NB-IoT智慧照明解決方案

毛新發

【摘 要】隨著經濟社會的發展，城市公共照明已不再局限于道路功能照明，而是展現城市景觀、體現城市形象的重要標志，社會對公共照明的要求和期望越來越高，基于 NB-IoT 網的智慧照明，對城市路燈實現全方位感知、深度交互、廣泛融合和智能控

1 項目概述

隨著經濟社會的發展，城市公共照明越來越重視，城市照明已不再局限于功能照明，而是展現城市景觀、體現城市形象的重要標志，在智慧城市建設大潮中，充分利用城市照明設施的資源優勢，采用地理信息（GIS）、單燈控制、云計算、物聯網、NB-IoT等技術建設智慧照明，對解決當前城市照明管理不足，推動精細化管理，保障照明質量，促進節能減排，提高城市照明智能化水平，為一體化智慧城市打好堅實基礎。

2 建設目標

根據當前照明管理現狀和實際需求，采用NB-IoT窄帶物聯網、地理信息系統（GIS）、單燈控制和移動互聯等技術，提升城市照明智能化水平，構建城市智慧照明監控管理和節能運行模式，實現城市照明資源管理精細化、集中監控智能化、運維服務主動化、節能管控精準化、安全監測常態化和協同辦公移動化，推動城市照明管理與節能雙發展，提升城市經濟、城市環境、城市形象。

3 設計原則

3.1 安全性和可靠性

系統建設以可靠性為原則，保證系統能正常穩定運行，并實現設計功能。在此基礎上，以UI設計核心理念設計和布局各子系統，方便用戶操作。

監控設備長期在戶外，環境惡劣，要充分考慮系統的可靠性，確保系統能長期穩定運行;同時系統在個別設備出現故障的情況下應能夠繼續穩定運行，不影響其他設施的按時開啟、關閉。

3.2 簡便性和擴展性

合理優化各系統，使其符合簡便操作的原則，減少用戶操作數量和次數。系統應具有較強的可擴展性，可任意搭配和增減模塊，便于系統的二次開發和升級。

硬件采用模塊化設計，軟件采用組態化設計，使得系統擴展、升級均不必改變現有設備的狀態，具體體現在：照明監控管理范圍擴展、軟件功能升級、通信網絡擴展升級等十分便捷。

3.3 先進性和標準化

系統設計和數據優化采用先進技術，提高服務器和數據庫運行效率，設計結構合理、先進，易于維護。在結構上實現開放，基于業界開放式標準，符合國家和工信部的規范。

系統及相關設備應符合相關國內、國際標準，達到國內較為先進的水平，主要體現在系統功能實用、軟件操作簡便性等方面。

4 技術路線

考慮到照明的業務特點，系統設計采用軟硬件結合的方式，其中硬件系統部署在用戶現場，軟件系統部署在監控中心，實現分布部署集中管理。在系統設計實現的整個過程中，融合了最新的SCADA系統設計思想和實現元素，使系統能更好的展示業務信息，更利于用戶使用操作。

4.1 NB-IoT 技術

NB-IoT構建于蜂窩網絡，覆蓋范圍大、通信距離長;基于通信運營商公網，無需集中網關，穩定性高。在城市智慧照明中應用NB-IoT（窄帶物聯網）技術，可構建更為穩定、低耗的路燈物聯網，同時提高單燈控制的靈活性、可靠性和實時性。

4.2 基于SOA的多層軟件架構技術

軟件平臺采用面向服務架構（SOA）的多層設計，業務邏輯層清晰，與數據庫間通過單獨的數據訪問層進行訪問，降低了業務邏輯和數據庫間的耦合度，增加了數據的安全性和事務性。

業務邏輯層通過Web Service標準接口提供服務。通過Web Service標準（包括XML數據封裝、WSDL發布協議、SOAP封包協議、HTTP數據傳輸協議），使系統具有較強的兼容性和可擴展性。

4.3 GIS（地理信息系統）技術

采用GIS技術，將燈源、箱變、控制箱、燈桿等各類監控設備部件與地理位置、空間信息有機結合，實現位置可視化，支持動態監控管理。

對整個城市公共照明專用變壓器、控制柜、燈桿、燈具等設施進行全面普查，身份編碼和定位，形成方便實用、圖表結合、條塊結合、便于資源信息數據庫管理，將設施建設管理與控制管理、節能管理、能耗監測等應用實現可視化、數據化、精細化和高效化。改變以往照明設施管理中數據不準確、難以查詢、統計和數據更新滯后等現象，為照明設施維修、保養提供數據依據，為城市照明能耗分析、照明監控管理和節能提供基礎支撐。

4.4 移動互聯技術

融合移動通信和互聯網技術，整合移動通信隨時、隨地、隨身和互聯網共享、開放、互動的優勢，為城市智慧照明提供豐富的移動應用，真正實現隨時隨地移動辦公，為城市照明管理人員及維護人員提供更大的工作便利。

5 平臺總體架構

智慧照明管理平臺打造運行調度和應急指揮能力，實時掌控全市照明的運行情況，統計照明設施的基本信息及能耗。同時協助照明主管部門完善信息統計制度，建立節能評價體系，加強對城市照明工作的指導和優化。

智慧照明管理平臺采用物聯網架構，由感知層、網絡層和應用層構成。

圖1

感知層主要包括智能監控終端、單燈控制器等智能化設備，針對城市照明設施的地理環境和拓撲特征進行布置，提供自動感知和執行能力。

在網絡層，智能監控終端采用運營商無線公網（4G/GPRS）通信，單燈控制器采用NB-IoT通信方式，架起感知層和上層應用之間的信息橋梁，實現雙向數據傳輸。

應用層融合照明設施基礎信息、感知層監控信息和管理信息，對城市照明監控和管理業務進行計算、分析和存儲等處理，實現智慧照明各項應用，包括照明設施資源管理、照明智能監控及單燈節能管理等，實現對照明設施“點、線、面”的全面實時監控管理，同時支持移動應用。應用層部署在城市照明監控管理中心，監控中心主要由服務器、交換機、防火墻、監控工作站等設備組成。