基于无线通信的城市路灯监控管理系统

1 引言

路灯照明是城市基础设施的组成部分，在城市的交通安全、社会治安、人民生活和市容风貌中居于举足轻重的地位，发挥着不可替代的作用，而且标志着城市实力和成熟的程度。建国以来，伴随我国城市现代化建设的突飞猛进，城市路灯照明取得了辉煌的成果，成为一项蓬勃发展的公用事业，但是市政开支普遍紧张与增设路灯照明形成了很大的矛盾。在沿海某些开放城市，大批路灯在安装后迫于财政紧张的压力，支付不起沉重的照明电费开支，又不得不关掉近一半的灯，结果近年新装的部分路灯形同摆设，造成变相浪费。

如何让路灯亮起来，让城市亮起来，亮得更科学，亮得省电省钱?这就要求除了具有高水平的照明设计和品质优良的照明设备以外，还要求有一套安全可靠、灵活多变的控制操作系统，从而根据不同的使用环境、不同的使用功能及不同的照明需求，编制出各种不同的控制方案，通过各种控制方案的有机结合，制造出各种不同的照明效果；另外，在实施了某种控制方案时，还要对每套灯具的运行状况有一个准确的掌握。只有真正做到以上几点，才能保证良好照明效果的实现。现代计算机集控技术的发展为我们提供了一种解决以上问题的有效途径。基于无线通信的城市路灯监控管理系统是现代计算机技术运用于城市市政建设中有效且必然的产物，实现了城市路灯系统的计算机集中监测、控制与管理。

2 系统的组成

基于无线通信的城市路灯监控管理系统由一个监控中心、若干个监控终端主机、若干个监控终端从机以及通信设备组成。监控中心是整个路灯监控系统的操作、维护、处理、统计、分析和监管的中心,肩负着与其它管理网络的互联任务。监控终端负责路灯的供电和控制。监控中心与监控终端的通信方式采用GPRS公共通信网络。完成遥测、遥信和遥控。发生报警时通过短信传呼值班人员及时处理故障。而在各监控终端，每一个数据采集器和监控终端主机（一个变压器内）的标准串口上都会配置一部GPRS终端，用于和中心进行数据交换。监控终端主机与监控终端从机（一个路段控制箱内）之间用电力线连接，采用电力线载波通信技术实现数据交换，系统的组成框图如图1所示。     

 图1 基于无线通信的城市路灯监控管理系统组成框图

3 系统的工作原理

基于无线通信的城市路灯监控管理系统,是通过无线传输和计算机,对离散存在的受控对象实行集中的监测与控制。在计算机检测管理系统中,街区路灯控制装置即监控终端,与设在路灯管理机构的监控中心,形成两级分布式计算机控制系统, (上位机设在监控中心室,下位机设在各监控终端) 监控中心上位机兼做管理计算机和工程师操作站,主要完成遥控、遥测、遥信、故障分析、数据检索、系统维护、电子显示和报表打印等功能。监控终端下位机为实时在线控制机,不断检测线路状态、参量及查询监控中心的命令，完成路灯开关控制,电流、电压、电能及功率因数的检测,调压降压运行等功能。监控中心与各监控终端主机之间的通信方式采用通用分组无线业务通信技术GPRS，监控终端主机与各监控终端从机之间采用电力线载波通信技术实现数据交换。

4 系统的主要功能

4．1 监控中心主要功能

①     监测内容：监测变压器相电压、相电流、工作温度、湿度,监测线路开关状态、有功功率、故障报警和用电量。

②     控制内容：对整条线路进行统一开关控制（线控）,对单灯进行独立控制（点控）。

③     远程控制方式：根据光照度的变化，控制路灯的开关（光控）；根据预定的时间表，控制路灯的开关（时控）；监控中心人工控制路灯的开关,光控、时控及人工干预相结合。

④     管理功能：通过改变系统配置文件完成系统配置；进行网络设置,对本地工作站或远程工作站(计算机或便携电脑) 进行管理。

⑤     报警功能：当监控终端主动报警或调度端遥测发现有告警时，调度端应自动用语音报出故障的有关参数。对于无人值班的情况，应提供电子值班功能，以手机短消息或Email形式及时通知有关人员。

⑥     时间表功能：设置自动定时时间表、临时时间表、全夜灯时间表、半夜灯时间表等。

⑦     计算功能：根据电压、电流、有功功率和功率因数的变化，自动进行亮灯率估算。为了保证亮灯率的统计，数据采集精度应优于1%。

⑧     地理信息功能：以地理信息系统（GIS）为开发平台，实现照明监控和地理信息管理的有机结合。地图可以缩放、分层显示，全貌可以显示全系统地理位置，局部可以显示某控制点的详细内容。地理信息是界面的主体，有地理地貌信息、各路段及终端设备的安装位置，各种设备的参数、运行数据的数据库。

⑨     数据统计与报表：统计系统与运行过程中的各类信息，形成报表，便于针对具体目的的分析研究。

⑩     WEB信息发布与远程实时查询：采用Internet技术，将本系统的各种数据通过WWW网发布，使用户通过MIS网或拨号网络，从WEB浏览器上查看各路段照明系统的运行状态。

⑪     电话语音访问：通过电话拨号的加密查询方式，用户可以通过一部双音频话机（包括手机），访问当前路段监控系统的最新情况和故障情况。

⑫     安全管理功能：为了操作安全，系统分级权限管理。所有重要操作均需要严格的人员密码及权限验证，防止非法操作，并有详细的日志记录以备事后追溯。

4．2 监控终端主要功能：监控终端采用优化的自动校准、自动跟踪、交流采样技术，可以实现免调节、免维护、免校准，保证长期稳定性。

①     开关灯控制功能。

②     路灯运行数据采集功能。监控终端主要检测电流、电压、功率、功率因数、用电量、接触器状态等数据。数据采集分为模拟量采集、数字量采集、开关量采集，根据采集的数据和系统设置可以判断出路灯的运行状况和故障情况。

③     通话功能，监控终端数传电台可以插入麦克,与控制中心或路灯维修车通话联络,通过此方式路灯维修人员可以随时随地互相联络,很大的方便了工作。，

④     远方复位功能，监控终端因意外情况出现异常时,可以接受控制中心的远方复位命令，监控终端程序初始化，重新运行,提高了系统的可靠性。

⑤     无线数据通信功能，监控终端能通过无线数据通信网,定时或随机地向控制中心返回电压、电流、用电量等路灯运行状况数据,另外每个监控终端都可以作为通信中继站,以接力方式将较远或处于高楼楼群通信可能不畅的监控终端数据传送到主站,从而实现了不架设专门的通信中继站也能保证通信的畅通无阻。

⑥     故障自动上报功能，当检测到停电、白天亮灯、夜晚灭灯、电缆被盗等严重故障时，自动向控制中心发出警报,从而保证故障响应的实时性。

⑦     输出状态显示，监控终端各输出继电器的位置状态、各遥测信号输入状态均有灯光指示。

⑧     显示和按键功能，可以在现场显示设备运行状态参数，现场置入监控终端运行参数。

监控终端需要三遥的参量清单如下：

5 结束语

基于无线通信的城市路灯监控管理系统，是现代计算机集控技术和无线传输技术发展的必然结果，是城市路灯管理系统发展的必然方向。该系统涉及计算机技术、通信技术、自动控制技术等多个领域的最新科研与技术研究成果，是城市现代化程度的重要标志。它的采用和推广不仅能提高路灯管理水平和服务质量,而且在节约能源、保护环境、保证公共安全等方面也将产生较大的经济效益和社会效益。

本文作者创新点：利用通用分组无线业务通信技术GPRS和电力线载波通信技术，借助计算机,对离散存在的路灯,实行集中的监测、控制与管理。系统可扩充性高，资源共享性能强，经济效益和社会效益好。

6 参考文献

[1]  深圳市格润特电子有限公司,城市灯光夜景及道路路灯集中监控系统建议书.2001,11

[2]  郭鹏,孙玮.基于手机短消息(SMS)的远程无线监控系统的研制.计算机测量与控制.2002，(8):506~507

[3]  邓小华,刘光明.基于电力线载波与GPRS通讯的公共路灯控制系统. 南昌水专学报.

2004，(3):53~56

[4]  张玉生，何红太.基于GPRS无线技术的架空电力线路监测系统，微计算机信息.2005, (5) :131~132