賴常華，夏 軍

(深圳市燈光環(huán)境管理中心，廣東 深圳 518036)

引言

隨著社會的快速發(fā)展，“美麗中國”及生態(tài)城市的快速建設(shè)，城市對道路照明設(shè)施的管理要求不斷增加，管理部門對照明設(shè)施的管理難度也越來越大。同時，節(jié)能成為當(dāng)前節(jié)約型社會對照明節(jié)能提出的迫切要求，早期的道路照明管理模式已不能適應(yīng)城市發(fā)展的需要，為了提高城市照明管理部門的工作和管理效率，實現(xiàn)人性化的道路照明維護、節(jié)能，城市道路照明無線監(jiān)控管理系統(tǒng)應(yīng)運而生。

目前，中國的能源利用率僅為30%左右，比發(fā)達國家約低10%，產(chǎn)值能耗比世界平均水平高2倍多，成為世界上產(chǎn)值能耗最高的國家之一[1]。城市照明建設(shè)與改造中，正大力推廣節(jié)電新技術(shù)新產(chǎn)品。LED 路燈的出現(xiàn)則為降低能源消耗發(fā)揮了重要的作用，但是現(xiàn)有的路燈控制技術(shù)卻成為其節(jié)能減排的新瓶頸，而LED 路燈所具有的反應(yīng)快、低電壓控制、頻繁點亮熄滅對壽命影響小等優(yōu)點，為道路照明智能控制技術(shù)的采用與推廣創(chuàng)造了非常有利條件。通過推廣城市綠色照明工程，提高城市景觀照明的質(zhì)量和水平、節(jié)約能源、減少污染、緩解電力緊張的矛盾，這是保護環(huán)境的明智之舉，具有重要的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

1 道路照明的控制技術(shù)

最初的照明控制只有開關(guān)的控制，從20世紀(jì)90年代初，個別城市已經(jīng)開始考慮在日常的管理上啟用城市照明無線監(jiān)控管理系統(tǒng)，但是受限于當(dāng)時的計算機技術(shù)、無線通信技術(shù)、測控技術(shù)等，城市照明無線監(jiān)控管理系統(tǒng)存在一定的技術(shù)障礙。當(dāng)時的城市照明無線監(jiān)控系統(tǒng)主要通過專用無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)道路路燈遙測、遙控和遙信，簡稱三遙系統(tǒng)，全國只有少數(shù)城市開始使用三遙系統(tǒng)。進入21世紀(jì)以來，不論是技術(shù)上、應(yīng)用上還是在經(jīng)濟上都有著飛速的發(fā)展，路燈照明控制系統(tǒng)也不再僅僅局限于城市道路的集中監(jiān)控，已發(fā)展成為集城市照明控制、城市照明管理部門管理維護、城市照明管理部門對照明設(shè)施的管理分析、城市各個相關(guān)部門的快速聯(lián)動等為一體的綜合性城市照明無線監(jiān)控管理系統(tǒng)[2]。

由于技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，傳統(tǒng)照明控制的問題的長期無法得到解決，各地政府已有充分的認(rèn)識，并且提出相應(yīng)的要求和實驗方案。以深圳市為例，深圳市燈光環(huán)境管理中心在2010年就已經(jīng)著手新智能控制系統(tǒng)的實驗調(diào)試，2012年結(jié)合廣東省普及LED公共照明的契機，提出“建立全市路燈智能管理平臺”的方案，打造全市統(tǒng)一的道路照明智能控制平臺，目前方案正在試驗與實施過程中。當(dāng)前已運用在道路照明智能控制領(lǐng)域的常用控制技術(shù)有電力線載波技術(shù)(PLC)、GPRS/CDMA技術(shù)、ZigBee技術(shù)、DALI技術(shù)[3]， 此外還有ACN協(xié)議、Art Net協(xié)議、CEBUS協(xié)議、Lonworks協(xié)議、Dynet協(xié)議、EIB協(xié)議和HBS協(xié)議等，這些協(xié)議在各自的領(lǐng)域均有自己的優(yōu)勢，占據(jù)各自的優(yōu)勢市場，所以在短時期內(nèi)無法將照明智能控制網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一協(xié)議，但是兼容是未來智能控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。

2 城市道路照明智能控制的發(fā)展趨勢

現(xiàn)在的道路照明控制兼容了控制系統(tǒng)、LED、智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)等概念，具體來說是集合了控制、電子、通信三個方面的技術(shù)，城市道路照明智能控制隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)高速發(fā)展，已經(jīng)打破傳統(tǒng)道路照明的觀念，城市道路照明智能控制的發(fā)展主要趨勢為：標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。

(1)標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化是城市道路照明系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，照明控制系統(tǒng)使用的相關(guān)設(shè)備非常多，不可能都是一家廠家生產(chǎn)，如果不同廠家只兼容自己廠家的產(chǎn)品，不同廠家的設(shè)備無法同時使用，在此看來，盡快起草智能照明控制系統(tǒng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化是非常迫在眉睫的事情[4]。而事實上，市場道路照明產(chǎn)品種類繁多，并且很多照明企業(yè)也有各自的照明控制系統(tǒng)，各自使用的協(xié)議和端口，各個產(chǎn)品之間不能直接實現(xiàn)互通；因此，首先做到城市道路照明控制系統(tǒng)就要考慮到產(chǎn)品兼容控制的問題，統(tǒng)一的平臺則能很好的兼顧各方利益，減少因產(chǎn)品不兼容而造成的浪費與不必要的消耗。由此可見，各種廠家的照明控制系統(tǒng)、單燈控制系統(tǒng)及相關(guān)內(nèi)部設(shè)備的相互兼容是智能照明發(fā)展的趨勢。

(2)網(wǎng)絡(luò)化

照明控制系統(tǒng)離不開通信介質(zhì)的選擇，如無線通信GPRSCDMA、光纖通信、電力線載波通信PLC、現(xiàn)場總線，暢通的通信網(wǎng)絡(luò)控制也將改變有限網(wǎng)絡(luò)的局限性，使控制更加的靈活，更加的多樣性。由于技術(shù)的不斷更新發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化的新形態(tài)—物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)開始運用在城市道路照明系統(tǒng)控制中，物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。雖然目前國內(nèi)對物聯(lián)網(wǎng)也還沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定義，但從物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上看，物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種聚合性應(yīng)用與技術(shù)提升，將各種感知技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能與自動化技術(shù)聚合與集成應(yīng)用，使人與物智慧對話，創(chuàng)造一個智慧的世界，也因此才被稱為是信息技術(shù)的第三次革命性創(chuàng)新[5]。因此，道路照明智能控制的通信介質(zhì)也會迎來新的發(fā)展趨勢，將會數(shù)據(jù)傳遞更快，構(gòu)架方便靈活，安全無干擾，兼容性好，更便于對照明系統(tǒng)的集中管理。

(3)智能化

起初的傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)只為人們在天黑前提供照明的控制開關(guān)設(shè)備，道路照明控制系統(tǒng)的發(fā)展也從機械化發(fā)展到當(dāng)前的自動化，而控制系統(tǒng)的智能化才是剛起步的階段，國內(nèi)少數(shù)的城市正在進行道路照明控制智能化革新的嘗試，所謂智能化照明系統(tǒng)，通常講就是利用現(xiàn)代的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)、微電子技術(shù)等多種新科學(xué)技術(shù)，實現(xiàn)可根據(jù)環(huán)境變化、客觀要求、用戶定制需求等條件而自動采集系統(tǒng)中的各種信息，并可對所采集的信息進行相應(yīng)的邏輯分析、推理、判斷，對結(jié)果按特定的形式進行存儲、顯示、傳輸以及反饋控制等處理以迖到最佳的控制效果的一種智能照明控制系統(tǒng)[6]。隨著智能照明控制系統(tǒng)的不斷完善，系統(tǒng)中的設(shè)備數(shù)量和設(shè)備品牌種類的不斷增加，智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)滿足可拓展性的需求，能使新設(shè)備、新模塊能接入系統(tǒng)中，對于控制系統(tǒng)而言普遍涉及到的一些智能體功能模塊，如感知模塊、通信接口模塊、知識模塊、推理機制模塊、控制模塊。智能化的道路照明控制系統(tǒng)也有了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所不能體現(xiàn)的功能，如地理信息功能、變頻控制、自動穩(wěn)壓、功率控制功能、調(diào)光功能、場景功能、單燈控制、氣象聯(lián)動、多點控制、工況監(jiān)測、故障自動反饋、統(tǒng)計分析與查詢功能、系統(tǒng)自動升級維護與管理功能[7]。由此可見，繼智能化之后的城市道路照明智能控制的發(fā)展，同樣將會以更加人性化、智能化為準(zhǔn)的趨勢。

3 深圳南坪快速路試驗段照明案例

深圳市燈光環(huán)境管理中心自2012年起，對廣東省深圳市南山區(qū)的科技園片區(qū)LED路燈試驗段、深圳南坪快速路試驗段進行調(diào)試安裝，作為路燈智能控制示范工程進行運行測試試驗。通過工程驗證路燈智能控制系統(tǒng)定時開關(guān)控制、定時智能調(diào)光、路燈電氣參數(shù)采集、燈況監(jiān)控、故障報警等功能，并檢驗該系統(tǒng)電力載波通信的可靠性，為深圳城市道路照明智能控制與節(jié)能提供可參考的技術(shù)方案。

(1)項目概況

本項目案例位置位于南坪快速牛咀大橋段(見圖1)；配電回路由6X和7X(其中6X回路加裝交流互感器、智能電表)組成；燈桿編號7675121-7675147和7675149-7675169；燈桿數(shù)量為48，路燈數(shù)量為49，桿距是40米；路燈配電為三相回路，單相負(fù)載；物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)采用低壓電力線載波(NB-PLC)；從工勘、施工、試運行到運行的周期為四個月。

圖1 南坪快速牛咀大橋段Fig.1 Nanping express way

(2)照明智能控制系統(tǒng)架構(gòu)

南坪快速單燈控制系統(tǒng)主要由主站系統(tǒng)(服務(wù)器)、集中控制器、單燈控制器及RS-485多功能電表等外設(shè)組成。

集中控制器和單燈控制器選擇電力線載波進行通信，集中器到主站系統(tǒng)通過GPRS連接。主站系統(tǒng)作為服務(wù)端，集中控制器作為客戶端，上電后，集中器自動根據(jù)配置文件中配置的服務(wù)器IP，登錄到服務(wù)器。集中控制器通過RS-485總線連接多功能電表，實現(xiàn)6X回路的電參數(shù)采集。

主站系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，用戶可以通過任一網(wǎng)絡(luò)終端，如電腦、平板、手機根據(jù)授權(quán)登錄系統(tǒng)并進行相應(yīng)操作或查看相關(guān)數(shù)據(jù)。以便于實時、共同、全方位監(jiān)測系統(tǒng)運行狀況。

(3)照明智能控制通信技術(shù)的選擇

本項目所選擇的路燈為中間布燈，且呈明顯的長距離直線分布，這并不是無線通信技術(shù)(如Zigbee)最理想的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從路燈單燈系統(tǒng)角度來看，電力載波由于其通過路燈供電電纜傳輸信號，免布線的同時對于供配電回路、相位等有天然的監(jiān)測能力，是目前路燈單燈領(lǐng)域應(yīng)用最多的技術(shù)，因此本次項目的通信方式采用電力載波加GPRS的方式。

同時，針對國內(nèi)電網(wǎng)情況比較復(fù)雜，高衰減、低阻抗、諧波干擾、幾乎不可預(yù)測的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是電力載波通信面臨的最大挑戰(zhàn)問題。雖然衰減和干擾本身最終都影響信噪比，但電力線上的衰減具有時變位置相關(guān)和隨機猝發(fā)等特點，危害更大。因此，為保證電力載波通信能夠長時間穩(wěn)定工作于路燈線路上，因此本次試驗路段選擇的載波通信技術(shù)滿足下面兩個要求：

①投入使用后，隨環(huán)境、時間的變化，工作頻點可在40kHz～500kHz范圍內(nèi)自適應(yīng)調(diào)整，具備網(wǎng)絡(luò)維護機制，可自動選擇最佳工作頻點進行通信，以避免路燈線纜老化、負(fù)載接入退出、維修維護引起線路變化等情況所造成的影響；

②投入使用后，通信速率、調(diào)制方式可根據(jù)現(xiàn)場使用情況進行調(diào)整；

③快速組網(wǎng)，現(xiàn)場組網(wǎng)時間2分鐘，可以達到“即插即用”的效果，減少施工投入，具備網(wǎng)絡(luò)自愈功能，一個節(jié)點的通訊通信故障，不會影響其它節(jié)點的通訊。

(4)道路照明系統(tǒng)功能性測試

我們對該道路照明系統(tǒng)進行了功能性測試，測試結(jié)果見表1。

表1 系統(tǒng)功能性測試結(jié)果Table 1 Functional test result

(5)項目綜合評價

該案例工程投入正式運營至今一年多時間，運行穩(wěn)定；電力載波及無線通信良好，各控制功能正常，電氣參數(shù)采集及功能操作實時性較好；開關(guān)和智能調(diào)光節(jié)能方式通過該系統(tǒng)可以正常實現(xiàn)，節(jié)能效果明顯；燈具及電源運行穩(wěn)定，除模擬故障測試期間的故障報警，以及安裝固定問題導(dǎo)致進水等，日常無報警產(chǎn)生，無系統(tǒng)誤報情況；綜合情況表現(xiàn)良好，運行穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

深圳南坪快速路試驗段照明案例以電力載波(GPRS網(wǎng)絡(luò))作為通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了電力載波及GPRS通信平臺對若干路燈節(jié)點的信息采集和遠(yuǎn)程命令控制，達到城市道路照明智能控制化管理，驗證了其智能照明控制與節(jié)能的可行性，對節(jié)能、智能化管理的道路照明智能控制有一定的借鑒價值。

[1] 李錦寧，周培. 智能控制在道路橋梁照明節(jié)能中的應(yīng)用[J].建筑電氣，2009(1).

[2] 儲昭兵. 基于GPRS城市照明無線監(jiān)控系統(tǒng)[D].上海：上海交通大學(xué)，2009.

[3] 毛周明，金鵬，詹文平.城市道路照明智能監(jiān)控技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[4] 張建碧. 智能照明控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢[J].無線互聯(lián)科技，2013.

[5] 平青.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市照明控制系統(tǒng)[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2010.

[6] 閆展坤.智能照明控制系統(tǒng)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2013.

[7] 李冰冰.城市路燈智能監(jiān)控與節(jié)能控制系統(tǒng)的研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

[8] 深圳市燈光環(huán)境管理中心，深圳市致燁科技有限公司. 深圳市南坪快速路(牛咀大橋段)道路照明單燈控制系統(tǒng)試點項目運行報告 [R]. 深圳市燈光環(huán)境管理中心，深圳市致燁科技有限公司,2013.