來 昂

唐鋼國際工程技術有限公司，河北 唐山 063000

0 引言

城市道路多聯動照明裝置是確保交通安全的重要條件之一，而在實際運行過程中，受多種因素的影響，照明出現異常的情況難以避免[1]。對其實施有效的監(jiān)控對于及時發(fā)現和解決問題具有重要的現實意義[2]。在現代信息技術不斷發(fā)展的時代背景下，以監(jiān)控系統(tǒng)代替人工監(jiān)控方式不僅可以提高監(jiān)控效果，也可大大降低成本[3]。

與其他類型的照明裝置相比，多聯動照明裝置的整體穩(wěn)定性更高[4]，但是一旦出現異常，其影響范圍也更大[5]，因此對其實施有效的監(jiān)控顯得尤為重要[6]。為此，文章進行城市道路多聯動照明監(jiān)控系統(tǒng)設計，從硬件和軟件兩個角度分別進行了詳細的設計，并通過試驗測試的方式驗證其應用效果，希望可以為相關城市照明管理工作的開展提供有價值的參考。

1 硬件設計

1.1 通信裝置

為了實現對城市道路多聯動照明裝置狀態(tài)的有效監(jiān)控，文章采用飛速品牌的QSFP-40G-SR4 作為系統(tǒng)的通信模塊。該裝置的封裝類型為QSFP+，額定傳輸速率可以達到42 Gbps（4×10.5 Gbps），可覆蓋的傳輸距離可以達到150 m，可以滿足多聯動模式下的照明裝置數據傳輸需求[7]；裝置的接口類型為MTP/MPO-12 公頭，不會受道路多聯動照明差異性影響[8]；其對應的光纖類型為多模MMF，發(fā)射器和接收器的類型分別為VCSEL 和PIN，在額定工作狀態(tài)下收發(fā)光的功率可以達到-7.60～1.00 dBm，因此，其對信號的接發(fā)靈敏度也較高，可以達到＜-11.10 dBm。QSFP-40G-SR4的功率預算為3.50 dBm，內部搭載模塊直連解決方案，當接收功率達到2.40 dBm 時，認定存在過載，此時直接對數據進行診斷。運行環(huán)境的溫度為0～70 ℃（DDM/DOM），額定功耗為1.30 W，自帶EMC（抗電磁干擾）裝置，因此傳輸過程中的誤碼率僅為10-12，可以實現對監(jiān)控數據的準確傳輸。支持IEEE 802.3ba、QSFP+MSA、SFF-8436 及SFF-8636 協議，確保其適用于不同環(huán)境。QSFP-40G-SR4 的使用壽命為600 000 h，可以為系統(tǒng)提供長期穩(wěn)定的傳輸服務。

1.2 光感應裝置

要實現對多聯動照明裝置狀態(tài)的準確監(jiān)控，可靠的信號采集裝置也必不可少。選擇FOLS-201 光源感應裝置實現對照明裝置運行狀態(tài)數據的采集。FOLS-201可以提供1 310.00 nm 和1 550.00 nm 的雙波長激光輸出感應模式，在檢測光源功率時可以與其他裝置結合使用。其可以檢測光功率和端到端的光損耗，也被叫作光損耗測試儀。FOLS-201 配置的接口為標準2.50 mm通用型接口，可以滿足SC 適配器與FC、SC 型連接器的直接連接需求。配置的發(fā)射器類型為FF，額定輸出功率為-6 dBm，在1 310 nm 和1 550 nm 波長模式下，對應的穩(wěn)定率分別為+0.05 dB/1 h 和+0.10 dB/8 h，支持270 Hz/1 KHz/2 KHz 三種調制頻率。當長期處于待機狀態(tài)時，其自動關機功能可以最大限度降低無效電能的浪費，提高運行時間。FOLS-201 使用2 塊AA 電池，在相對濕度不高于90%的條件下可以實現穩(wěn)定運行，可適應的工作溫度范圍為-40.00～50.00 ℃，完全可以適應城市道路照明環(huán)境的應用需求。

2 軟件設計

2.1 系統(tǒng)運行邏輯構建

在上述硬件環(huán)境的基礎上，采用模塊化的方式設計系統(tǒng)軟件，以功能為基礎將系統(tǒng)劃分為初始化模塊、數據采集模塊、數據傳輸模塊、數據分析模塊、數據存儲模塊及信息反饋模塊，如圖1 所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)運行邏輯

初始化模塊的主要作用是在完成一次監(jiān)控循環(huán)之后，對系統(tǒng)的硬件和軟件進行初始化。對硬件的初始化主要是將QSFP-40G-SR4 的端口狀態(tài)參數恢復到原始狀態(tài)；對軟件的初始化主要是將監(jiān)控系統(tǒng)數據傳輸模塊及數據分析模塊都恢復到初始狀態(tài)，這樣做的目的是避免監(jiān)控數據交叉帶來監(jiān)控異常。在設計階段，將初始化模塊與其他模塊隔開，避免模塊間交互關系對初始化模塊的影響。

以此為基礎，系統(tǒng)在執(zhí)行城市道路多聯動照明監(jiān)控的過程中，FOLS-201 利用接口與QSFP-40G-SR4的VCSEL 建立聯通關系，并將采集到的數據傳輸到QSFP-40G-SR4 中，按照數據的大小，PIN 選擇可以滿足傳輸需求的傳輸功率執(zhí)行傳輸任務。為了實現對狀態(tài)參數的實時監(jiān)控，將傳輸時間設置為1 s。監(jiān)控中心接收到城市道路多聯動照明監(jiān)控數據后，對其進行分析。當分析結果在正常運行閾值范圍內，則反饋模塊輸出的結果為正常；當分析結果超出正常運行閾值范圍，則反饋模塊輸出的結果為異常。將該部分數據保存到數據存儲模塊，按照數據與裝置之間的對應關系，對其進行管理。通過這樣的方式，實現對城市道路多聯動照明的監(jiān)控。

2.2 道路照明狀態(tài)判定

通過構建的系統(tǒng)運行邏輯可以看出，系統(tǒng)主要在監(jiān)控中心的數據分析模塊實現對道路照明狀態(tài)的判定?？紤]到環(huán)境亮度和照明裝置照度成反比，首先以采集數據對應的時間設置對應的照明異常判定參數閾值范圍。假設對任一路段n在t時刻環(huán)境的亮度為Eh（t），此時路段照明的最低照度Emin(t)可以表示為

式中：E為道路交通規(guī)定下的交通運輸環(huán)境亮度值。在多聯動照明環(huán)境下，在n路段聯動照明裝置的作用下，其亮度值可以表示為

式中：L(t)為實際聯動照明裝置作用下道路的亮度值，L1(t),L2(t),…,Li(t)為FOLS-201 采集到的實際亮度數據，i為參與聯動的照明裝置數量。

對比Emin(t)與L(t)之間的關系,即可實現對照明狀態(tài)的判定?？紤]到數據波動的影響，文章設置異常判定參數閾值范圍為[-0.2,0.2]，判定條件如下：

當式（3）成立時，判定照明系統(tǒng)存在異常，監(jiān)控系統(tǒng)反饋模塊輸出結果為異常；當式（3）不成立時，判定照明系統(tǒng)正常，監(jiān)控系統(tǒng)反饋模塊輸出結果為正常。

3 應用測試

為了進一步分析監(jiān)控系統(tǒng)的實際應用效果，進行了系統(tǒng)測試。

3.1 測試環(huán)境

在文章測試對應的開發(fā)環(huán)境中，使用的計算機型號為Dell Vostro 220，設備的CPU 型號為Inter(R) Pentium(R)Dual CPU E2420@64 GHz，內存為128 GB，硬盤大小為1.0 T。使用IIS5.0（Intemet 信息服務）實現路燈監(jiān)測數據的分發(fā)。當訪問遠程數據庫時，IIS5.0 與Microsoft ActiveSync 4.5 同步工具之間建立虛擬連接，以此實現對目標數據的獲取。對于監(jiān)控到的照明設備狀態(tài)數據，利用SQL Server2005 Express&Manager 執(zhí)行對系統(tǒng)開發(fā)階段的調試。在此基礎上，在測試端設置多聯動模式的路燈環(huán)境，其中共包含10 個照明設備，分別對其照明狀態(tài)進行差異化設置，利用系統(tǒng)對其進行監(jiān)控，通過分析監(jiān)控結果與實際設置結果的一致性，分析設計系統(tǒng)的應用效果。

3.2 測試結果

在上述基礎上，對設計系統(tǒng)的監(jiān)控結果與設置值進行對比，如表1 所示。文章設計的系統(tǒng)可以實現對40%以上亮度異常照明裝置的有效監(jiān)控，當閃爍頻率達到5 次/s 以上時，對應的監(jiān)控效果較理想；但是對于亮度變化低于20%，和閃爍頻率低于1 次/s 的異常狀態(tài)，其監(jiān)控效果不理想。這是因為系統(tǒng)對異常判定參數的設置閾值范圍超過上述故障參數范圍。為此，文章將異常判定參數閾值調節(jié)到可覆蓋故障參數的范圍，進行了二次測試，并實現了對所有照明裝置狀態(tài)的準確監(jiān)控。表明文章設計系統(tǒng)可以根據多聯動照明裝置的實際情況，實現對其狀態(tài)的有效監(jiān)控。

表1 系統(tǒng)測試結果統(tǒng)計表

4 結束語

城市道路多聯動照明裝置的穩(wěn)定運行是保障城市道路交通安全的重要基礎之一，對其運行狀態(tài)進行準確監(jiān)控離不開可靠的數據采集和穩(wěn)定的數據傳輸。文章設計了城市道路多聯動照明監(jiān)控系統(tǒng)，針對多聯動照明裝置數據的屬性特征，對采集和傳輸環(huán)節(jié)進行了針對性設計，并結合實際情況設置異常判定參數閾值，實現了對城市道路多聯動照明狀態(tài)的有效監(jiān)控，可以為相關監(jiān)控研究工作提供新的思路。