城市道路多聯動照明監控系統設計

來 昂

唐鋼國際工程技術有限公司，河北 唐山 063000

0 引言

城市道路多聯動照明裝置是確保交通安全的重要條件之一，而在實際運行過程中，受多種因素的影響，照明出現異常的情況難以避免[1]。對其實施有效的監控對于及時發現和解決問題具有重要的現實意義[2]。在現代信息技術不斷發展的時代背景下，以監控系統代替人工監控方式不僅可以提高監控效果，也可大大降低成本[3]。

與其他類型的照明裝置相比，多聯動照明裝置的整體穩定性更高[4]，但是一旦出現異常，其影響范圍也更大[5]，因此對其實施有效的監控顯得尤為重要[6]。為此，文章進行城市道路多聯動照明監控系統設計，從硬件和軟件兩個角度分別進行了詳細的設計，并通過試驗測試的方式驗證其應用效果，希望可以為相關城市照明管理工作的開展提供有價值的參考。

1 硬件設計

1.1 通信裝置

為了實現對城市道路多聯動照明裝置狀態的有效監控，文章采用飛速品牌的QSFP-40G-SR4 作為系統的通信模塊。該裝置的封裝類型為QSFP+，額定傳輸速率可以達到42 Gbps（4×10.5 Gbps），可覆蓋的傳輸距離可以達到150 m，可以滿足多聯動模式下的照明裝置數據傳輸需求[7]；裝置的接口類型為MTP/MPO-12 公頭，不會受道路多聯動照明差異性影響[8]；其對應的光纖類型為多模MMF，發射器和接收器的類型分別為VCSEL 和PIN，在額定工作狀態下收發光的功率可以達到-7.60～1.00 dBm，因此，其對信號的接發靈敏度也較高，可以達到＜-11.10 dBm。QSFP-40G-SR4的功率預算為3.50 dBm，內部搭載模塊直連解決方案，當接收功率達到2.40 dBm 時，認定存在過載，此時直接對數據進行診斷。運行環境的溫度為0～70 ℃（DDM/DOM），額定功耗為1.30 W，自帶EMC（抗電磁干擾）裝置，因此傳輸過程中的誤碼率僅為10-12，可以實現對監控數據的準確傳輸。支持IEEE 802.3ba、QSFP+MSA、SFF-8436 及SFF-8636 協議，確保其適用于不同環境。QSFP-40G-SR4 的使用壽命為600 000 h，可以為系統提供長期穩定的傳輸服務。

1.2 光感應裝置

要實現對多聯動照明裝置狀態的準確監控，可靠的信號采集裝置也必不可少。選擇FOLS-201 光源感應裝置實現對照明裝置運行狀態數據的采集。FOLS-201可以提供1 310.00 nm 和1 550.00 nm 的雙波長激光輸出感應模式，在檢測光源功率時可以與其他裝置結合使用。其可以檢測光功率和端到端的光損耗，也被叫作光損耗測試儀。FOLS-201 配置的接口為標準2.50 mm通用型接口，可以滿足SC 適配器與FC、SC 型連接器的直接連接需求。配置的發射器類型為FF，額定輸出功率為-6 dBm，在1 310 nm 和1 550 nm 波長模式下，對應的穩定率分別為+0.05 dB/1 h 和+0.10 dB/8 h，支持270 Hz/1 KHz/2 KHz 三種調制頻率。當長期處于待機狀態時，其自動關機功能可以最大限度降低無效電能的浪費，提高運行時間。FOLS-201 使用2 塊AA 電池，在相對濕度不高于90%的條件下可以實現穩定運行，可適應的工作溫度范圍為-40.00～50.00 ℃，完全可以適應城市道路照明環境的應用需求。

2 軟件設計

2.1 系統運行邏輯構建

在上述硬件環境的基礎上，采用模塊化的方式設計系統軟件，以功能為基礎將系統劃分為初始化模塊、數據采集模塊、數據傳輸模塊、數據分析模塊、數據存儲模塊及信息反饋模塊，如圖1 所示。

圖1 監控系統運行邏輯

初始化模塊的主要作用是在完成一次監控循環之后，對系統的硬件和軟件進行初始化。對硬件的初始化主要是將QSFP-40G-SR4 的端口狀態參數恢復到原始狀態；對軟件的初始化主要是將監控系統數據傳輸模塊及數據分析模塊都恢復到初始狀態，這樣做的目的是避免監控數據交叉帶來監控異常。在設計階段，將初始化模塊與其他模塊隔開，避免模塊間交互關系對初始化模塊的影響。

以此為基礎，系統在執行城市道路多聯動照明監控的過程中，FOLS-201 利用接口與QSFP-40G-SR4的VCSEL 建立聯通關系，并將采集到的數據傳輸到QSFP-40G-SR4 中，按照數據的大小，PIN 選擇可以滿足傳輸需求的傳輸功率執行傳輸任務。為了實現對狀態參數的實時監控，將傳輸時間設置為1 s。監控中心接收到城市道路多聯動照明監控數據后，對其進行分析。當分析結果在正常運行閾值范圍內，則反饋模塊輸出的結果為正常；當分析結果超出正常運行閾值范圍，則反饋模塊輸出的結果為異常。將該部分數據保存到數據存儲模塊，按照數據與裝置之間的對應關系，對其進行管理。通過這樣的方式，實現對城市道路多聯動照明的監控。

2.2 道路照明狀態判定

通過構建的系統運行邏輯可以看出，系統主要在監控中心的數據分析模塊實現對道路照明狀態的判定。考慮到環境亮度和照明裝置照度成反比，首先以采集數據對應的時間設置對應的照明異常判定參數閾值范圍。假設對任一路段n在t時刻環境的亮度為Eh（t），此時路段照明的最低照度Emin(t)可以表示為

式中：E為道路交通規定下的交通運輸環境亮度值。在多聯動照明環境下，在n路段聯動照明裝置的作用下，其亮度值可以表示為

式中：L(t)為實際聯動照明裝置作用下道路的亮度值，L1(t),L2(t),…,Li(t)為FOLS-201 采集到的實際亮度數據，i為參與聯動的照明裝置數量。

對比Emin(t)與L(t)之間的關系,即可實現對照明狀態的判定。考慮到數據波動的影響，文章設置異常判定參數閾值范圍為[-0.2,0.2]，判定條件如下：

當式（3）成立時，判定照明系統存在異常，監控系統反饋模塊輸出結果為異常；當式（3）不成立時，判定照明系統正常，監控系統反饋模塊輸出結果為正常。

3 應用測試

為了進一步分析監控系統的實際應用效果，進行了系統測試。

3.1 測試環境

在文章測試對應的開發環境中，使用的計算機型號為Dell Vostro 220，設備的CPU 型號為Inter(R) Pentium(R)Dual CPU E2420@64 GHz，內存為128 GB，硬盤大小為1.0 T。使用IIS5.0（Intemet 信息服務）實現路燈監測數據的分發。當訪問遠程數據庫時，IIS5.0 與Microsoft ActiveSync 4.5 同步工具之間建立虛擬連接，以此實現對目標數據的獲取。對于監控到的照明設備狀態數據，利用SQL Server2005 Express&Manager 執行對系統開發階段的調試。在此基礎上，在測試端設置多聯動模式的路燈環境，其中共包含10 個照明設備，分別對其照明狀態進行差異化設置，利用系統對其進行監控，通過分析監控結果與實際設置結果的一致性，分析設計系統的應用效果。

3.2 測試結果

在上述基礎上，對設計系統的監控結果與設置值進行對比，如表1 所示。文章設計的系統可以實現對40%以上亮度異常照明裝置的有效監控，當閃爍頻率達到5 次/s 以上時，對應的監控效果較理想；但是對于亮度變化低于20%，和閃爍頻率低于1 次/s 的異常狀態，其監控效果不理想。這是因為系統對異常判定參數的設置閾值范圍超過上述故障參數范圍。為此，文章將異常判定參數閾值調節到可覆蓋故障參數的范圍，進行了二次測試，并實現了對所有照明裝置狀態的準確監控。表明文章設計系統可以根據多聯動照明裝置的實際情況，實現對其狀態的有效監控。

表1 系統測試結果統計表

4 結束語

城市道路多聯動照明裝置的穩定運行是保障城市道路交通安全的重要基礎之一，對其運行狀態進行準確監控離不開可靠的數據采集和穩定的數據傳輸。文章設計了城市道路多聯動照明監控系統，針對多聯動照明裝置數據的屬性特征，對采集和傳輸環節進行了針對性設計，并結合實際情況設置異常判定參數閾值，實現了對城市道路多聯動照明狀態的有效監控，可以為相關監控研究工作提供新的思路。