城市智慧照明系統體系架構研究

任宏斌

張家口市夜景照明管理中心 河北 張家口 075000

1 智慧照明概念

近年來，伴隨我國城市化進程的不斷推進，人們對城市照明的關注度逐年提高，對其功能特性，無論從專業技術還是管理服務方面，都提出了更多更高要求。“三分建設、七分管理”，隨著城市照明設施規模的不斷擴大，數字化城管工作的深人推進，如何對城市照明設施進行動態、智能化管理，成為一個新的課題，擺在了所有城市照明人面前。

源于對城市路燈進行自動控制的要求，從二十世紀九十年代發展而來的路燈“三遙”系統，將計算機技術與通信技術相結合，實現了對城市每個單條路段的照明設施自動遠程監控的目標，從而大大節省了人力物力，提高了工作效率，在照明設施自動化管理方面邁出了一大步。而隨著科技進步，經濟結構的轉型，國家在改善城市人居環境，特別是城市照明方面，大力提倡發展新能源、采用新光源、應用新技術推進節能減排，最終實現綠色照明，為適應這一新的形勢，城市照明設施監控管理系統也面臨新的問題和發展機遇。

智慧照明是利用信息化的手段，整合物聯網技術，以照明區城管理、照明設施部件管理、事件管理、綜合評價體系、管理業務流程以及原照明監控管理系統，車輛定位等其他系統的城市管理手段，實現精確、敏捷、高效的照明管理，實現人、物和物物互通。智慧照明基于城市照明數字化管理的"一張圖”，促進信息集成與共享，解決數據瓶領，推動基礎信息(特別是地理信息)的無障礙普及應用。同時應用物聯網技術，提供更準確、更及時的信息資源，為應用部門提高信息化水平奠定基礎條件，減少投人、節約經費，推動信息產業發展邁上新臺階。

2 統一門戶概念

統一門戶是一個旨在服務照明管理全體的集信息獲取、發布、反饋、分析、交流、監控、資源共享，預警發布為一體的一站式門戶，同時也是用戶進行網上辦公、協同工作的平臺。統一門戶利用統一的認證方式，通過提供統一的用戶管理控制，整合現有業務系統的訪問控制，為各部門、各級基層用戶、各級領導按照角色提供統一接入點，實現單點登錄，打破多點登錄、人口分散的現狀。通過權限控制，登錄用戶在可控權限內通過統一門戶在同一個界面中進行日常事務處理操作，在同一界面上呈現用戶所需的工具和關聯的業務。同時，利用中間件數據交換技術，提供各類數據信息的統計匯總顯示，以及各類業務信息的通告，以最迅速的方式，最高效的方式向用戶提供全面的應急信息和應用。

3 城市智慧照明統一門戶體系架構

3.1 系統架構

城市智慧照明統一門戶系統以門戶概念為核心，集成各個業務系統，為用戶提供高度集成的具有針對性的解決方案，同時將各業務子系統合理的關聯起來，從全局的層面上為用戶提供更加豐富信息資源。該架構靈活、易于擴展、可以方便的接人其它功能。系統由接人層、表現層、應用層、服務層、數據層、物理硬件網絡層等組成。

3.1.1 接人層

利用城管通、電話、手機、監測終端等設備，通過這此人機交互界面將公眾報修信息、照明監測信息、領導督辦信息、日常巡查報票信息等方便的接入系統，并可以按照需要進行擴展，體現出良好的適應性。

3.1.2 表現層

為用戶提供統一登陸和身份認證服務，以及統一的系統入口，有效區分合法用戶和非法用戶。通過采用口令技術以及CA認證的方式來進行不同角色登錄身份的認證。口令技術是用戶在登陸系統時，必須輸入用戶名和相應的密碼，系統驗證正確后，方能進入。CA認證是用戶在登陸系統時，系統將提示用戶輸入電子簽名證書載體的PN碼，當PIN碼正確時，系統將通過安全應用支撐服務器(密碼服務器)驗證用戶證書，當確定該證書的合法性之后，才允許用戶登陸系統。該層通過統一門戶為用戶提供友好登錄界面，由于用戶采用單點登錄的方式進入系統后進行有權限的操作，從而避免了重復登錄各子系統的現象。通過該層，將各個不同系統的信息內容放在一個統一的頁面上進行展現。

3.1.3 應用層

用戶登錄系統后，可以根據自己的權限進行相關的應用操作，該層主要包括照明監控系統應用、生產管理系統、地理信息系統、車輛定位系統、視頻監控系統、綜合評價系統等，同時可以跟據實際業務情況進行很方便的擴展。

3.1.4 服務層

該層提供的實時監控數據，建立照明業務所需的各個系統，實現照明管理的數字化，提供監控事務、日常業務處理，GIS服務，GPS服務、安全等服務。

3.1.5 數據層

數據層是系統數據存儲和管理的中心，由系統基礎地形數據庫、業務數據庫、動態監控數據庫，事件部件數據庫、多媒體數據庫等組成。其中基礎數據庫包括空間地理信息數據；業務數據庫包括工作中業務管理數據、綜合評價數據、共享查詢數據、輔助數據等；多媒體數據可靠包括案卷管理數據、多媒體文檔數據等；動態監控數據庫包括照明監控實時數據；部件事件數據庫包括照明設備的部件、事件等數據信息。

3.1.6 硬件網絡層

硬件與網絡層是系統運行的物質基礎。系統涉及的網絡主要包括運行管理系統核心網絡、公眾服務網、無線通信網、公眾電話網、互聯網等。系統涉及的硬件設備主要包括工作站、服務器、存儲備份系統以及相關的移動設備及操作系統等。

系統采用B/S和C/S相結合的方式，在向用戶統一展現所關注的信息時，將已有的基于C/S結構的照明監控系統、地理信息錄入等系統通過中間件關聯起來，將用戶關注的信息通過統一門戶展現給用戶。從而使得整個系統架構更為科學，系統運行效率更高。

B/S和C/S相結合的結構體系設計，實現MIS(管理信息系統)、CIS(地理信息系統)一體化集成和遠程應用，使系統具有較強的擴展性、靈活性、易維護性。

3.2 系統功能

3.2.1 城市智慧照明綜合管理平臺門戶系統

主要包括地理信息系統、照明監控系統、生產管理系統、地理信息系統、車輛定位系統、綜合評價系統、指揮調度系統、視頻監控系統、辦公自動化系統、構建與維護系統等。

3.2.2 地理信息系統

地理信息系統作為統一門戶系統的依托，整個照明管理系統基于“城市一張圖”，在電子地圖上反應相關照明資產信息相關信息以及拓撲關系結構，并和照明監控系統實現聯動，在地圖上動態的反應開關燈狀態以及故障信息，同時可方便的進行事件、部件信息定位以及相關信息統計，并利用電子地圖進行空間數據分析[1]。

3.2.3 城市照明監控系統

實現對運行設備的自動控制，并且進行實時監測，如監測開關燈狀態、接觸器狀態、電壓電流參數信息等，故障發生時能主動報警，同時能夠對數據查詢統計，以報表或統計圖的方式動態的反應設備運行情況。

3.2.4 生產管理系統

利用無線采集設備、坐席設備以及相關的軟件系統平臺，建立信息采集、呼叫受理、案卷建立、任務派遣、任務處理，處理反饋、核查結案等流程，與管理階段的發現問題、任務派遣、處理問題相對應，實現對任務事件的受理、派修管理、過程控制以及完備的事件查詢等功能，使得日常生產管理事件的處理能夠及時可控，全程共享。

3.2.5 車輛定位系統

通過安裝CPS車輛定位終端設備，實現對車輛實時位置的查看，歷史軌跡回放，相關的數據統計分析以及車輛基本信息管理等功能，使相關人員能夠一目了然的查看維護人員趕赴現場的進度。

3.2.6 視頻監控系統

整合已有的視頻監控功能，更為真實地了解亮燈情況，及時、準確地展示保供電任務的執行效果。

3.2.7 綜合評價系統

建立一套完備的綜合考評體系，通過對考評權重的管理，實現對數字照明管理中相關事情的處理情況進行考評，主要包括對各部門、各管轄區城、各崗位的綜合評價，根據考評體系可以對評價的結果進行自動打分，可以作為對員工工作考核的依據，在促進工作效率，降低故障率的情況下，也提高市民和領導的滿意度。

3.2.8 協同工作系統

協同工作系統把照明管理日常業務中的部件、事件等相關信息以及單位、部門、組群、個人等辦公主體進行及時高效、有序可控、全程共享的溝通和處理，提供給各級領導和業務人員信息實時監控和直觀展示的平臺，是整個系統的重要環節。主要實現城市網格化管理辦公自動化，圖、文、表、業務管理一體化，實現對案卷信息的分派、簽收、督辦、協同響應、公文發布、信息查詢、資產信息管理以及個性化定制等功能。

3.2.9 構建維護系統

構建維護系統是系統管理員使用的工作平臺，是照明統一門戶系統的重要組成部分，管理員可以快速搭建、維護照明管理業務，設置組織機構，完成工作表單內容樣式調整、業務流程修改、人員權限變動、系統數據備份等日常維護工作。主要實現對組織機構管理、工作流管理，部件事件管理、用戶角色權限管理以及統計查詢等功能[2]。

3.3 系統實現

3.3.1 統一用戶管理門戶

系統的各個子系統之間實現無縫結合，系統提供統一的登錄門戶，用戶登錄后根據不同的權限來進行不同的操作。統一用戶管理門戶將提供一個通用的用戶，組織，崗位模型，管理門戶平臺的目錄樹；將管理集成到門戶中的這些應用系統，控制用戶對這些系統的訪問權限，并對門戶的單點登陸提供支持；通過處理人事系統的員工，組織，崗位變動事件和統一流程處理，保證企業信息的一致性，安全性，并且減輕各個系統的維護工作。

3.3.2 數據統一集中管理和共享

系統平臺以GIS地理信息系統為依托，綜合利用B/S和C/S相結合的方式，根據不同的用戶權限，對數據進行統一管理。在網絡環境中集中管理存儲資源池，通過硬件和數據集成，可以有效地利用基礎設施，在改善應用、網絡和數據的性能和可用性的同時，降低總的運營成本，通過簡化資源，標準化系統和應用，改變用戶環境中存在的多個應用，多個數據庫的不合理布局，用更少的服務器，集中的應用和數據庫保持一致性和可用，減少應用和數據庫支持，通過消除冗余來降低總體成本，改善系統性能。由于各個子系統之間存在交互和相關的數據，可以通過數據共享使各個部門更充分地使用已有數據資源，減少資料收集，數據采集等重復勞動和相應費用，同時更好的實現數據的統一集中管理[3]。

3.3.3 系統架構整體方案優化

系統實現OA、MIS、CIS的一體化集成，并且通過企業服務總線，集成"數字規劃體系"下的各應用系統，不同的應用系統采用組件化和構件化設計，作為獨立的插件集成到框架中，從而實現了不同系統的數據和業務的集成。各個子系統以“總線”的方式搭載系統框架上。有效的實現數據的統一集中管理和共享。同時，各個子系統為以后的系統擴展接口；在系統的界面上采用統一的風格，用戶一次登陸，根據權限不同進行不同的操作；通過合理的共享數據減少硬件設備和系統建設的投入。

3.3.4 Web service中間件進行數據交換

為了實現對傳統數據庫訪問方式的封裝，系統首先定義一個Web服務，這個Web服務與用戶的操作關聯，實現用戶信息處理的一系列方法，這些方法就組成了這個Web服務的接口。

為了實現中間件的可擴展性，系統不在中間件的Web方法中直接實現對數據庫的操作。而是先定義一個虛類DBOperator，在這個虛類中定義了對數據庫操作的接口，包括數據庫的打開和關閉，事務的開始、事務的遞交和回滾等。這樣，Web服務中間件的每個WebMethod 就僅僅是調用了DBOperator對象的相應的成員函數，從而更好的保證服務的可擴展性[4]。

3.4 系統特點

易擴展性：智慧照明統一門戶體系結構是動態的、應用程序間的集成，具有即時擴展能力，為系統提供了良好的擴展性。

跨平臺應用：系統通過Web service作為中間件進行數據交換，由于Webservice基于開放的http、SOAP、WSDL，UDDI，可以很好的做到跨系統平臺間的集成。使用方便：針對開發人員而言，各子系統內部進行良好的封裝，對外通過Web service提供服務，可以將這個Web服務象本地組件一樣被應用；針對用戶而言，系統提供了良好的個性化定制服務，用戶可以根據自己的選定制定符合個人習慣的空間。

近年來，伴隨我國城市化進程的不斷推進，人們對城市照明的關注度逐年提高，對其功能特性，無論從專業技術還是管理服務方面，都提出了更多更高要求。“三分建設、七分管理”，隨著城市照明設施規模的不斷擴大，數字化城管工作的深人推進，如何對城市照明設施進行動態、智能化管理，成為一個新的課題，擺在了所有城市照明人面前。

源于對城市路燈進行自動控制的要求，從二十世紀九十年代發展而來的路燈“三遙”系統，將計算機技術與通信技術相結合，實現了對城市每個單條路段的照明設施自動遠程監控的目標，從而大大節省了人力物力，提高了工作效率，在照明設施自動化管理方面邁出了一大步。而隨著科技進步，經濟結構的轉型，國家在改善城市人居環境，特別是城市照明方面，大力提倡發展新能源、采用新光源、應用新技術推進節能減排，最終實現綠色照明，為適應這一新的形勢，城市照明設施監控管理系統也面臨新的問題和發展機遇。

4 結束語

城市智慧照明統一門戶平臺集中于完成照明管理過程中的業務目標，將其人機界面映射到一個統一的入口，提供統一的權限認證，實現了CIS系統、照明監控系統、生產管理系統、車輛定位系統、視頻監控等系統以及待擴展系統的有機整合，極大程度的共享資源，使照明管理工作更加規范化、科學化。