一、 概述

路燈是與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)的市政公共設(shè)施，既關(guān)系到夜間行人和交通的安全，又承擔著美化市政、降低社會犯罪率的重任，確保按時、按需點亮每一盞燈，并能有效地節(jié)省路燈的用電電量、延長燈泡的壽命、降低維護和管理的成本是現(xiàn)代效能型社會追求的目標。

目前，全國大部分城市的照明控制和管理仍采用傳統(tǒng)的模式，道路路燈和城市夜景亮化的開關(guān)由每臺箱變或配電柜獨立時鐘控制，無法做到精確的統(tǒng)一性控制和管理，除了部分實現(xiàn)了路燈變壓器的監(jiān)測外，大部分路燈設(shè)施均靠人工巡檢的傳統(tǒng)管理模式，從而造成路燈電纜、燈具等城市路燈設(shè)施失竊和人為損壞嚴重，與“分時間、分路段、分情景”的科學(xué)亮燈模式的管理目標相去甚遠；特別是集中亮燈時電流、電壓的瞬間劇烈變化對專用變壓器和燈具造成的巨大沖擊，時常造成設(shè)備的損害，大大縮短了設(shè)備的使用壽命，增加了城市照明的維護成本。

在這樣的背景下，我們借鑒了國內(nèi)和國際上最新的自動控制和節(jié)能管理技術(shù)，集多年自動化系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)和工程實施的經(jīng)驗，依據(jù)路燈節(jié)能與管理要求，采用了先進的嵌入式控制器技術(shù)、GPRS/CDMA/GSM 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理技術(shù)，成功開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）路燈節(jié)能管控系統(tǒng)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在路燈監(jiān)控方面應(yīng)用的產(chǎn)品還不多見，其特點非常適合路燈的監(jiān)控要求，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點與路燈檢測、調(diào)光、控制集成在一起，實現(xiàn)對每個路燈的單獨控制，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組網(wǎng)實現(xiàn)對所有路燈的遠程節(jié)能監(jiān)控。因此WSN路燈節(jié)能和控制系統(tǒng)實現(xiàn)了路燈全面智能化，實現(xiàn)了“分時”、“分路段”、“分情景”的合理光源分布；各種節(jié)能手段的綜合運用，實現(xiàn)了路燈精確管理，可實現(xiàn)30%以上的路燈節(jié)能效果，對于提高能源利用效率，緩解能源緊張狀況具有重要意義。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由三部分組成：計算機路燈控制和管理中心，路燈監(jiān)控終端及RTU。

計算機路燈控制和管理中心通過 GSM/GPRS/CDMA方式與分布在各地的路燈監(jiān)控終端通信，實現(xiàn)區(qū)域或城市的路燈控制；路燈監(jiān)控終端作為一個路段路燈控制和管理單元，并通過WSN無線通信方式與每一個路燈節(jié)能控制器通信，實現(xiàn)路段的路燈控制；RTU控制和監(jiān)視每一個路燈的亮、滅并與路燈監(jiān)控終端和路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)構(gòu)成路燈監(jiān)控和節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)控制、監(jiān)測和管理的功能，結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

三、 系統(tǒng)功能

1、路燈監(jiān)控和管理中心

路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)是以Linux操作系統(tǒng)平臺為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)庫為核心，以路燈監(jiān)控和管理應(yīng)用軟件包為工具，以 GPRS/CDMA/GSM 或其他傳輸方式為遠程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，集監(jiān)視、控制、管理功能為一體的一個分布型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的計算機監(jiān)控和管理系統(tǒng)。實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)具有快速的響應(yīng)速度，能很好地滿足路燈系統(tǒng)實時性的要求，其完善的數(shù)據(jù)庫定義、查詢工具和良好的用戶界面，使用戶能夠靈活方便地對數(shù)據(jù)庫進行離線或在線的修改、擴展和定義。系統(tǒng)具有友好的人機界面和完善的圖形數(shù)據(jù)處理功能，方式靈活、簡單。地理信息（GIS）圖形處理系統(tǒng)使操作人員可以在屏幕上實現(xiàn)圖形的縮放、平移、導(dǎo)航及各種監(jiān)視、操作、修改和定義功能。 整個系統(tǒng)具備的功能如下：

1. 具備五遙（遙控、遙訊、遙調(diào)、遙視、遙測）功能。
2. 系統(tǒng)同時兼容回路控制和單燈控制。
3. 單燈控制可實現(xiàn)路燈壽命預(yù)測，精確計算亮燈率。回路控制估算亮燈率。
4. 可測量單燈或回路的電壓、電流、功率因素，有功功率。
5. 系統(tǒng)具有電纜防盜，路燈故障通過手機和監(jiān)控中心的報警功能。能生成故障碼，方便維修。
6. 有監(jiān)測道路車流量的功能的擴展接口。
7. 可在現(xiàn)場或通過監(jiān)控中心設(shè)置單桿調(diào)光率或回路調(diào)光率。
8. 軟件能做節(jié)能量分析并提供相關(guān)報表。
9. 中心軟件留有公眾熱線整合報修接口，可匯總故障報修狀況，可生成維修工單及維修結(jié)果確認單?？缮勺罴训木S護策略或維護路線。
10. 可生成維修明細。報告耗材（路燈、電容、鎮(zhèn)流器等）庫存狀態(tài)。有綜合管理等辦公自動化功能，實現(xiàn)總公司對分公司的通過互聯(lián)網(wǎng)的實時管理。
11. 具備通過視頻和負荷監(jiān)控實現(xiàn)指揮及維修調(diào)度功能，可聯(lián)動對應(yīng)的管理攝像機。
12. 詳細記錄開關(guān)燈時間，方便節(jié)能量計算。
13. 控制系統(tǒng)失效時，能無條件保障照明。
14. 對白天意外亮燈、晚上意外熄燈、遠程控制器故障、配電箱門開關(guān)不正常，電壓電流超限和供電線路停電可報警。
15. 單燈和回路終端盒獨立運行，現(xiàn)場控制，提高開關(guān)燈的可靠性。

2、路燈監(jiān)控終端

1）特點
l GPRS/CDMA/GSM 移動網(wǎng)絡(luò)通信連接，支持手機短信功能，實時發(fā)送多種報警信息
l 高性能嵌入式微處理器技術(shù)，先進的電能測量計量專用芯片，大容量存儲器技術(shù)
l 通訊距離：50-200米
l 自診斷和自恢復(fù)功能
l 斷電數(shù)據(jù)保持功能
l 遠程或就地自動調(diào)壓實現(xiàn)路燈的亮燈、暗燈的節(jié)能控制
l 無線路由節(jié)點通信連接功能，實現(xiàn)與單燈節(jié)能控制器的通信
l 可選的就地彩色LCD圖形顯示和操作鍵盤功能

2）結(jié)構(gòu)

采用戶外機箱安裝結(jié)構(gòu)，可以直接安裝在戶外路燈變壓器的安裝平臺上和電桿柱上，也可以直接安裝在路燈配電控制箱內(nèi)。由測控通信模塊、圖形顯示和通信控制器（選件）GPRS/CDMA模塊、無線線路由節(jié)點通信模塊，電源模塊、接線端子和機箱組成。

3）功能

數(shù)據(jù)記錄功能
l 可以按分鐘、小時、天、周、月記錄和保存各種連續(xù)記錄數(shù)據(jù)和最大最小值數(shù)據(jù)
狀態(tài)監(jiān)視功能
l 開關(guān)量輸入可以監(jiān)視路燈的開關(guān)以及節(jié)能控制器的狀態(tài)
控制輸出功能
l 開關(guān)量輸出可以控制路燈開關(guān)和節(jié)能控制器等
通信功能
l GPRS/CDMA/GSM 網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)遠方數(shù)據(jù)招喚傳送、定時傳送、越限報警/變位傳送和遠程控制命令傳送功能
短信息報警
l 檢測到報警事件時，將主動發(fā)送短信息給預(yù)先指定的手機。
l 圖形顯示和通信控制器后，可以實現(xiàn)路段內(nèi)路燈就地的圖形、數(shù)據(jù)、狀態(tài)、報警顯示，操作和維修工程師可以在就地通過圖形顯示器和鍵盤對路段內(nèi)的路燈進行操作控制，檢驗和維護工作。

四、 特點及技術(shù)優(yōu)勢

傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)通過鋪設(shè)控制電纜或者采用電力載波的形式進行路燈控制。其構(gòu)成框圖如下所示

傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

1、技術(shù)比較
l 傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)達到控制目的需要對控制回路進行線路，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路燈管理系統(tǒng)全部采用無線方式，不需要敷設(shè)線路。
l 傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)很難實現(xiàn)單燈控制，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路燈管理即可以實現(xiàn)回路控制也可以實現(xiàn)單燈控制。
l 傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)可以定時按照程序控制開關(guān)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路燈管理即可以實現(xiàn)按照程序進行控制，也可以根據(jù)室外照度控制。

2、經(jīng)濟比較
1、傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)建設(shè)費用高、建設(shè)周期長、日常維護費用大。傳統(tǒng)路燈管理系統(tǒng)建設(shè)費用高以一個2000個路燈系統(tǒng)，20個回路控制的建設(shè)為例，傳統(tǒng)路燈控制系統(tǒng)的直接建設(shè)成本約為60萬。采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路燈管理系統(tǒng)的直接建設(shè)成本約為30-50萬

2、采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路燈管理系統(tǒng)節(jié)能效果好

（1） 提高亮燈率：系統(tǒng)投運后可以隨時發(fā)現(xiàn)路燈運行中出現(xiàn)的問題，隨時處理，提高亮燈率。
（2） 節(jié)約能源，減少電費支出：在系統(tǒng)投入使用后，可在深夜行人稀少和交通量減少的情況下，執(zhí)行“隔一亮一”、“隔二亮一”、“隔三亮一”的照明方式，既給夜間出行的行人帶來主便又能節(jié)約大量的電費支出。在實現(xiàn)單控后，最少節(jié)能40%。
（3） 延長燈具壽命：采用路燈智能控制終升高的情況下。據(jù)測試，正常電壓（220V）情況下，鈉燈電壓為100V，電壓升高后（230V-240V），鈉燈電壓可升至120V-150V；正常電壓環(huán)境下降壓節(jié)能運行后，鈉燈電壓一般為85V，電壓升高環(huán)境下，鈉燈電壓可保持在100V左右。從理論和實際使用環(huán)境，采用調(diào)壓控制節(jié)能可以延長路燈使用壽命。
（4） 節(jié)約人力、物力，提高管理水平：由于可實時監(jiān)控每盞路燈、每個路段及亮化工程點工作狀態(tài)，計算機可以及時對故障進行匯總，寫入數(shù)據(jù)庫，以便次日進行維修；利用動態(tài)實時模擬顯示屏，監(jiān)視全區(qū)路燈，值班員在中央控制室就可以概覽路燈現(xiàn)場運行情況，從而減少巡燈的維護成本和減輕巡檢人員工作強度，大大提高工作效率。另外，在惡劣天氣時，根據(jù)各路燈控制智能終端采集的數(shù)據(jù)情況加以分析，采取相應(yīng)緊急措施，避免交通事故的發(fā)生。
（5） 對于太陽能LED路燈，除了通常具備路燈電流、電壓檢測功能外，還能夠檢測電池的充放電電流、電壓、電池的容量，特別是還可以檢測LED燈頭的溫度，這對保證LED的照度、延長LED的使用壽命具有十分重要的意義。