城市照明與能源管理系統物聯網深度應用研究

葛振清

（鄭州市城市照明燈飾管理處，河南 鄭州 450000）

1 城市照明與能源精細化節點管理需求

1.1 城市照明的節能降耗需求

另外由于城市照明線路的供電線路電壓是波動的，在市民活動相對頻繁的前半夜，由于城市用電總負荷較重，城市照明線路的電壓偏低，而在市民活動不頻繁的后半夜，城市用電總負荷降低，照明線路的電壓上升明顯，燈具在高于額定電壓狀態下工作，將導致能耗大幅度上升和燈具加速老化的不良后果。調光控制具有恒壓恒功率控制的功能，適應輸入電壓范圍從160V至260V，可以根據需要實現50%～100%的可調功率無級變頻輸出，節約大量能源。

與此同時由于傳統的照明技術只有不到0.6的功率因數，而基于單燈的恒壓恒功率控制技術將大大改善照明系統的電源品質，將功率因數精確修正到0.97以上，能效大幅度提升。

1.2 城市照明的精細管理需求

我國城市照明大都是采用粗放型的管理模式，即使是經過最近十幾年的發展有不少城市不同程度地建成了路燈無線監控系統，也只是實現了基于配電管理的遠程控制和數據采集，無法對分布在城市各處的照明設施其工作狀況進行數據采集和精確分析，而照明管理部門的主要工作就是能夠及時發現和修復老化和損壞的燈具，保證城市照明系統的正常運行。

基于單燈控制技術的城市照明調光監控系統可以實現精細管理，能及時發現老化和損壞的燈具及其它照明設施，并提交精確的空間地理定位信息和燈具信息，明顯提高管理效率，降低管理成本。

精細管理同時也具有進一步的節能效果，管理者可以在系統中設置滿足需要的照明控制預案，并且可以不斷地對控制預案進行優化，以達到一個既能滿足動態變化的照明需求同時又具有最佳節約效果的照明控制方式。

1.3 城市照明的設施防盜需求

隨著有色金屬價格的日益上漲和城市照明系統的覆蓋不斷向城市邊沿拓展，照明設施被盜的風險在不斷增加，盜損日益嚴重，以至于有不少城市不惜花費巨資來安裝各種各樣的照明設施防盜系統。

2 城市照明物聯網子系統的概念

2.1 城市照明與能源管理系統物聯網定義

城市級別照明與能源管理物聯網是一個基于互聯網、傳統電信網、協議控制網絡等的信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。它具有普通對象設備化、自治終端互聯化和普適服務智能化3個重要特征。

2.2 城市照明物聯網子系統的構成

2.2.1 照明私有物聯網（Private IoT）：一般面向單一機構內部提供照明管理服務。

2.2.2 照明公有物聯網（Public IoT）：基于互聯網（Internet）向公眾或大型用戶群體提供照明管理服務。

2.2.3 照明社區物聯網（Community IoT）：向一個關聯的“社區”或機構群體（如一個城市政府下屬的各委辦局：如公安局、交通局、環保局、城管局等）提供照明管理服務。

2.2.4 城市照明混合物聯網（Hybrid IoT）：是上述的兩種或以上的物聯網的組合，但后臺有統一的城市級別照明運維實體。

2.3 城市照明與能源管理物聯網單節點中“物”的涵義

這里的“物”要滿足以下條件才能夠被納入“物聯網”的范圍：

2.3.1 照明終端我們指的是每一盞路燈要有數據傳輸通路。

2.3.2 照明終端控制設備要有一定的存儲功能。

2.3.3 照明終端控制設備要有處理器。

2.3.4 照明終端控制設備需要有后臺統一的操作系統。

2.3.5 照明終端控制設備要有專門的管理單節點控制應用程序。

2.3.6 城市級別照明能源管理必須遵循物聯網的通信協議。

2.3.7 城市級別照明控制設備在世界網絡中有可被識別的唯一編號。

2.4 城市照明與能源管理系統物聯網的發展趨勢

業內專家認為，城市照明物聯網子系統一方面可以提高經濟效益，大大節約成本，另目前，美國、歐盟等都在投入巨資深入研究探索物聯網。我國也正在高度關注、重視物聯網的研究，工業和信息化部會同有關部門，在新一代信息技術方面正在開展研究，以形成支持新一代信息技術發展的政策措施。

此外，普及以后，用于動物、植物和機器、物品的傳感器與電子標簽及配套的接口裝置的數量將大大超過手機的數量。物聯網的推廣將會成為推進經濟發展的又一個驅動器，為產業開拓了又一個潛力無窮的發展機會。按照目前對物聯網的需求，在近年內就需要按億計的傳感器和電子標簽，這將大大推進信息技術元件的生產，同時增加大量的就業機會。

要真正建立一個有效的城市照明物聯網子系統，有兩個重要因素。一是規模性，只有具備了規模，才能使物品的智能發揮作用。二是穩定性，城市照明設施通常都是在室外露天的，必須保持設備在露天的各種嚴酷環境狀態的正常運行，甚至氣候極端環境下狀態下都能隨時實現對話。

2.5 城市照明與能源管理系統的技術參數

2.5.1 系統容量

主控中心：1個。

監控終端：無數量限制（使用GSM模塊組串列號做為設備ID，全球唯一標識，系統規模超過5000點時需要建立服務器群來保障通信效率）。

子網容量：每一個監控終端下轄一個子網，每個子網可以接入最多384個單燈信息裝置，最多控制1152個調光模塊。

子網防區：每個子網最多設置8個獨立防區進行防盜監控。

2.5.2 性能指標

遙控誤動率：≤10－110（動態加密的數字認證，CRC校驗，出錯率極低。）

遙控拒動率：≤10－40（偶爾因為網絡丟包數據未能安全到達造成）

遙信正確率：≥99.5%

遙測合格率：≥99.5%

遙測綜合誤差：≤0.5%

開關控制響應時間：≤3S

系統誤碼率：≤10-11

GPRS無線設備無故障時間：≥5萬小時

終端設備無故障時間：≥5萬小時

調光輸出功率范圍：50～100%（低于50%功率輸出轉換成熄燈指令）

2.5.3 工作環境溫度

監控終端的工作環境溫度范圍滿足－35℃～+75℃，相對濕度：＜95%，中心計算機設備：0℃～+40℃。

2.5.4 模擬量采集精度

主電源交流電流/電壓/有功功率/功率因數/負載電流∶優于1.0%。

3 我市城市照明與能源管理物聯網子系統的發展

3.1 基本介紹

城市照明與能源管理物聯網子系統在物聯網方面的幾大優勢。

第一，我市早在2005年就啟動了GPRS控制設備終端的改造；第二，城市照明智能化領域，擁有量高技術水平的服務企業；第三，我市無線通信網絡和寬帶覆蓋率高，為物聯網的發展提供了堅實的基礎設施支持；第四，我市已經成為中院經濟區核心城市，有較為雄厚的經濟實力支持物聯網發展。

目前，我市的城市照明與能源管理子系統已經覆蓋了城市，下一步從繁華的城市到偏僻的農村，城市周邊都有城市級別照明管理物聯網的覆蓋。無線網絡是實現“物聯網”必不可少的基礎設施，安置在每一盞路燈、每一個箱變、維護人員隨身攜帶的電子介質產生的數字信號可隨時隨地通過無處不在的無線網絡傳送出去接收回來。

3.2 物聯網“云”計算存儲概念推動著城市照明與能源管理

“云計算”技術的出現和運用，使數以億計的各類物品的實時動態管理變得可能。

業內專家表示，掌握“物聯網”的世界話語權，不僅僅體現在技術領先，更在于我國是世界上少數能實現產業化的國家之一。這使我市在信息技術領域迎頭趕上甚至占領產業價值鏈的高端成為可能。

多種傳感通信手段組成一個協同的城市照明管理系統后，可以防止網絡的攻擊性入侵。物聯網的智能處理依靠先進的信息處理技術，如云計算、模式識別等技術，云計算可以從兩個方面促進物聯網和智慧地球的實現：首先，云計算是實現物聯網的核心。其次，云計算促進物聯網和互聯網的智能融合。

3.3 產品的研發及政府的支持

我市政府將采取四大措施支持電信運營企業開展物聯網技術創新與應用。這些措施支持著城市照明與能源管理系統的應用及研發：

3.3.1 突破物聯網關鍵核心技術，實現科技創新。同時結合物聯網特點，在突破關鍵共性技術時，研發和推廣應用技術，加強照明管理行業和領域物聯網技術解決方案的研發和公共服務平臺建設，以應用技術為支撐突破應用創新。

3.3.2 制訂城市照明與能源管理物聯網子系統發展規劃，全面布局。重點發展物聯網相關終端和設備以及軟件和信息服務。

3.3.3 推動典型物聯網應用示范，帶動發展。通過應用引導和技術研發的互動式發展，帶動城市級別照明管理的發展。消除制約傳感網規模發展的瓶頸。深度開發物聯網采集來的城市照明信息資源，提升物聯網的應用過程產業鏈的整體價值。

3.3.4 城市照明與能源管理系統需加強物聯網國際國內標準，保障發展。做好頂層設計，滿足產業需要，形成技術創新、標準和知識產權協調互動機制。城市照明與能源管理系統屬于重點業務應用，加強關鍵技術的研究，建設標準驗證、測試和仿真等標準服務平臺，加快關鍵標準的制定、實施和應用。積極參與國國內標準制定。

3.4 主要任務

物理網領域在企業和政府之間屬于橋梁作用，協助政府對行業進行指導、協調、咨詢和服務。

通過先進研發單位間的信息溝通交流、技術產品合作、資源共享、資本運作等，推進物聯網技術和產品的應用，推動中國物聯網產業規模化、協同化發展。

[1]張麗君，李明.實現樓宇群整體節能控制管理—博瑞建筑節能管理中心系統解決方案[J].建設科技，2010（08）.