城市智能照明控制平台技术方案.docx

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城市智能照明控制平台技术方案

城市智能照明控制平台技术方案

2018年8月

第1章引言

1.1项目背景

随着国民经济的发展和城市的不断扩展，城市照明随之飞速发展。

照明设施数量和用电量不断增加，科学管理和节能已成为城市照明主管部门面临的两大任务。

《“十二五”城市绿色照明规划纲要》也将这两项工作作为重点，在纲要中提出：

“十二五”期间，积极推进城市照明信息化平台建设，建立城市照明信息监管系统，统计城市照明设施的基本信息和能耗情况，进一步提高城市照明管理工作信息化水平。

各级城市照明主管部门通过建立城市照明信息统计制度，及时掌握城市照明的建设运营情况，加强对城市照明指导工作的针对性和科学性。

建立健全城市绿色照明节能评价体系，重点考核城市照明质量和节能减排水平，开展绿色照明示范城市创建活动，形成长效监督检查机制，逐步将城市照明考核纳入到政府工作考核体系中，明确责任，采取有效的奖惩措施，进一步推进节能减排工作。

随着路灯规模的逐年扩大、设备老化和维护不便等因素，原系统已无法满足照明管理及节能的需求。

因此，需要对现有的系统进行升级改造，并建设智慧路灯照明平台，建立集照明智能监控、设施资源管理、生产管理及路灯控制为一体的综合性平台，实现城市照明的实时监控、故障报警、精细化管理和路灯节能。

为智慧城市建设奠定基础。

1.2建设目标

本方案将协助城市路灯管理所实现以下目标：

†及时、准确、全面的对路灯的运行状况进行监测控制。

†以精细化管理为指导，通过照明设施资源管理，动态管理照明设施信息。

†以“按需照明”为理念，通过适当的路灯节能方案，达到节能的目的。

†通过大数据的分析与汇总，为政府决策提供依据。

1.3参考资料

《城市道路照明设计标准》（CJJ45-91）

《城市道路照明设计规范》（CJJ45-2006）

《路灯系统上行规约扩充设计.doc》

《电力用户用电信息采集系统通信协议376.1标准》

《DL_T645-2007》

《多功能电能表通信协议》备案文件2007

《民用建筑照明标准》（GBJ133-90）

《LED测试方法》CIE127-1997

《道路与街道照明灯具的安全要求》GB7000.5-2005

1.4术语级定义

城市智慧照明平台：

以下简称平台。

智能路灯集中控制器：

以下简称集中器。

智能路灯控制器：

以下简称控制器。

智能电缆防盗器：

以下简称防盗器。

中易物联app：

以下简称app。

第2章系统方案设计

2.1系统总体设计

2.1.1概述

本方案依据城市照明系统建设相关法规和技术标准，结合城市路灯管理实际，采用中易自主研发设计的智能路灯照明平台为核心，通过对监控中心、通信网络、终端、路灯系统的建设以及系统软件的部署，完成全市路灯的实时监测，远程控制，照明设施管理，节能方案管理，智能设备管理，数据分析与决策，提升城市照明的综合管理水平和完成节能目标。

2.1.2设计原则

根据城市照明设施规模，结合相关技术标准：

1、服务器、监控主机的选择，综合考虑容量、性能等因素，保证系统运行的持续性、稳定性。

2、具有网络安全设计，保证系统运行的安全性。

3、集中器具有高性能处理芯片，确保系统工作的可靠性和独立运行能力。

4、控制器采用先进的单片机控制技术和神经元芯片技术，在保证可靠性的前提下，有效的实现路灯控制节能。

5、平台设计符合相关标准，并具有良好的扩展性。

系统设计坚持资源共享原则并充分考虑系统的扩展性，采用最先进的嵌入式控制器技术、无线数据传输技术、数据采集技术、计算机多媒体技术、计算机通信技术、电力载波通信技术、机电一体化技术结合载波技术与物联网等技术，开发城市照明智能监控系统，保证系统的先进性。

2.1.3系统总体设计

系统由监控中心、服务器、集中器、路灯控制器和通信网络组成。

实现对城市照明整体状况进行“点、线、面”实时测控，及时掌握城市照明的建设运营情况，统计城市照明设施的基本信息和能耗情况。

同时协助照明主管部门完善照明信息统计制度，建立照明节能评价体系，加强对城市照明指导工作的针对性和科学性。

图-总体架构

◆监控中心

设立监控管理中心，实现对城市照明设施的远程监控、综合管理。

监控中心主要设备包括服务器、监控主机、UPS电源、交换机、光照度仪、GPS校时器、短信报警模块、打印机等硬件设施以及系统软件和相关支撑软件等。

1、服务器系统：

用于系统运行及数据存储的应用服务器、通信服务器、数据库服务器、备份服务器等。

2、监控主机：

用于安装监控系统软件操作客户端，与服务器进行通信。

3、UPS电源：

用于在监控中心掉电后的应急处理，保证中心掉电后系统的正常运行。

4、交换机：

用于建立系统基础通讯网络的配套设备。

5、系统支撑软件：

包括智能照明控制平台、服务器操作系统软件、数据库软件等。

◆系统平台设计

通过服务器、网络安全、存储及监控中心其他设备的部署，结合数据库技术和相关支撑软件的使用，建立平台，实现以下功能：

1、遥控、遥测、遥信、故障报警、数据采集、统计分析等系统功能。

2、通过照明设施资源管理系统可以将照明设施的空间属性与设计、规划、建设、运维等档案进行关联，实现可视化实时监控，随着城市照明工程建设进展，对照明设施基本属性进行添、删、改、查、输入、输出图表文档等管理操作，实现照明设施的精细化管理。

3、采集路灯的电流、电压、有功等运行参数、对路灯故障进行报警，并可采用单灯控制的方式，实现照明节能

◆集中器

在路灯变压器侧或配电控制箱内安装智能集中器，实现以下功能：

1、采样3G或4G虚拟专网，进行信号传输，通过虚拟专网将信号发送至监控中心服务器。

2、与路灯控制器采用电力载波通信方式进行通信。

3、采集并存储路灯控制器采集的路灯电压、电流、开关状态、故障等信息。

4、向路灯控制器发送开、关灯指令。

◆路灯控制器

在路灯手孔内安装路灯控制器，实现以下功能：

1、监控中心对城市道路中任意一盏照明路灯进行联网控制和运行状态检测，并具有数据采集、状态显示及报警功能。

2、可按照需求，在确保道路照明亮度的前提下，任意组合控制路灯的工作状态，实现按需照明。

3、监控任意一盏照明路灯工作状态，进行控制。

4、自动记录灯燃烧时长，生成维护报告。

2.1.4网路通信设计

集中器通过GPRS网络与上位机软件进行通信。

终端采用可上网的GPRS卡，监控中心可通过Internet与服务器连接，实现远程监控。

集中器和路灯控制器之间采用电力载波通信方式，在不改变原有电缆的情况下，实现路灯的监测和控制等功能。

2.2系统详细设计

2.2.1智慧路灯照明平台

2.2.1.1路灯实时监控

2.2.1.1.1实时监测

1.监测功能

首先平台通过城市地理信息（GIS），通过图形化界面直观显示当前城市所有集中器、路灯的概况和实时状态。

其次路灯出现故障能即时主动反馈到中心主控设备，中心主控设备接收到灯控器的报警信息或接收到故障参数时，将故障地点、类型以文字形式在GIS显示，故障类型包括：

●路灯供电源停电——当路灯断电，集中器能自动告警。

●空气开关跳闸或熔断器熔断——某支线路出现故障时自动报警。

●过/欠电压、电流——当采集的交流电流、电压超过上下限时能自动报警。

●电缆被盗——当电缆被盗时能及时自动报警

监测中心计算机可以及时检测并报告所有在测防盗监控前端的工作状况，实现数据的记录和管理，进行数据的统计。

发现异常可以及时将故障定位，同时将现状报告给相关人员，管理人员可以随时随地主动查询报警监测主机的运行信息。

2.控制功能

工作人员可以直观的通过GIS系统监测路灯的运行状况，路灯故障、线缆被盗能及时发现并处理。

工作人员可以按照区域、集中器、分组、支路等方式，控制路灯开、关、调光。

工作人员可以查询或设置某台集中器参数，可以对集中器进行拉合闸操作和支路拉合闸操作。

注：

效果详见2.2.1.3节能管理

图-实时监控

2.2.1.1.2遥控功能

遥控是整个照明智能控制系统中所有功能中最重要的部分。

中易智能照明控制平台采用时控和地理位置计算日出日落时间控制照明控制方案进行遥控。

该方案基于智能控制理念，以当地365天日出日落的时间作为基本条件，设定一个有效的开/关灯时间，在此时段内自动执行相应的开/关灯命令，也可以通过用户输入的地理坐标计算出日出日落时间，终端自动按时控方式开/关灯。

●节能方案控制

设置节能方案，每天在固定的时间开/关灯，从而节约电能，自动调节开关灯时间，减少人工频繁调整的工作量。

包含以下方式

1.根据不同时区的日出日落时间自动计算开关灯时间。

2.根据照明控制要求，自由安排开关灯时间；

3.根据实际情况，在方案中灵活的安排节能任务，通过分组控制和支路控制实现，全夜灯、半夜灯、隔盏亮灯、其他等。

4.特殊时间段的方案设定：

可以对特殊时间段的开关灯进行临时定制，根据不同的需要，设定不同预案。

值班员可以设定在某些特定的日期，指定一定范围的照明路灯按照一定的时间进行开关。

通过这个临时开关灯的时间表，系统能够自动实现半夜灯开关以及“两会”、节假日、周末等特殊时期照明照明的定时开关，使开关灯更加符合实际情况，既能保证照明效果，又能够合理节能。

预案定时控制还可以设定一个时间范围，在此时间范围内，将执行预案定时控制，此时间段结束后，系统将自动恢复到全年时间表控制的开关灯状态

图-节能方案

●分组控制和支路控制

根据不同类型的照明控制要求，可对照明设施按照管理区域、照明类型（全夜灯、半夜灯、隔盏亮灯、其他等）任意控制终端的任意控制回路进行分组、设置、控制、查询、显示；在节能方案中根据分组设置节能任务实现调光、开关灯等要求。

同时，可按TPO（Time时间／Place地点／Occasion事件）动态照明管理原则，对不同分组的照明照明设备，按时间、地点、应用场合的不同，控制其开关，达到“按需照明”的目的，避免不必要的照明浪费，节约照明费用。

当改变某一配电箱某一回路分组时只需在控制软件界面上设置，不须变动配电箱电缆接线。

控制系统对整个城市、某一区、某条路、某一照明控制箱（RTU）、某一支路，都可以方便地进行时控、强制开关灯、二次开灯、巡检、实测、遥视及参数设置等操作，也可对照明控制箱（RTU）或某支路进行自定义灵活分组、混合编组，实现系统控制的多样化，如整体控制（城控）、分区控制（面控）、线控、点控等控制方式。

在编组的操作上，可以在电子地图上选取，也可以通过列表的方式进行。

图-分组

●顺序控制

对路灯照明分批依次开/关，从而可以减少同时开/关对供电变压器及开关设备造成的冲击，延长设备使用寿命。

2.2.1.1.3遥测功能

调度端能按设定的时间周期自动进行定时巡测。

操作者也可随时手动巡测和选测各终端的电压、电流、有功功率、无功功率和功率因素等电量数据、开关信息以及各终端的其它开关量输入数据。

系统能够对电流、电压、功率因素、用电量、接触器状态、短路、开路等数据进行检测，并将检测结果发回监控中心，遥测数据包括：

●总回路电流、电压、功率、功率因数；

●各回路电流、功率、功率因数；

●空气开关状态；

系统可以在单位时间内任意设定遥测次数、遥测终端数据。

系统可以随机的选择全市、某组、某管理区、某终端的工作状态和参数，显示方式可以列表、城市地理信息（GIS）或通过图形化界面直观显示。

图

●手动选测、巡测终端

系统能够实现人工检测终端现场运行数据，手动选测、巡测数据可选择保存或者不保存保存到数据库。

图-手动选测、巡测终端

2.2.1.1.4遥信功能

系统可以将终端采集的遥信信号，如路灯开关灯状态、交流接触器状态、门开关状态、防盗报警信号等。

2.2.1.1.5遥调功能

通过中心可对远程终端进行设置，主要包括：

●报警值上下限及正常值的设定；

●开关灯时间的修正，提前量的设定，开关灯照度的设定，经纬度的设定；

●改变某终端位置；

●改变某终端配置，初始化某终端配置；

●改变某终端的线路走向；

●改变某终端，某一回路、电流、电压、功率等正确数据，此组数据能在巡测或召测中自动完成，也可手动输入；

●改变巡测周期，白天和夜间能分别设置巡测周期；

●中心控制室利用下行数据，修改各终端运行数据；

●中心控制室对终端进行校时；

●各终端调压值的设定；

●管理分区的划定，照明类型分组；

●照明运行方式设置；

◆全夜灯、半夜灯、景观灯、其他等运行方式设置；

◆设定某一区域，某一分组亮灯等。

图-开关灯控制方案下发

2.2.1.2照明设施管理

平台对照明设施：

道路、集中器、支路、路灯进行精细化管理，动态的维护照明设施数据。

施工过程中可通过app可以快速的录入档案，并采集设备的地理位置信息。

实现快速建档，快速维护。

运营过程中可通过平台或app维护照明设施数据，通过app可快速申报故障路灯或路段，发生故障时可快速定位。

维修过程中可通过平台或app远程控制路灯关闭，进行维护。

图-app档案维护

图-app扫码

图-集中器管理

图路-灯控制器管理

2.2.1.3节能管理

系统采用电力载波通讯专利技术，用户不需单独布线，通过平台与终端通信，终端与集中器、集中器与路灯控制器通信实现对路灯的智能控制。

路灯控制器具有独立编号及识别号，可以对路灯的电流、电压、有功等进行采集并上送至终端。

终端通过智能集中器可实现对路灯的按区域、道路、管理部门、客户指定等多种方式进行分组设定的分组控制。

主站利用下行数据可以修改控制器的各项运行数据

2.2.1.3.1节能方案

平台能对城市道路中的任意一盏照明路灯进行控制，结合现场的路灯灯型及运行状况，在确保道路照明亮度的前提下，通过任意组合的路灯控制，实现按需照明。

注：

方案设置详见2.2.1.1.2的遥控功能

●路灯控制方案

根据灯型和现场亮灯情况设定合理的开关灯方案，进行路灯控制。

城市灯型分别为：

单臂单头灯：

对于安装这类灯型的路段，在后半夜，道路车流量较小的情况下，采用单灯控制的方式实现单侧亮灯，或者隔盏亮灯等方式亮灯，达到节能效果。

单臂双火灯：

对于安装这类灯型的路段，在后半夜，道路车流量较小的情况下，采用单灯控制的方式实现关闭灯杆其中的一个灯泡的方式亮灯，达到节能效果。

双臂双火灯：

对于安装这类灯型的路段，在后半夜，道路车流量较小的情况下，采用单灯控制的方式实现关闭辅道灯、隔盏亮灯或者两者相结合的方式亮灯，达到节能。

亮灯效果示意图：

关闭辅道灯

隔盏亮灯

关闭辅道灯与隔盏亮灯相结合

●平台对路灯控制

监控中心能对城市道路中的任意一盏照明路灯进行联网控制，按需进行选择模式的分组、隔一亮一、关闭辅道灯等控制操作。

●平台对路灯信息查询

监控中心可对单灯的信息进行查询，包括灯杆类型、电源功率、安装运行年份、使用情况、运行的开关灯模式、开关灯状态、电流、电压、有功功率等。

2.2.1.4故障报警

路灯控制器设计含电流、电压采集回路、控制回路和存储芯片等，采用先进的单片机控制技术和神经元芯片技术，可检测路灯的运行状态电压、电流、消耗功率、功率因数、灯具燃烧时长等。

基于对路灯的采集的数据和状态的分析，路灯控制器可在线对路灯故障进行实时判断并报警。

●灯具失效

通过路灯电流、电压采集数据与灯工作状态进行比较，判断灯具是否正常运行。

●故障位置显示

●故障统计查询

系统可对路灯的故障信息进行统计并存储，用户可按时间、箱变、区域等条件进行统计查询。

图-故障查询

2.2.1.5决策分析

2.2.1.5.1数据采集

系统能够进行用电量检测和记录，响应监控中心抄表指令，即时返回数据，终端具有电表数据远传计量功能，对符合国家标准《DLT645—2007多功能电能表通信规约》的电子电表计量终端（由投标方提供终端），可通过RS-485接口对485总表进行读表操作，并保存数据记录，数据误差不大于5%。

系统也应当具有按操作员设置的时间自动进行远程电度表进行读表操作，并保存数据记录和统计。

系统能够自动记录所有采集数据，备份必需的数据，提供备份方案。

保证数据库正常运行。

图-数据采集和记录

2.2.1.5.2数据分析

系统可以对各终端任意时间的数据按照年、月、日进行查询、统计和分析；可以定时将各终端的电压、电流、亮灯率等运行情况进行查询、统计；可以对任意一天的实际开关灯时间等记录进行查询、统计；可以对历史故障、登陆信息进行查询。

系统可以对采集的电量、线损、成功率按照年、月、日进行统计和分析，可以对电量做同比环比分析。

系统的历史数据与实时数据通过数据库自动储存及备份，数据保存时间可设定。

查询时可以指定起始查询日期和终止查询日期，并可选择所需数据项显示，其他项不显示；数据具有多种显示方式（列表、曲线、柱形等），图形显示时将每一个点按照起始查询时间和终止查询时间按窗口宽度平均分配，每个点被选择时，可显示出该点相对应的数据。

所有显示的数据均可打印。

系统可单独列表显示终端站点名称、位置、所属管理区域、通讯卡号码及IP、登陆时间、通讯时间、通讯时系统时间；并可按管理区域查询、显示及打印。

图-线损分析

图-用电量分析

图-同比环比

2.2.1.6智能设备管理

平台可无缝的扩展接入第三方的设备如：

充电桩、广告牌、wifi、摄像头等设备，为智慧城市奠定基础。

图-维护充电桩

2.2.1.7系统管理

平台具有用户权限管理功能，不同的人员分配不同权限，只有有权用户才能进入系统进行各路灯控制功能设置、修改和控制。

可根据实际需要，设置多个不同权限用户，不同权限用户登录系统后，只能在本系统内进行权限允许的各种操作。

系统可将操作人员划分等级和权限，分别设定自己的密码及值班记录，操作人员只能完成权限范围内的操作，并将每项操作的具体内容及时间存入数据库中，任何人不能修改。

为保证操作安全，系统采用了严格的安全管理措施，对不同的角色分配不同的权限，实施多级操作口令和自动密码保护，特别在白天需要开灯时要发双重指令，以避免用电伤人事故发生。

2.2.2主要设备

2.2.2.1.1智能路灯集中控制器

智能集中器安装于路灯配电控制箱内，通过电力线通信方式与每一个路灯控制器通信，可最多带1500个路灯控制器，动态的监测每个灯源的运行情况，并通过3G或4G虚拟专网向城市照明控制中心实时传输数据。

与路灯控制器同时使用，实现路灯远程遥控、遥测、遥调等功能，内置以太网及调制解调器MODEM端口，与终端进行通信，对路灯及网络的工作状态的数据进行记录。

2.2.2.1.2智能路灯控制器

控制器必须一对一，实现路灯开关以及电流、电压、有功采集等。

●控制中心能对城市道路中的任意一盏路灯运行状态检测，并具有数据采集、状态显示及报警功能。

●可按照需求，在确保道路照明亮度的前提下，任意组合控制路灯的工作状态，实现按需照明。

●可监控任意一盏照明路灯的工作状态

●电压、电流、灯功率状态、调节路灯亮度

●故障诊断

路灯控制器技术参数

●工作电源220Vac允许偏差－30%～+20％

●工作电流：

5A

●电源频率50HZ允许偏差－6%～+2％

●测量电流范围0-2Aac

●测量精度0.5级

●防护级别IP67

●工作温度-40～70℃

●存储温度-40～85℃

●相对湿度10%～95%RH

2.2.2.1.3智能电缆防盗器

智能电缆防盗器主机安装在变压器内，从机安装在线路最末端，主机通过RS485线与集中器连接。

主机通过电力线向从机发送脉冲信号，从机通过Lora无线向主机发送反馈信号，每1s通信一次，便于及时、方便、准确的发现回路故障，从而实现对整条街道路灯电缆的实时防盗管理。

工作电源额定电压：

220V，允许偏差-20%～+20％

频率：

50Hz，允许偏差-6%～+2％

第3章项目优势

3.1项目优势

本方案结合城市路灯管理实际情况进行制定，对传统路灯行业颠覆性的创新，为智慧城市打造软硬结合，基于云端的一体化解决方案。

3.1.1平台优势

●完善的GIS平台：

建立城市照明地理信息，将照明设施的空间属性与设计、规划、建设、运维等档案进行关联，结合路灯管理应用实际，建设具有实用性的资源管理平台，管理每个照明设施，包含光源、灯杆、电源、光源附属设备、监控设备、电缆、开关箱、维护车辆等的详细参数和使用情况信息。

●智能控制：

便捷的远程控制，工作人员可通过手机，电脑方便的对全市路灯监测和控制。

●数据分析：

平台采集大量数据，对电量、能耗、线损电量率进行分析，未决策提供依据。

●施工和运维：

通过手机实现路灯档案的快速录入，维护和位置的采集；通过手机实现故障的快速定位和申报；通过手机实现路灯的控制便于维护。

●可扩展：

无缝链接充电桩、wifi、pm2.5等多种第三方设备。

●平台可以本地化部署。

3.1.2硬件设备优势

集中器完全替代定时器，功能更加完善

●路灯控制：

可以对支路、分组、任意一盏路灯的远程开关、调光控制。

●时区控制：

根据所在时区日出日落时间不同，每天自动更改开关灯时间。

●节能方案：

根据客户需求，定制不同方案并执行，实现开关灯和调光节能。

●故障报警：

准确的判断箱变发生故障的支路或故障的路灯，及时上报，保证点亮率。

●数据采集：

定时采集路灯节点的电量数据，并上报智能路灯照明平台。

3.1.33线缆防盗报警

平台与防盗器相结合，对每一个回路的电压，电流，功耗及故障进行监测，及时发现回路故障并上报平台，工作人员可及时处理。

3.1.44安装和运维优势

平台与手机app相结合，对工程实施与运维过程中的时间和成本控制，起到不可代替的作用。

●扫码录入：

使用app对控制器扫码录入，快速实现对照明设施的管理。

●快速采集：

使用app迅速采集照明设备地理信息位置，可靠稳定。

●运维便利：

故障随时申报，快速定位故障位置，方便检修和维护。

●控制便捷：

使用app可实现对集中器和路灯的控制，方便维护人员检修和维护，遇到突发状况可随时解决。

●运维成本减少：

施工过程一人一天即可采集1000个设备的信息，大大减少了人力成本。

对比老的运维方式，接入平台的路灯发生故障或线缆被盗时，会及时报警并通知责任人，快速的定位故障位置，不必花费大量的时间去找到故障的路灯，节约了人力、物力、财力。

3.1.5按需照明，合理节能，提供决策依据

通过平台的控制功能和节能方案，结合路灯照明实际，采用合理的开关灯控制模式，实现按需照明，合理节能。

通过对路灯数据的持续采集，对采集数据进行分析和统计，为政府决策提供依据。

3.1.65为将来实现智慧城市奠定基础

平台可以对接城市照明的数字化管理，节能减排，为智慧城市奠定基础。