城市夜景照明總控管理平臺建設

張 振

上海建筑設計研究院有限公司，上海 200041

0 引言

當前城市夜景照明工程發展迅速，從一、二線大城市，到三、四線城市和小縣城，政府都投入了大量的資金發展夜景照明，不僅提升了城市形象，增加人民群眾的生活幸福感，也切實促進了當地夜經濟的發展[1]。城市夜景照明方式不再局限于建筑照明，也涵蓋了山體照明、景觀綠化照明、建筑媒體屏、燈光秀、水舞秀、投影秀等各式各樣的照明方式。豐富的夜景照明形態給城市的夜晚帶來了質的改變，但也暴露了一些問題。例如，部分城市在夜景照明的整體運維管理中沒有實現統籌管理，基本還是沿用過去道路照明管控的“三遙”控制方式來進行監管，導致照明燈具出現故障后不能被及時發現，影響了夜景照明的整體效果和可持續運行[2]。

對此現狀，基于物聯網技術構建一套可以統籌管理整個城市的夜景燈光的智能管理平臺就顯得十分必要。該智能管理平臺需要滿足監、管、控、保、檢的基本功能訴求，通過網絡遠程控制各受控節點，并搭建視頻監控平臺遠程監視亮化節點，發現問題后能對故障數據進行統計、分析與報警。同時，所有燈光節點的運行數據，包括狀態、能耗、故障等均可以實現數字化記錄與存儲。應用智能管理平臺可以實現對城市夜景照明的集控管理，解決傳統控制方式存在的運維不利、管理不便的難題，為夜景照明的遠程統一管理帶來極大便利，其必將逐步成為未來夜景照明管理的通用辦法[3]。

1 城市夜景照明總控管理平臺概述

城市夜景照明總控管理平臺是將遠程管理控制、視頻監控、智能化照明控制技術、多媒體動態燈光演示技術、燈光藝術等有機地結合在一起，并采用VPN專線+4G 無線+光纖組網等技術實現分級控制的智能控制架構體系。城市夜景照明總控管理平臺一般由頂端總控中心控制層、中間通信網絡層、末端節點應用層3 層架構組成（見圖1），根據實際需求有時會增設分控中心控制層[4]。在這一框架體系下，總控中心（或云端總控入口）可以遠程管理控制各個樓棟，實現一鍵亮燈、遠程場景切換、遠程更換節目內容或動態效果、遠程監管能耗統計，遠程視頻實時監控，故障報警等。同時，該體系還具有極好的擴展性，可以根據實際需要不斷擴容，更好地實現了夜景照明建設短期、長期、中長期的規劃目標。

圖1 城市夜景照明總控管理平臺架構圖

2 總控中心控制層建設

城市夜景照明總控管理平臺的總控中心是整套控制體系的核心，所有控制命令均由此發出，末端節點的所有信息也匯聚至此。一般情況下，總控中心設置在獨立房間，可在控制區、操作區、顯示區3 個獨立區域進行布置（見圖2），亦可以根據需要增設參觀區。

圖2 總控中心區域劃分圖

2.1 控制區

控制區是總控中心的中樞控制大腦所在區域，主要包含網絡通信設備（光纖終端、核心交換機、路由器等）、強弱電控制設備（服務器、同步器、網關等）、視頻監控處理設備（服務器、磁盤陣列、主干網橋等）以及大屏控制設備、UPS 備用電源、獨立配電柜等。考慮到核心控制設備均集中放置于此，建議對該區域進行隔離設置，采用玻璃隔斷設置獨立機房，將此區域與其他區域隔離，并設置進出門磁權限，非專業技術人員不得入內。這樣既保護了設備安全，又可以控制設備產生的噪聲，使總控中心的布局更為合理[5]。

（1）服務機柜。控制區內所有通信設備、控制設備、存儲設備等均有序安裝于服務器機柜內，機柜前后門可開啟，并預留檢修通道，方便后續的操作檢修。根據設備的數量，可以設置多臺服務器機柜或標準機柜，并排放置。（2）獨立配電柜。總控中心應設置獨立配電柜，用于整個總控中心的用電管理。配電柜應為控制區、操作區、顯示區的用電分別設置獨立分回路，條件允許時應考慮雙電源備份，確保系統的安全性與穩定性。（3）備用電源。為保障總控中心的可靠運行，應考慮設置備用電源，有條件的情況下可以設置雙電源供電回路，其余條件建議標配UPS 電源。UPS 電源主要用于保障控制區、操作區設備在斷電后可以在一定時間內正常運行，顯示區如采用用電量較大的小間距屏可以不設置備用電源[6]。

2.2 操作區

操作區主要是值班操作人員對控制情況、監控情況、顯示情況進行實時操作的管理操作臺。管理人員可以通過操作臺電腦，對強弱電進行遠程的實時管理控制、調用監控畫面、了解監管亮化運行情況、查詢數據分析統計情況等。

操作區根據使用需求可以設置單排或多排操作臺，操作電腦根據需求可以采用一體式電腦或分體式電腦，亦可采用定制觸屏式電腦。根據具體功能的不同，配置多臺操作電腦，并對不同電腦設置不同功能，分設不同權限，將總控中心的管理功能細分。

2.3 顯示區

顯示區是所有控制信息的集中展示窗口，通常設置于主視角墻面上，工作人員可以直觀地看到所有控制信息。顯示區可以為值班操作人員直觀地顯示運行數據、視頻監控效果等，也可以作為夜景照明成果集中展示的形象窗口。

顯示區一般可采用液晶拼接屏、投影機、LED 小間距屏等屏幕。通過綜合比較顯示亮度、顯示效果、顯示區域設置靈活度等，建議在顯示區采用LED 小間距屏。

2.4 總控管理平臺軟件

總控管理平臺軟件是總控中心的操作核心，主要采用可視化平臺軟件、模塊化平臺軟件或移動端總控平臺軟件，通過主軟件實現對所有強弱電設備以及網絡通信、數據管理統計、故障報警顯示、視頻監控等功能模塊的統一管理和控制[7]。

總控管理平臺軟件鏈接的子項功能模塊如下。（1）網絡設備管理模塊，可以監控在線設備數量、設備信號情況，可以判斷所有節點是否可靠聯網。（2）強電管理模塊，主要用于管理配電，定時自動啟閉或手動啟閉亮化設施，組合場景等。（3）弱電場景管理模塊，實現弱電場景的設定、場景手動或定時啟閉切換等功能。（4）弱電內容編輯模塊，主要用于動態燈光效果的制作、編輯、導入、上傳和下載至節點端。（5）燈光秀管理模塊，用于常規燈具動態燈光場景秀、投影秀、水霧秀、激光秀、互動燈光秀等燈光秀的統一啟閉管理，以及場景節目同步控制調用等。（6）視頻監控管理模塊，對所有視頻監控節點的監控畫面進行管理、控制、調用、存儲等。（7）GIS 位置管理模塊，基于GIS 地圖顯示所有受控強弱電節點、視頻監控節點、燈光秀節點的位置及狀態。（8）能耗管理模塊，實時統計整套系統的能耗狀況。（9）運維管理模塊，實現對系統運行情況的實時監控、防盜報警、故障報警、實時數據記錄、數據分析統計等。

2.5 總控中心的建設

總控中心的建設除了考慮軟硬件的均衡配置，在整體裝修方面可參考《安全防范工程程序與要求》（GA/T 75—1994）[8]、《控制室設計規范》（HG/T 20508—2014）[9]等相關規定與要求。在裝修時地面宜采用靜電地板，在全屋鋪設防雷網，并做單獨接地處理。所有強弱電橋架應沿靜電地板底部敷設。房間內建議設置獨立空調及排風系統，保障房間的恒溫、恒濕環境，避免過熱、過潮影響設備的正常使用。房間建議設置門禁及監控系統，設定人員進出權限及操作使用權限，減少非必要人員的進入及誤操作。

3 網絡層建設

城市夜景照明總控管理平臺的建設基礎是在總控中心與各節點端之間實現穩定、可靠的物理鏈接，這需要搭建一套安全的網絡通信層，構建上下游的通信渠道。由于城市夜景照明范圍大、節點多、使用情形復雜，因此獨立建設有線或無線通信網絡的可行性不高。基于這種情況，網絡層的建設考慮采用通用商業網絡通信，以有線或無線的方式實現通信鏈接[10]。網絡通信層的建設分為上游端和下游端，上游端是總控中心的專線入網，下游端是節點端的穩定入網。

3.1 上游端總控中心

上游端總控中心是所有節點數據與總控中心通信鏈接的入口，是數據集中匯聚點，對通信的安全性、穩定性及帶寬要求非常高，一般要求安裝的高帶寬VPN 專線不少于兩條。上游端總控中心連上VPN 之后，所有的節點數據獲得的出口IP 是唯一的。VPN 涵蓋了跨共享網絡或公共網絡的封裝、加密和身份驗證鏈接的專用網絡的擴展。VPN 主要采用了隧道技術、加解密技術、秘鑰管理技術和使用者與設備身份認證技術。VPN 專線的最大優點是安全性更高。

3.2 下游端總控中心

城市夜景照明的控制節點數量龐大，多數下游節點端無法通過光纖直接接入，因此一般考慮采用4G 互聯網的無線方式接入，根據當地網絡建設情況，有條件的亦可采用5G 網絡。

4G 互聯網是基于運營商4G 網絡組成的局域網絡。4G 互聯網的最大優點是控制范圍極大、靈活度高、應用范圍廣、適用于大部分城區環境。節點端通信設備一般選用工業級4G 無線路由器或具有網卡的邊緣網關等通信設備作為通信入口。因節點端與總控中心鏈接的主要需求是數據通信，故一般考慮采用物聯網卡，更為經濟方便。

3.3 商業網絡運營商的選擇

選擇商業網絡運營商時，一般是比較在區域移動網絡全覆蓋方面哪一家運營商更具有優勢，同時應考慮有線網絡的覆蓋度。因各地的不同運營商的網絡覆蓋水平不一，建議根據不同區域運營商網點分布情況進行選擇。

4 節點端應用層建設

城市夜景照明節點端是指受控的各個樓宇、景觀公園、橋梁、廣場、山體等，一般分為強電節點端、弱電節點端及獨立視頻監控節點端。強弱電節點端主要采用工業級4G 路由器接入無線網絡，可共用一張網卡，通過有線連接方式覆蓋強電配電箱和弱電控制箱，建議將強電配電箱及弱電控制箱就近并排安裝于樓頂或其他信號良好位置，4G 路由器建議安裝在強電配電箱內。視頻監控節點端獨立接入網絡，不與強弱電控制節點共用網絡。

4.1 強電節點端設備

強電節點端設備一般由多功能智能網關、多功能智能電表、回路監測單元、智能控制模塊等組成，集成安裝于強電配電箱內，主要作用是實現遠程燈光的分回路開關、分回路測量、計量抄表、防盜報警等。考慮到協議對接的統一性、便利性，一般要求以上節點模塊間通信協議采用MODBUS 協議或其他標準開放協議。

4.2 弱電節點端設備

弱電節點端設備主要由DMX 主控設備（嵌入式主控器或工業級計算機）、DMX 分控器、同步控制器、光電轉換模塊等組成。弱電節點端設備統一安裝于主控制箱內，且主控制箱就近安裝于強電配電箱附近，兩者之間除供配電路由外，需要1 根網線互聯。如一個項目中涉及多臺分控器，則分控器一般就近分箱分散安裝于燈具附近。如采用了信號放大器，將信號放大器安裝在燈具位置附近。

4.3 視頻監控節點端

視頻監控節點端一般考慮獨立搭建網絡，因視頻監控為實時監控，數據量大、實時流量大，采用無線通信的穩定性較差，且成本較高。一般采用有線寬帶方式接入，從經濟性考慮，可以采用家庭寬帶。對于沒有條件采用家庭寬帶的區域，需要使用獨立專線接入。對于不具備有線網絡條件或建設成本過高的區域，可以考慮采用通用無線通信方式接入，或采用自主無線網橋方式建設獨立無線網絡。

5 結束語

隨著各個城市對夜景照明建設的重視，各級亮化管理單位開始投入更多的資金、技術、人員來保障夜景照明的穩定性。在此需求的促發下，以智能化運維管理為目標的城市夜景照明總控管理平臺建設就顯得非常必要，其發展前景也非常明朗。

在照明行業人員和地方政府職能管理部門的共同努力下，城市夜景照明總控管理平臺建設框架已經初步形成，具備了監、管、控、保、檢的基本功能，解決了大面積亮化管理維護難的問題。隨著5G 技術、物聯網技術、VR/AR 技術、元宇宙技術等新興技術的迅猛發展以及各類集成化智能芯片技術的發展，城市夜景照明總控管理平臺一定會有更多發展機遇。