中汇总，然后通过GPRS通讯方式，在各类移动终端（手机、IPAD等）、计算机终端可进行查看阅览。通过设置权限，针对监管部门、维护部门、运营单位进行对应业务信息采集、控制、分析和处理。

系统结构图如图7所示：

智慧照明管理系统包括“一中心四系统六平台”，我们可通过该管理系统对灯具进行监控智能管理，日常运行管理，可实现对道路照明基本信息（电压、电流、功率、节能率等）实时动态监测；照明业务管理，可实现故障报警、在线派工、生产耗材等操作；节能控制管理，可对道路照明灯具进行节能策略下发，实施按需照明。该管理系统既保障照明质量，又节能减排，提效降耗，从而实现对每一盏灯具实现“按需照明”和“精确管理”。

3.4.1一个中心

一个中心即在原有路灯照明监控中心基础上成立智慧照明指挥中

心，具体拓展路灯监控管理。监控中心负责开展智慧照明重点项目建

设、综合指挥、决策支持及信息发布。中心建立后将为某城市地区承担

起以下工作：应急指挥照明分中心、亮灯调度中心、数据服务中心、业

务管理中心、照明客服中心、信息发布中心。

3.4.2四大功能系统

（一）突出智能亮灯，打造基于“五遥”（遥测、遥控、遥信、遥调、遥视）的智能亮灯系统。在原有照明系统基础上，建立区域照度跟踪系统。通过远程监控系统实现全县“一把闸刀”模式的亮灯管理，实现亮灯的智能化：根据环境自动亮灯、根据天气自动亮灯、根据需求自动亮灯；实现各个职能分区的亮灯数据分布式管理，建立分区亮灯云。通过智能亮灯，解决某城市存在的照明分散管理、多头管理的混乱现状、缺乏精细化管理的手段。

（二）实现按需照明，打造远程控制管理系统。根据需求建立路灯

远程控制终端。实现照明分时分区分场景控制乃至调节，实现按需照

明，实现节能管理。建设灯杆物联网，从根本上解决亮灯能耗缺乏管理

的问题，同时提供照明用电管理效能。解决人工开关、人工巡灯的主要

矛盾，实现人性化亮灯，极大程度减少百姓对照明管理的投诉。

（三）提升决策管理能力，打造照明业务管理系统。建设与县数字

城管联动的业务管理系统，实现移动巡修，实现业务自动化流转，实现

工程与维护的管理，规范业务管理流程，提升照明管理水平。同时做到

提前预警，促进照明管理逐步实现从“被动处置”向“主动应对”转变；同时为政府应急提供手段。

（四）强调安全亮灯，打造线缆漏电保护系统。建立配电线路的漏电保护系统、低洼积水远程开关系统。实现漏电等安全保护的自动化和智能化。

3.4.3六大支撑平台（如图8）

建设的智慧照明系统软件在静态和动态数据库的基础上实现六大支撑平台：

1、地理信息平台：结合某城市地区现有地理特点，实现照明基础元素基于三维空间的信息构建，规范照明数据与应用接口；

2、监控调度平台：拓展采集方式，逐步增加智能视频、物联感知设备等智能化发现手段；实现在无人值守情况下，照明动态信息（从开关箱、线缆、灯具乃至电源）的自动化采集、控制、分析、告警和监管；

3、移动监控管理平台：通过移动终端、手机APP、照明信息门户等多种方式，进一步提升某城市照明管理问题发现的及时性和全面性，达到照明管理增效的目的；

4、能耗管理平台：照明设施的照明用电计量与统计、新光源效能评价、按需照明策略管理；

5、生产调度平台：针对本处照明业务的生产调度管理，对项目、材料、数据和流程管理等多个方面进行管理调度；

6、数据管理平台：构建评价指标体系，围绕某城市照明管理的特点，建立智慧照明日常运行评价指标体系；进行照明大数据管理、分析，并构建应急预案系统。

3.4.4部分软件功能

软件系统采用先进的B/S架构，移动接入性好，可通过智能手机、IPAD、笔记本等随时接入系统，同时还具有良好的开放性，能与其他系统无缝对接。

管理者、维修人员及调度人员能分别对应其岗位职责方便快捷地使用新系统，通过上网终端随时登陆系统监控每盏路灯的运行状态以及各项精细数据。系统使用数据库对项目中每盏灯的运行参数进行存储，通过管理平台就可查看到路灯运行过程中任意时刻的各项参数并可直观地显示出路灯、回路、RTU等路灯系统的位置信息、运行状态信息。

系统的数据处理功能可根据用户需求自动生成故障报表、节电率报表、灯具使用电流、电压等历史数据报表等供用户查看。所有可控设备的设备识别码、安装日期、地理位置、变更信息等重要资产管理信息均存储于系统数据库。

系统可根据用户需求，自动统计日、月、年等不同时间段内的节电率数据，方便用户进行精细化节能管理。

主要软件功能界面如下：（如图9）

4结束语

通过建设智慧照明系统，使得城市的发展更全面、更环保、更协调、更可持续，会让城市生活变得更健康、更和谐、更幸福。在节能减排的大背景下，采用物联网技术、通信技术、信息融合技术、大数据技术、云计算技术，结合先进的路灯硬件设备，实现路灯信息维护管理、突发事件处理的平台。为道路照明未来可持续照明事业推进打下坚实基础。

我们的智慧照明管理系统不仅可以完全独立运行；同时具有极强的系统兼容性，并预留与智慧城市管理系统的对接接口，实现数据共享、统一管理。

通过智慧照明管理系统向智慧城市迈进，进一步转变城市管理方式，降低城市管理运行成本，落实政府“主动治理”的理念，加快城市地区智慧化进程。