吳 軍
上海市城市綜合管理事務(wù)中心(上海,200023)
2016 年,世界移動通信大會上,窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(NB-IoT)成為會議的一大亮點[1]。NB-IoT 技術(shù)具有窄帶、低速率、低功耗、低成本、高容量、廣覆蓋等特點,隨著技術(shù)應(yīng)用日趨成熟,目前該技術(shù)支持包括水、電、氣、熱等基礎(chǔ)設(shè)施的智能管理[2-3]。
成開元等[4]分析了NB-IoT、LTEeMTC、Lo-Ra、SigFox 等通信方式的優(yōu)缺點,設(shè)計了基于中國電信NB-IoT 技術(shù)的由數(shù)據(jù)采集層、通信層、應(yīng)用服務(wù)層和用戶層四層結(jié)構(gòu)組成的智慧路燈監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了從客戶端Web 界面實時遠(yuǎn)程監(jiān)控城市路燈狀態(tài)的目標(biāo)。2017 年2 月,由華為、杭州移動和浙大網(wǎng)新易盛共同打造的基于標(biāo)準(zhǔn)NB-IoT的智慧照明示范區(qū)在杭州濱江士蘭微園區(qū)完成[5]。
目前,上海市道路照明監(jiān)控系統(tǒng)主要通過“區(qū)域控制器+終端控制器”的方式,通過電力載波(PLC)技術(shù)實現(xiàn)對路燈的單燈監(jiān)控。但由于配電線路老化、電磁干擾等因素影響,導(dǎo)致通信質(zhì)量較差,從而無法準(zhǔn)確地實現(xiàn)單燈監(jiān)控。文章基于NB-IoT 技術(shù)的優(yōu)勢,結(jié)合虹橋路合桿整治工程開展了NB-IoT 單燈控制器的試點工作。
根據(jù)《上海市道路照明設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(DJ/T 08-2296—2019)[6],道路照明設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)宜采用三層結(jié)構(gòu)的架構(gòu),如圖1 所示。一般,基于PLC 技術(shù)的路燈終端控制器(TCU)通過接口B 傳輸數(shù)據(jù)至區(qū)域控制器(ACU),再由區(qū)域控制器(ACU)通過接口A 傳輸至照明監(jiān)控中心(LCC)。該系統(tǒng)具有無線通信功能,直接通過接口C 傳輸至照明監(jiān)控中心(LCC),實現(xiàn)照明監(jiān)控中心直接對LED 路燈的遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2 所示。
在NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議清晰、簡單,無須區(qū)域控制器(ACU),減少了通信環(huán)節(jié)和故障點,整個監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得以提高。每臺終端控制器(TCU)獨(dú)立運(yùn)行,監(jiān)控策略設(shè)置具有多樣性,不僅可實現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)燈控制和調(diào)光控制,同時可實現(xiàn)以下自動監(jiān)測功能:(1)電壓、電流、功率、功率因數(shù)、時段用電量、總用電量等;(2)通信異常、單燈故障等故障信息;(3)設(shè)備信號強(qiáng)度RSRP、無線信號干擾噪聲比SINR、無線信號覆蓋等級等。
圖1 道路照明設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)
圖2 基于NB-IoT 的路燈終端控制器系統(tǒng)架構(gòu)
結(jié)合上海市道路合桿整治工程,在虹橋路(番禺路—宜山路)安裝NB-IoT 單燈控制器(TCU)23 臺,安裝點位如圖3 所示。單燈控制器(TCU)外殼防護(hù)等級為IP65,具有0-10 V 調(diào)光功能,安裝在綜合桿的檢修艙內(nèi),可同時監(jiān)控2 盞LED 路燈。為更好地獲取移動信號,在綜合桿主桿卡槽內(nèi)安裝了貼片天線,如圖4 所示。
設(shè)置該路段的調(diào)光方案如下:開燈時間至24 點整,路燈滿電流工作;24 點至次日關(guān)燈時間期間,路燈電流在70%狀態(tài)下工作。單盞燈亮燈期間功耗變化情況如圖5 所示。
圖3 NB-IoT 控制器安裝點位
圖4 單燈控制器(TCU)在綜合桿內(nèi)安裝位置
圖5 燈功耗變化曲線
根據(jù)《照明測量方法》(GB/T 5700—2008),分別對調(diào)光前后的機(jī)動車道平均照度維持值(lx)、路面平均亮度維持值(cd/m2),以及非機(jī)動車道路面平均照度維持值Eh,av(lx)、路面最小照度維持值Eh,min(lx)、最小垂直照度維持值Ev,min(lx)進(jìn)行了實測,實測結(jié)果如表1、表2 所示。從表1 和表2 的數(shù)據(jù)可以看出:調(diào)光后機(jī)動車道的路面平均照度維持值仍能滿足《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 45—2015)[7]的規(guī)定,平均亮度維持值略低于《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 45—2015)的規(guī)定;調(diào)光后非機(jī)動車道的路面平均照度維持值、路面最小照度維持值、最小垂直照度維持值均能滿足《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 45—2015)的規(guī)定。調(diào)光后的現(xiàn)場照明效果如圖6 所示,從圖6 的現(xiàn)場照明效果看,調(diào)光后的照明情況可以滿足交通通行的要求。
表1 機(jī)動車道調(diào)光前后照明質(zhì)量對比
表2 非機(jī)動車道調(diào)光前后照明質(zhì)量對比 單位:lx
圖6 調(diào)光后的照明情況
基于NB-IoT 的道路照明監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對LED 路燈的遙信、遙控和遙測,可根據(jù)管理需求以及道路現(xiàn)場交通情況,合理配置調(diào)光幅度和調(diào)光時間,在滿足路面照度、亮度維持值的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步發(fā)揮LED 路燈的節(jié)能優(yōu)勢。下一步將在當(dāng)前應(yīng)用的基礎(chǔ)上,開展基于NBIoT 技術(shù)的單燈控制器(TCU)綜合桿桿體姿態(tài)監(jiān)測、光照度控制等方面的擴(kuò)展應(yīng)用研究。