GPRS在城市燈光管理監(jiān)控中應用方案

　　一、 建設照明監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

　　隨著城市建設的發(fā)展，城市照明建設越來越注重于城市的形象，道路照明和景觀照明的要求和數(shù)量不斷增加，今后城市照明管理部門除了管理城市道路照明外，還將參與城市景觀燈的管理。因此各級政府和市民對城市的建設、道路照明和景觀照明提出更高的要求。希望實現(xiàn)城市照明管理的現(xiàn)代，使城市管理水平達到國內(nèi)領先水平。

　　1、 現(xiàn)行的控制方法

　　現(xiàn)在采用控制方法以分散時控方式為主，即在路燈配電箱中安裝定時器，按預定的時間自行開/關燈;而有些景觀燈開關通常是人工手動控制方法。

　　2、 現(xiàn)行控制方法的缺陷

　　現(xiàn)行的方法既不能及時調(diào)整開/關燈的時間，更無法及時反映照明設施的運行情況，并且故障率高、維修困難。隨著城市的不斷發(fā)展，控制范圍越來越大，現(xiàn)行的控制方法無法及時反映照明設施的運行情況，使得維修工作十分被動。運行過程中的故障只有等待巡視人員到達現(xiàn)場才能發(fā)現(xiàn)，或者被動地等待市民的電話反映，因此難以做到及時維修。

　　在遇到一些領導視察、國賓接待、舉辦大型活動等特殊任務時，由于缺乏靈活的控制手段，必須臨時派出大量的人員到現(xiàn)場手動操作照明開關箱或者臨時通知各景觀燈單位，因此在時間十分緊迫的情況下，無法滿足圓滿完成任務的要求。

　　此外，由于缺乏靈活的控制手段，花費大量經(jīng)費建設起來的各類景觀燈，難以充分發(fā)揮應有的效能。

　　二、城市照明監(jiān)控系統(tǒng)的效益分析

　　1 、社會效益分析

　　隨著社會文明的不斷發(fā)展，路燈已不再局限于街道照明，而是發(fā)展為表現(xiàn)城市景觀、體現(xiàn)城市形象的重要標志。因此，現(xiàn)代社會對路燈的管理和維護也提出了越來越高的要求，這些要求包括根據(jù)光照度變化及時開/關燈、隨時調(diào)整景觀燈的開/關燈時間并進行應急調(diào)度、及時發(fā)現(xiàn)故障并立即進行修復等。

　　目前各城市管理部門所采用的控制方式已很難保證城市照明系統(tǒng)的正常開關燈和運行，特別是當照明控制箱或線路出現(xiàn)問題時，就有可能造成大面積滅燈，產(chǎn)生較壞的影響。同時由于缺少實時監(jiān)測手段，無法實現(xiàn)故障的及時發(fā)現(xiàn)和維修。隨著政府和市民對照明管理和維護要求越來越高，照明管理部門的管轄范圍也越來越大，為了及時發(fā)現(xiàn)故障并立即進行修復，仍然采用檢修車上街巡燈的方法越來越難以勝任。

　　采用城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)以后，全市范圍的全夜燈、半夜燈和景觀燈的開/關均可實現(xiàn)自動控制。同時，由于照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有自動報警和巡測、選測功能，調(diào)度人員可以在故障發(fā)生后的數(shù)秒鐘內(nèi)及時了解故障的地點和狀態(tài)，為及時進行修復提供了有力的保障。路燈維護及時，可以極大地減少對照明管理部門的投訴、減少道路交通事故的發(fā)生，有利于城市的治安，產(chǎn)生極大的社會效益，從而進一步提高城市的形象。

　　2、 經(jīng)濟效益分析

　　1)、 節(jié)約路燈維護費用

　　路燈自動化監(jiān)控系統(tǒng)將傳統(tǒng)的“巡燈查找故障”改為“值班等待報警”，不僅減少了“巡燈”人員和車輛損耗，降低了維修成本;而且在檢修車出所之前已經(jīng)知道了故障的準確地點和基本狀態(tài)，因而縮短了維修時間、提高了檢修效率;由此將產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟效益。

　　2)、 節(jié)約大量的電費支出

　　無線照明監(jiān)控系統(tǒng)能提高開/關燈的可靠性和可檢查性，避免白天亮燈情況的出現(xiàn);同時，系統(tǒng)采用光控和時控相結合的控制方案，在預置的時間區(qū)段內(nèi)根據(jù)光照度決定路燈的開或關，既能在陰雨天自動延長照明時間，又能在晴好天氣自動縮短照明時間;這些措施既可滿足市民對道路照明的需求，又避免了路燈的無謂開啟，減少了開燈時間,從而節(jié)約了大量的電能。

　　根據(jù)已建的照明監(jiān)控運行表明，采用照明監(jiān)控系統(tǒng)后，每天大概可以減少路燈開燈時間25分鐘左右。如果按每天運行十小時計算，則可節(jié)約4.2%的電費支出。

　　如果通過對照明線路的改進，增加路燈的半夜燈控制方案或景觀燈在非節(jié)假日采用只開部分景觀燈的控制方案，因此可節(jié)約大量的電費支出。

　　3)、 提高燈具壽命，降低運行成本

　　以外由于減少了開燈時間，延長了燈具壽命，降低運行成本，進一步提高了經(jīng)濟效益。

　　4)、 實現(xiàn)自動傳送電費功能，減少電費支出

　　無線照明監(jiān)控系統(tǒng)具有遠程自動抄表和計量電費功能，每天、每月、每年的照明用電能夠及時的自動采集、計算、存儲、打印，隨時了解用電情況，實施有效管理，降低支出，提高經(jīng)濟效益。對景觀燈還可采用雙計費功能，實現(xiàn)政府開燈與各景觀大樓業(yè)主自行開燈分別計費的方式，減少政府與大樓業(yè)主為電費的相互扯皮的現(xiàn)象，保證雙方的利益。

　　3、 實現(xiàn)照明系統(tǒng)的管理現(xiàn)代化

　　城市照明監(jiān)控系統(tǒng)能將采集到的數(shù)據(jù)自動進行存儲、統(tǒng)計，并能隨時進行查詢和打印，為管理現(xiàn)代化提供了基本條件。

　　三、系統(tǒng)設計依據(jù)

　　本方案依據(jù)北京嘉復欣科技有限公司業(yè)已完成的照明監(jiān)控系統(tǒng)和結合當前無線監(jiān)控技術的最新發(fā)展，并根據(jù)各城市照明管理部分對照明監(jiān)控系統(tǒng)的技術需求編制而成。

　　四、 設計原則

　　1、 可靠性

　　由于系統(tǒng)的服務對象是廣大市民，稍有差錯即會產(chǎn)生嚴重的社會后果;同時監(jiān)控設備長期在野外運行，工作環(huán)境極為惡劣;因此必須充分考慮系統(tǒng)的可靠性，要求監(jiān)控系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定地運行;同時要求監(jiān)控系統(tǒng)在個別設備出現(xiàn)故障的情況下仍能穩(wěn)定運行，不影響或者少影響照明系統(tǒng)的按時開啟和關閉。

　　2、 先進性和實用性

　　設備須符合相關國內(nèi)、國際標準，整個系統(tǒng)應是目前國內(nèi)最先進的，并長期處于國內(nèi)較為先進的水平。同時，應以實用為原則，不可脫離實用性而盲目追求先進性，從而造成華而不實、浪費資金，降低可靠性。

　　3、 可維修性

　　系統(tǒng)的設備模塊化設計，并且各單元部件具有故障定位指示，便于設備維修。

　　4、 可擴展性

　　硬件采用模塊化設計，軟件采用組態(tài)化設計，使得系統(tǒng)擴展、升級均不必改變現(xiàn)有設備的狀態(tài)。

　　5 、通用性

　　硬件設備具有通用性，通過不同的軟件參數(shù)設置，可以實現(xiàn)不同的功能。

　　6 、經(jīng)濟性

　　盡可能采用成熟的先進技術，選擇性價比高的方案和設備，既要考慮初期建設費用，也要降低今后的運行維修費用。

　　五、系統(tǒng)主要技術指標

　　1、系統(tǒng)容量：1個主站，1萬個監(jiān)控點。

　　2、 可以實現(xiàn)群控和組控

　　系統(tǒng)終端根據(jù)需要可以把全夜燈、半夜燈、各種景觀燈分為不同功能組，實現(xiàn)群控和組控。

　　3、 通信方式

　　根據(jù)用戶的具體情況、通信技術的發(fā)展，本方案建議采用GPRS通信方式。

　　4 、工作環(huán)境溫度

　　照明監(jiān)控室外通信終端的工作環(huán)境溫度范圍滿足-30℃ ～ +65℃。

　　主臺為0℃ ～ +40℃。

　　5、 數(shù)據(jù)采集精度

　　為了保證亮燈率的統(tǒng)計，交流電流、電壓、有功功率、功率因數(shù)采集精度優(yōu)于 1.0 %。

　　六、 照明控制方案

　　1 、分組控制

　　系統(tǒng)可以根據(jù)不同類型的照明控制要求，把全市路燈和景觀燈分成若干組，分別采用時控方案或時控和光控相結合的控制方案，自動遙控開/關全夜燈、半夜燈和景觀燈;也可以手動對全夜燈、半夜燈和景觀燈進行遙控開/關操作;在特殊情況下，可以實現(xiàn)白天亮燈。

　　2、 時控和光控相結合的路燈控制方案

　　目前,路燈控制方案主要有時控法和光控法兩種。

　　時控法的主要缺點是不考慮天氣對光照度的影響，每天在固定的時間開/關燈;從而造成陰雨天光照度嚴重不足但沒有開燈，或者晴朗天氣雖然到了固定開燈時間但光照度仍然充足，白白浪費電力;關燈時間的固定不變，同樣出現(xiàn)類似的不合理現(xiàn)象。此外，隨著季節(jié)的變化，定時器需要人工頻繁地調(diào)整。光控法的主要缺點是在光線不足的白天，或者夜晚有強光照射時都有可能發(fā)生誤動作。

　　為了克服兩者的不足，本系統(tǒng)采用時控和光控相結合的路燈控制方案。該方案基于模糊控制理念，以當?shù)?65天日出日落的時間作為基本條件，設定一個有效的開/關燈時段，在此時段內(nèi)根據(jù)光照度的具體情況自動執(zhí)行相應的開/關燈命令;若該時段結束時光控仍未起作用，則在該時段結束時，監(jiān)控終端自動按時控方式開/關燈。

　　光控時段值和光照度值均可在線修改，軟件界面如右圖所示。此方案可根據(jù)當天的實際光照度及時地開/關燈，既可節(jié)省大量電力，又可產(chǎn)生較好的社會效益。

　　在特殊情況下，系統(tǒng)也可以實現(xiàn)白天亮燈。

　　根據(jù)已建的照明監(jiān)控運行表明，如果原來是采用日出日落時間作為開關燈時間的話，則在采用時控和光控相結合的控制方案后，每天大概可以減少路燈開燈時間25分鐘左右。如果以每天平均開燈10小時計算，則可節(jié)約4%左右的電費。

　　3、 景觀燈控制方案

　　景觀燈控制采用分組定時控制方案，即可以把不同地理位置和要求的景觀燈分成若干組，對不同組采用不同的定時控制方案。

　　采用先進的全組態(tài)設計，通過中央控制室微機的設置程序，可任意設置一年中的開/關燈時間以及每周固定的開/關燈時間。通過群控方式，可將景觀燈進行分組，不同組采取不同的控制方案;也可通過選控方式，將相應的飾燈逐點控制，更增強了系統(tǒng)的靈活性。

　　七、照明監(jiān)控通信系統(tǒng)

　　1、系統(tǒng)通信方案的選擇

　　正確選用系統(tǒng)通信方案，是城市照明監(jiān)控系統(tǒng)得以成功運行的必要前提，在照明監(jiān)控系統(tǒng)中目前可采用的通信方案主要有無線專用網(wǎng)、移動通信網(wǎng)中的GSM短消息、USSD和GPRS通信方式。根據(jù)要求本系統(tǒng)通信方案選擇無線移動公用網(wǎng)的GPRS通信方式。

　　2、系統(tǒng)GPRS通信方案特點

　　GPRS (General Packet Radio Service)是通用分組無線業(yè)務的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)基礎上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務，目的是為GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務,具有“永久在線”、“高速傳輸”等優(yōu)點。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。