智慧路燈管控一體化云平臺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

摘要：針對城市中必不可少的路燈設(shè)施，應(yīng)用新興信息技術(shù)可以在很大程度上提升城市路燈的管理水平，豐富管理手段，真正做到智慧管控。文章著重分析了智慧路燈管控平臺在開發(fā)過程中的特點(diǎn)以及應(yīng)用方式，針對智慧路燈管控系統(tǒng)的需求及使用特點(diǎn)，對系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。同時(shí)，從多個(gè)層面對系統(tǒng)在應(yīng)用過程中的管理效益及節(jié)能效益進(jìn)行了分析，進(jìn)而對該系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行了有效評價(jià)。

關(guān)鍵詞：城市路燈;遠(yuǎn)程監(jiān)控;單燈控制;節(jié)能分析

中圖法分類號：TU113文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Design and application of smart street lampmanagement integrated cloud platform system

LUO T

（WISDRI City Construction Engineering &. Research Incorporation Ltd.，Wuhan 430223，China）

Abstract：For the essential street lamp facilities in the city， the application of emerging informationtechnology can greatly improve the management level of urban street lamps， enrich managementmeans and truly achieve intelligent management. This paper focuses on the analysis of thecharacteristics and application mode of the smart street lamp management platform in thedevelopment process， and analyzes the overall structure and application of the system according tothe requirements and application characteristics of the smart street lamp management system. Themanagement benefits and energy-saving benefits of the system in the application process are analyzedfrom multiple levels， and then the application effect of the system is effectively evaluated.

Key words： urban street lamp， remote monitor， single lamp control， energy-saving analysis

1前言

城市照明是最主要的市政基礎(chǔ)設(shè)施之一，城市的快速發(fā)展帶動(dòng)了路燈照明事業(yè)的飛速發(fā)展[1]。目前，在我國的城市之中，特別是在大型城市中，已形成龐大、復(fù)雜的路燈基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，隨之而來的紛繁復(fù)雜的設(shè)備數(shù)據(jù)都需要管理和處理[2]。傳統(tǒng)管理手段，如紙質(zhì)文檔管理、人工統(tǒng)計(jì)分析、手工卡片等已很難滿足時(shí)代發(fā)展的需要。

為了解決城市路燈快速發(fā)展后的管理難點(diǎn)，在新興的信息化技術(shù)的基礎(chǔ)上，希望將城市中所有的路燈通過統(tǒng)一的平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息化管理，為城市管理者提供更加智慧的管理手段，以提升城市的先進(jìn)性[3]。

2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

通過本平臺的建設(shè)，將路燈監(jiān)控中心現(xiàn)有的城市照明監(jiān)控管理系統(tǒng)以及其他部門分管的路燈監(jiān)控系統(tǒng)集成到本平臺中，建設(shè)統(tǒng)一的工作平臺。

根據(jù)當(dāng)前主流的技術(shù)架構(gòu)，結(jié)合系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能需求，通過采用 B/S 結(jié)構(gòu)保證系統(tǒng)的兼容性以及可維護(hù)性。后端服務(wù)將部署在云端，支持私有云及公有云的部署方式，并向前端 PC 及移動(dòng)端提供應(yīng)用及數(shù)據(jù)服務(wù)。

系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)前主流的軟件開發(fā)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，軟件架構(gòu)層面采用分層結(jié)構(gòu)開發(fā)和設(shè)計(jì)，依照 UI 界面、關(guān)鍵流程、數(shù)據(jù)持久化、通信接口分離的解耦原則，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為感知層、互聯(lián)層、共享層、應(yīng)用層。在保證各個(gè)不同的功能層次負(fù)責(zé)處理相應(yīng)的系統(tǒng)功能的同時(shí)，最大限度保持系統(tǒng)的適用性及可擴(kuò)展性。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

3系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1設(shè)備監(jiān)控

（1）實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測

監(jiān)控現(xiàn)場實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)并結(jié)合資產(chǎn)信息實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理。同時(shí)，對于路燈在運(yùn)行過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)（如電流、電壓、功率、開關(guān)狀態(tài)等）進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過4G，NB?IOT 等無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，服務(wù)端將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，這樣就能在系統(tǒng)中查看當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)以及歷史運(yùn)行記錄。

（2）遠(yuǎn)程開關(guān)控制

系統(tǒng)能夠利用控制中心遠(yuǎn)程對管理區(qū)域內(nèi)的任意路燈進(jìn)行開關(guān)控制操作。同時(shí)，也能夠通過預(yù)設(shè)開關(guān)方案，根據(jù)時(shí)間、季節(jié)、天氣等參數(shù)，事先設(shè)置路燈開啟的時(shí)間、數(shù)量等，實(shí)現(xiàn)路燈智慧化管控。

3.2管理配置

（1）終端參數(shù)設(shè)置

實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對現(xiàn)場自動(dòng)化監(jiān)控終端的基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置、測量參數(shù)設(shè)置、開關(guān)量參數(shù)設(shè)置等自動(dòng)化管理系統(tǒng)的設(shè)置功能。同時(shí)，監(jiān)控中心自動(dòng)根據(jù)設(shè)置進(jìn)行處理。例如，用語音或手機(jī)短信的方式報(bào)出故障信息，如故障地點(diǎn)、名稱、控制箱位置、故障原因等。

（2）智能預(yù)警配置

系統(tǒng)的預(yù)警設(shè)置包含兩個(gè)部分：一是系統(tǒng)硬件自定義報(bào)警項(xiàng)，用戶在創(chuàng)建燈桿或控制柜模板時(shí)可對其開閉規(guī)律等進(jìn)行設(shè)置;二是根據(jù)所采集數(shù)據(jù)，由用戶進(jìn)行軟件配置，生成智能預(yù)警項(xiàng)。系統(tǒng)預(yù)先生成幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的可配置的預(yù)警模板供用戶選擇，包含預(yù)警條件配置和預(yù)警任務(wù)配置兩部分。通過配置預(yù)警產(chǎn)生條件和預(yù)警任務(wù)執(zhí)行規(guī)則，為智能預(yù)警處理提供依據(jù)。

3.3 GIS 管理

（1）定位與快速查找

包括變壓器、配電箱（柜）、供電線路（供電方式）、景觀燈、路燈的燈桿、燈具、鎮(zhèn)流器、控制器等設(shè)施均能在 GIS 上直觀體現(xiàn)，相應(yīng)設(shè)施均能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立分層顯示。為應(yīng)對初期海量數(shù)據(jù)錄入及后續(xù)變化，應(yīng)能提供快速建立與查找工具，以實(shí)現(xiàn)設(shè)施快速定位。

（2）物理從屬關(guān)系體現(xiàn)

按照“變壓器>配電箱>供電線路（包含相位信息）>燈桿（景觀燈）>燈具”順序，體現(xiàn)相應(yīng)從屬關(guān)系，當(dāng)相應(yīng)設(shè)施位置或供電回路發(fā)生變化時(shí)，通過安裝在燈桿中的 GPS 裝置，能夠在系統(tǒng)中自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

（3）狀態(tài)直觀顯示

設(shè)施的基本信息以及狀態(tài)信息均能直觀展現(xiàn)，對于告警類信息能夠及時(shí)突出顯示。

3.4數(shù)據(jù)管理

（1）自動(dòng)計(jì)算亮燈率

對管理區(qū)域內(nèi)的所有路燈，通過采集各時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)，能夠自動(dòng)進(jìn)行亮燈率計(jì)算;沒有安裝單燈監(jiān)測終端的照明線路，可根據(jù)資產(chǎn)與監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行亮燈率估算。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控綜合管理

開關(guān)量監(jiān)控管理：對監(jiān)控管理平臺內(nèi)各控制點(diǎn)的開關(guān)量的狀態(tài)信息進(jìn)行匯總顯示，確保能快速查詢各個(gè)控制點(diǎn)開關(guān)量的狀態(tài)、使用情況和現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)。

開燈時(shí)間管理：平臺內(nèi)各控制點(diǎn)每個(gè)控制回路的開燈時(shí)間實(shí)現(xiàn)匯總統(tǒng)計(jì)，為分析亮燈時(shí)間、運(yùn)行時(shí)長提供非常準(zhǔn)確、直觀的依據(jù)。

開閉次數(shù)管理：平臺內(nèi)各控制點(diǎn)每個(gè)控制回路控制的交流接觸器開閉次數(shù)匯總統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)計(jì)算交流接觸器壽命。

終端運(yùn)行信號管理：對平臺內(nèi)各控制點(diǎn)的通信管理、信號管理等進(jìn)行監(jiān)測和按需管理。

終端溫度管理：對平臺內(nèi)各控制點(diǎn)的自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)以及控制箱內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，預(yù)防由于控制柜溫度過高引起的故障。

（3）歷史數(shù)據(jù)分析

歷史參數(shù)分析：形成平臺內(nèi)各控制點(diǎn)的參數(shù)分析管理，實(shí)現(xiàn)專業(yè)數(shù)據(jù)分析功能，確保歷史參數(shù)為連續(xù)數(shù)據(jù)。

歷史參數(shù)管理：通過城市照明自動(dòng)化監(jiān)控平臺對現(xiàn)場自動(dòng)化監(jiān)控終端的歷史數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場自動(dòng)化監(jiān)控終端通信一次即可采集到終端內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，確保后臺歷史數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

歷史亮燈率分析：形成平臺內(nèi)各控制點(diǎn)的亮燈率分析管理，實(shí)現(xiàn)專業(yè)數(shù)據(jù)分析功能。

歷史亮燈率管理：通過城市照明自動(dòng)化監(jiān)控平臺對現(xiàn)場自動(dòng)化監(jiān)控終端的歷史亮燈率進(jìn)行管理。

4系統(tǒng)應(yīng)用分析

4.1管理效益分析

傳統(tǒng)管理模式下存在下列問題：（1）巡檢效率低，即巡檢過程沒有目的性，需要將所有路段全部巡檢一次甚至多次才能發(fā)現(xiàn)故障，巡檢過程由巡檢員通過肉眼觀察，容易出現(xiàn)漏巡現(xiàn)象，并且發(fā)現(xiàn)故障不及時(shí);（2）維修效率低，即夜晚巡檢只能發(fā)現(xiàn)并記錄問題，需要到次日再到故障現(xiàn)場檢查問題并維修，若需要更換配件，則可能需要再回路燈所取配件，最后到現(xiàn)場進(jìn)行更換;（3）巡檢人員工作強(qiáng)度大，即每晚需要對所有路燈進(jìn)行人工巡檢，所有路燈需要若干個(gè)巡檢人員分幾組巡查，將近幾個(gè)晚上才能巡查完畢，巡查工作強(qiáng)度大，并且巡查過程中偶爾存在漏查情況。

采用信息化管理模式后，不需要進(jìn)行人工巡檢，信息化管理系統(tǒng)定時(shí)、自動(dòng)巡檢所有設(shè)備的工作狀態(tài)，設(shè)備出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)自動(dòng)生成告警信息，并分析故障原因，系統(tǒng)巡檢效率高，故障反映及時(shí)，同時(shí)不會出現(xiàn)漏檢、誤檢等現(xiàn)象。

使用智慧路燈管控系統(tǒng)后，維護(hù)人員可以晚上休息，白天根據(jù)系統(tǒng) GIS 地圖提供的故障點(diǎn)位置以及故障原因信息有針對性的前往故障點(diǎn)進(jìn)行維修，極大地提高了維修效率，同時(shí)維修僅帶齊需要更換的配件即可，降低配件損壞、丟失的風(fēng)險(xiǎn)。

不采用人工巡檢后，巡檢車輛夜晚巡檢的費(fèi)用可以全部節(jié)省，同時(shí)可避免巡檢員夜晚巡檢時(shí)發(fā)生交通事故。

使用智慧路燈管控系統(tǒng)后，結(jié)合城市路燈所的行政管理制度，可以實(shí)現(xiàn)“亮燈率>99%”“單燈故障維修周期<24小時(shí)”“回路故障維修周期<48小時(shí)”的管理目標(biāo)。

4.2節(jié)能效益分析

從表1中的數(shù)據(jù)可以分析得出，采取節(jié)能策略前，1000盞路燈每年耗電花費(fèi)：1000×0.240kW×12h×1元/kW ·h×365（日）=105.12萬元。

采取節(jié)能策略后，1000盞路燈的年花費(fèi)：（1000×0.240kW×100%×2h+1000×0.240kW×90%×2h+1000×0.240kW×85%×2h+1000×0.240kW×75%×4h+1000×0.240kW×85%×1h+1000×0.240kW×90%×1h）×1元/ kW ·h×365=89.79萬元。節(jié)能率：（105.12萬元–89.79萬元）/105.12萬元=14.58%。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，假設(shè)某市路燈年電費(fèi)為1500萬元。年節(jié)電收益：1500萬元×14.58%=218.7萬元。

5結(jié)束語

通過智慧路燈管控系統(tǒng)的應(yīng)用，對于城市路燈的管理將會更加科學(xué)、及時(shí)和有效，在降低人工管理成本的同時(shí)，能夠有效節(jié)能降耗，優(yōu)化能源利用效率。同時(shí)，在城市路燈運(yùn)維中，通過信息化手段，極大提升了運(yùn)維的及時(shí)性以及便利性，減少了人員、車輛等運(yùn)維資源消耗，提高了運(yùn)維的針對性以及工作效率，為當(dāng)?shù)鼐用褚归g出行提供了便利，出行安全也可以得到保障，增加了居民的生活幸福感。

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作者簡介：

羅滔（1984—），碩士，高級工程師，研究方向：智慧城市軟件系統(tǒng)研發(fā)。