智慧照明能耗管理平臺(tái)在智慧城市中的應(yīng)用

張中方

（上海五零盛同信息科技有限公司）

智慧照明能耗管理平臺(tái)在智慧城市中的應(yīng)用

張中方

（上海五零盛同信息科技有限公司）

城市照明是一個(gè)城市最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，城市照明在帶動(dòng)了城市人居質(zhì)量環(huán)境、城市形象和整體素質(zhì)提升的同時(shí)，也在消耗著巨大的能源。其中城市照明建設(shè)領(lǐng)域各類的照明節(jié)能新技術(shù)、新產(chǎn)品也層出不窮，然而在照明管理領(lǐng)域?qū)δ芎姆矫娴募夹g(shù)及應(yīng)用相對(duì)匱乏，論文主要根據(jù)管理和軟件技術(shù)應(yīng)用的因素，介紹了以照明大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的照明能耗管理平臺(tái)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用。

智慧城市；智慧照明；大數(shù)據(jù)分析；節(jié)能減排；能耗管理平臺(tái)

1 背景

當(dāng)前中國(guó)正處于智慧城市建設(shè)快速發(fā)展的時(shí)期，智慧城市是把新一代信息技術(shù)充分運(yùn)用在城市的各行各業(yè)之中的基于知識(shí)社會(huì)下“一代創(chuàng)新”（創(chuàng)新2.0）的城市信息化高級(jí)形態(tài)，實(shí)現(xiàn)信息化、工業(yè)化與城鎮(zhèn)化深度融合，有助于緩解“大城市病”，提高城鎮(zhèn)化質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化和動(dòng)態(tài)管理。其實(shí)質(zhì)是利用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市智慧式管理和運(yùn)行。新一代信息技術(shù)的應(yīng)用也促進(jìn)了城市市政建設(shè)和管理取得了較大的進(jìn)步，其中作為市政管理重要的一環(huán)的城市照明更是得到了空前的提升，這對(duì)改善城市的投資環(huán)境，改變城市夜間形象，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，方便群眾生活、美化城市和提升城市知名度都起到了很大的作用。但是隨之而來(lái)的是城市照明能耗的大幅度提高，特別是能源價(jià)格的提升，使得城市電費(fèi)已經(jīng)成為政府財(cái)政的負(fù)擔(dān)，因此，有必要積極采取各項(xiàng)措施，以期減緩能源消耗上升趨勢(shì)，在全球在提倡綠色照明、低碳生活的時(shí)代，節(jié)能已經(jīng)成為任何一項(xiàng)工作可持續(xù)發(fā)展的必要條件。

我國(guó)是個(gè)能源消費(fèi)大國(guó)，同時(shí)人均電力資源遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，人均用電量和裝機(jī)容量都只是美國(guó)的1/10。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，未來(lái)電力需求將不斷增加，電力的供需矛盾狀況仍將難以改變。有鑒于此，我國(guó)早在1997年就頒布實(shí)施了《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》，指出節(jié)能是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)期戰(zhàn)略方針，要求各級(jí)人民政府加強(qiáng)節(jié)能工作，大力推進(jìn)節(jié)能技術(shù)進(jìn)步，逐步提高能源利用率，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)向節(jié)能型發(fā)展。

我國(guó)社會(huì)總用電量的13%為照明用電，高效節(jié)能的綠色照明是今后城市照明的必然趨勢(shì)。《“十三五”城市綠色照明規(guī)劃綱要》中明確提出：大力倡導(dǎo)綠色照明消費(fèi)方式：以構(gòu)建綠色生態(tài)與健康文明的城市照明光環(huán)境為目標(biāo)，以保障和改善民生作為加快轉(zhuǎn)變城市照明發(fā)展方式的基本出發(fā)點(diǎn)，在滿足城市照明基本功能的前提下降低照明的單位能耗，提高城市照明的質(zhì)量和節(jié)能水平，實(shí)現(xiàn)城市照明發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。

隨著我國(guó)城市建設(shè)的飛速發(fā)展，裝燈數(shù)量、線路長(zhǎng)度、覆蓋范圍都有了大幅飛躍，能源消耗也大幅度增長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)城市照明綠色、環(huán)保、安全、舒適的環(huán)境，我國(guó)各個(gè)城市照明管理單位和相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)都在不斷的探索和發(fā)展節(jié)能技術(shù)及產(chǎn)品，智慧城市關(guān)于綠色照明、節(jié)能降耗的指標(biāo)要求帶動(dòng)了節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品的進(jìn)一步升級(jí)，更是在照明數(shù)據(jù)的采集、節(jié)能數(shù)據(jù)的分析、對(duì)比等照明大數(shù)據(jù)方面填補(bǔ)了管理空白，真正實(shí)現(xiàn)能耗精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)、能耗趨勢(shì)分析對(duì)比，使得能耗通過(guò)大數(shù)據(jù)管理變得可視、可預(yù)測(cè)、可掌握。

2 現(xiàn)行城市照明節(jié)能管理方法

我國(guó)十三五規(guī)劃以及新型智慧城市建設(shè)都對(duì)城市照明節(jié)能減排提出了新的要求，我國(guó)各城市照明管理單位以及相關(guān)企業(yè)都在相關(guān)技術(shù)和方法上進(jìn)行了一定的探索和應(yīng)用，目前主要的節(jié)能手段主要有以下幾種：

1)應(yīng)用智能控制系統(tǒng)

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電子智能控制技術(shù)也隨取得輝煌的成就，在各行各業(yè)的應(yīng)用也十分的廣泛。城市道路照明通過(guò)電子智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)照明時(shí)間的自動(dòng)控制、以城市光照度值為依據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)道路照明的控制做到一定的科學(xué)照明，其顯著的特點(diǎn)就是高效節(jié)能。按照季節(jié)天氣的變化，設(shè)置好路燈開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行智能控制，大大減少了路燈常亮的情況，同時(shí)，智能控制系統(tǒng)也帶動(dòng)了人力成本的節(jié)約，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)路燈設(shè)備的遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等功能可以將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)隨時(shí)通報(bào)給管理人員，管理人員可以隨時(shí)掌控照明設(shè)備的現(xiàn)狀，做到問(wèn)題及時(shí)處理。通過(guò)智能控制系統(tǒng)的使用極大提高了城市照明管理水平，同時(shí)也對(duì)城市節(jié)能降耗發(fā)揮了一定的作用。

2)選用節(jié)能器件

通過(guò)選用節(jié)能的照明燈具直接進(jìn)行節(jié)能，現(xiàn)行路燈大多采用高壓鈉燈，高壓汞燈和金屬鹵化物燈等，這些都有較高的啟動(dòng)電壓和低放電來(lái)維持電壓，并通過(guò)鎮(zhèn)流器來(lái)保證路燈啟動(dòng)電流穩(wěn)定在所規(guī)定的范圍，高品質(zhì)的鎮(zhèn)流器有良好的穩(wěn)壓性能、能夠?qū)κ杖牍β屎洼敵龉馔窟M(jìn)起到穩(wěn)定作用，有利于節(jié)能。選用LED燈，它具有體積小，亮度高、能耗低的特點(diǎn)，具有豐富的色彩在城市照明燈具應(yīng)用中也得到了較廣泛的應(yīng)用。

3)單燈監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用

單燈監(jiān)控設(shè)備是智能控制的擴(kuò)展，通過(guò)每盞路燈安裝單燈控制終端，除了對(duì)每盞燈運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控以外，還可以通過(guò)制定一系列節(jié)能開(kāi)關(guān)燈預(yù)案進(jìn)行路燈節(jié)能管理，比如在后半夜通過(guò)單燈控制熄滅人行道燈，在必要的情況下執(zhí)行路燈“隔一亮一”，“隔二亮一”真正實(shí)現(xiàn)節(jié)約能耗的效果。

4)路燈節(jié)電柜的應(yīng)用

路燈接電柜主要是一種電壓可調(diào)的路燈節(jié)能裝置，將無(wú)觸點(diǎn)調(diào)壓方式應(yīng)用在城市道路照明工程，可在路燈的運(yùn)行中，保持供電設(shè)備端電壓的穩(wěn)定，當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)大的波動(dòng)時(shí)，能相應(yīng)的做出電壓的調(diào)節(jié)。在后半夜，降低路燈供電設(shè)備的端電壓，使其工作電壓低于電網(wǎng)電壓，控制路燈的照明亮度，保證路燈工作在節(jié)能狀態(tài)，不僅沒(méi)有妨礙交通照明還能提高高壓鈉燈的使用壽命，防止高壓鈉燈在后半夜高壓的情況下長(zhǎng)期照明而降低使用壽命，其降壓、節(jié)能效果明顯，從而達(dá)到了節(jié)約電能的目的。

上述幾種方案是目前我國(guó)道路照明管理應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中應(yīng)用較多的幾種節(jié)能降耗的手段，其主要還是以硬件技術(shù)的投入和應(yīng)用為主，此期節(jié)能手段相對(duì)還是較為單一，對(duì)智能控制、節(jié)電柜數(shù)據(jù)、單燈運(yùn)行數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、趨勢(shì)預(yù)判、規(guī)律總結(jié)等功能沒(méi)有發(fā)揮，數(shù)據(jù)僅是一個(gè)數(shù)字而已，如何將現(xiàn)場(chǎng)節(jié)能設(shè)備的功能發(fā)揮更大并且將節(jié)能設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)揮有效的價(jià)值，通過(guò)建立一套有效的智慧照明能耗管理平臺(tái)就非常有必要。

3 智慧照明能耗管理平臺(tái)概述

城市照明工程的建設(shè)不僅提升城市形象，同時(shí)改善城市環(huán)境，提升了城市生活品質(zhì)。但不可避免地帶來(lái)用電的大幅度增加，能源的巨大消耗。對(duì)城市照明來(lái)說(shuō)，在滿足交通安全和城市美化的同時(shí)，大力開(kāi)展綠色照明工作已成為當(dāng)前城市發(fā)展的緊迫問(wèn)題。因此將在照明設(shè)施基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、LED節(jié)能改造、照明節(jié)電管理、物聯(lián)網(wǎng)單燈節(jié)能、照明節(jié)能監(jiān)控、照明GIS地理信息平臺(tái)、以及大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上建設(shè)能耗管理平臺(tái)，利用空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和照明數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)技術(shù)，分析照明線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀、城市照明能耗、節(jié)能減排效果和社會(huì)效益的節(jié)能效果、分布現(xiàn)狀、照度分布現(xiàn)狀、設(shè)施故障率的現(xiàn)狀等，主要通過(guò)大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)對(duì)城市綠色照明提供數(shù)據(jù)分析，項(xiàng)目建設(shè)數(shù)據(jù)支撐以及科學(xué)的決策支持為目的，為城市智慧照明工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和照明管理提供決策支持。也可為路燈管理人員提供實(shí)際用電數(shù)據(jù)、產(chǎn)能數(shù)據(jù)，量化管理，掌握路燈的實(shí)際電量，從而將原有的經(jīng)驗(yàn)式宏觀管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫?xì)式智慧管理模式（見(jiàn)圖1）。通過(guò)該系統(tǒng)，管理人員可以作到“掌握情況、摸清規(guī)律、系統(tǒng)診斷、合理用能”，大大提升管理水平。通過(guò)內(nèi)部路燈監(jiān)控系統(tǒng)、照明節(jié)電系統(tǒng)、單燈物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)提取和匯總，實(shí)現(xiàn)節(jié)能數(shù)據(jù)的分析和展現(xiàn)，為管理人員展現(xiàn)路燈節(jié)能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、故障預(yù)警、線性聯(lián)系等，為領(lǐng)導(dǎo)了解和掌握路燈節(jié)能實(shí)際情況提供直觀展現(xiàn)。

圖1 某城市智慧照明能耗管理平臺(tái)直觀展示

4 智慧照明能耗管理平臺(tái)功能

4.1 能耗報(bào)告

能耗采集的是電表的總有功功率，主要是掌握能源消耗情況，找出能源消耗異常值。包括能耗值的逐時(shí)、逐日、逐月、逐年報(bào)告；單位面積能耗為能耗評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支持；目標(biāo)值參考幫助分析實(shí)際能耗值與能耗目標(biāo)值的差異；功率因子參考提供能耗值（電能）與用能品質(zhì)間的比對(duì)；溫度、濕度參考幫助分析能耗資料與環(huán)境數(shù)據(jù)的相關(guān)性。

4.2 能耗排名

不同時(shí)間范圍內(nèi)的能耗值排序，以升序或降序顯示。幫助找出能耗最低和最高的路段和亮化樓宇，為下一步進(jìn)行節(jié)能改造提供依據(jù)。

4.3 能耗比較

比較相同時(shí)間范圍內(nèi)不同路段的能耗值，或比較同一路段在不同時(shí)間范圍內(nèi)的能耗值，利用數(shù)據(jù)生成折線、柱狀圖等，針對(duì)路燈使用效果可以提供有效的數(shù)據(jù)對(duì)比和分析，對(duì)路燈整體節(jié)能進(jìn)展情況有個(gè)全面的掌握。

4.4 偏差分析

任何一天不同時(shí)段能耗值與目標(biāo)值的偏差計(jì)算。能耗值超過(guò)目標(biāo)值的時(shí)段偏差值用紅色表示，表明能源消耗的增加傾向，可以設(shè)置超限報(bào)警，實(shí)現(xiàn)路燈能源動(dòng)態(tài)精細(xì)化管理。

4.5 回歸分析

回歸分析----對(duì)每個(gè)控制箱及燈具的有功功率、無(wú)功功率、瞬間功率、功率因素進(jìn)行線性回歸分析，展現(xiàn)各成員參數(shù)之間的線性關(guān)系；同時(shí)通過(guò)照度及路燈用電量線性關(guān)系總結(jié)得出路燈具體的使用狀態(tài)，為部門(mén)維護(hù)更換提供依據(jù)。

4.6 用電分析

根據(jù)所選費(fèi)率以及實(shí)際用電狀況，分時(shí)間段（離峰、半尖峰、尖峰）顯示用電趨勢(shì)以及用電報(bào)表

5 節(jié)能效果對(duì)比分析

5.1 光源改造效果分析

比如路燈節(jié)能常用的方法之一就是對(duì)燈具進(jìn)行LED改造，改造前后的使用能耗可以通過(guò)智能控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程抄表的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，得出更換LED光源前后對(duì)道路照明的節(jié)能效果。也可以通過(guò)抄表得來(lái)的用電量大數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)用的LED光源的進(jìn)行使用效果評(píng)價(jià)。

5.2 照明監(jiān)控節(jié)能效果分析

利用先進(jìn)的管理手段進(jìn)行科學(xué)照明也是路燈節(jié)能的重要手段，該系統(tǒng)可以根據(jù)不同燈型的控制要求，把全市的路燈和景觀燈分成若干組，分別采用時(shí)控方案或時(shí)控和光控相結(jié)合的控制方案，自動(dòng)遙控開(kāi)/關(guān)全夜燈、半夜燈和景觀燈；也可以手動(dòng)對(duì)全夜燈、半夜燈和景觀燈進(jìn)行遙控開(kāi)/關(guān)操作；在特殊需要的情況下，可以實(shí)現(xiàn)白天亮燈。當(dāng)出現(xiàn)白天亮燈的情況時(shí)，系統(tǒng)能夠第一時(shí)間將該不正常情上報(bào)給負(fù)責(zé)人，有效杜絕了白天亮燈的情況，減少了不必要的能源浪費(fèi)，同時(shí)光控開(kāi)關(guān)燈的策略有效的實(shí)現(xiàn)了“按需照明”優(yōu)化有效亮燈時(shí)間，實(shí)現(xiàn)亮燈時(shí)間精細(xì)化管理水平，進(jìn)一步節(jié)約用電量。

通過(guò)單燈控制器對(duì)有必要的燈具進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可以根據(jù)情況通過(guò)系統(tǒng)存儲(chǔ)的開(kāi)關(guān)燈預(yù)案將路燈實(shí)現(xiàn)隔盞亮燈，既保證了路燈照明又實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

針對(duì)樓宇亮化，我們可以根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)照明監(jiān)控系統(tǒng)將其按照節(jié)假日模式、平日模式進(jìn)行預(yù)案設(shè)置，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的模式的時(shí)候樓宇亮化即可以投入運(yùn)行，既滿足了亮化的效果也充分實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的，實(shí)現(xiàn)樓宇亮化的按需控制及節(jié)能的精細(xì)化水平。

5.3 綜合節(jié)能效果分析

根據(jù)集中節(jié)能前后監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出集中節(jié)能設(shè)備對(duì)道路照明的節(jié)能效果。通過(guò)節(jié)能前后的對(duì)比，通過(guò)圖形呈現(xiàn)節(jié)能效果（見(jiàn)圖2）。

1）評(píng)估單項(xiàng)節(jié)能手段的節(jié)能效果

系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)道路照明能耗，記錄正常使用情況下消耗的能耗值。目前，可以采用變功率和半夜燈的模式進(jìn)行節(jié)能。節(jié)能啟動(dòng)之后，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)節(jié)能啟動(dòng)之后道路消耗的能耗值，并與正常情況下消耗的能耗值進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出即時(shí)的節(jié)能數(shù)值和節(jié)能率，生成動(dòng)態(tài)圖呈現(xiàn)節(jié)能效果。綜合分析得到的數(shù)據(jù)，可以分析出最優(yōu)的節(jié)能措施，為節(jié)能改造制定科學(xué)規(guī)范的規(guī)則制度。

圖2 用圖形呈現(xiàn)節(jié)能效果

2）評(píng)估節(jié)能改造效果

節(jié)能設(shè)施改造之后，可以通過(guò)對(duì)比記錄表中改造前后設(shè)施的設(shè)施信息和能耗信息，綜合考慮設(shè)施的購(gòu)買(mǎi)成本、維護(hù)成本和能耗成本，根據(jù)設(shè)施的使用壽命，計(jì)算總能耗，通過(guò)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，對(duì)改造后的設(shè)施運(yùn)行狀況和節(jié)能效果進(jìn)行對(duì)比分析，為今后的照明規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)和改造提供實(shí)踐依據(jù)。

6 總結(jié)及展望

利用智慧照明能耗管理平臺(tái)對(duì)照明實(shí)際管理工作中智能控制終端、單燈控制器、節(jié)電柜等節(jié)能數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一收集、分析和處理，并通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行集中展現(xiàn)，該平臺(tái)成功運(yùn)用了大數(shù)據(jù)的挖掘和映射功能，使得節(jié)能管理變的更加有“立體感”，通過(guò)平臺(tái)有效的建立起管理人員和現(xiàn)場(chǎng)節(jié)能設(shè)備之間的管理聯(lián)系，這個(gè)聯(lián)系是綜合的、全方位的，它徹底開(kāi)闊了智慧照明的管理思路，提升了智慧城市建設(shè)的新高度。該方法還具有通用性，能夠廣泛應(yīng)用于城市照明行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的管理工作中。

[1]李今.大數(shù)據(jù)分析算法在城市照明管理中的應(yīng)用研究[J].軟件導(dǎo)刊,2015,14(5):1-2.

[2]王亮.城市照明節(jié)能措施研究[J].經(jīng)營(yíng)管理者,2009(14):223-223.

[3]行娟娟.交流調(diào)壓在路燈節(jié)能上的應(yīng)用[J].科學(xué)時(shí)代,2015(11):158-158.

[4]吳尚升.關(guān)于城市照明節(jié)能措施的研究與分析[J].山東工業(yè)技術(shù),2015(5):164-164.

The Application of Intelligent Lighting Energy Consumption Management Platform in Smart City

ZHANG Zhong-fang

(Shanghai Wuling Shengtong Information Technology Co., Ltd.)

Urban lighting is an important part in a city, improving the quality of urban human settlements environment, city image and the improvement of overall quality, with huge energy consumption. Which the urban lighting construction field of all kinds of lighting energysaving new technologies, new products also emerge in endlessly, but in the field of lighting management technology and application of energy consumption is relatively scarce, this paper mainly according to the factors of management and software technology, introduces the lighting large data based lighting energy management platform in the urban construction, the application of intelligence.

smart city; smart lighting; big data analysis; energy conservation and emission reduction; energy consumption management platform