智慧路灯在景区管理中的应用研究

于朝阳

(盐城市交通投资建设控股集团有限公司)

中华海棠园位于南海未来城核心区域，占地2500 亩，公园整体布局呈“五瓣莲芯、一湖绕环”的半月形。景区建设初期，为满足市民游览和夜间管理需要，景区内所有区域的照明设施均采用 “手动启闭”或“定时启闭”的方法实现夜晚亮灯、白天熄灯。随着景区的不断发展和资源的进一步优化，传统的管理模式存在多种弊端，给景区的日常管理和节能降耗带来了负面影响。经市场调研，结合园区管理需要，采用了基于NB-lot 技术的单灯控制系统，对景区内和周边道路的路灯实施统一启闭和调光，通过夜间照明系统和路灯的实时监控和管理，控制了不必要的“全夜灯照明”，确保高效稳定，全天候运行，在满足景区安全管理的前提下，有效节约电能消耗。同时，基于该系统的在线监测功能，实现电流、电源、用电功率等核心指标的监测分析，对常见的线路缺相、回路接地、白天亮灯、夜晚熄灯、故障无法精确定位、节假日特殊照明需求无法满足等多种常见故障或情况进行报警处理，帮助管理人员快速准确处置照明相关的安全事件，提升工作效率。

1.建设思路与总体设计

根据现场调研，本次需要对景区内部道路区域的441盏路灯以及周边的高架桥灯15 盏、道路灯292 盏进行改造升级，同时对以上区域的能见度、温度、湿度等城市运行指标数据进行采集，以单灯节能控制为管理手段，灵活设定合理的单灯节能方案，在保证照明质量的前提下进行单灯节能控制，真正实现“按需照明”。

在整体架构设计方面，整个系统通过各种网络连接的IoT 物联，实现智慧照明平台与所有前端物联网设备的互通互联。同时前端物联网设备可分为区域控制器ACU/ACS 和单灯控制器LTU/路灯杆控制器PTU。根据物联网通信方式的不同，LTU/PTU 可直接连接平台系统（二层模型），或者通过现场局域网络连接到区域控制器（三层模型）。中华海棠园智慧照明系统采用二层模型，路灯上加装单灯控制器，NB-IoT 通信方式直接连接平台及系统（图1 所示）。

图1 二层模型架构设计

在智慧路灯通信技术选择方面，充分结合中华海棠园照明系统的环境特点的基础上,对三大运营商在景区周边布设的NB2G4G5G 的覆盖程度、扇区数量、通道拥塞情况以及物联网卡的流量费用进行了对比分析，为降低系统建设中的施工难度和后期运维管理费用，单灯控制器的通信模块采用了中国电信的NB-IOT 通讯模块（如图2 所示），通过运营商的NB-IOT 网络，实现照明系统的运行状态监测、远程控制和故障报警。

图2 中国电信NB通讯模块

在路灯控制器选择方面，市场上的单灯控制器品类较多，基础功能基本相同，但扩展功能各自有各自的特点，需要重点考虑景区照明的日常管理需要。中华海棠园照明系统存在照明模式多样、巡查人员交叉、路灯线路复杂等实际需求，在单灯控制器的功能选择时，选择需要具备独立开关、独立调光、调光值可设、电参数实时采集、运行状态的实时监测及故障上报、支持单灯独立预设运行模式和自主执行模式及节能模式、设备脱网时可根据设备内设定的策略自主独立运行的产品（如图3 所示）。

图3 单灯控制器

在软件架构设计方面，智慧照明系统的总体架构设计包括感知层、网络层、平台层和应用层。感知层主要负责采集和处理照明设备的各种信息，如亮度、温度、电流、电压、能见度等；网络层主要负责将感知层采集的信息传输到平台层，并接收平台层的控制指令；平台层主要负责对感知层采集的信息进行分析和处理，并根据分析结果生成相应的控制指令；应用层主要负责向用户提供各种照明服务，如照明管理、节能管理、物联网应用等，如图4 所示。

图4 软件架构设计

在软件功能设计方面，主要面向南海公园管理处提供南海公园内部路灯的综合管理，包括数据库系统与资源中心、GIS 展示中心、监控中心、任务中心、警报中心、日志中心、统计分析等功能模块和系统对接功能，如图5 所示。

图5 软件功能设计

2.项目建设步骤

中华海棠园智慧路灯控制系统结合景区路灯管理现状与NB 技术特点，按照“提升一片、新建一片、规划一片”的思路，对已建成路灯、建设中路灯、规划建设路灯采用不同策略开展NB 技术应用。

一是针对已完成建设的路灯，本着“不重复投资、补缺补短、逐步替换”的原则，开展NB 路灯建设，在重要道路、故障常发区域等开展试点示范工作，通过加装单灯控制器，实现对路灯的远程开闭控制、运行状态监测、灯杆漏电检测、电缆故障定位等功能。

二是针对目前正在建设路灯，将本着“优化投资，提升管理”的原则，将在建的几条道路的LED 路灯驱动电源进行升级更换，并加装单灯实时控制系统，实现路灯的远程实时亮度控制、开闭控制、运行状态监测、灯杆漏电检测、电缆故障定位等功能。

三是规划建设的路灯，本着“打造高标准NB 路灯应用示范区域”的原则，将LED 路灯的驱动电源升级为具有实时功率控制功能的驱动电源，并采用NB 技术的单灯控制系统进行整体设计，实现区域内NB 路灯集中管控，产生规模管理效应，提高管理精度，降低能耗。

3.智慧路灯控制系统主要功能

3.1 智慧路灯一张图

通过“智慧路灯一张图”管理模块（如图6 所示）总统计、路灯运行统计状态、照度箱运行统计状态、GIS 地图、路灯开关率统计、灯控在线率统计、灯控运行故障清单、实时消息通知等功能实现景区内纳入管理的路灯的运行状态进行监测，实现以下功能：

图6 智慧路灯一张图

图7 智慧路灯资产管理

（1）路灯全量管理数据，以列表的方式对纳入设备资产管理，全面实现包含设备号、位置、类型等数据资产管理。

（2）路灯状态监控：以GIS 和列表相结合的方式，对路灯的运行状态进行在线监控，包括路灯的运行状态、亮度、色温、电流、电压等。

（3）节能降耗统计：实现对路灯的能耗统计和分析。

（4）路灯故障诊断：对路灯的故障进行报警，包含线路缺相、回路接地、白天亮灯、夜晚熄灯等常见问题。

（5）路灯远程控制：实现对路灯的远程控制，包括路灯的定时开关、亮度调节、色温调节等。

（6）借助折线图或趋势图等展示工具，实现路灯开关率统计、灯控在线率统计、灯控运行故障清单的可视化管理。

3.2 资源管理

资源中心可实现灯杆点位的快速部署，实现灯杆及所用设备的资产管理。以树形结构显示用户管理的所有的路灯，树的结构按地域划分，由上到下依次是城市，区县和道路；道路之后是该道路上的路灯，路灯以图标加灯名称的方式表示，图标的不同颜色表示路灯的不同状态，灰色为关闭，绿色表示打开，红色小图标表示设备故障，黄色小图标表示告警。树节点前面的加号表示此节点下存在子设备，点击加号表示展开此节点，同时加号变为减号。点击减号表示收起节点，同时减号变加号。

3.3 路灯策略管理

路灯控制策略应用的编辑及应用的下发（如全夜灯策略、半夜灯策略、节假日策略、景观灯策略、周策略、特殊策略等，可设定不同对象自动执行指定策略）。在任务策略页面下，用户通过自行设置不同的策略对设备进行下发不同的任务，待该任务时间则自动执行，如图8 所示。

图8

4.项目应用效果

采用当前先进的NB 技术，对中华海棠园区域的路灯进行改造升级，同时对以上区域的能见度、温度、湿度等城市运行指标进行数据采集；以单灯节能控制为管理手段，结合景区管理需要，按照月度、特殊节假日、特殊天气制定亮灯方案，在保证景区安全管理需要的基础上进行节能控制，真正实现“按需照明”，达到以下应用效果。

（1）对景区内的路灯进行了基于窄带物联的智能化提升，实现了远程管控，降低了运维成本，一旦发生路灯不亮、线缆被盗、路灯漏电（电压电流不稳）等危害公共安全问题，系统自动报警并实现定位，并通过手机告知管理员。

（2）实现了景区节能管理，通过制定区域管理策略（如节假日策略、平日策略、冬季策略、夏季策略、夜间策略、常规策略等），实现不同时间段、不同区域下的亮灯管理；比如园区内每晚12 点-5 点便可降低照明亮度，管理员通过手机调整照明情况，可有效降低耗电量；经初步测算，可有效节能20%以上。

（3）实现了特殊天气路灯临时照明，当有恶劣天气出现时，系统可自动监测到光度监测值，及时进行调控。当低于国家标准阈值时，系统可自动实现路灯的开启、关闭及弹出告警，提醒工作人员进行干预；防止出现安全公共问题。

5.智慧路灯的应用发展趋势

随着节能低碳工程的不断深化和物联传感技术的不断推进，智慧路灯作为一种新型的城市市政基础设施，具有数字化、节能化、管理可视化等特点，有效解决传统管理模式下存在控制模式不精细、故障定位不准确、运维效率低下、节能降耗能力不足等问题，其应用需求将不断增加，应用发展趋势主要包含以下几个方面：

（1）数据计算方式不断优化，随着应用场景的不断增加，面临的灯具灯型也逐步复杂，现行的前端采集+后端处置的模式将逐步转化为前端计算模式，并引入大数据和人工智能等技术，实现不同场景下的精细化管理。

（2）智能化功能持续集成，单灯控制器除了实现照明控制和亮度监测外，借助现有的数据采集体系和传输体系，与城市家具其他传感器进行耦合集成，降低数据传输的运维成本。

（3）标准化和规范化不断完善，智慧路灯市场相对复杂，厂商较多，城市内可能存在多个智慧路灯信息系统，为保障数据的统一化和管理的精细化，需对相关标准或规范进行完善。

6.结束语

随着城市化进程的加速和信息技术的不断发展，智慧路灯在节能降耗和日常运维管理中的作用越来越明显，在景区管理和城市照明领域中具有相当广阔的推广前景，并将逐步成为城市照明和景区精细化治理的新趋势。但也存在一些挑战，如技术标准不统一、投资成本高、集成难度大等问题需要进一步解决。因此，需要多方共同努力，推动智慧路灯产业的健康发展。