城市照明能源设施节能智能监管系统设计

2021-02-08刘宗靓上饶市市政工程管理处路灯所

门窗 2021年10期

刘宗靓上饶市市政工程管理处路灯所

1 前言

城市照明能源设施节能智能监管系统是一个涵盖计算机技术、物联网技术、LED灯、监控技术和照明控制管理等环节的系统工程。随着我国城市化发展的加速，各级政府不断加大对基础设施建设的投入，城市照明设施的新建及改造也处于激发式增长的时期。在城市管理公共能耗中城市公共照明一直占有很高的比例，以节能为目的的路灯改造项目已经成为国家大力倡导节能减排的主要途径。但是由于各种主客观原因，目前我国不少城市的城市照明系统在不同程度上都存在着现代化程度落后、安全隐患较多、维护管理困难等情况，很大程度上增加了城市发展的管理与维护成本，制约了城市管理水平的提高。为此，国内外专家学者和政府决策者已经达成一致共识，探讨一种高效的城市照明管理模式已经成为影响国内外城市管理水平的一项重要指标。传统照明能源系统完整性差，故障率高，街道照明管理部门也只通过路上巡逻的方式进行故障检测与排除，不仅耗费时间较长，并且经济成本很高，远远落后于公路照明的现代化需要，难以满足民众对高效率亮灯的要求。因而在此背景下建设一套较为先进的城市照明能源设施节能智能监管系统非常重要，这就需要有效整合现代化计算机技术、物联网技术、无线以及有线通信技术，迎合快速发展的城市照明需求，实现自动监控和智能化管理，集中管理，智能控制。

图1 城市照明能源设施智能管理系统结构图

2 城市照明能源设施节能智能监管系统设计内容

城市照明监管系统的主要设计内容是以城市路灯智能监管和控制为出发点，建立一套软硬件协调工作的智能路灯监管系统，包括路灯基本信息管理、路灯调控、路灯状态巡视、路灯故障处理、照明数据管理等高效率监管信息系统，实现城市照明能源设施节能智能监管流程化管理。通过设计城市照明设施数据库，存储城市照明设施的所有相关数据，研究照明设施性能和老化程度，统计城市照明能耗状况；通过综合现场数据和历史资料并实时分析，能更准确的了解照明设施的实时状态；对照明过程中出现的故障进行实时跟踪；通过全面、精确监控照明设施运行状况，实现政府相关管理部门对城市照明管理工作的实时监督，实现监管的流程化管理。通过本系统，城市照明设施节能智能监管有关部门可通过计算机来智能远程管理控制单个照明点，优化节能措施。该照明监管系统能够保证城市道路照明安全、实现节能减排与照明质量的有机结合、降低灯具以及电器的故障率，在降低运营成本的同时提高劳动生产率，实现紧急情况下的即时开关灯，并在紧急情况下完成报警功能，根据不同地域、不同时段、不同级别进行路灯开关的控制，并确保能够对城市照明故障完成实时检测。

3 智慧照明监控管理系统整体框架设计

对城市照明设施进行节能与智能监控，需要引入多项先进技术，利用物联网技术、无线通信设备、云计算科学以及空间物理定位等前沿技术，完成城市照明系统各个模块的建立。资源管理、智能监控、能耗管控、运行监督等各个模块共同构成城市照明管理设施，并对传统照明模式进行全面优化，实现了照明监控的高效率执行。该智慧照明监控系统能够为城市照明的控制及其规划提供科学的决策以及实用的技术手段，实现按照实际照明需求实时提供照明的目标，另外还能够定期完成设备维护，减小照明设备运行所需要的能耗，实现精细化管理，真正确保城市照明经济成本下降、照明实时信息共享、照明安全管理加强、照明质量管控智能，从而提升社会的经济效益与管理效能，实现城市供电照明系统的绿色节能目标。为满足城市公共照明管理需求以及节能改造相关目标，对城市照明能源设施的节能智能系统设计需要满足以下几个功能。

（1）在进行系统设计时，应用物联网技术与传感科学，由基本城市定位系统确定地理位置信息以及周边环境二维以及三维数据，进而对公共照明区域路灯的电压、电流、功率、开关、亮度等详细信息进行采集与记录，并在地图当中进行实时显示。

（2）应用地下管道设施详细数据、路灯照明实际地理位置以及公共照明业务数据，对周边路灯以及相关供电设备进行故障排查，并将故障以及报警信息进行系统汇总。

（3）根据环境信息以及GIS情况灵活制定公共照明的分配工作，并对该分配方案进行实时调节。

（4）针对所汇总得到的故障以及报警信息完成工单汇总，并将工单交由工作人员，完成向维修人员的任务派发，促进设备故障及报警得到及时解决。

（5）路灯及其配件信息写入信息管理系统，并根据实时情况进行更新，将不同区域的路灯进行分组处理，并在信息管理系统当中设置设备信息查询功能，方便后续系统调用与监管。

城市照明能源设施节能智能监管系统主要以智慧路灯信息服务平台为关键模块，该模块会应用到城市地理位置信息、地下管道安装信息、公共照明设备信息以及路灯实时监测数据。此外该系统还具备多个分支系统，包括以物联网为核心的设备监控分系统、以路灯专业数据为基础的设施管理分系统、以现代地理信息系统（GIS）为载体的城市照明设施可视化的亮灯策略管理分系统等共同组成。

3.1 智慧路灯信息服务平台

智慧路灯信息服务平台为城市照明节能智能系统的核心模块，该平台利用城市空间以及地下管网等多项数据，应用数据平台的存储以及计算能力，完善路灯管理的信息交互能力，并向公共照明管理平台提供周边地图，以保证路灯实时信息的准确查询与数据分析。除此之外，该系统还具备用户权限功能，能够对不同操作、流程、区域进行划模块处理，提升监管系统的整体工作效率。在服务平台当中存储资源服务调度子系统、设施属性信息管理子系统承载本地数据资源的存储；三维空间信息管理子系统存储照明设施的二三维空间信息，集成城市空间信息系统的地图数据。应用注册与集成管理子系统、统一认证及授权子系统为照明应用服务，提供用户权限管理和应用注册管理。

3.2 设备监控分系统

该分系统主要以当前较为前沿的物联网技术作为技术基础，并于基本地理空间信息、地下管线信息以及路灯基础信息相结合，采用传感器技术、远程控制技术等先进手段完成对路灯各项电路数据参数的实时监测，并对路灯输电线路、配电箱等输电设备的输电状态以及完整性进行实时观测，同时将故障点信息与报警信息及时上传，从而保证整个路灯用电线路的安全性。该分系统能够由智慧路灯信息服务平台当中采集的路灯信息进行整合与分析，并由此制定出科学合理的路灯配照方案。

3.3 安全监控子系统

该子系统的主要构成部分包括环境监测部分、视频历史管理部分、线缆漏电报警部分、线缆防盗报警部分以及安全监控管理部分。在该子系统的基本功能模块之外，还加入了另外更为全面的功能，例如配电箱及其电子线路的防盗警告、路灯线路的漏电保护。除此之外，在雨水天气出现低洼积水时，该安全监控子系统能够实现远程开关的功能。该安全监控子系统主要通过规范应用路灯照明电路，来完成漏电保护的智能化实施，保障了大型公共照明设备的安全性问题，避免出现漏电情况，从而减少了周边路灯的线缆问题。

3.4 单灯监控子系统

监控调度管理子系统主要由单灯状态监控模块、调光状态监控模块、单灯控制方式管理模块、单灯配置模块、单灯定位模块、单灯报警管理模块组成。单灯监控子系统在进行运作时需要根据实际的照明需求来完成对于单个路灯的监控，并按照实际人流量以及车流量完成路灯亮度的实际调节，将公共照明区域的每一盏灯都进行细节管理管理，根据地理位置信息以及区域照明需求将空间进行划分，按照不同区域不同场景应用不同光照的情景对路灯系统进行综合控制以及调节，实现按需照明，均衡线路负载，实现外接电源定位。除此之外，该系统还能够及时发现并更换城市部分陈旧损坏灯具，进而从本质上彻底解决路灯损坏造成的能耗增加问题，提升路灯管理部门的综合管理水平，并提高城市公共照明用电管理效能。

3.5 监控调度数据分析子系统

监控调度数据分析子系统主要由节能率与用电管理模块、亮灯率管理模块、开关箱历史数据查询模块、历史报警记录查询模块组成。

3.6 报警配置子系统

报警配置系统主要由开关报警策略配置模块、单灯报警策略配置模块、漏电报警策略配置模块、报警逻辑策略配置模块和报警知识库管理模块共同组成。

4 工程实例

绍兴柯桥实施的智能照明系统便在公共走廊以及车库完成了照度感应设备、人车感应器以及各类智能控制面板的设置，应用总线组网的技术形式，由网关将城市照明节能智能监管系统完成接入，在该区域实现照明灯具的实时控制，在高峰期灯具保持全开状态，根据人流、车流完成开关以及亮度、饱和度的自动调节，实现各种场景的实时控制，并对空间光感、立体感等参数进行改善，实现绿色节能的效果。