基于3G網(wǎng)絡(luò)的照明智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用

劉友泉，沈友國(guó)，繆華勇

（1.杭州市亮燈監(jiān)管中心，杭州 310000；2.杭州瑞琦信息技術(shù)有限公司，杭州 310012；3.杭州市電力局路燈管理所，杭州310012）

城市在不斷的發(fā)展，照明控制的范圍也在不斷擴(kuò)大，各個(gè)被控地點(diǎn)的協(xié)同控制及相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的復(fù)雜性也大大增加，照明控制進(jìn)入了新的智能控制階段。照明智能控制系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等融合于一體，根據(jù)環(huán)境的變化、緊急需求等諸多條件自動(dòng)采集系統(tǒng)所需的各種信息，并對(duì)所采集的信息進(jìn)行分析和判斷，對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示、傳輸，最終達(dá)到最佳的控制效果。

采用照明智能控制系統(tǒng)不僅可以更科學(xué)、更經(jīng)濟(jì)地照明，而且提高了城市照明的管理水平，可以減少意外和人為損壞后維護(hù)不及時(shí)而造成的危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)城市照明的數(shù)字化和自動(dòng)化，使城市路燈管理達(dá)到先進(jìn)水平。

1 照明智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 按需亮燈更靈活

現(xiàn)在很多城市的照明采用分散式的時(shí)控，在開(kāi)關(guān)箱內(nèi)安裝就地時(shí)空裝置，按照事先設(shè)置好的時(shí)間進(jìn)行開(kāi)關(guān)燈，這樣的方式無(wú)法及時(shí)和靈活地調(diào)整開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，也不能反饋現(xiàn)場(chǎng)照明的實(shí)際情況，只能依靠市民、城管和維護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢來(lái)反饋信息。隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，這樣的控制方式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)城市社會(huì)的發(fā)展和需求。當(dāng)碰到重大節(jié)假日、日全食、應(yīng)急情況等需要提前（臨時(shí)）亮燈時(shí)，則需投入大量的人力物力去現(xiàn)場(chǎng)更改開(kāi)關(guān)燈時(shí)間。

照明智能控制系統(tǒng)能及時(shí)根據(jù)需求來(lái)亮燈，可以根據(jù)季節(jié)、周策略、特殊節(jié)假日策略來(lái)組合進(jìn)行亮燈，除此之外還能根據(jù)光感的亮度來(lái)進(jìn)行亮燈（關(guān)燈），達(dá)到科學(xué)和經(jīng)濟(jì)照明的目的。控制中心可顯示現(xiàn)場(chǎng)的亮燈情況以及各個(gè)開(kāi)關(guān)箱的電壓、電流、開(kāi)關(guān)狀態(tài)和亮燈率，如果出現(xiàn)異常則有聲音報(bào)警或者短信報(bào)警。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更科學(xué)

照明智能控制系統(tǒng)由一個(gè)中心和多個(gè)開(kāi)關(guān)箱控制點(diǎn)組成，能集中對(duì)每個(gè)終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理。同時(shí)，可以根據(jù)管理部門(mén)的要求設(shè)置多個(gè)分中心，不同中心只能控制和管理本區(qū)塊的開(kāi)關(guān)箱。

系統(tǒng)分為：采集數(shù)據(jù)層、無(wú)線通信層、邏輯處理層、表現(xiàn)界面層，采用BS和CS系統(tǒng)相結(jié)合的架構(gòu)。采用CS架構(gòu)可以提高通信的處理速度，而用戶操作界面采用BS架構(gòu)，可以方便異地接入，只要能上Internet網(wǎng)，就可以根據(jù)用戶權(quán)限接入系統(tǒng)。

1.3 采用3G通信技術(shù)

3G是3rd Generation的縮寫(xiě)，指第三代移動(dòng)通信技術(shù)，3G定位于移動(dòng)數(shù)據(jù)和移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)。為了提供這種服務(wù)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2 Mbps、384 kbps以及144 kbps的傳輸速度。隨著3G技術(shù)的發(fā)展，3G通信已漸漸成為許多行業(yè)產(chǎn)品通信的首選。

由于3G通信具有安裝方便，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，成為照明智能控制系統(tǒng)的首選通信手段。采用3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，彌補(bǔ)了Gprs/CDMA通信帶寬無(wú)法有效傳輸大數(shù)據(jù)包（視頻數(shù)據(jù)）的問(wèn)題。利用3G一直在線，傳輸速率快，傳輸距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)傳輸安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，3G Modem設(shè)備通電后在10 s內(nèi)即可登錄到服務(wù)器并且實(shí)現(xiàn)和終端的通信，運(yùn)營(yíng)商可以將SIM卡與IP綁訂，這樣只能在指定的IP之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，能更好地保證數(shù)據(jù)的安全性。應(yīng)用于照明智能控制系統(tǒng)中的通信結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 3G通信結(jié)構(gòu)示意

2 系統(tǒng)的組成及功能

2.1 監(jiān)控中心

控制中心有通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、3G視頻解碼器、防火墻、路由器和交換機(jī)、工作站等組成。通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)與終端3G Modem進(jìn)行通信，采集現(xiàn)場(chǎng)電壓、電流、有功、無(wú)功、功率因數(shù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，根據(jù)需要智能控制現(xiàn)場(chǎng)燈的開(kāi)關(guān)。經(jīng)過(guò)中心數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的邏輯處理，推送給用戶客戶端顯示，經(jīng)過(guò)用戶確認(rèn)是否將報(bào)警信息通過(guò)GSM Modem向維護(hù)人員發(fā)送所訂閱的報(bào)警短信，便于維護(hù)。

通信服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，可采用雙機(jī)熱備來(lái)提高系統(tǒng)安全性。當(dāng)其中一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，可以自動(dòng)切換運(yùn)行，使得系統(tǒng)的可靠性更高。通信服務(wù)支持單通信方式或混合通信模式，可以自動(dòng)擇優(yōu)通道進(jìn)行通信。

2.2 控制終端

每個(gè)開(kāi)關(guān)箱都由1個(gè)3G Modem和1個(gè)控制終端組成，3G Modem和控制終端之間采用232串口或者485通信。控制終端采用板卡式的設(shè)計(jì)，含有主板、通信板、采集板、開(kāi)關(guān)量板、電源板、接口板，這些板卡都帶熱插拔功能，在通電情況下，可以更換其中任何1塊板卡，便于維護(hù)人員方便快捷地進(jìn)行維護(hù)。除此之外還有顯示面板，可以在顯示面板上直接查詢終端的任何數(shù)據(jù)，包括歷史數(shù)據(jù)。

電源采用三相供電設(shè)計(jì)，當(dāng)任意一相或二相沒(méi)電，仍能正常工作。設(shè)備具備獨(dú)立工作能力，當(dāng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的情況下，終端可以根據(jù)前一天預(yù)先設(shè)置好的時(shí)間進(jìn)行亮燈，具有獨(dú)立的時(shí)鐘計(jì)時(shí)。

2.3 系統(tǒng)主要功能

照明智能控制系統(tǒng)完全可以取代傳統(tǒng)的時(shí)控，主要功能有：數(shù)據(jù)自動(dòng)采集（圖片）、衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)終端自動(dòng)對(duì)時(shí)、策略管理、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)庫(kù)備份（本地或異地）、報(bào)警異常處理、手自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈、電能表接入、視頻接入、亮度采集、信息發(fā)布和備忘錄等功能。系統(tǒng)還包含地理信息系統(tǒng)，可以進(jìn)行故障地定位、車輛定位。

以往城市照明依靠事先設(shè)定的時(shí)間亮燈，但如果出現(xiàn)陰雨天能見(jiàn)度偏低，需要提前亮燈來(lái)保證交通安全時(shí)，只能靠人為觀察亮燈。每個(gè)人對(duì)亮度的衡量沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以無(wú)法較為準(zhǔn)確的進(jìn)行亮燈。安裝了亮度采集系統(tǒng)后，可以設(shè)置某個(gè)亮度值作為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)采集到的亮度值小于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，可以設(shè)置直接亮燈或者系統(tǒng)提醒人工確認(rèn)的方式進(jìn)行亮燈，圖2為實(shí)際的亮度采集曲線。

圖2 亮度采集曲線

3 系統(tǒng)應(yīng)用效果

照明智能控制系統(tǒng)已投入杭州城市照明管理中，運(yùn)行平穩(wěn)正常，取得了良好的效果。系統(tǒng)具以下主要優(yōu)點(diǎn)：

（1）節(jié)約維護(hù)費(fèi)用。智能照明控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的時(shí)控，能自動(dòng)巡檢出有故障的就地照明開(kāi)關(guān)箱，節(jié)省大量去現(xiàn)場(chǎng)巡查的人力和物力，在去現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)之前便知道故障位置，大大縮短了維護(hù)時(shí)間。

（2）節(jié)約電費(fèi)支出。安裝了智能照明控制系統(tǒng)后更能體現(xiàn)出按需照明，因?yàn)橄到y(tǒng)可以根據(jù)亮度值和季節(jié)時(shí)間相結(jié)合亮燈，可以在到達(dá)亮燈時(shí)間內(nèi)而亮度值較高時(shí)不亮燈，從而減少電費(fèi)的開(kāi)支，達(dá)到節(jié)能的目的。

（3）亮燈監(jiān)督檢查。監(jiān)督?jīng)]有審批單（通電單）亮燈和接觸器故障亮燈的情況，一旦現(xiàn)場(chǎng)亮燈后，監(jiān)控中心能及時(shí)發(fā)現(xiàn)照明故障并報(bào)警，使故障能得到及時(shí)跟蹤處理。

（4）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電費(fèi)計(jì)算。系統(tǒng)可定時(shí)抄讀照明用電值，能統(tǒng)計(jì)出一個(gè)月或者一天的用電數(shù)據(jù)（峰值和谷值），根據(jù)單價(jià)計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)的照明費(fèi)用。

（5）快速和光感結(jié)合開(kāi)關(guān)燈。可以實(shí)現(xiàn)照明管理的智能化，如果有臨時(shí)亮燈任務(wù)或是天氣突變，系統(tǒng)能及時(shí)而快速開(kāi)關(guān)燈。如果處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)亮度值自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈。

4 結(jié)語(yǔ)

智能照明控制系統(tǒng)采用完善的3G網(wǎng)絡(luò)作為終端與服務(wù)通信的橋梁，通信速度比GSM、GPRS快，彌補(bǔ)了這類通信方式的不足，終端設(shè)備支持五遙功能（遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視），系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯，值得在大中小城市照明系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

[1]趙曉秋.3G/B3G網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]張少軍.樓宇自動(dòng)化與智能控制技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.