淺談LED路燈GPRS智能監(jiān)控系統(tǒng)

王園 姚穎洲

(北京郵電大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,北京 100876)

淺談LED路燈GPRS智能監(jiān)控系統(tǒng)

王園 姚穎洲

(北京郵電大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,北京 100876)

隨著《道路交通法》的頒布實(shí)施,我國(guó)城市居民的道路出行安全得到了法律保障。然而,夜間天色昏暗,能見度低,人們警惕性較弱,道路情況復(fù)雜,交通事故發(fā)生頻仍,各類路燈系統(tǒng)由此應(yīng)運(yùn)而生。本文試圖闡述LED路燈GPRS智能監(jiān)控系統(tǒng)的建立背景、意義和運(yùn)行方式,希望增進(jìn)公眾對(duì)現(xiàn)代路燈監(jiān)控系統(tǒng)的了解,為城市夜間交通安全提供參考。

LED路燈 GPRS技術(shù) 智能監(jiān)控系統(tǒng)

1 相關(guān)概念

1.1 LED路燈

路燈是指給道路提供照明功能的燈具，泛指交通照明中路面照明范圍內(nèi)的燈具，由燈具、電器、光源、燈桿、燈臂、法蘭盤和基礎(chǔ)預(yù)埋件組成一個(gè)整體，與交通安全、公民生命和財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)。LED是發(fā)光二極管(Light～Emitting Diode)的簡(jiǎn)稱，指能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。它利用載流子在LED內(nèi)部半導(dǎo)體間的過渡層——PN結(jié)復(fù)合時(shí)，將多余能量以光的形式釋放的原理，直接把電能轉(zhuǎn)化為光能，光色與半導(dǎo)體材料有關(guān)。

LED路燈是當(dāng)前我國(guó)城市普遍使用的路燈，即將LED作為路燈的發(fā)光組件。它使用比高壓電源更安全的低壓電源，特別適用于公共場(chǎng)所；能耗是同光效白熾燈的20%，功率不超過0.1W；使用壽命長(zhǎng)，初始光衰50%的時(shí)間為10萬小時(shí)；采用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量極低；不含重金屬汞，環(huán)保無毒，可回收再利用；被完全封裝在環(huán)氧樹脂里，堅(jiān)固耐用；價(jià)格也越來越市場(chǎng)化和平民化。

1.2 GPRS技術(shù)

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的簡(jiǎn)稱，通常被稱為第2.5代移動(dòng)通訊技術(shù)，GSM技術(shù)(2G)的延續(xù)。以封包為單位來傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)GSM原有時(shí)隙進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，每個(gè)用戶均可同時(shí)占用多個(gè)信道，每個(gè)信道又可有多個(gè)用戶高效共享。

其傳輸速率最高可達(dá)171.2Kbps，連接費(fèi)用僅按數(shù)據(jù)流量計(jì)算，相當(dāng)?shù)土⑿逻B接幾乎無需任何時(shí)間。它永遠(yuǎn)在線，質(zhì)量?jī)?yōu)良，安全可靠，技術(shù)成熟。基于上述特征，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)使用以GPRS數(shù)據(jù)傳輸為主的通信方式。

2 系統(tǒng)建設(shè)的迫切性

目前，我國(guó)路燈存量為2800萬～3000萬盞，近幾年每年新增15%～20%，約為300萬～600萬盞。隨著路燈設(shè)施數(shù)量的增加，傳統(tǒng)人工管理的弊端日趨明顯：耗費(fèi)較多人力和物力，管理成本高；不能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控路燈設(shè)施的運(yùn)行狀況，造成設(shè)施故障信息的滯后性，不能及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，影響市民夜間出行安全，存在諸多安全隱患；路燈的功率不能隨電網(wǎng)電壓的變化實(shí)時(shí)控制，造成大量能源浪費(fèi)，降低電能的使用效率，縮短了燈具的使用壽命。

隨著數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)路燈系統(tǒng)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化管理進(jìn)行了研究，不但可以節(jié)約能源、延長(zhǎng)燈具使用壽命，同時(shí)還能夠提高城市建設(shè)的管理水平，保障市民夜間出行的安全，降低交通事故的發(fā)生率。近年來的研究和實(shí)踐表明，雖然目前國(guó)內(nèi)的路燈監(jiān)控系統(tǒng)在功能、技術(shù)性能和工作可靠性等方面達(dá)到了一定的水平，但在穩(wěn)壓方面仍存在許多需要改進(jìn)的地方。智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)化、精確化和動(dòng)態(tài)化已經(jīng)成為現(xiàn)代城市道路照明管理系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，GPRS技術(shù)在路燈監(jiān)控中的作用應(yīng)運(yùn)而生。

按照每年新增路燈數(shù)量全部為L(zhǎng)ED燈具，每盞1000～2000元計(jì)算，年增量在30～60億元人民幣。LED路燈使用超過6000小時(shí)的故障率小于1%。目前照明約占全球用電量的19%，如果全球采用的照明系統(tǒng)效率比現(xiàn)有提升一倍，就相當(dāng)于減少歐洲一半的用電量和排熱量。根據(jù)一項(xiàng)全球性的獨(dú)立試驗(yàn)，LED路燈最大可以節(jié)省85%的能源。

2011年，全國(guó)燈具及照明裝置的產(chǎn)量達(dá)25億套，同比增長(zhǎng)6.38%。從各省市的產(chǎn)量來看，浙江省達(dá)10.7億套，同比增長(zhǎng)9.13%，占全國(guó)總產(chǎn)量的42.4%；廣東省產(chǎn)量達(dá)8.7億套，同比下降4.44%，占全國(guó)總產(chǎn)量的34.43%。2011年中國(guó)LED市場(chǎng)將從2010年的47億美元增長(zhǎng)到58億美元，上升23%，LED已成為中國(guó)制造的熱門產(chǎn)品，而且是很有吸引力的投資領(lǐng)域。另外，政府對(duì)該產(chǎn)業(yè)的支持正在產(chǎn)生效果，預(yù)計(jì)2015年中國(guó)LED市場(chǎng)將達(dá)到111億美元，2010～2015年的復(fù)合年度增長(zhǎng)率為17.7%。

綜上所述，我國(guó)LED路燈及其對(duì)使用GPRS技術(shù)監(jiān)控的依賴需求十分迫切。

3 系統(tǒng)自身優(yōu)勢(shì)

簡(jiǎn)略概括，LED路燈GPRS智能監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)安全可行。路燈設(shè)計(jì)的根本理念是保障交通安全。為了提供安全的照明環(huán)境，降低漏電、泄毒、故障、損壞、失控等事件的發(fā)生率，特地采用低壓、封閉、無毒、穩(wěn)定性高、光衰期長(zhǎng)、體格輕小、堅(jiān)固耐用的LED燈，使用技術(shù)可靠、監(jiān)控經(jīng)驗(yàn)豐足、沒有時(shí)隙盲區(qū)、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量?jī)?yōu)良的GPRS技術(shù)，保證道路夜間光線明亮、穩(wěn)定，監(jiān)控有序、正常。

由于LED和GPRS并非高、精、尖新端科技，市場(chǎng)普及率高，成本漸趨低廉，技術(shù)可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)，該智能系統(tǒng)具有高度可行性。

(2)環(huán)保節(jié)能。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快、規(guī)模擴(kuò)大，需要部署的路燈照明設(shè)施也越來越多。全球能源日趨緊張，節(jié)能減排是可持續(xù)發(fā)展的重要需求，故路燈設(shè)計(jì)也要達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。

LED工作電壓極低(有的僅一伏特)，發(fā)光電流極小(有的僅零點(diǎn)幾毫安)，由此計(jì)算的發(fā)光功率更是微乎其微，極其節(jié)能。它使用壽命長(zhǎng)、功率極小、材料環(huán)保、可回收再利用，是環(huán)保節(jié)能的理想選擇。GPRS的通信和供能資源使用也較同類業(yè)務(wù)為少。

(3)高效低廉。在交通事故中，往往只是瞬間的疏忽釀成慘禍，交通設(shè)施容不得半點(diǎn)怠慢和延遲。普通白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，而LED為納秒級(jí)，響應(yīng)、檢錯(cuò)調(diào)整和維修的時(shí)延都在高效范圍之內(nèi)，利于最大限度保證道路的照明和系統(tǒng)的指令執(zhí)行。GPRS數(shù)據(jù)傳輸速度極快，最高達(dá)171.2Kbps，10倍于GSM，還可以穩(wěn)定地傳送大容量高質(zhì)量音頻和視頻文件，且無需為每次數(shù)據(jù)的訪問建立新的呼叫連接，可隨時(shí)在線，實(shí)時(shí)監(jiān)控路燈情況。

一般情況下，技術(shù)普及率與市場(chǎng)價(jià)格成反比。LED已經(jīng)廣泛應(yīng)用于指示燈、顯示板、顯示器、彩光裝飾和照明，我國(guó)部分城市的公路、學(xué)校、廠區(qū)等場(chǎng)所已經(jīng)換裝完LED路燈；GPRS業(yè)務(wù)更是家喻戶曉、人盡皆用，按照使用流量計(jì)費(fèi)的方式合理又低廉。

(4)模型成熟。目前，該系統(tǒng)的模型建立已經(jīng)取得一定成果。山東樂航節(jié)能科技股份有限公司的幾名員工，在2010年發(fā)表了名為《基于GPRS的智能路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究》的科技論文，提出了系統(tǒng)模型成果。湖南省高等學(xué)校科學(xué)研究項(xiàng)目(11C0098)作者李悅也提出了智能監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了完整的監(jiān)控電路、系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、管理節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)和管理節(jié)點(diǎn)軟件流程。這些簡(jiǎn)單明了可操作性強(qiáng)的模型，為系統(tǒng)的建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 政策支持

2007年，國(guó)家出臺(tái)《高效照明產(chǎn)品推廣財(cái)政補(bǔ)貼資金管理暫行辦法》，規(guī)定每只高效照明產(chǎn)品，中央財(cái)政按照中標(biāo)協(xié)議供貨價(jià)格的30%給予補(bǔ)貼。2012年2月，國(guó)家相關(guān)部門發(fā)布了2012年LED照明產(chǎn)品的補(bǔ)貼推廣的計(jì)劃，投資22億元用于LED路燈等節(jié)能燈具的補(bǔ)貼?！?013-2017年中國(guó)LED照明產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》出臺(tái)，從目標(biāo)市場(chǎng)分析、資金支出等方面分析了LED路燈的前景和規(guī)劃，及時(shí)為該項(xiàng)目順利完成提供了戰(zhàn)略分析。這些政策結(jié)合《節(jié)約能源法》等法律法規(guī)，支持該系統(tǒng)順利進(jìn)行和完成。

5 推廣及效益衡量方法

由于該系統(tǒng)為公共交通設(shè)施服務(wù)，關(guān)系到市民人身和財(cái)產(chǎn)安全，必然會(huì)引起相關(guān)企事業(yè)單位和市民的高度重視。一般情況下，技術(shù)普及率與市場(chǎng)價(jià)格成反比。LED已經(jīng)廣泛應(yīng)用于指示燈、顯示板、顯示器、彩光裝飾和照明，在城市的普及程度中等，還留有一定的市場(chǎng)空間；GPRS業(yè)務(wù)更是家喻戶曉、人盡皆用，按照使用流量計(jì)費(fèi)的方式合理又低廉，可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)。該系統(tǒng)在城市路燈監(jiān)控中的應(yīng)用越來越普遍。

該系統(tǒng)運(yùn)用后的效果表現(xiàn)為路燈監(jiān)控質(zhì)量明顯上升，夜間因光線問題造成的交通事故減少，夜間出行更加安全。成果衡量采用“前—后”對(duì)比分析法。使用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)，輸入指令，控制其他變量，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。與前項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比，確認(rèn)效果顯著后再在試點(diǎn)路段實(shí)際安裝新智能系統(tǒng)，進(jìn)行試運(yùn)行；試點(diǎn)路段的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)與原系統(tǒng)相比，在其他變量變動(dòng)微小的情況下，路燈監(jiān)控效率和質(zhì)量有明顯提高，夜間交通事故率有下降趨勢(shì)，即說明預(yù)期目標(biāo)得到了實(shí)現(xiàn)。

在系統(tǒng)試驗(yàn)階段，這里簡(jiǎn)述杭州電子科技大學(xué)的李立軒的結(jié)果：

信息服務(wù)平臺(tái)的采用visual studio集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)，并采用Access數(shù)據(jù)庫(kù)，集成了用戶管理、路燈管理、道路管理、操作指南等功能。實(shí)驗(yàn)包括系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試，普通路燈與LED路燈耗能、發(fā)熱、完整時(shí)間段內(nèi)照度和功率的監(jiān)測(cè)等。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，智能監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)時(shí)間段和需求來調(diào)節(jié)參數(shù)，在響應(yīng)時(shí)間、照明效果、溫度監(jiān)控和節(jié)約電熱方面達(dá)到了預(yù)期效果。

6 總結(jié)與展望

LED路燈GPRS智能監(jiān)控系統(tǒng)的社會(huì)普遍性較高，安全環(huán)保，高效節(jié)能，能夠滿足城市交通的照明及安全需要。另外，ZigBee技術(shù)在路燈監(jiān)控中的應(yīng)用的研究也越來越多，ZigBee技術(shù)、GPRS技術(shù)及LED路燈的結(jié)合，將會(huì)給城市照明設(shè)施帶來更大的效益提升，滿足社會(huì)公眾的夜間出行需求和安全，造福于市民。

[1]李立軒.基于GPRS的路燈智能控制技術(shù)的研究[D].杭州電子科技大學(xué)碩士,2012：44-47.

[2]張偉,王宏剛,程培溫.基于GPRS的智能路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2010.18(9).

王園,北京郵電大學(xué)2011級(jí)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,公共事業(yè)管理專業(yè),學(xué)生。姚穎洲,北京郵電大學(xué)2011級(jí)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,公共事業(yè)管理專業(yè),學(xué)生。