齊麗強 黃清龍

中船重工第715研究所

基于德爾菲的風(fēng)光互補路燈多平臺遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

齊麗強 黃清龍

中船重工第715研究所

隨著風(fēng)能和太陽能等新能源技術(shù)的快速發(fā)展，作為早期應(yīng)用的新能源路燈也得到了愈加廣泛的推廣。針對目前風(fēng)光互補LED（Light Emitting Diode）路燈愈加趨向智能化的發(fā)展趨勢以及系統(tǒng)可靠性低、工作壽命短、維護成本高等實際問題，提出了一種智能的基于GPRS（General Packet Radio Service）通訊的并使用Delphi開發(fā)風(fēng)光互補LED路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)將路燈控制器終端與PC機或手機兩個平臺監(jiān)控終端互聯(lián)，路燈控制器中的實時數(shù)據(jù)通過ZigBee節(jié)點經(jīng)由數(shù)據(jù)集中器傳輸?shù)皆贫朔?wù)器，云端服務(wù)器處理完數(shù)據(jù)后分發(fā)到相應(yīng)的監(jiān)控終端，同時，亦可通過各個終端實現(xiàn)對各個風(fēng)光互補路燈的遠(yuǎn)程控制。實踐證明，所設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信安全可靠，運行穩(wěn)定，具有良好的工程應(yīng)用價值和經(jīng)濟推廣價值。

風(fēng)光互補路燈；遠(yuǎn)程監(jiān)控；通用分組無線服務(wù)技術(shù)（GPRS, General Packet Radio Service）；德爾菲（Delphi）

隨著我國經(jīng)濟力量的不斷壯大，國內(nèi)對能源的需求越來越大，石油和煤炭等化石能源在可期的未來將會變得愈發(fā)的緊缺。同時，化石能源的使用導(dǎo)致環(huán)境污染，造成當(dāng)前國內(nèi)霧霾天氣頻發(fā)。為了加快此類問題的解決，大力倡導(dǎo)可再生能源的開發(fā)利用是迫在眉睫而又具有長遠(yuǎn)需求的工程。太陽能與風(fēng)能同是目前發(fā)展最為成熟的可再生能源，我國幅員遼闊，風(fēng)能和太陽能的儲量巨大，對其進行大力的開發(fā)與應(yīng)用具有廣闊的前景。

風(fēng)光互補路燈是風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)的典型應(yīng)用。相比太陽能路燈，風(fēng)光互補路燈中，風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電能彌補彼此單獨發(fā)電量的不足，具有良好的資源互補性、供電安全性和穩(wěn)定性。和傳統(tǒng)市電路燈相比，風(fēng)光互補LED（Light Emitting Diode）路燈的建設(shè)與發(fā)展在為政府節(jié)約大量的經(jīng)費的同時，也為城市節(jié)能減排作出了巨大貢獻。

盡管風(fēng)光互補LED路燈系統(tǒng)在一些地方得到了大力推廣，但由于技術(shù)及維護等問題導(dǎo)致項目頻頻失敗，夜間亮燈時間逐步縮短，使用壽命也因此大打折扣等問題頻頻出現(xiàn)。因此，如何保證路燈的安全、穩(wěn)定、可靠運行將成為新的課題。針對市電路燈系統(tǒng)，文獻[1]和文獻[2]分別通過GPRS（General Packet Radio Service） 和 電 力 線載波的方式搭建智能監(jiān)控系統(tǒng)，對路燈的節(jié)能減排及智能控制都起到了良好的輔助作用。文獻[3]則將無線通信技術(shù)應(yīng)用在太陽能和市電互補路燈中，并在路燈智能控制方面做了進一步研究。本文針對目前使用較為廣泛的風(fēng)光互補LED路燈系統(tǒng)，基于Delphi最新的并不斷成熟的多平臺開發(fā)和DATASNAP技術(shù)，使用GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)、ZigBee物聯(lián)網(wǎng)和阿里云技術(shù)，設(shè)計一種智能的風(fēng)光互補LED路燈多平臺遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)在保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，延長了系統(tǒng)工作壽命的同時，大大減少了項目投資建設(shè)和運營費用，有利于風(fēng)光互補LED路燈系統(tǒng)的進一步推廣。

圖1 風(fēng)光互補路燈監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1 路燈監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計

風(fēng)光互補LED路燈監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，系統(tǒng)由道路現(xiàn)場的風(fēng)光互補LED路燈、ZigBee無線通信節(jié)點、集中器網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺以及云端的通訊服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器構(gòu)成。每個風(fēng)光互補路燈都設(shè)有一個風(fēng)光互補路燈控制器和對應(yīng)的無線通信節(jié)點。所有路燈節(jié)點和和集中器網(wǎng)關(guān)內(nèi)的無線通信模塊構(gòu)成一個無線自組網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。每盞風(fēng)光互補路燈的數(shù)據(jù)都可以通過對應(yīng)路燈內(nèi)的無線通信節(jié)點發(fā)送至對應(yīng)路段的集中器網(wǎng)關(guān)，并通過GPRS通信上傳到云端服務(wù)器，最終由其傳送到遠(yuǎn)程的PC機和手機監(jiān)控平臺。

基于近幾年不斷更新與發(fā)展，Delphi依然處于主流軟件開發(fā)工具的地位，同時也已具備快速開發(fā)Windows、iOS、Android等平臺的應(yīng)用程序。本系統(tǒng)的PC機和手機監(jiān)控平臺以及云端的服務(wù)器程序都基于Delphi來開發(fā)完成，在提高程序開發(fā)效率的同時，也極大滿足了各部分之間兼容性的要求。通訊服務(wù)器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的維護以及數(shù)據(jù)交互的可靠與穩(wěn)定，基于DATASNAP技術(shù)的不斷發(fā)展，這里的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器有DATASNAP+ACCESS來完成，DATASNAP解決了ACCESS這個本地小型數(shù)據(jù)庫跨網(wǎng)絡(luò)通信的問題，后期還會根據(jù)系統(tǒng)的不斷推廣替換成中大型數(shù)據(jù)庫。通過服務(wù)器遠(yuǎn)程終端便可實時的監(jiān)控路燈的運行狀態(tài)，也可以查詢備份在數(shù)據(jù)庫內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，并可以對底層的風(fēng)光互補LED路燈的參數(shù)進行遠(yuǎn)程設(shè)置。

2 無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計

在整個系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的無線可靠傳輸是系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，ZigBee無線通信節(jié)點、相應(yīng)的數(shù)據(jù)集中器以及云端服務(wù)器便是數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計的核心所在。

2.1 ZigBee無線通信節(jié)點

在風(fēng)光互補LED路燈監(jiān)控系統(tǒng)底層組成風(fēng)光互補LED路燈中，除設(shè)置有風(fēng)光互補LED路燈控制器之外，還對應(yīng)設(shè)置一個無線通信模塊，我們稱之為無線通信節(jié)點。無線通信節(jié)點的主要功能是負(fù)責(zé)將路燈數(shù)據(jù)發(fā)回所屬的集中器網(wǎng)關(guān)，并最終通過集中器將數(shù)據(jù)發(fā)送回遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，并接收平臺通過集中器發(fā)給對應(yīng)控制器的命令。

ZigBee技術(shù)是近幾年興起的一種短距離無線通信技術(shù)，其工作于免費的ISM頻段（2.4GHz）。它主要用于低成本、低功耗、低復(fù)雜度、低數(shù)據(jù)速率、近距離、高可靠性的多設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。ZigBee技術(shù)具備強大的自組網(wǎng)能力，支持三種主要的自組網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)類型，即星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和鏈狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)開發(fā)對象的特點和ZigBee的傳輸特性，設(shè)計丁基于鏈狀結(jié)構(gòu)的風(fēng)光互補路燈ZigBee節(jié)點網(wǎng)絡(luò)，并取得了很好的效果。

2.2 數(shù)據(jù)集中器

通常所監(jiān)控路段的路燈都離遠(yuǎn)程監(jiān)控中心較遠(yuǎn)，甚至是跨區(qū)域監(jiān)控，因此，數(shù)據(jù)集中器的作用就顯得尤為重要。近距離上，由于ZigBee自組網(wǎng)技術(shù)的靈活可靠性，只需保證有任意一個與風(fēng)光互補路燈控制器相連的ZigBee節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)集中器；遠(yuǎn)距離上，數(shù)據(jù)集中器通過內(nèi)部的無線通信模塊將路燈的數(shù)據(jù)接收后，由內(nèi)部的GPRS模塊通過公共GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程的服務(wù)器。從服務(wù)器傳送過來的數(shù)據(jù)同樣通過上面的鏈路逆向傳輸回去。

2.3 云端服務(wù)器設(shè)計

隨著阿里云技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣，從縮減企業(yè)開發(fā)成本和提高傳輸便利考慮，使用云技術(shù)進行相關(guān)技術(shù)開發(fā)成為越來越多公司的選擇，本系統(tǒng)的通訊服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器都是基于云端支持的。從Delphi2009開始，DATASNAP技術(shù)上完全是全新的架構(gòu)，多層架構(gòu)不再基于微軟的COM，擺脫COM就等于擺脫了Windows的束縛。相較于以前，TCP/IP通信也變得簡單了許多，全新的DATASNAP，只需要一個中間件，就可以開發(fā)普通的TCP/IP通信。

本系統(tǒng)的通訊服務(wù)器是基于DATASNAP技術(shù)進行設(shè)計與開發(fā)，其核心便是圍繞TDSServer控件、TDSServerClass控件和TDSTCPServerTransport控件展開而來：

TDSServer控件：DataSnap服務(wù)端程序的邏輯核心，用來啟動和停止服務(wù)。AutoStart屬性默認(rèn)設(shè)置為true，程序一運行就自動啟動服務(wù)。

TDSServerClass控件：代表一個服務(wù)器類，服務(wù)端的方法由它來引出供客戶端遠(yuǎn)程調(diào)用。DataSnap Server自動創(chuàng)建和銷毀一個服務(wù)器類的實例。這個實例的生命周期受TDSServerClass的LifeCycle屬性控制。

TDSTCPServerTransport控件：實現(xiàn)一個多線程的TCP服務(wù)器，多線程監(jiān)聽客戶端連接。

而數(shù)據(jù)服務(wù)器則通過DATASNAP+ACCESS來完成。作為典型的三層C/S構(gòu)架，DATASNAP解決了ACCESS這個本地小型數(shù)據(jù)庫跨網(wǎng)絡(luò)通信的問題。而其關(guān)鍵便是TClientDataSet控件和TDatasetProvier控件：

TClientDataSet控件繼承自TDataSet，其最大的特點是它不依賴于BDE(BorlandDatabase-Engine)，但它需要一個動態(tài)鏈接庫的支持，這個動態(tài)鏈接庫叫DBCLIENT.DLL。在客戶端，也不需要用TDatabase構(gòu)件，因為客戶端并不直接連接數(shù)據(jù)庫。

TDatasetProvier控件是存在應(yīng)用程序服務(wù)器上的一個組件，負(fù)責(zé)將TdataSet中取出應(yīng)用程序所要要求的數(shù)據(jù)，并進行封裝提供給客戶端程序。

3 多平臺監(jiān)控軟件設(shè)計

一直以來Delphi都是Windows平臺開發(fā)軟件的主流選擇[4]，不過隨著Web和移動終端開發(fā)需求的日益旺盛，Delphi曼曼的被其他開發(fā)軟件超越，但是2013年EMB發(fā)布了XE4，開始了Delphi可以直接開發(fā)蘋果APP的篇章，同時，OrangeUI就開始了緊鑼密鼓的研發(fā)，一直到了2017年，耗時四年，期間EMB也發(fā)布了XE5、XE6、XE7、XE8、D10 Seattle，直到現(xiàn)在的D10.1 Berlin版，Delphi已經(jīng)可以一套代碼，同時開發(fā)很穩(wěn)定的iOS和Android兩個平臺的APP了。另外，由于DATASETPROVIDER返回OLEVARIANT格式的數(shù)據(jù)集，因此PC機或手機客戶端也用DELPHI開發(fā)，所產(chǎn)生的效能是最高的。因此，本系統(tǒng)選擇D10 Seattle來開發(fā)基于Windows和Android系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端軟件。

3.1 基于Windows系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件設(shè)計

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件功能設(shè)計

1）數(shù)據(jù)傳輸功能

監(jiān)控平臺可以通過數(shù)據(jù)集中器接收到現(xiàn)場路燈控制器通信節(jié)點上數(shù)據(jù)，也可以在監(jiān)控平臺上通過通信服務(wù)器逆過程的下發(fā)數(shù)據(jù)給指定的路燈控制器通信節(jié)點。

2）工程信息管理

可以在平臺單獨或者批量錄入風(fēng)光互補路燈基礎(chǔ)信息，包含項目、區(qū)域、路段、網(wǎng)關(guān)地址、路燈地址、經(jīng)緯度、路燈配置信息等。

3）監(jiān)測功能

可以通過監(jiān)控平臺實時顯示路燈、風(fēng)力發(fā)電機、太陽能電池板、蓄電池的狀態(tài)等信息。

4）數(shù)據(jù)管理功能

對于所收集的底層路燈數(shù)據(jù),遠(yuǎn)程監(jiān)控中心可對數(shù)據(jù)進行編整和初步分析,對數(shù)據(jù)進行存儲和歸檔處理,并對錯誤的數(shù)據(jù)進行報警?？紤]到數(shù)據(jù)的安全,監(jiān)控中心必須能對數(shù)據(jù)進行定期備份和還原。

5）控制功能

可以對對整個風(fēng)光互補LED路燈或者選定的某幾盞風(fēng)光互補LED路燈進行開關(guān)燈控制、風(fēng)機剎車和解剎車及對時等遠(yuǎn)程功能控制。

6）設(shè)置功能

可以設(shè)置風(fēng)光互補LED路燈的照明策略（如開關(guān)燈周邊環(huán)境光線亮度、負(fù)載工作模式、亮燈時間、亮燈時長及亮燈功率等）。可對風(fēng)光互補LED路燈蓄電池的充放電參數(shù)和風(fēng)機運轉(zhuǎn)的參數(shù)進行設(shè)置。

7）告警功能

風(fēng)光互補LED路燈監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)不同的故障代碼生成相應(yīng)的告警碼，應(yīng)及時的通過無線通信節(jié)點和數(shù)據(jù)集中器將故障代碼上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，而監(jiān)控中心應(yīng)及時的對故障告警進行回應(yīng)，必要時監(jiān)控中心則應(yīng)該通過短信或者電話撥號的形式通知相應(yīng)的責(zé)任人。

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺軟件結(jié)構(gòu)圖

8）數(shù)據(jù)存儲及統(tǒng)計功能

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心應(yīng)可以保存過去一段時間的運行數(shù)據(jù)，并對運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和并生成報表，以方便分析系統(tǒng)運行是否正常，為今后同類型項目提供設(shè)計參考依據(jù)，改善系統(tǒng)運行狀況。

（2）遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件界面概要設(shè)計

按照風(fēng)光互補路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的要求，遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺軟件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，主要包含9個部分，分別為首頁、項目管理、實時數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制、路燈設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)、告警處理、系統(tǒng)日志和系統(tǒng)設(shè)置，每個模塊之間可以相互切換。

3.2 基于Android系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件設(shè)計

在基本功能上，基于Android系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件與基于Windows系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件最大的差別在于由于設(shè)備的局限和操作的不便前者側(cè)重于單燈的遠(yuǎn)程控制，功能上包括（2）中所述的數(shù)據(jù)傳輸功能、監(jiān)控功能、數(shù)據(jù)管理功能、控制功能、設(shè)置功能、告警功能、數(shù)據(jù)存儲及統(tǒng)計功能，由于是在相同軟件平臺上進行開發(fā)，具體界面設(shè)計便不再贅述。

4 結(jié)語

通過上面的分析與設(shè)計可以看出，整個智能風(fēng)光互補LED路燈多平臺遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在實現(xiàn)多終端便捷操作的同時，能最大限度的發(fā)揮無線通信的快捷性，實時掌握路燈的運行狀況，保證路燈系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，延長系統(tǒng)工作壽命，大大減少路燈的建設(shè)與維護費用。但是，也要看到如何最大化的利用云端大數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的運行狀況進行自行調(diào)整以及故障狀況進行自行診斷依然是下一步要深入進行研究的內(nèi)容。

[1]張卿杰, 徐友, 薛國慶. 基于Web Service的無線路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù), 2015(11):5-9.

[2]劉伊莎, 黃勝明, 毛周明. 基于電力線載波的LED路燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電測與儀表, 2015, 52(22):113-118.

[3]朱向慶, 廖桂明, 崔廷佐,等. 遠(yuǎn)程分布式無線智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 計算機測量與控制, 2015, 23(1): 83-85.

[4]許潔舟, 林偉鵬, 林盛雄, 等. Delphi7 程序設(shè)計與實例[M]. 冶金工業(yè)出版社, 2003.

[5]林方鍵, 胥布工. 基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路燈節(jié)能控制系統(tǒng)[J]. 控制工程,2009, 16(3):324-326.

220 kV崇明電廠出線工程全線貫通

近日，上海市重大工程220 kV崇明電廠出線工程順利完成架線工程，全線貫通，意味著已建成的上海申能崇明燃?xì)怆姀S即將并網(wǎng)發(fā)電。

該工程的完工為已建成二年的上海申能崇明燃?xì)怆姀S2×424 MW（F級）燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組并網(wǎng)發(fā)電提供了條件，并為崇明整個地區(qū)供電網(wǎng)架增加了安全和穩(wěn)定系數(shù)，同時也是為崇明建設(shè)世界級生態(tài)島，在天然氣清潔能源的應(yīng)用上起到了引領(lǐng)示范作用。

（崇明區(qū)）

Multi-Platform Remote Surveillance System of Hybrid Photovoltaic-Wind Street Lamp Based on Delphi

Qi Liqiang, Huang Qinglong
CSIC No.715 Research Institute

With wind power and solar power as new energy technology rapid developing, new energy street lamp applied earlier has been widely accepted. Focused on hybrid photovoltaic-wind LED(Light Emitting Diode) street lamp developing trend, the author introduces it becomes intelligent but low system availability, short life expectation and high maintenance cost. The article puts forward intelligent Delphi hybrid photovoltaic-wind LED street lamp based on GPRS（General Packet Radio Service）communication as remote surveillance system. It uses GPRS wireless communication network to connect street lamp control terminal with PC or mobile. Street lamp controller real-time data transmits to cloud server via data concentrator through ZigBee and cloud server deals with data then distributes to related surveillance terminal. Meanwhile all kinds terminals can realize remote control among multi hybrid photovoltaic-wind LED (Light Emitting Diode) street lamp. The practice results show that data communication from designed system is safe and stable, which has good engineering value and economic promotion effect.

Hybrid Photovoltaic-Wind Street Lamp, Remote Control, GPRS（General Packet Radio Service）, Delphi

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.11.010

齊麗強：（1987-），男，碩士研究生，主要從事神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和學(xué)習(xí)控制研究。黃清龍：男，高級工程師。