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GPRS城市路灯照明监控系统应用方案

作者：XMYN 作者单位：厦门宇能科技有限公司 2008年11月5日

    GPRS城市路灯照明监控系统应用方案


    随着城市建设的发展，城市照明建设越来越注重于城市的形象，道路照明和景观照明的要求和数量不断增加，今后城市照明管理部门除了管理城市道路照明外，还将参与城市景观灯的管理。因此各级政府和市民对城市的建设、道路照明和景观照明提出更高的要求。希望实现城市照明管理的现代，使城市管理水平达到国内领先水平。

    1、建设照明监控系统的必要性
    1.1、现行的控制方法
    现在采用控制方法以分散时控方式为主，即在路灯配电箱中安装定时器，按预定的时间自行开、关灯；而有些景观灯开关通常是人工手动控制方法。

    1.2、现行控制方法的缺陷
    现行的方法既不能及时调整开/关灯的时间，更无法及时反映照明设施的运行情况，并且故障率高、维修困难。随着城市的不断发展，控制范围越来越大，现行的控制方法无法及时反映照明设施的运行情况，使得维修工作十分被动。运行过程中的故障只有等待巡视人员到达现场才能发现，或者被动地等待市民的电话反映，因此难以做到及时维修。在遇到一些接待首长、迎接国宾、举办大型活动等特殊任务时，由于缺乏灵活的控制手段，必须临时派出大量的人员到现场手动操作照明开关箱或者临时通知各景观灯单位，因此在时间十分紧迫的情况下，无法满足领导和市民的要求。此外，由于缺乏灵活的控制手段，花费大量经费建设起来的各类景观灯，难以充分发挥应有的效能。

    2、城市照明监控系统的效益分析及方案优点
    2.1、社会效益分析
    随着社会文明的不断发展，路灯已不再局限于街道照明，而是发展为表现城市景观、体现城市形象的重要标志。因此，现代社会对路灯的管理和维护也提出了越来越高的要求，这些要求包括根据光照度变化及时开/关灯、随时调整景观灯的开/关灯时间并进行应急调度、及时发现故障并立即进行修复等。
    目前各城市管理部门所采用的控制方式已很难保证城市照明系统的正常开关灯和运行，特别是当照明控制箱或线路出现问题时，就有可能造成大面积灭灯，产生较坏的影响。同时由于缺少实时监测手段，无法实现故障的及时发现和维修。随着政府和市民对照明管理和维护要求越来越高，照明管理部门的管辖范围也越来越大，为了及时发现故障并立即进行修复，仍然采用检修车上街巡灯的方法越来越难以胜任。采用城市照明自动化监控系统以后，全市范围的全夜灯、半夜灯和景观灯的开/关均可实现自动控制。同时，由于照明自动化监控系统具有自动报警和巡测、选测功能，调度人员可以在故障发生后的数秒钟内及时了解故障的地点和状态，为及时进行修复提供了有力的保障。路灯维护及时，可以极大地减少对照明管理部门的投诉、减少道路交通事故的发生，有利于城市的治安，产生极大的社会效益，从而进一步提高城市的形象。

    2.2、方案优点

    2.2.1、节约路灯维护费用
    路灯自动化监控系统将传统的“巡灯查找故障”改为“值班等待报警”，不仅减少了“巡灯”人员和车辆损耗，降低了维修成本；而且在检修车出所之前已经知道了故障的准确地点和基本状态，因而缩短了维修时间、提高了检修效率；由此将产生了极大的经济效益。

    图：以上是典型的路桥照明系统和城市夜景工程

    2.2.2、节约大量的电费支出
    无线照明监控系统能提高开/关灯的可靠性和可检查性，避免白天亮灯情况的出现；同时，系统采用光控和时控相结合的控制方案，在预置的时间区段内根据光照度决定路灯的开或关，既能在阴雨天自动延长照明时间，又能在晴好天气自动缩短照明时间；这些措施既可满足市民对道路照明的需求，又避免了路灯的无谓开启，减少了开灯时间，从而节约了大量的电能。
    如果通过对照明线路的改进，增加路灯的半夜灯控制方案或景观灯在非节假日采用只开部分景观灯的控制方案，因此可节约大量的电费支出。

    2.2.3、提高灯具寿命，降低运行成本
    在降低运行成本以外由于减少了开灯时间，延长了灯具寿命，降低运行成本，进一步提高了经济效益。

    2.2.4、实现自动计费功能，减少电费支出
    无线照明监控系统具有远程自动抄表和计量电费功能，每天、每月、每年的照明用电能够及时的自动采集、计算、存储、打印，随时了解用电情况，实施有效管理，降低支出，提高经济效益。对景观灯还可采用双计费功能，实现政府开灯与各景观大楼业主自行开灯分别计费的方式，减少政府与大楼业主为电费的相互扯皮的现象，保证双方的利益。

    2.3、实现照明系统的管理现代化
    城市照明监控系统能将采集到的数据自动进行存储、统计，并能随时进行查询和打印，为管理现代化提供了基本条件。

    2.4、可靠性
    由于系统的服务对象是广大市民，稍有差错即会产生严重的社会后果；同时监控设备长期在野外运行，工作环境极为恶劣；因此必须充分考虑系统的可靠性，要求监控系统能够长期稳定地运行；同时要求监控系统在个别设备出现故障的情况下仍能稳定运行，不影响或者少影响照明系统的按时开启和关闭。

    2.5、先进性和实用性
    设备须符合相关国内、国际标准，整个系统应是目前国内最先进的，并长期处于国内较为先进的水平。同时，应以实用为原则，不可脱离实用性而盲目追求先进性，从而造成华而不实、浪费资金，降低可靠性。

    2.6、可维修性
    系统的设备模块化设计，并且各单元部件具有故障定位指示，便于设备维修。

    2.7、可扩展性
    硬件采用模块化设计，软件采用组态化设计，使得系统扩展、升级均不必改变现有设备的状态。

    2.8、通用性
    硬件设备具有通用性，通过不同的软件参数设置，可以实现不同的功能。

    3、系统方案介绍
    由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，因此监测中心计算机需要一个固定的IP地址或固定的域名，各个数据采集点采用GPRS模块通过IP地址或域名来访问该主机，从而进行数据通信。























    通讯系统结构图



    3.1、照明控制方案
    3.1.1、分组控制
    系统可以根据不同类型的照明控制要求，把全市路灯和景观灯分成若干组，分别采用时控方案或时控和光控相结合的控制方案，自动遥控开/关全夜灯、半夜灯和景观灯；也可以手动对全夜灯、半夜灯和景观灯进行遥控开/关操作；在特殊情况下，可以实现白天亮灯。
    3.1.2、时控和光控相结合的路灯控制方案
    目前,路灯控制方案主要有时控法和光控法两种。时控法的主要缺点是不考虑天气对光照度的影响，每天在固定的时间开/关灯；从而造成阴雨天光照度严重不足但没有开灯，或者晴朗天气虽然到了固定开灯时间但光照度仍然充足，白白浪费电力；关灯时间的固定不变，同样出现类似的不合理现象。此外，随着季节的变化，定时器需要人工频繁地调整。光控法的主要缺点是在光线不足的白天，或者夜晚有强光照射时都有可能发生误动作。

    3.2、景观灯控制方案
    景观灯控制采用分组定时控制方案，即可以把不同地理位置和要求的景观灯分成若干组，对不同组采用不同的定时控制方案。
    采用先进的全组态设计，通过中央控制室微机的设置程序，可任意设置一年中的开/关灯时间以及每周固定的开/关灯时间。通过群控方式，可将景观灯进行分组，不同组采取不同的控制方案；也可通过选控方式，将相应的饰灯逐点控制，更增强了系统的灵活性。

    3.3、系统通信方案的选择
    正确选用系统通信方案，是城市照明监控系统得以成功运行的必要前提，在照明监控系统中目前可采用的通信方案主要有无线专用网、移动通信网中的 GSM 短消息、USSD 和 GPRS 通信方式。根据要求本系统通信方案选择无线移动公用网的 GPRS 通信方式。

    3.4、系统 GPRS 通信方案特点
    GPRS (General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的英文简称，是在现有GSM系统基础上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM 用户提供分组形式的数据业务,具有“永久在线”、“高速传输”等优点。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
    相对于原有GSM拨号方式的电路交换数据传输方式,GPRS网络采用的分组交换技术，具有以下优点：
    (1)永久在线。即用户无需为每次数据的访问建立呼叫连接。
    (2)高速传输。数据传输速率理论上最高可以达到171.2kbps,目前传输速率可达到40kbps。
    (3)流量计费：用户只需要为接收和发送的数据报支付费用，因此相对运行费用较低。

    (4)快捷登录：只须3秒即可登录互联网。
    GPRS 采用与GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，其分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。
    监控中心的前后台监控微机接入 Internet（可采用 DDN 专线、ADSL 等多种方式），GPRS 终端与监控中心建立连接，监控中心与 GPRS 终端通过 GPRS 网络，实时传递指令和数据。

    3.5、系统监控控制中心全
    景图（根据工程大、小可
    选配）
    照明监控系统调度端
    采用前、后台机连网工作
    方式，选用带看门狗的适合连续工作的工业控制计算机。一般情况下，前台机作为监控工作站承担遥测、监控、调度等工作；
    后台机平时自动备份前台机的数据，当前台机出现故障的情况下，可以随时切换顶替前台机工作；从而极大地提高了系统的可靠性。同时，考虑到计算机网络技术的发展，系统具有网络接口，接入服务器、管理工作站等，系统就可以很方便地组建为路灯管理处局域网，通过网络实现照明监控数据和图像信息共享。
    系统外部的计算机均可通过拨号上网，采用加密查询的方式访问相应的各类最新和历史数据。同时，系统也可以通过电话语音方式查询当前的最新情况，或指定相应的电话号码和告警方式实现电话语音告警。整个系统的网络化设计为今后的生产管理与办公自动化的实施奠定了良好的基础，同时保留了足够的软件与硬件扩展接口，以便现有的监控系统能随着网络技术的飞速发展，发挥越来越大的作用。

    3.6、系统软件设计
    3.6.1、设计方案：应用软件与服务器的操作系统为 Win2000 Server 版，数据库平台为 SQL Server2000 版，采用视窗化语言设计，可基于地理信息平台（GIS）设
    计，支持浏览器/服务器
    （B/S）查询模式，数据库
    也可与 Internet相连接。
    3.6.2、可升级扩展性：系统升级无需额外接口即可解除用户数限制，并可与WinXp 、Linux 等系统平台兼容。

    3.6.2、兼容性：数据库报表格式划分为系统参数表、用户操作记录表、故障记录表、年月日巡测记录表、开关灯分组控制表、用户权限表等，均按照 SQL 标准格式存储。


    3.7、移动控制系统（移动调度端）设计（选配）
    为了实现灵活的现场调度指挥，特别是重大活动时需要在夜景现场及时准确地控制灯光的开
    关，厦门宇能科技设计
    制造的便携式移动控制
    系统可以方便地实现这
    一功能。
    该系统由便携式计算机和便携式无线





    移动指挥车巡检抢修车



    通话

    GPRS 数传模块




    UPS
    电源





    数传模块组成，同时配有 UPS 电源和车载电源系统，可以方便地实现指挥人员的全面控制。

    4、照明监控终端（RTU）主要技术指标

    4.1、系统容量：1个控制主站可监控1万个监控点。

    4.2、可以实现群控和组控
    系统终端根据需要可以把全夜灯、半夜灯、各种景观灯分为不同功能组，实现群控和组控（需和路灯控制器组合使用来实现）。

    4.3、通信方式
    根据用户的具体情况、通信技术的发展，本方案建议采用GPRS通信方式。

    4.4、工作环境温度
    照明监控端的工作环境温度范围满足－40℃ ～ +85℃。控制主站为：0℃ ～ +40℃。

    4.5、数据采集精度
    为了保证亮灯率的统计，交流电流、电压、有功功率、功率因数采集精度优于1.0 %。

    4.6、监控终端的采集和控制的内容包括：
     遥控：2继电器输出，触点为交流 220V/7A，一组常开和常闭触点

     遥信：4隔离开关量输入、4隔离模拟量输入

     通讯：1路隔离 232 或 485 接口

     具有远程抄表接口