一种基于新型无线技术的城市照明系统组网研究
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作者: 李磊
摘要：为适应数字化城市管理的要求，利用迅猛发展的无线通信新技术，构建智能型城市照明无线监控网，高起点、高要求，全面促进城市道路照明事业的发展，提高工作效率，实现绿色照明，
简述城市照明监控网络现状及存在的问题，提出以国际新型无线通讯技术cynet为核心，结合RFID、谷歌实景技术构建城市智能照明监控网络的可行性，在实现单灯监控的基础上结合改善城市照明监控网络的基本功能。
关键词：Cynet网络技术 RFID技术 单灯检测
一、城市照明监控系统现状及存在的问题
目前国内应用的城市照明监控系统主要有南京理工科技系统有限公司开发的SCADA-LD2000城市路灯亮化无线监控系统、山东泰安地天泰新技术开发有限公司开发的LDWSC城市路灯智能监控系统、中国电子科技集团第五十研究所开发的WJ系列无线多媒体路灯监控系统、辽宁丹东三安技术发展有限公司开发的SA路灯监控管理系统等等。
归纳起来，这些系统都存在着一些应用问题：
1．精度不高。
只能达到基站级别（路灯控制箱），最多到回路，精度不高，还远未达到单灯监控的水平，更不能体现智能化。虽说可根据所测电流量与数据库中所存标准值进行比较，从而计算出亮灯率、功率因素等参数，但由于现场状况多变，监控手段所限，仍然停留在估算的水平上，根据回路电流估值本身并不精确，参考价值也就大打折扣。而要达到单灯监控，采用怎样的通讯手段和方案、如何控制成本，都将是困扰其实现的难题。
2．不能适应节能及监控新光源要求。
近年来，能源问题日趋紧张，国家大力宣传在城市照明行业发展节能新技术，采用节能新光源，倡导“绿色照明”新观念。为顺应国家能源战略的总体要求，各种路灯节能设备在城市照明行业得到普遍应用，但目前采用的节能器，大多设置在控制箱端，体积庞大，控制线路长、设备多，因而节能效果也受到一定限制。尤其引人注目的是如何对国家大力支持发展的、呈分散分布的太阳能灯实施监控，达到“分散测控，集中管理”的要求，也已成为新光源推广使用中的迫切难题。
二、目前的各种无线网络技术和GIS技术的应用
目前的各种无线网络技术和GIS技术的应用在城市照明行业方兴未艾，呈蓬勃发展应用态势。但前者主要作为信息传输主干网，难以精确监控；后者主要处理静态数据，不具实时监控能力。二者都分属独立的系统，无法集成。尤其不足之处，主要表现在防盗和节能方面。
现就以上的问题进行思考，参考现代信息技术中的热点将cynet网络技术、RFID（无线射频识别）技术、谷歌实景技术等国际领先的新技术基础上有机结合起来，设想仍然利用城市公用数据网（一级主干网，VPN公网）作为现场基站和监控中心的信息传输途径，在照明现场组建微型无线监控网（二级子网，无线局域网），采用“接力”方式构建整个城市照明监控网，从而克服由于现场环境（地理位置、供电条件、节点状况）变化对监控效果的干扰，达到迅速而精确地采集现场数据、动态监测现场设备运行状况、全面了解、及时更新照明设施数据库（局部和全局）的三重目标，彻底解决“最后100米、10米”的数据通信问题。
三、基于国际新一代无线技术的城市照明系统组网设想
城市照明涉及到的数据主要有两类：一为静态的，即设施库，如线路长度、灯盏数、控制箱等。二是动态的，即工作参数：如电流、电压、亮灯率、功率因素等。静态数据也可能发生动态变化，如工程改造，发生盗失等，而监控系统则主要用于对动态变化的对象进行管理。
Cynet是一个强大的自我形成、自我恢复的低频无线网状网络，可提供一个完整的控制、通信网络和不同类型光源设备的解决方案。设想为每个监控对象（如一盏路灯）建立现场档案（RFID标签），既存贮静态数据、也存贮动态数据，工程竣工或改造完成后，对现场数据进行读写并保存于各自的存储器中（也可存放于各中心节点）。当监控中心需更新数据库时，通过网络调用各个节点的现场数据，并与中心原始数据进行对照，即可得到最新结果。
四、城市照明节能系统中的节能技术分析
当今国际上流行的城市道路节能照明节能方式是采用智能调控技术，它充分考虑城市道路照明的实际状况，依据人体工程学中的视觉理论，采用现代控制论中的最优控制方法，实现对路灯电流及照度的动态智能化管理，即TPO管理（TIME时间/PLACE地点/OCCASION场合）。
此项技术的基本思路就是：在繁忙的时段，控制路灯保持原设计的照度；接近午夜时分，道路上人少车稀时，开始自动调整电流，通过对用电电流的智能控制，减少后半夜因城市整体的用电减少所引起的电网电压的升高。
通过调整供电电压，降低不必要的损耗，不仅可以达到节电的目的，同时，还能保护终端设备，延长设备的平均使用寿命。
五、城市照明节能系统节能原理探索
智能照明调控装置工作原理，采用微电脑控制系统，实时采集输出、输入电压信号与最佳照明电压比较，通过计算进行自动调节，从而保证输出最佳的照明系统工作电压。
其特征是基于无线寻址技术，提供一个集成化、智能化的控制，可用于远程控制和路灯照明装置或类似用途固定式监测。
该系统包括以下主要功能模块：
控制系统用户界面・ 通信服务器
GPRS的连接 ・ 数据集中器
无线网状网・ 灯控制器节点
该系统的基本描述：
按照标准的Windows应用程序，灵活的控制系统的用户界面。
手动远程控制单个、分组或整条街道的路灯。
・通过设定日期和时间规则，自动远程控制灯具亮度的变化。
・从每盏灯控制器的诊断信息反馈显示路灯状态。
・每个控制器可控制高达255盏路灯。
・远程通讯采用GPRS完成控制系统之间的联系和控制。
・通信服务器系统可管理多组控制系统。
・CyNet无线网状网络之间提供通信链路水平集中和个别灯控制器。
・CyNet网状网具有自我形成和自我修复功能，提供一个稳健可靠的无线网络系统。
・无线网络工作在ISM频段，通常是433或868、915兆赫，其他频率也可以支持。
・灯泡控制单元基于标准的无线模块，符合FCC和ETSI标准。
・硬件接口灯和电子或电感镇流器或驱动电路可定制，如LED、HID或钠灯等，系统对各种光源的选择敏感度不高，均可通过参数调整改变控制方式。
六、城市照明组网节能系统的组成
客户方监控中心
计算机应用软件通过网络登录到指定服务器与集中器进行数据交换和下达指令；
监测系统集中器
通过GPRS通讯方式登录到指定服务器与监控中心进行数据和指令交换；通过433MHz/10mW ISM频段与现场路段中检测的路灯模块通讯，实时监测路灯灯具的电流、电压和器件小环境内部的温度；
现场单灯检测模块
由远程终端控制器接口板供电，并通过一定电路配合进行路灯线路的电流、电压检测；由微控制器内部的温度传感器检测控制器内部小环境的温度；通过433MHz/10mW ISM频段与集中器进行数据交换和接受指令；
七、城市照明组网节能系统的链接架构
该路灯控制系统主要由计算机控制中心、服务器、集中器和智能控制模块组成。
计算机控制中心主要负责指令的发送和数据收集、定时控制、路灯管理等。计算机控制中心通过应用软件可以根据具体需要对大的片区划分成不同的区域控制，或者设置成统一的区域进行控制。
服务器主要是用来协助不同的集中器与计算机控制中心之间交换数据。因所有的集中器均通过GPRS网络连接，在于计算机控制中心交换信息时，由服务器进行流量和数据调配。
集中器是用来管辖某一区域的数据收集和指令发送设备，作为计算机控制中心与每一个智能控制模块之间的桥梁，集中器负责把计算机控制中心发送到指令准确的转达到相应的智能控制模块，并确定指令是否成功执行，并智能所搜集的路灯电流、电压、亮度、模块温度和射频信号强度信息反馈到集中器由集中器统一经服务器汇报给计算机控制中心。
智能控制模块是专门负责监控路灯镇流器工作状态的设备，主要检测镇流器的电流、电压来判断路灯的工作状态，当某一电压<100v，或电流<0.3A时，说明路灯处在关闭的状态；如电压在220V附近而电流为0时，如果镇流器与路灯之间的连接没有问题，则可判断为高压钠灯烧毁。智能控制模块同时提供模块的温度，供用户参考灯箱内部温度变化情况。
计算机应用软件也可根据智能控制模块的分布不同而设置成不同的段以及段内的左右选项。
八、城市照明组网节能系统之功能实现
在保证路灯监控中心原有监控系统正常工作的前提下，平行运行该监测系统，监测高压钠灯灯具的电压、电流信息及器件小环境内部的温度参数；
路灯状态信息通过“铂之翼”系统集中器统一管理，并使用GPRS通信方式上传至监控中心；
所检测高压钠灯灯具的电压、电流和温度等如果发生异常，通过在线计算机应用软件进行报警，判断灯具工作状态；
可以将路灯的位置在Google地图中定位并显示相应的状态信息；
通过网页形式快速查询路灯的状态信息，及时了解在线监测灯具的最新运行状况信息；
九、结束语----该系统的多重技术先进性
1、系统化：集多学科技术于一体的现代化控制系统，可控制到任意一盏路灯。
2、智能化：具有信息采集、传输、分析及反馈等特征功能的系统；
3、网络化：是区域、城域、甚至更大范围的控制系统；
4、 信息化：在所有监控信息以信息形式表达，在控制网络中传输。
该系统可实现智能照明调控、有效保护电光源、降低电能消耗的功能，使用的经济性和可靠性是远远优于其他节电方式的，是目前市场上比较成熟的照明控制解决方案之一。
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