城市道路照明的網(wǎng)絡(luò)化智能管理系統(tǒng)

摘 要:根據(jù)城市道路照明的特點(diǎn)，提出了一種實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)化城市道路照明智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，分析了的總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，闡述了智能管理的基本原理和具體實(shí)施要求。該系統(tǒng)提高了道路照明的自動(dòng)化管理水平和運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞:道路照明; 智能管理; LED; GPRS

中圖分類號:TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)11-0195-02

Networked Intelligent Management System of Urban Road Lighting

FENG Yu-ru

(Zhejiang Information Engineering School， Huzhou 313000， China)

Abstract: A design scheme of practical networked intelligent management system of urban road lighting is introduced according to the characteristics of urban road lighting. The structure of this system is analysed， andthe basic principle and implementation demand of the intelligent management system are discussed in detail. The system can actually improve the automatic administrant level and efficient run for urban road lighting.

Keywords: road lighting; intelligent management; LED; GPRS

0 引 言

城市道路照明對交通安全、美化環(huán)境具有重要作用，是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是城市管理的重要內(nèi)容。城市道路照明管理直接關(guān)系到能源消耗水平和環(huán)境保護(hù)，同時(shí)也體現(xiàn)了一個(gè)城市的文化品位和管理水平。LED路燈照明是建設(shè)資源節(jié)約型社會、進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的一個(gè)重要舉措[1]。另一方面，為了提高道路照明的管理水平和運(yùn)行效率，以更好地適應(yīng)城市建設(shè)發(fā)展的需要和城市品位的提升。

針對道路照明技術(shù)現(xiàn)狀，節(jié)能技術(shù)也在深入研究和應(yīng)用[2-7]，高效節(jié)能的LED綠色照明技術(shù)也漸為流行[8]。本系統(tǒng)主要采用高效節(jié)能的LED進(jìn)行節(jié)能外，通過研發(fā)道路照明的集控智能管理系統(tǒng)，集計(jì)算機(jī)、通信、機(jī)電、自動(dòng)控制等多種先進(jìn)技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)了城市(區(qū)域)公共照明的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，提高了運(yùn)行效率。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要建立基于GPRS的集控智能管理監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對一個(gè)城市或區(qū)域的LED照明燈或景觀燈等公共照明的遙控、遙測、遙信等功能。

整個(gè)系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成，即監(jiān)控中心(主站)、終端(路燈控制節(jié)點(diǎn))組成，兩者之間通過GSM/GPRS及Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向通訊，如圖1所示。

圖1中集控管理監(jiān)控中心由集控智能管理系統(tǒng)軟件、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、UPS、大屏幕投影顯示設(shè)備、打印機(jī)、專用通訊終端等組成。 終端由LED、智能控制板、狀態(tài)檢測監(jiān)控板、GPRS通訊模塊等組成。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

LED道路照明終端與集控智能管理中心的基于GPRS的雙向穩(wěn)定無線通訊。數(shù)據(jù)鏈路的檢測與激活應(yīng)保證常規(guī)檢測數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)可靠的傳輸，同時(shí)應(yīng)兼顧數(shù)據(jù)傳輸效率與穩(wěn)定性的要求。另外，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)合理控制通訊流量，有效節(jié)約運(yùn)行成本。

另一方面，LED照明的集控智能管理實(shí)現(xiàn)遙控、遙測、遙信等功能。系統(tǒng)涉及了網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)、遠(yuǎn)程訪問技術(shù)、數(shù)據(jù)安全與加密技術(shù)、基于專家知識的故障分析與診斷技術(shù)等。同時(shí)系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互來保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)遙控、遙測、遙信等功能，提高管理水平和運(yùn)行效率、降低維護(hù)成本。

2 道路照明的智能化管理

2.1 監(jiān)控管理系統(tǒng)

城市道路照明的無線監(jiān)控管理近些年也漸漸走向應(yīng)用，方便了城市區(qū)域照明的管理[9-10]。本系統(tǒng)的監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以獨(dú)立的、固定的公網(wǎng)IP地址的方式接入Internet。監(jiān)控中心的軟件采用功能強(qiáng)大的Visual C++，VC編譯器中集成了能夠?qū)崿F(xiàn)通信協(xié)議TCP/IP的編程接口WinSock，并對WinSock進(jìn)行了封裝，本系統(tǒng)利用其專用的TCP/IP編程接口WinSock，來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對公共照明節(jié)點(diǎn)的遙控、遙測和遙信功能。遙控實(shí)現(xiàn)主站計(jì)算機(jī)對照明燈的群控、部分群控、單點(diǎn)控制、任務(wù)定制功能(領(lǐng)導(dǎo)車隊(duì))、預(yù)約執(zhí)行時(shí)間(例如特定時(shí)間節(jié)假日的開關(guān)等)、遠(yuǎn)程訪問控制、GPRS授時(shí)等;遙測實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡測或隨機(jī)檢測各個(gè)終端亮燈率、電壓、電流等。遙測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可作為調(diào)整各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)狀態(tài)的原始依據(jù);遙信實(shí)現(xiàn)對各個(gè)終端的工作狀態(tài)、故障和報(bào)警等信息的獲取，保證系統(tǒng)有效正常地運(yùn)行。

管理監(jiān)控系統(tǒng)除了具有良好圖形化人機(jī)界面、系統(tǒng)安全性控制、終端分組控制、集控點(diǎn)控、自動(dòng)巡測終端、數(shù)據(jù)存儲與備份、數(shù)據(jù)采集與處理、報(bào)警級別控制與報(bào)警處理、報(bào)表打印等功能外，還具有以下一些主要特點(diǎn):

(1) 可設(shè)立分控中心，對遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行分級監(jiān)控;

(2) 使用手機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)移動(dòng)管理，實(shí)時(shí)接收報(bào)修信息、查詢檢修結(jié)果等;

(3) 遠(yuǎn)程控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警值設(shè)置等工作可由Web遠(yuǎn)程訪問方式實(shí)現(xiàn)，使公共照明系統(tǒng)的維護(hù)、管理更加靈活有效;

(4) 系統(tǒng)提供通用的數(shù)據(jù)接口，可以輕松實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能擴(kuò)展。可與MIS/OA、GIS系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)信息共享;

(5) 具有遠(yuǎn)程維護(hù)、自診斷、自啟動(dòng)功能。

同時(shí)該系統(tǒng)充分考慮數(shù)據(jù)傳輸效率及穩(wěn)定性、安全保障措施等。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。

2.2 GPRS網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)

GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)為行業(yè)用戶提供永遠(yuǎn)在線、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，可以提供點(diǎn)對點(diǎn)、外圍設(shè)備間、外圍設(shè)備與中心節(jié)點(diǎn)之間的通信方式。GPRS網(wǎng)絡(luò)在GSM的基礎(chǔ)上，由終端MS(Mobile Station)、基站系統(tǒng)BSS(Base Station System)、服務(wù)GPRS節(jié)點(diǎn)SGSN(Serving GPRS Support Node)、網(wǎng)關(guān)GPRS節(jié)點(diǎn)GGSN(Gateway GPRS Support Node)四個(gè)主要部分組成。GPRS模塊將單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)通過基站系統(tǒng)傳給節(jié)點(diǎn)SGSN，SGSN與GGSN協(xié)作完成數(shù)據(jù)在GPRS網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。對于Internet來說，GGSN相當(dāng)于一個(gè)路由器。GGSN接收監(jiān)測終端的數(shù)據(jù)及路由并傳送到Internet，或者將數(shù)據(jù)通過選擇GPRS網(wǎng)內(nèi)的傳輸通道，傳給相應(yīng)的服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)，再由SGSN將數(shù)據(jù)通過基站系統(tǒng)傳給監(jiān)控終端，從而完成終端與中心的通信。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信OSI的七層標(biāo)準(zhǔn)，針對智能終端無線通信的實(shí)際情況，其網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)簡化為圖3所示。AT命令是物理層協(xié)議，是通過智能控制終端與GPRS的連接構(gòu)成物理層通道。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議采用PPP協(xié)議，GPRS網(wǎng)絡(luò)的GGSN與GPRS模塊通信時(shí)遵循PPP協(xié)議。使用PPP登錄之后，就可以通過GGSN接上Internet。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議采用IP協(xié)議，IP協(xié)議是GPRS骨干網(wǎng)協(xié)議，用于用戶數(shù)據(jù)和控制信令的路由協(xié)議。網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN可以IP協(xié)議接入Internet。傳輸層是應(yīng)用層和IP層的接口，面向連接的傳輸協(xié)議是TCP，是專門設(shè)計(jì)用于在不可靠的因特網(wǎng)上提供可靠的、端對端的通信協(xié)議。無連接方式的傳輸協(xié)議是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)，它向應(yīng)用程序提供了一種發(fā)送封裝的原始IP數(shù)據(jù)報(bào)的方法，并且發(fā)送時(shí)無需建立連接。多點(diǎn)分散、數(shù)據(jù)量小、實(shí)時(shí)性要求高以及終端數(shù)量多的應(yīng)用考慮UDP的協(xié)議，重要的警報(bào)信息可以考慮TCP協(xié)議。使用AT+MIPOPEN命令，可以進(jìn)行Socket初始化，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的連接，并可以選擇使用何種傳輸層協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

圖2 網(wǎng)絡(luò)分層簡化模型

2.3 基于語義網(wǎng)絡(luò)的故障智能診斷

對于照明終端上傳至監(jiān)控中心的狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障信息，設(shè)計(jì)一個(gè)基于語義網(wǎng)絡(luò)的故障自診斷智能專家系統(tǒng)。故障自診斷中的語義網(wǎng)絡(luò)是采用網(wǎng)絡(luò)的形式來表示不同類型和級別故障的一種知識表示方法。通過對故障概念的有效分類可以有利于語義網(wǎng)絡(luò)的組織和理解。語義聯(lián)系采用以故障個(gè)體為中心組織知識的泛化聯(lián)系方法，它允許低層故障類型繼承高層類型的屬性，便以區(qū)別不同類型與級別的故障。

系統(tǒng)采用故障分級分類的自診斷控制技術(shù)，方便照明終端故障的定位與定類，以便及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。

2.4 數(shù)據(jù)流量的自適應(yīng)控制

為了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和最大傳輸單元的最優(yōu)關(guān)系，采用GPRS模塊定時(shí)報(bào)告、心跳方案和SMS相結(jié)合方式實(shí)現(xiàn)鏈路檢測與激活，保證提供可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)合理地控制雙方通訊流量，有效地降低運(yùn)行成本。

對于穩(wěn)定運(yùn)行的數(shù)據(jù)，只要在允許范圍內(nèi)，可以不作通信上傳處理。根據(jù)應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)科學(xué)的“數(shù)據(jù)流量控制器”，根據(jù)用戶需要和數(shù)據(jù)傳輸量自動(dòng)設(shè)置“數(shù)據(jù)流量控制器”的死區(qū)值和越死區(qū)時(shí)限來控制數(shù)據(jù)流量，并確定越上限及下限值。“數(shù)據(jù)流量控制器”死區(qū)值和越死區(qū)時(shí)限隨時(shí)從主站下傳給終端。

3 結(jié) 語

道路照明自動(dòng)化管理系統(tǒng)將傳統(tǒng)的人工“巡燈”制度改為“值班”制度，可以方便地為整個(gè)城市的路燈照明管理提供一個(gè)有效的技術(shù)平臺。城市道路照明自動(dòng)化控制和智能化管理是城市現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，道路照明自動(dòng)化管理也必將成為一個(gè)城市的形象窗口。自動(dòng)化管理系統(tǒng)也是一個(gè)城市對公共照明的管理與維護(hù)水平的體現(xiàn)，管理效率與經(jīng)濟(jì)效益也非常顯著。該系統(tǒng)的推廣將有助于城市道路照明管理體制按照“投資多元化、運(yùn)營市場化、服務(wù)社會化、發(fā)展產(chǎn)業(yè)化”的方向，實(shí)施“建、管、養(yǎng)”分離，事企分開，形成有效的市場競爭機(jī)制。

參考文獻(xiàn)

[1]羅宇.城市道路照明節(jié)能措施[J].遼寧科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，3(3):282-285.

[2]楊善庚，秦大為.城市道路照明節(jié)電措施探討[J].節(jié)能，2007，24(3):39-40.

[3]林振剛.高壓鈉燈在城市道路照明節(jié)電的應(yīng)用[J].照明工程學(xué)報(bào)，2009，20(4):74-77.

[4]金強(qiáng).淺談城市道路照明設(shè)計(jì)[J].照明，2009，3(5):71-74.

[5]許金宏.淺析我國城市道路照明的節(jié)能技術(shù)[J].中國照明電器，2008(7):18-20.

[6]鄧申君，李盛濤.城市道路照明中調(diào)壓節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用[J].燈與照明，2003，27(2):30-44.

[7]張萬奎.城市道路照明降壓節(jié)電技術(shù)[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，19(2):38-40.

[8]劉磊實(shí)，冀曉健.LED光源在城市道路功能照明中的實(shí)驗(yàn)與分析[J].照明工程學(xué)報(bào)，2008，19(4):85-90.

[9]王皓.城市道路照明無線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用與展望[J].燈與照明，2004，28(2):50-51.

[10]張雷沖，周正華.一種城市道路照明智能化監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2008，21(21):58-59.