1. 建設(shè)照明監(jiān)控系統(tǒng)的必要性
隨著城市建設(shè)的發(fā)展，城市照明建設(shè)越來越注重于城市的形象，道路照明和景觀照明的要求和數(shù)量不斷增加，今后城市照明管理部門除了管理城市道路照明外，還將參與城市景觀燈的管理。因此各級政府和市民對城市的建設(shè)、道路照明和景觀照明提出更高的要求。希望實(shí)現(xiàn)城市照明管理的現(xiàn)代，使城市管理水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。
1.1 現(xiàn)行的控制方法
現(xiàn)在采用控制方法以分散時(shí)控方式為主，即在路燈配電箱中安裝定時(shí)器，按預(yù)定的時(shí)間自行開/關(guān)燈；而有些景觀燈開關(guān)通常是人工手動控制方法。
1.2 現(xiàn)行控制方法的缺陷
現(xiàn)行的方法既不能及時(shí)調(diào)整開/關(guān)燈的時(shí)間，更無法及時(shí)反映照明設(shè)施的運(yùn)行情況，并且故障率高、維修困難。隨著城市的不斷發(fā)展，控制范圍越來越大，現(xiàn)行的控制方法無法及時(shí)反映照明設(shè)施的運(yùn)行情況，使得維修工作十分被動。運(yùn)行過程中的故障只有等待巡視人員到達(dá)現(xiàn)場才能發(fā)現(xiàn)，或者被動地等待市民的電話反映，因此難以做到及時(shí)維修。
在遇到一些領(lǐng)導(dǎo)視察、國賓接待、舉辦大型活動等特殊任務(wù)時(shí)，由于缺乏靈活的控制手段，必須臨時(shí)派出大量的人員到現(xiàn)場手動操作照明開關(guān)箱或者臨時(shí)通知各景觀燈單位，因此在時(shí)間十分緊迫的情況下，無法滿足圓滿完成任務(wù)的要求。
此外，由于缺乏靈活的控制手段，花費(fèi)大量經(jīng)費(fèi)建設(shè)起來的各類景觀燈，難以充分發(fā)揮應(yīng)有的效能。
2. 城市照明監(jiān)控系統(tǒng)的效益分析
2.1 社會效益分析
隨著社會文明的不斷發(fā)展，路燈已不再局限于街道照明，而是發(fā)展為表現(xiàn)城市景觀、體現(xiàn)城市形象的重要標(biāo)志。因此，現(xiàn)代社會對路燈的管理和維護(hù)也提出了越來越高的要求，這些要求包括根據(jù)光照度變化及時(shí)開/關(guān)燈、隨時(shí)調(diào)整景觀燈的開/關(guān)燈時(shí)間并進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度、及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并立即進(jìn)行修復(fù)等。
目前各城市管理部門所采用的控制方式已很難保證城市照明系統(tǒng)的正常開關(guān)燈和運(yùn)行，特別是當(dāng)照明控制箱或線路出現(xiàn)問題時(shí)，就有可能造成大面積滅燈，產(chǎn)生較壞的影響。同時(shí)由于缺少實(shí)時(shí)監(jiān)測手段，無法實(shí)現(xiàn)故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和維修。隨著政府和市民對照明管理和維護(hù)要求越來越高，照明管理部門的管轄范圍也越來越大，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并立即進(jìn)行修復(fù)，仍然采用檢修車上街巡燈的方法越來越難以勝任。
采用城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)以后，全市范圍的全夜燈、半夜燈和景觀燈的開/關(guān)均可實(shí)現(xiàn)自動控制。同時(shí)，由于照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有自動報(bào)警和巡測、選測功能，調(diào)度人員可以在故障發(fā)生后的數(shù)秒鐘內(nèi)及時(shí)了解故障的地點(diǎn)和狀態(tài)，為及時(shí)進(jìn)行修復(fù)提供了有力的保障。路燈維護(hù)及時(shí)，可以極大地減少對照明管理部門的投訴、減少道路交通事故的發(fā)生，有利于城市的治安，產(chǎn)生極大的社會效益，從而進(jìn)一步提高城市的形象。
2.2 經(jīng)濟(jì)效益分析
2.2.1 節(jié)約路燈維護(hù)費(fèi)用
路燈自動化監(jiān)控系統(tǒng)將傳統(tǒng)的“巡燈查找故障”改為“值班等待報(bào)警”，不僅減少了“巡燈”人員和車輛損耗，降低了維修成本；而且在檢修車出所之前已經(jīng)知道了故障的準(zhǔn)確地點(diǎn)和基本狀態(tài)，因而縮短了維修時(shí)間、提高了檢修效率；由此將產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟(jì)效益。
2.2.2 節(jié)約大量的電費(fèi)支出
無線照明監(jiān)控系統(tǒng)能提高開/關(guān)燈的可靠性和可檢查性，避免白天亮燈情況的出現(xiàn)；同時(shí)，系統(tǒng)采用光控和時(shí)控相結(jié)合的控制方案，在預(yù)置的時(shí)間區(qū)段內(nèi)根據(jù)光照度決定路燈的開或關(guān)，既能在陰雨天自動延長照明時(shí)間，又能在晴好天氣自動縮短照明時(shí)間；這些措施既可滿足市民對道路照明的需求，又避免了路燈的無謂開啟，減少了開燈時(shí)間,從而節(jié)約了大量的電能。
根據(jù)已建的照明監(jiān)控運(yùn)行表明，采用照明監(jiān)控系統(tǒng)后，每天大概可以減少路燈開燈時(shí)間25分鐘左右。如果按每天運(yùn)行十小時(shí)計(jì)算，則可節(jié)約4.2％的電費(fèi)支出。
如果通過對照明線路的改進(jìn)，增加路燈的半夜燈控制方案或景觀燈在非節(jié)假日采用只開部分景觀燈的控制方案，因此可節(jié)約大量的電費(fèi)支出。
2.2.3 提高燈具壽命，降低運(yùn)行成本
以外由于減少了開燈時(shí)間，延長了燈具壽命，降低運(yùn)行成本，進(jìn)一步提高了經(jīng)濟(jì)效益。
2.3 實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的管理現(xiàn)代化
城市照明監(jiān)控系統(tǒng)能將采集到的數(shù)據(jù)自動進(jìn)行存儲、統(tǒng)計(jì)，并能隨時(shí)進(jìn)行查詢和打印，為管理現(xiàn)代化提供了基本條件。
3. 照明控制方案
3.1 分組控制
系統(tǒng)可以根據(jù)不同類型的照明控制要求，把全市路燈和景觀燈分成若干組，分別采用時(shí)控方案或時(shí)控和光控相結(jié)合的控制方案，自動遙控開/關(guān)全夜燈、半夜燈和景觀燈；也可以手動對全夜燈、半夜燈和景觀燈進(jìn)行遙控開/關(guān)操作；在特殊情況下，可以實(shí)現(xiàn)白天亮燈。
3.2 時(shí)控和光控相結(jié)合的路燈控制方案
目前,路燈控制方案主要有時(shí)控法和光控法兩種。
時(shí)控法的主要缺點(diǎn)是不考慮天氣對光照度的影響，每天在固定的時(shí)間開/關(guān)燈；從而造成陰雨天光照度嚴(yán)重不足但沒有開燈，或者晴朗天氣雖然到了固定開燈時(shí)間但光照度仍然充足，白白浪費(fèi)電力；關(guān)燈時(shí)間的固定不變，同樣出現(xiàn)類似的不合理現(xiàn)象。此外，隨著季節(jié)的變化，定時(shí)器需要人工頻繁地調(diào)整。光控法的主要缺點(diǎn)是在光線不足的白天，或者夜晚有強(qiáng)光照射時(shí)都有可能發(fā)生誤動作。
為了克服兩者的不足，本系統(tǒng)采用時(shí)控和光控相結(jié)合的路燈控制方案。該方案基于模糊控制理念，以當(dāng)?shù)?65天日出日落的時(shí)間作為基本條件，設(shè)定一個(gè)有效的開/關(guān)燈時(shí)段，在此時(shí)段內(nèi)根據(jù)光照度的具體情況自動執(zhí)行相應(yīng)的開/關(guān)燈命令；若該時(shí)段結(jié)束時(shí)光控仍未起作用，則在該時(shí)段結(jié)束時(shí)，監(jiān)控終端自動按時(shí)控方式開/關(guān)燈。
在特殊情況下，系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)白天亮燈。
根據(jù)已建的照明監(jiān)控運(yùn)行表明，如果原來是采用日出日落時(shí)間作為開關(guān)燈時(shí)間的話，則在采用時(shí)控和光控相結(jié)合的控制方案后，每天大概可以減少路燈開燈時(shí)間25分鐘左右。如果以每天平均開燈10小時(shí)計(jì)算，則可節(jié)約4%左右的電費(fèi)。
3.3 景觀燈控制方案
景觀燈控制采用分組定時(shí)控制方案，即可以把不同地理位置和要求的景觀燈分成若干組，對不同組采用不同的定時(shí)控制方案。
采用先進(jìn)的全組態(tài)設(shè)計(jì)，通過中央控制室微機(jī)的設(shè)置程序，可任意設(shè)置一年中的開/關(guān)燈時(shí)間以及每周固定的開/關(guān)燈時(shí)間。通過群控方式，可將景觀燈進(jìn)行分組，不同組采取不同的控制方案；也可通過選控方式，將相應(yīng)的飾燈逐點(diǎn)控制，更增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。
4. 照明監(jiān)控通信系統(tǒng)
4.1 系統(tǒng)通信方案的選擇
正確選用系統(tǒng)通信方案，是城市照明監(jiān)控系統(tǒng)得以成功運(yùn)行的必要前提，在照明監(jiān)控系統(tǒng)中目前可采用的通信方案主要有無線專用網(wǎng)、移動通信網(wǎng)中的GSM短消息、USSD和GPRS通信方式。根據(jù)要求本系統(tǒng)通信方案選擇無線移動公用網(wǎng)的GPRS通信方式。
4.2 系統(tǒng)GPRS通信方案特點(diǎn)
GPRS (General Packet Radio Service)是通用分組無線業(yè)務(wù)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),具有“永久在線”、“高速傳輸”等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。
相對于原有GSM撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳輸方式,GPRS網(wǎng)絡(luò)采用的分組交換技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1) 永久在線。即用戶無需為每次數(shù)據(jù)的訪問建立呼叫連接。
(2) 高速傳輸。數(shù)據(jù)傳輸速率理論上最高可以達(dá)到171.2kbps,目前傳輸速率可以一般達(dá)到40kbps。
(3) 流量計(jì)費(fèi)。用戶只需要為接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)支付費(fèi)用，因此相對運(yùn)行費(fèi)用較低。
(4) 快捷登錄。 一般只須10秒即可登錄互聯(lián)網(wǎng)。
GPRS 采用與GSM 同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu)，其分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)從一開始就可提供全面的GPRS 覆蓋。下圖為通信系統(tǒng)組成框圖：
監(jiān)控中心的前后臺監(jiān)控微機(jī)接入Internet（可采用DDN專線、ADSL等多種方式），GPRS終端與監(jiān)控中心建立連接，監(jiān)控中心與GPRS終端通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)傳遞指令和數(shù)據(jù)。
5. 系統(tǒng)控制中心（調(diào)度端）設(shè)計(jì)
照明監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度端采用前、后臺機(jī)連網(wǎng)工作方式，選用帶看門狗的適合連續(xù)工作的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。一般情況下，前臺機(jī)作為監(jiān)控工作站承擔(dān)遙測、監(jiān)控、調(diào)度等工作；后臺機(jī)平時(shí)自動備份前臺機(jī)的數(shù)據(jù)，當(dāng)前臺機(jī)出現(xiàn)故障的情況下，可以隨時(shí)切換頂替前臺機(jī)工作；從而極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，考慮到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)接口，接入服務(wù)器、管理工作站等，系統(tǒng)就可以很方便地組建為路燈管理處局域網(wǎng)，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)照明監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和圖像信息共享。
系統(tǒng)外部的計(jì)算機(jī)均可通過撥號上網(wǎng)，采用加密查詢的方式訪問相應(yīng)的各類最新和歷史數(shù)據(jù)。
6. TELEASTRO系列無線監(jiān)控系統(tǒng)
－－ 通過因特網(wǎng)對時(shí)鐘進(jìn)行配置和編程
－－ 通過發(fā)送SMS手機(jī)短信操作時(shí)鐘動作
－－ 時(shí)鐘動作與因特網(wǎng)指令同步
－－ 通過手機(jī)短信控制配套節(jié)能系統(tǒng)
－－ 可記錄能量消耗數(shù)據(jù)
－－ 可控制開關(guān)燈及報(bào)警
－－ 電氣參數(shù)可由圖形顯示
－－ 進(jìn)入服務(wù)器非常方便
－－ 根據(jù)不同用戶分級設(shè)定密碼權(quán)限
終端功能及特性
－－ 節(jié)假或公休日特殊照明需求
－－ 三個(gè)或四個(gè)獨(dú)立照明景點(diǎn)需求
－－ 需日常及特殊時(shí)段照明記錄表
－－ 市政特別照明需求
－－ 特殊慶典或會議照明需求
－－ 特殊天氣或突發(fā)事件照明需求
實(shí)際應(yīng)用場合
－－ 公共街道照明
★ 歷史紀(jì)念館或紀(jì)念碑等
★ 景觀照明
★ 噴泉或廣場照明
★ 古建筑物照明
★ 體育場館照明
★ 節(jié)日照明
★ 高速公路照明
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