基于物联网的路灯节能管理系统
----管控一体 灯灯相联
一、 概述
路灯是与人们日常生活紧密相关的市政公共设施，既关系到夜间行人和交通的安全，又承担着美化市政、降低社会犯罪率的重任，确保按时、按需点亮每一盏灯，并能有效地节省路灯的用电电量、延长灯泡的寿命、降低维护和管理的成本是现代效能型社会追求的目标。
目前，全国大部分城市的照明控制和管理仍采用传统的模式，道路路灯和城市夜景亮化的开关由每台箱变或配电柜独立时钟控制，无法做到精确的统一性控制和管理，除了部分实现了路灯变压器的监测外，大部分路灯设施均靠人工巡检的传统管理模式，从而造成路灯电缆、灯具等城市路灯设施失窃和人为损坏严重，与“分时间、分路段、分情景”的科学亮灯模式的管理目标相去甚远；特别是集中亮灯时电流、电压的瞬间剧烈变化对专用变压器和灯具造成的巨大冲击，时常造成设备的损害，大大缩短了设备的使用寿命，增加了城市照明的维护成本。
在这样的背景下，我们借鉴了国内和国际上最新的自动控制和节能管理技术，集多年自动化系统产品研发和工程实施的经验，依据路灯节能与管理要求，采用了先进的嵌入式控制器技术、GPRS/CDMA/GSM 网络数据传输技术、网络监控和管理技术，成功开发了基于物联网技术的无线传感器网络（WSN）路灯节能管控系统。
无线传感器网络在路灯监控方面应用的产品还不多见，其特点非常适合路灯的监控要求，将无线传感器网络的节点与路灯检测、调光、控制集成在一起，实现对每个路灯的单独控制，通过无线传感器网络的自组网实现对所有路灯的远程节能监控。因此WSN路灯节能和控制系统实现了路灯全面智能化，实现了“分时”、“分路段”、“分情景”的合理光源分布；各种节能手段的综合运用，实现了路灯精确管理，可实现30%以上的路灯节能效果，对于提高能源利用效率，缓解能源紧张状况具有重要意义。
二、系统结构
系统由三部分组成：计算机路灯控制和管理中心，路灯监控终端及RTU。 计算机路灯控制和管理中心通过 GSM/GPRS/CDMA方式与分布在各地的路灯监控终端通信，实现区域或城市的路灯控制；路灯监控终端作为一个路段路灯控制和管理单元，并通过WSN无线通信方式与每一个路灯节能控制器通信，实现路段的路灯控制；RTU控制和监视每一个路灯的亮、灭并与路灯监控终端和路灯监控管理系统构成路灯监控和节能监控系统，实现控制、监测和管理的功能，结构原理如图1所示。
三、 系统功能
1、路灯监控和管理中心
路灯监控管理系统是以Linux操作系统平台为基础，以数据库为核心，以路灯监控和管理应用软件包为工具，以 GPRS/CDMA/GSM 或其他传输方式为远程数据通信网络，集监视、控制、管理功能为一体的一个分布型网络结构的计算机监控和管理系统。
实时数据库管理系统具有快速的响应速度，能很好地满足路灯系统实时性的要求，其完善的数据库定义、查询工具和良好的用户界面，使用户能够灵活方便地对数据库进行离线或在线的修改、扩展和定义。
系统具有友好的人机界面和完善的图形数据处理功能，方式灵活、简单。地理信息（GIS）图形处理系统使操作人员可以在屏幕上实现图形的缩放、平移、导航及各种监视、操作、修改和定义功能。 整个系统具备的功能如下：
1. 具备五遥（遥控、遥讯、遥调、遥视、遥测）功能。
2. 系统同时兼容回路控制和单灯控制。
3. 单灯控制可实现路灯寿命预测，精确计算亮灯率。回路控制估算亮灯率。 4. 可测量单灯或回路的电压、电流、功率因素，有功功率。
5. 系统具有电缆防盗，路灯故障通过手机和监控中心的报警功能。能生成故障码，方便维修。
6. 有监测道路车流量的功能的扩展接口。
7. 可在现场或通过监控中心设置单杆调光率或回路调光率。 8. 软件能做节能量分析并提供相关报表。
9. 中心软件留有公众热线整合报修接口，可汇总故障报修状况，可生成维修工单及维修结果确认单。可生成最佳的维护策略或维护路线。
10. 可生成维修明细。报告耗材（路灯、电容、镇流器等）库存状态。有综合管理等办公自动化功能，实现总公司对分公司的通过互联网的实时管理。
11. 具备通过视频和负荷监控实现指挥及维修调度功能，可联动对应的管理摄像机。
12. 详细记录开关灯时间，方便节能量计算。 13. 控制系统失效时，能无条件保障照明。
14. 对白天意外亮灯、晚上意外熄灯、远程控制器故障、配电箱门开关不正常，电压电流超限和供电线路停电可报警。
15. 单灯和回路终端盒独立运行，现场控制，提高开关灯的可靠性。
2、路灯监控终端
1）特点
l GPRS/CDMA/GSM 移动网络通信连接，支持手机短信功能，实时发送多种报警信
息
l 高性能嵌入式微处理器技术，先进的电能测量计量专用芯片，大容量存储器技术 l 通讯距离：50-200米 l 自诊断和自恢复功能 l 断电数据保持功能
l 远程或就地自动调压实现路灯的亮灯、暗灯的节能控制 l 无线路由节点通信连接功能，实现与单灯节能控制器的通信 l 可选的就地彩色LCD图形显示和操作键盘功能 2）结构
采用户外机箱安装结构，可以直接安装在户外路灯变压器的安装平台上和电杆柱上，也可以直接安装在路灯配电控制箱内。
由测控通信模块、图形显示和通信控制器（选件）GPRS/CDMA模块、无线线路由节点通信模块，电源模块、接线端子和机箱组成。 3）功能
数据记录功能
l 可以按分钟、小时、天、周、月记录和保存各种连续记录数据和最大最小值数据
状态监视功能
l 开关量输入可以监视路灯的开关以及节能控制器的状态
控制输出功能
l 开关量输出可以控制路灯开关和节能控制器等
通信功能
l GPRS/CDMA/GSM 网络通信实现远方数据招唤传送、定时传送、越限报警/变位
传送和远程控制命令传送功能 短信息报警
l 检测到报警事件时，将主动发送短信息给预先指定的手机。
l 图形显示和通信控制器后，可以实现路段内路灯就地的图形、数据、状态、报警
显示，操作和维修工程师可以在就地通过图形显示器和键盘对路段内的路灯进行操作控制，检验和维护工作。
四、 特点及技术优势
传统路灯管理系统通过铺设控制电缆或者采用电力载波的形式进行路灯控制。其构成框图如下所示
传统路灯管理系统结构原理图
1、技术比较
l 传统路灯管理系统达到控制目的需要对控制回路进行线路，无线传感器网络路灯管理系统全部采用无线方式，不需要敷设线路。
l 传统路灯管理系统很难实现单灯控制，无线传感器网络路灯管理即可以实现回路控制也可以实现单灯控制。
l 传统路灯管理系统可以定时按照程序控制开关，无线传感器网络路灯管理即可以实现按照程序进行控制，也可以根据室外照度控制。
2、经济比较
基于物联网的路灯节能管理系统
