城市智能照明解决方案.docx

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城市智能照明解决方案

智能芯-无线路灯监控系统

-城市智能照明解决方案

-致力于节能环保

一、前言

在（）市委、市政府的领导下，在各级政府部门的共同努力下，（）市路灯建设已具初步规模，基本上完成了全市主要街道、人口密集区域、重点乡镇的系统覆盖建设，为（）市的经济和社会发展起到保驾护航的作用。

亮灯工程管理相对还处于较落后的人工方式，主管部门对路灯的监管要求也日益提高，建设一套智能化路灯管理系统势在必行。

进入21世纪，“节能减排”成为我国的一项基本国策，备受瞩目。

其中，照明节能是“节能减排”中非常重要的一环，在我国具有巨大的现实意义。

传统照明带来大量二氧化碳等气体的排放，对于环境的影响也将越来越大，随着我国城市照明快速发展，上述问题还将更加突出，在照明用电中，路灯占有相当的份额，由于线路工作时间长，耗能非常之大，推广绿色照明势在必行。

确保按时、按需点亮每一盏灯，并能有效地节省路灯的用电电量、延长灯泡的寿命、降低维护和管理的成本是现代效能型社会追求的目标。

因此，探索和应用新型的绿色的照明供电方式，对于实现“十二五”节能减排目标以及“到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%－45%”的温室气体减排目标，意义十分重大。

目前（）市区范围内路灯数量已经突破了2.5万盏，以每盏灯每天4度电的用电消耗，（）市每年的用电量突破3600万度。

智能化路灯管理系统建成后，按综合节能30%的比率，（）市区每年将节省用电将超过1000万度。

二、路灯管理和能耗现状

目前（）的道路照明系统大多数采用高压钠灯及金属卤化物灯作为光源，尤其是高压钠灯因其光效高、寿命长、穿雾性能好等特点，故绝大多数的道路照明仍在采用高压钠灯作为照明光源。

1、灯具无法按需调节亮度

在我国有95%以上的照明光源还在使用高损耗的传统电感镇流器，这些传统电感镇流器，自身损耗大，温升高，而且不能根据道路交通流量情况变换灯功率，在整个照明时间段都是额定满功率照明，在不少场合，采用这种运行方式造成了大量的电能浪费。

尤其在午夜时段，车旷人稀，这时人们对照明资源的需求大为降低，所以完全没有必要使光源在满功率状态下运行。

2、超负荷运行，增加电能消耗

现在路灯最主要的弊端就是后半夜超功率运行，由于中国城市电网技术落后，造成线路的电压波动大大超过国际标准，许多地区的波动甚至超过额定电压的15％左右，特别是在后半夜，电网电压有时接近245V，导致光源亮度不降反增，同时引起镇流器的损耗增大，严重过热，不但浪费了大量电能，而且还缩短了光源及镇流器的寿命。

3、灯具维护成本高

据中国电力主管部门统计，由于目前城市路灯普遍在后半夜超功率运行，使得路灯的灯泡寿命也大大缩短，实际使用寿命平均不到一年。

以中国某沿海开放城市为例，路灯每年需要更换一次灯泡，更换一只灯泡所需费用（含镇流器损耗、人工、车辆等）为120元，该市共有两万多只常开的路灯，则每年仅更换路灯灯泡的费用就高达两百多万元人民币，市政开支普遍紧张与路灯照明的维护成本形成了很大的矛盾。

4、监控管理滞后

目前，大多数路灯照明系统的灯光控制采用定时和人工控制的方式。

由于一年四季的时差，采用定时器控制方式时要经常对定时器进行人工调整，消耗大量的人力资源不说，还由于人工调整不及时会造成电力浪费。

这种管理模式无法做到精确的统一性控制和管理，除了部分实现了路灯变压器的监测外，大部分路灯设施均靠人工巡检的传统管理模式，从而造成路灯电缆、灯具等城市路灯设施失窃和人为损坏严重，与“分时间、分路段、分情景”的科学亮灯模式的管理目标相去甚远；特别是集中亮灯时电流、电压的瞬间剧烈变化对专用变压器和灯具造成的巨大冲击，时常造成设备的损害，大大缩短了设备的使用寿命，增加了城市照明的维护成本。

三、建设需求分析

针对上述的缺点及道路照明监控系统研究现状中提到的不足，顺舟科技,急领导之所急，想领导之所想，结合公司多年研发无线通信和路灯监控系统的经验，

为城市道路照明开发出了一套更智慧化的路灯监控系统。

四、智能芯-无线路灯监控系统设计方案

（一）、系统简介

智能芯-无线路灯监控系统，主要应用了ZigBee无线技术实现了单灯控制、亮度调光、监控和管理功能.

系统通过ZIGBEE和CDMA的无线网络（无线物联网技术），在用户计算机上自动获得路灯的各种参数状态，实现了自动巡检，可以判别出路灯的故障状况、老化程度、亮灯状况等；

实现了路灯的调光和按需亮灯功能，即该亮时亮、该暗时暗，并结合了最新的照明节电技术，可以节约城市路灯综合用电量的30%左右，节省人力物力（巡检费），可降低维护成本60%。

同时，无线自动组网方式可以节约大量电线电缆和物资，且该方式不受天气和地形的影响，也保证了通讯的可靠性。

（二）、建设原则

（）市路灯管理系统的建设须以“统一规划、统一标准、技术先进、满足应用、资源共享、稳定可靠、信息安全、良好的扩容”为八大原则，确保系统的设计和建设满足全市路灯建设和管理的全局需求，体现我市路灯管理建设标准化、网络化、信息化和智能化的领先水平：

统一规划：

（）从全市路灯管理系统的建设需求出发，统一规划设计，统一部署，各路段、各区分级联网管理，从而提高系统运行效率；

统一标准：

系统建设在符合国家和行业相关标准及地方标准的建设要求基础上，采用统一的编码标准、统一的联网协议、统一的控制协议,在统一的标准框架下实现统一部署、资源共享、平台共用；

技术先进：

采用主流的、先进的技术构建系统平台，满足可视化管理要求需要，为城市数字化管理、应急联动指挥等提供业务支撑，通过局部无线自组网方式，节约通信线路租赁费用；

面向应用：

在路灯管理系统建设中以现实需求为导向，以有效应用为核心，以技术建设与工作机制的同步协调为保障，确保城市亮灯工程的稳定运行和高效使用。

稳定可靠：

路灯管理系统是在原有路灯系统上做智能化改造，系统稳定性关乎整个城市亮灯工程的使用，系统采用的软硬件根据统一的规范、协议和要求选型，根据最新的标准规范，并经过具有相应资格的软件评测中心、产品检测中心的测试，质量达标，性能稳定，能够持续有效运行，满足城市管理7*24小时不间断持续运行的需要，单个设备出现故障也不影响路灯按改造前方式运行；

信息安全：

构建信息传输专网，保证专网专用，安全畅通，社会监控资源通过互联网或VPN接入时，需采用严格的网络隔离和安全措施；不同专网之间，如公安视频专网与城管政府网之间也应采用严格的网络安全和隔离措施，确保各专网的信息安全。

良好的扩容：

系统采用模块化按区域建设，城市化进程过程中建设的道路及亮灯工程科技按要求统一接入系统

（三）、系统结构

智能芯-无线路灯监控系统结构由四部分组成：

管理中心系统，通信链路，集中管理器和单灯控制器。

1、管理中心系统

管理中心系统是系统功能核心，包括数据的分析、汇总、存储及控制命令的发布等功能，同时具有路灯巡检、路灯设备管理、路灯运行维护管理及相关运行报表功能。

管理中心由硬件通信服务器、数据库服务器、工作站和相关网络设备组成。

通信服务器：

通信服务器直接接收来自网络管理器上传的信息，并进行数据分析、数据缓冲、报警处理等工作，按要求将数据写入数据服务器。

当工作站需要数据时，由服务器将命令发送给网络管理器，由网络管理器提供实时数据；当工作站需执行操作命令时，由服务器将命令发给网络管理器执行，服务器还负责将报警数据，优先送给工作站和手持设备。

与控制箱管理器通信

数据库服务器：

数据服务器兼容MySQL、Oracle、SQLServer、Sybase等数据库软件，存储和管理了设备信息、能耗信息、系统设置、报警日志、操作日志等运行信息和系统的运行历史数据。

工作站：

工作站运行实时监控软件，它是监控子系统的前台。

在工作站上操作人员可以进行实时数据监控、实时报警处理、控制命令发送、历史数据查询、报表打印等工作。

2、ZigBee自组网系统

ZigBee自组网系统，将每个灯具上的单灯控制器，组成一个强大的MAEH网络进行数据传输和监控.此系统包含集中管器和单灯控制器等。

集中管理器：

主要功能有：

接收和发送ZigBee自组网内的所有路灯信号、数据记录、报警处理等。

它负责监控自组网内的路灯管理器的运行，将系统中心的命令下达给路灯管理器，将路灯管理器及线路信息反馈管理中心系统。

网络管理器处于系统中心和自组网内路灯管理器的中间，向上通过GPRS/CDMA、TCP/IP、RS232等方式同系统中心通信，向下则是通过ZigBee通讯协议方式，与各个路灯管理器进行通信。

主要功能有：

路灯回路的开关控制、多路三相电采集、本地策略储存、及串口通信。

单灯管理器：

主要功能有：

控制路灯开关、亮度调节、电流采集、电压采集、计算功率以及功率因数等。

单灯控制器分为模块式（内置灯具中）和外挂式（可内置灯杆中），分别满足路灯企业和工程商的使用需求。

在有限的路由深度和网络容量的前提下，不但具有路灯控制器的各项功能，而且还具备中继路由功能。

（四）、系统功能特点

  智能芯-系统具有友好的人机界面和完善的图形数据处理功能，方式灵活、简单。

地理信息（GIS）图形处理系统使操作人员可以在屏幕上实现图形的缩放、平移、导航及各种监视、操作、修改和定义功能。

整个系统具备的功能特点如下：

（1）远程控制

系统可以根据不同类型的监控终端控制要求，采用时控和光控相结合的控制方案，自动、手动、遥控开/关终端，或按需开关。

（2）自动巡测

监控终端能按设定的时间周期自动进行定时巡测。

也可随时手动巡测和选测各监控终端的运行情况。

包括电压、电流、开关状态、故障信息等。

（3）报警处理

当监控终端主动报警或调度端在巡测时发现有数据异常时，自动发出语音报警、自动存盘并在地图上显示相应的位置和故障类型。

可通过设定的手机号码，向有关人员短信报警。

（4）自动计算数据

根据现场运行电压、电流等参数能自动计算相应数据，耗电量、亮灯率等。

（5）独立运行

当指挥中心管理系统或通信线路发生故障时，终端会根据预先设定的程序自动运行，确保路灯的正常运行。

（6）终端断电运行

监控终端内装有不间断电源，具有断电运行功能，能在供电线路断电、缺相时及时报警，使有关部门在第一时间获知并抢修。

（7）远程实时查询

通过因特网，实现微机或便携式笔记本远程实时查询，查询内容包括各终端的最新以及历史数据和故障情况，实现异地远程接入访问。

（8）查询打印

可以对各监控终端任意定时数据和年、月、日统计数据进行查询，显示的表格、曲线图、直方图均可打印；可以对历史故障进行查询和打印。

（五）、主要产品介绍

1、智能芯-系统管理软件

目前我国的城市道路照明管理信息化程度还较低，基于GIS的智能芯-系统管理软件为路灯管理部门的信息化建设提供了一套全面的解决方案。

1、路灯自动巡检模块：

监控中心能对安装了路灯监控器的路灯进行自动巡检，查报故障并自动生成报修单；

2、路灯控制模块：

能实时对安装了路灯监控器的路灯进行开、关、调节亮度等功能，或预设控制方案，使路灯按照预设方案进行亮灯。

3、设备管理模块：

对灯杆、灯具、电线、控制箱、变压器、电表、开关、监控器等路灯设备实现计算机信息化管理，具有设备安装、报废、维修、更换、出入库等功能。

4、多媒体模块：

具有图片库管理功能、视频管理功能，使管理更具直观化、形象化和亲和化。

5、辅助分析模块：

具有统计、报表、分析、查询、负荷计算、实时读表、用电分析、电缆长度计算等功能。

6、Web信息发布模块：

与网站实现无缝对接，进行远程管理的功能。

2、控制箱-集中管理器

集中管理器：

智能芯-集中管理器是实现路灯单灯监控的重要硬件设备，它使用Zigbee无线技术和路灯管理器通信，与系统中心的通信可以使用CDMA、以太网，同时采集路灯控制箱内相关的电压、电流等数据，电缆报警信号，室外控制箱门开关等其它需要接入的模拟量和开关信号。

集中管理器内置多种功能，包括：

时序调度功能、报警功能、类型转换功能、内部实时时钟，数据采集等功能。

一般情况下，一个集中管理器可以管理200至500个左右的路灯监控器。

性能特点：

针对（）区一些公共场所的景观灯管理，由于灯的种类繁多，不需要做单灯控制，方案中采用回路控制方式实现，按区域时段进行整体管理控制。

1、具有三路电压、电流、频率、温度、有功功率、无功功率检测功能；

2、具有4/8路回路开关的功能；

3、向上可通过GPRS/CDMA、以太网等方式和管理中心通讯；

4、具有水浸检测、门开检测等功能；

5、可以存储网内路灯、控制箱的管理方案，网内路灯、控制箱可以按存储的管理方案进行工作；

6、具有自检功能保证设备安全：

具有故障自动诊断、自动恢复功能，通过指示灯的闪烁，能确保系统运行的可靠性；

7、数据保护功能：

在掉电后数据不会丢失。

性能指标

指标内容

输入电源

AC220V、AC380V、50Hz、0.2A

工作环境温度

-40℃～+80℃

无线通讯

GPRS/CDMA

无线通讯

2.4GZigbee无线协议

物理结构

铝合金壳体

4、单灯控制器

性能特点：

控制路灯开关、亮度调节、电流采集，并预留了温度采集、灯杆倾斜检测等功能。

路灯管理器分为模块式（内置灯具中）和外挂式（可内置灯杆中），可分别满足路灯企业和工程企业的使用需求。

1、通过Zigbee无线自组网进行通信连接，实时在线收发信息；

2、高性能嵌入式微处理器技术，先进的电能测量计量专用芯片，大容量存储器技术；

3、自诊断和自恢复功能；

4、断电数据保持功能；

5、远程或就地自动调光实现路灯的亮灯、暗灯的节能控制；

6、无线路由功能，实现通号中继功能。

技术参数：

传输距离：

200m/800m/2000m无线频率：

2.4GISM免费频段

输入电压：

AC85V～AC265V平均功耗：

0.4W/0.5W/0.7W

触点容量：

250VAC10A设备尺寸：

150×62×37mm

工作温度：

-40℃～80℃防护等级：

IP65

功能类型：

232/TTL/485/PWM/0～10V/开关量

（六）、系统优势

（1）节省成本：

路灯管理器采用先进的Zigbee无线通信技术，安装施工简易快捷，无需铺设专线,模块化安装，可以系统自动检测生成故障报表。

每个路灯只需要一个路灯监控器，每200至500个左右的路灯配备一台集中管控器，节省了CDMA流量。

不用改变既有的电力线架设和配电监控网络，一方面节省了人力物力；一方面自动组网的ZigBee模块不受天气和地形的影响，也保证了通讯的可靠性。

（2）每天可进行自动通、断电操作；可保证工作日、节假日按不同的时间自动通、断电；可对用电设备进行分区、分线路管理。

（3）监控灯具的开/关和亮度，从而可以显著延长灯具的有效寿命，减少灯具更换次数，节约资源，减少有害气体污染环境。

可以远程设置节点监控参数，实现节点的灵活监控。

在后半夜车稀人少时，则监控路灯保持较低照度的照明（或者实行“半夜灯”调节监控）。

这样做主要优点就是在调光的同时，也大幅降低了电耗，节约用电，同时还可以延长灯源寿命。

（4）根据天气情况和实际光的照度，自动监控灯具的开/关和灯具的亮度，如在不好的天气时及时打开路灯，对于安装在桥下或隧道的路灯，路据实测光强，来自动以最佳的亮度打开路灯，提高公众满意度，在灾害天气使路灯更人性化。

（5）通过系统中心设置，防止非授权人操作，确保系统监控安全可靠。

依据采集数据情况，可判断终端设备运行状态情况。

所有运行参数（自动通断电时间，区域划分）可在管理终端随时设置，随时启用，管理方便。

（6）节能功效：

路灯管理器带有节能模块，可以分时段进行调光，综合节电率可达30%。

（7）告警信号反馈：

根据用户需求，告警可设置为一般告警、严重告警、紧急告警三类，系统可设置紧急告警通过短消息方式发送给相关人员，方便管理人员及时处理。