智慧城市景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)研究

曾學仁

【摘 ?要】隨著科技的發(fā)展與進步，人類社會的發(fā)展也發(fā)生了翻天覆地的變化，現(xiàn)今的城市建設(shè)正在向智慧型轉(zhuǎn)變。而為了解決智慧城市內(nèi)的道路照明管理存在的巨大問題，需要在太陽能路燈控制器基礎(chǔ)上而形成的智慧照明系統(tǒng)中運用新型技術(shù)，這樣才能使其具有智慧照明、大數(shù)據(jù)控制等諸多優(yōu)勢。對于景觀照明遠程監(jiān)控與節(jié)能系統(tǒng)而言，集中監(jiān)控方式是其的重要組成部分，為此必須完善傳統(tǒng)控制方式的穩(wěn)定性，改變其的操作模式，使其監(jiān)控方法操作更加便捷?；诖?，本文將對智慧城市景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)進行詳細的分析和研究，并同時對GPRS技術(shù)與ZigBee技術(shù)進行研究分析，進而能夠從總體框架上設(shè)計該系統(tǒng)，完善該系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】智慧城市;景觀照明;節(jié)能管理系統(tǒng);研究

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷進步，城市照明建設(shè)的迅速發(fā)展，使得智能管理的照明信息管管理系統(tǒng)應(yīng)運而生，它可以提升城市照明的亮燈率、改善投資環(huán)境。目前，有關(guān)城市景觀照明的研究和應(yīng)用已進入到了一個新時代，但其仍然存在著很多不完善的地方。一方面，現(xiàn)階段的城市景觀照明主要被應(yīng)用于政府部門與住宅小區(qū)，這使得其的應(yīng)用范圍受到局限，可應(yīng)用空間過小。另一方面，城市景觀照明的控制模式較為單一，多數(shù)還在沿用傳統(tǒng)的定時鐘控制方式，這就使得其在系統(tǒng)運行維護上較為復(fù)雜困難。因而，想要解決這些傳統(tǒng)管理模式中的操作復(fù)雜，耗費人力，可靠性低等問題，就必須對原有的景觀照明監(jiān)控系統(tǒng)進行研究，不斷的創(chuàng)新優(yōu)化該系統(tǒng)，提高其的節(jié)能環(huán)保效率，這樣才能為智慧城市的建設(shè)提供幫助，為此，研究好智能化節(jié)能管理系統(tǒng)已經(jīng)是目前的首要目標。

1、城市景觀照明節(jié)能設(shè)計的必要性

城市景觀照明系統(tǒng)是城市景觀工程的一部分，對城市形象有很大影響，很多城市在建設(shè)過程中十分注重景觀照明建設(shè)，但是在建設(shè)過程中過于追求城市形象和亮度，對路燈系統(tǒng)的科學分析論證不足，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計，整個城市路燈系統(tǒng)分散另算，沒有主次之分。因此導(dǎo)致整個城市景觀照明工程的耗電量十分巨大，每天消耗的能源較多。隨著節(jié)能理念的不斷發(fā)展和應(yīng)用，城市路燈照明節(jié)能發(fā)展受到的關(guān)注程度越來越高。節(jié)能是未來城市照明系統(tǒng)的發(fā)展的要求，從節(jié)約能源和環(huán)境保護的角度出發(fā)，大力發(fā)展和推廣高效照明工具，營造一種經(jīng)濟、舒適、環(huán)保的照明環(huán)境，是改善人們的生活質(zhì)量，滿足人們對照明質(zhì)量、照明環(huán)境的更高要求的必要途徑。實施城市景觀照明系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展，也可以對當前階段能源緊張問題進行解決，實現(xiàn)能源的充分利用，而且各種節(jié)能設(shè)備的能耗低，使用壽命長，隨著新設(shè)備、新技術(shù)的不斷應(yīng)用，節(jié)能型路燈以及各種設(shè)施設(shè)備的使用時間更長，減少后期維護成本，對于城市建設(shè)可持續(xù)發(fā)展有十分重要的意義。

2、城市景觀照明節(jié)能管理系統(tǒng)

為了實現(xiàn)對城市景觀照明系統(tǒng)進行節(jié)能控制，可以采用ZigBee 網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)計，該網(wǎng)絡(luò)是基于 IEEE802.15.4 標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，是一種功耗較低的無線通信技術(shù)，主要用用于家庭自動化、汽車自動化、智能化等領(lǐng)域，具有多種優(yōu)點，用于對城市景觀照明系統(tǒng)進行控制是最佳選擇。

2.1 監(jiān)控節(jié)能系統(tǒng)終端層設(shè)計

監(jiān)控終端是本系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的硬件設(shè)備，主要負責照明系統(tǒng)的設(shè)備運行情況、故障信息、電流和電壓數(shù)據(jù)的傳輸，這些數(shù)據(jù)最終會被傳輸?shù)綉?yīng)用層的監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心實現(xiàn)對照明設(shè)備的監(jiān)控。

2.2 主節(jié)點層設(shè)計

主節(jié)點是系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，主節(jié)點負責傳感信息，對路燈的工作情況進行了解，并且將收集到的信息通過 GPRS 或短消息的方式遠程傳輸?shù)綉?yīng)用層的控制中心，這一個環(huán)節(jié)有機融合了3G 技術(shù)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以將路燈的工作情況迅速地傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，由監(jiān)控中心分析情況之后及時作出響應(yīng)。在路燈端，為了實現(xiàn)對路燈工作狀態(tài)以及故障信息的監(jiān)控，需要設(shè)計傳感系統(tǒng)，基于 ZigBee 技術(shù)的 MC13213 的無線傳感控制器模塊，可以及時采集路燈的工作狀態(tài)，然后由通信系統(tǒng)將信息傳輸?shù)?3G數(shù)據(jù)收發(fā)處理模塊。

2.3 服務(wù)器層設(shè)計

系統(tǒng)的服務(wù)器層主要是通信軟件和管理軟件的集合，管理軟件必須要滿足人性化、多功能化和智能化等優(yōu)點，并且能夠?qū)β窡舻拈_啟關(guān)閉、故障報警、狀態(tài)顯示等過程進行實時操控，實現(xiàn)路燈系統(tǒng)的智能化管理。通信軟件主要通過與 GPRS 保持通信，負責獲取程序的控制指令，當程序的控制指令被執(zhí)行之后可以將指令存入數(shù)據(jù)庫中，該服務(wù)器是運行在監(jiān)控中心的服務(wù)器之上的，需要保持和路燈端的通信裝置之間的順暢通信。通信軟件可以采用異步 Socket 機制，以 Service 為主要形式，通過執(zhí)行各種軟件指令，完成網(wǎng)絡(luò)端口的任務(wù)，確保城市路燈的工作情況可以被及時監(jiān)控，當出現(xiàn)故障的時候也能及時響應(yīng)，對故障問題進行處理。

3、城市景觀照明節(jié)能設(shè)計

3.1 保持合適的照度

合適的照度是道路節(jié)能工作中最需要重視的問題，包括兩個方面，一個是照明系統(tǒng)的照度必須要滿足道路所需，另一個是必須要減少能耗。通過對當前城市景觀照明系統(tǒng)進行觀察發(fā)現(xiàn)，道路照度偏高，不僅增加了路燈的能耗，也削弱了道路兩旁的景觀照明效果。在確定道路照明系統(tǒng)的照度時，應(yīng)該要根據(jù)現(xiàn)行有效的標準《城市道路照明設(shè)計標準》（CJJ45-2006）來進行照度的設(shè)計，盡量選擇照度合適的光源，減少能源浪費和光污染。照度標準確定之后要計算出準確的照度，可以選擇相應(yīng)的照明計算軟件，快速方便地確定燈具布置形式、桿高、路燈間距、光源容量，避免路燈設(shè)計系統(tǒng)的盲目性。

3.2 選擇高效率的光源

光源指的是路燈的類型，光源的質(zhì)量也會對路燈系統(tǒng)的節(jié)能效果造成較大的影響，當前城市景觀照明的常用的光源有高扭鈉燈和熒光燈，高扭鈉燈是一種節(jié)能光源，其透霧性較強，光色比較柔和，使用壽命較長，在相同的照度條件下，其節(jié)電水平是普通熒光燈的三倍左右，但是光源的顯色性差，不易控制。在城市路燈照明系統(tǒng)設(shè)計過程中可以逐漸改變傳統(tǒng)的光源，采用高效的節(jié)能控制設(shè)備和新型光源，實現(xiàn)對光源的自動調(diào)節(jié)，降低照明線路電能損耗和電扭損耗。

3.3 關(guān)閉半數(shù)光源

關(guān)閉半數(shù)光源的方式帶來的節(jié)能效果最明顯，最高的時候可以達到 50% 的節(jié)電量，在電力緊張的時候，采用關(guān)閉半數(shù)光源的方式是節(jié)能照明的首選方式。具體來講，主要采用“亮一隔一”或“亮一隔二”的措施，關(guān)閉一部分光源，但是這種方式不能一直采用，因為這種設(shè)計方案會減少照度，對人們的出行安全以及維護社會治安帶來不利影響，而且還需要在同一個路徑上敷設(shè)兩根路燈供電電纜，反而增加了建設(shè)投資的數(shù)額。所以在城市景觀照明設(shè)計過程中，應(yīng)該要根據(jù)不同的燈桿布置方式，確定是否可以采取關(guān)閉半數(shù)光源的方式進行節(jié)能。在關(guān)閉半數(shù)光源方式中，最合適的燈桿布置方式是交錯布置，即左右兩邊都有對稱光源，此時可以盡量使路面的照度保持均勻，在用電量較少的后半夜可以采取這種方式減少能耗。

3.4 智能光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)

所謂的智能光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)就是一種智能化路燈控制技術(shù)，它的節(jié)能效果能達到15% 左右。這種技術(shù)主要是將控制裝置安裝在路燈配電回路的起始端，在前半夜用電量較高時控制路燈回路為全壓，在接近午夜和后半夜時，這時的用戶的用電負荷較低，電網(wǎng)電壓低于220V，因而可以降低路燈回路系統(tǒng)的電壓，減少部分的電能消耗。雖然電壓被降低，但是對于高壓鈉燈而言，其不會受低壓影響而熄滅。所以采用這種裝置和設(shè)備可以避免電能浪費，

結(jié)語

綜上所述，市照明節(jié)能管理系統(tǒng)的研究發(fā)展必須要在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的幫助下完成，這樣可以做到對區(qū)域城市照明監(jiān)控的智能化控制，及時的獲取準確的信息，對于出現(xiàn)故障的地方做到適時的維護，提高了節(jié)能效果。而將ZigBee技術(shù)與GPRS技術(shù)進行有效的融合，可以形成一個新的路燈控制模式，相比較傳統(tǒng)的模式而言可以更好的保證系統(tǒng)的可靠運行。在該系統(tǒng)中引入國外產(chǎn)品技術(shù)，進而融合“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，將可以實現(xiàn)城市照明全方位整體節(jié)能，便于節(jié)能管理工作的順利開展。

參考文獻：

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（作者單位：浙江雙宇電子科技有限公司）