基于GIS和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧路燈信息系統(tǒng)

劉浩然 趙希奇

【摘 要】本文在我國(guó)城市路燈分布廣、數(shù)量和種類多、管線配置復(fù)雜及耗電量大的背景下，結(jié)合路燈管理部門(mén)設(shè)施管理、生產(chǎn)管理、節(jié)電規(guī)劃等需求，采用地理信息、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，在城市空間信息、地下管網(wǎng)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一平臺(tái)上，設(shè)計(jì)了智慧路燈信息系統(tǒng)，有效解決了路燈管理部門(mén)管理維護(hù)壓力巨大、管理信息化智能化程度低等問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】路燈管理；物聯(lián)網(wǎng)；智慧路燈；信息系統(tǒng)

一、背景

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市公共照明規(guī)模越來(lái)越大，形成了分布廣、數(shù)量和種類多、管線配置復(fù)雜及耗電量巨大等城市路燈網(wǎng)絡(luò)[1-2]。在城市照明的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工和日常管理的工作中，如果缺乏完備的信息與系統(tǒng)的支持，調(diào)控手段不足，就會(huì)遇到諸多不便，甚至影響城市形象。

目前大多數(shù)城市路燈管理部門(mén)仍采用臺(tái)賬來(lái)實(shí)行檔案管理，監(jiān)控和維護(hù)仍主要依賴于人工巡檢。照明設(shè)施的信息化、自動(dòng)化程度不夠，對(duì)異常天氣、環(huán)境的應(yīng)對(duì)能力也足[3]。針對(duì)這種現(xiàn)狀，迫切需要建設(shè)智慧路燈信息系統(tǒng)，在統(tǒng)一平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)路燈設(shè)施全數(shù)據(jù)立體化展示，實(shí)現(xiàn)城市路燈設(shè)施數(shù)據(jù)管理和控制一體化，并安裝集中控制器，實(shí)現(xiàn)路燈設(shè)備遠(yuǎn)程遙控、路燈狀態(tài)遠(yuǎn)程遙測(cè)、指令信息遠(yuǎn)程遙信、工作狀態(tài)遠(yuǎn)程遙調(diào)、重點(diǎn)地段遠(yuǎn)程遙視的“五遙”應(yīng)用[4-5]，提升城市路燈設(shè)施規(guī)劃、建設(shè)、管理和維護(hù)水平。

二、需求分析

目前，路燈管理部門(mén)存在管理維護(hù)壓力巨大、管理信息化智能化程度低等問(wèn)題[6]在路燈設(shè)施的日常管理方面存在需求如下：

1、設(shè)施管理需求

實(shí)現(xiàn)路燈設(shè)施的購(gòu)置、存儲(chǔ)、使用的全過(guò)程記錄和實(shí)際設(shè)備的一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)路燈設(shè)施施工檔案數(shù)字化管理，輔助路燈施工改造及相關(guān)信息查詢。同時(shí)能夠滿足數(shù)據(jù)頻繁更新。

2、生產(chǎn)管理需求

結(jié)合部件信息和路燈管線信息，精確位置信息，實(shí)現(xiàn)路燈設(shè)施故障精確定位，實(shí)現(xiàn)快速維修；實(shí)現(xiàn)故障上報(bào)、工單生成、派發(fā)工單、維修確認(rèn)、效果反饋，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程數(shù)字化管理。

3、節(jié)電規(guī)劃需求

制定全市節(jié)電規(guī)劃，結(jié)合道路、景點(diǎn)、居民區(qū)、商業(yè)區(qū)對(duì)路燈劃分不同的功能區(qū)塊，設(shè)定不同用光原則，使用不同的路燈設(shè)備，從而保證科學(xué)用光，提升照明效率。此外，還能夠結(jié)合三維場(chǎng)景對(duì)路燈的亮燈效果進(jìn)行全方位展示。

三、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

智慧路燈信息系統(tǒng)為了滿足對(duì)路燈設(shè)施建設(shè)、管理、維護(hù)等過(guò)程中的各類業(yè)務(wù)需求，需要基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、城市空間信息數(shù)據(jù)、地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)、路燈設(shè)備專業(yè)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)、數(shù)字柵格圖數(shù)據(jù)及城市三維模型數(shù)據(jù)，為路燈管理部門(mén)提供統(tǒng)一的空間定位和空間分析的基礎(chǔ)地理單元。

2、地下管網(wǎng)信息數(shù)據(jù)庫(kù)

地下管網(wǎng)信息數(shù)據(jù)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，主要包括路燈管線及屬性信息。

3、城市空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)

包括公用設(shè)施、道路交通、市容環(huán)境、園林綠化、房屋土地、其他設(shè)施的六大類數(shù)據(jù)，承擔(dān)城市照明功能的城市空間信息的信息，包括位置信息、物理屬性和管理屬性等全要素信息。

4、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)

動(dòng)態(tài)檢測(cè)信息的存儲(chǔ)管理，包括路燈狀態(tài)信息、路燈供電設(shè)備以及鏈路狀態(tài)信息、路燈周邊環(huán)境信息、異常報(bào)警信息的存儲(chǔ)等。

5、路燈專業(yè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)

路燈專業(yè)信息的存儲(chǔ)管理，包括路燈維護(hù)的工區(qū)劃分信息、路燈設(shè)施采購(gòu)信息、路燈設(shè)施庫(kù)存信息、路燈設(shè)備臺(tái)賬信息、路燈維護(hù)人員信息的存儲(chǔ)等。

四、信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智慧路燈信息系統(tǒng)包括一大平臺(tái)和五大應(yīng)用分系統(tǒng)。分別是智慧路燈信息服務(wù)平臺(tái)、設(shè)備監(jiān)控分系統(tǒng)、設(shè)施管理分系統(tǒng)、生產(chǎn)管理分系統(tǒng)、亮燈策略管理分系統(tǒng)及績(jī)效評(píng)價(jià)分系統(tǒng)。

1、智慧路燈信息服務(wù)平臺(tái)

以城市空間信息數(shù)據(jù)、地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)、路燈專業(yè)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提供二三維地圖展示服務(wù)、路燈信息查詢服務(wù)和路燈數(shù)據(jù)分析服務(wù)，實(shí)現(xiàn)路燈管理過(guò)程中相關(guān)信息的查詢統(tǒng)計(jì)和二三維地圖管理與基本操作等功能，具有用戶權(quán)限控制功能。同時(shí)，以服務(wù)的形式為應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)提供各類數(shù)據(jù)服務(wù)。

2、設(shè)備監(jiān)控分系統(tǒng)

以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用傳感器技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)等各種信息化手段對(duì)路燈的電流、電壓、照明強(qiáng)度等路燈主要參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)路燈輸電線路、配電箱等輸電設(shè)備的輸電狀態(tài)以及完整性進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)；同時(shí)將故障點(diǎn)信息與報(bào)警信息及時(shí)上傳。具備根據(jù)采集到的環(huán)境狀態(tài)信息對(duì)路燈的配照方案進(jìn)行智能調(diào)節(jié)的功能。

3、設(shè)施管理分系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以對(duì)路燈設(shè)施的安裝、維護(hù)、管理過(guò)程中所涉及到的購(gòu)買(mǎi)入庫(kù)、使用出庫(kù)、設(shè)施維修使用和設(shè)施報(bào)廢等過(guò)程形成全信息化的管理；同時(shí)為用戶提供通過(guò)該功能對(duì)路燈設(shè)施的工作狀態(tài)、物理屬性和管理屬性等信息進(jìn)行查詢，并能夠在二、三維地圖上對(duì)路燈設(shè)施信息進(jìn)行展示。另外，用戶還可以進(jìn)行分組查詢。

4、生產(chǎn)管理分系統(tǒng)

根據(jù)設(shè)備監(jiān)控分系統(tǒng)中獲得的故障點(diǎn)精確位置信息在線形成維修工單，并將工單及時(shí)派發(fā)給維修站，或者直接派發(fā)到維修人員手中。允許市民進(jìn)行故障報(bào)修，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)修管理功能。同時(shí)，為路燈維修過(guò)程中維修人員的臨時(shí)通電等請(qǐng)求進(jìn)行信息化流程審批，并將路燈設(shè)施的狀態(tài)進(jìn)行更新，上傳至智慧路燈信息服務(wù)平臺(tái)。另外，該系統(tǒng)能夠?yàn)槿粘５牧翢簟⒒榈攘鞒烫峁┤畔⒒牧鞒虒徟?/p>

5、亮燈策略管理分系統(tǒng)

為路燈設(shè)施的日常開(kāi)關(guān)燈提供預(yù)設(shè)策略接口，通過(guò)該接口對(duì)路燈日常的開(kāi)關(guān)燈策略和節(jié)能策略進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，并支持優(yōu)先級(jí)設(shè)定和策略組設(shè)定，并支持快捷配置功能。同時(shí)，結(jié)合城市空間信息系統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)對(duì)節(jié)電效果進(jìn)行可視化的直觀展示，對(duì)預(yù)設(shè)的開(kāi)關(guān)燈策略和節(jié)電策略的照明效果進(jìn)行直觀評(píng)估。

6、績(jī)效評(píng)價(jià)分系統(tǒng)

以設(shè)備監(jiān)控分系統(tǒng)監(jiān)控得到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警數(shù)據(jù)、設(shè)備采集數(shù)據(jù)、上電時(shí)間數(shù)據(jù)等的管理。具有將系統(tǒng)內(nèi)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以統(tǒng)計(jì)圖表的方式進(jìn)行展示，支持?jǐn)?shù)據(jù)的年表、月表的切換展示。支持對(duì)用電量、節(jié)能率、亮燈率等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表展示。同時(shí)，可擴(kuò)展進(jìn)行照度測(cè)量、PM2.5測(cè)量、空氣濕度探測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)及位置分享等能。

五、結(jié)束語(yǔ)

面對(duì)我國(guó)城市公共照明規(guī)模越來(lái)越大的背景，對(duì)城市路燈及其設(shè)施的管理和維護(hù)工作提出了更高的要求。結(jié)合路燈管理部門(mén)管理工作存在的問(wèn)題。設(shè)計(jì)了智慧路燈信息系統(tǒng)，有效保證了路燈亮燈率和道路亮化率，提高極端天氣下的應(yīng)急處理能力，改善城市居住環(huán)境，保證了市民生命財(cái)產(chǎn)安全。另外，通過(guò)合理的節(jié)能策略制定與下發(fā)，達(dá)到了節(jié)省電能的預(yù)期目的。

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