摘要

由于我國智慧城市建設的快速發展，傳統的路燈系統存在缺少遠程控制手段、電能浪費、故障處理不及時等問題，本文提出一種基于物聯網技術的路燈監控系統，在每個路燈上加裝一個路燈控制器，路燈控制箱里面加裝照明回路控制器、三相電能表和漏電保護，通過物聯網技術將分散在城市各個街道的路燈連接形成網絡，實現對城市道路照明的線路狀態監測、定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，實現節能減排。

關鍵詞：物聯網；路燈照明；監控系統；

01 引言

近年來，隨著我國智慧城市建設的飛速發展，城市規模不斷擴大，城市路燈建設也進入城市發展的快車道，其已經成為城市形象的重要代表，對提高夜晚環境質量、促進經濟繁榮具有不可替代的作用。

2017年12月，住房城鄉建設部編制了《“十三五"城市綠色照明規劃綱要》，綱要中明確提出全面建設智能化管理系統的建設目標，要求完善和強化城市照明信息統計制度，推進照明數據規范化和標準化，以信息化為依托，結合智慧城市建設，加快城市照明數據中心建設，加強城市照明管理數字化平臺建設和功能整合，實現城市照明資產統計、能耗監測、監督考核信息化，促進城市照明信息資源開放共享。

路燈照明的過快發展，給城市能源供給增加了壓力，尤其是在城市照明的日常維護和管理工作中，由于缺少有限的監測和管理手段，存在著電能浪費、無法知曉路燈亮燈率、EMC工程無法監控、故障處理不及時等現狀，具體的問題表現在以下兩個方面：

（1）控制方式落后。目前，市政道路路燈及交通道路路燈的控制和管理主要是采用人工管理和定時控制，而城市路燈的定時控制大多數采用“時間繼電器+經緯度控制器光控控制器"和“一站到位+交流接觸器"的控制方式每天定時開關。當季節變換時，需要人工調節每一個時間繼電器的參數。如發生突發事件，需到現場進行人工調控，無法及時采取應對措施，造成該“亮"時“不亮"，該“滅"時“不滅"的問題發生，同時也產生部分的電能浪費。

（2）管理方式落后。建設ju和路燈所沒有部署路燈的信息化管理工具，相關各類管理數據通過人工收集和統計，無法保證準確性和及時性，因而無法對路燈的運營維護情況進行有效監管；過往路燈維護采用人工巡檢的方式，缺乏故障主動發現機制，路燈故障類型、位置難以確定，導致故障處理困難，使得故障處理延遲大、周期長，即使加大路燈維護的人工和車輛投入，對路燈亮燈率的提升作用也非常有限；同時，傳統的路燈建設項目缺少遠程控制手段，城市照明的管理方式比較落后，在應對突發事件時靈活性較差。

本文通過采用新型的物聯網、“云計算"和移動通信等技術，針對城市公共照明存在的一系列問題，提出了回路控制的照明智能管理和控制解決方案。通過在原有路燈設備中加裝路燈控制器，路燈控制箱里面加裝照明回路控制器、三相電能表和漏電保護，即可實現對城市道路照明的線路狀態監測、定時開關策略配置、電能計量、漏電保護，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，實現節能減排。

02 總體框架設計

本文以城市路燈為基礎，逐步建成國內xian進、功能齊全的智慧城市物聯網應用大平臺管理中心，每個路燈上加裝一個路燈控制器，路燈控制箱里面加裝照明回路控制器、三相電能表和漏電保護，路燈控制系統可以對路燈進行分組，實現對待改造地區的任何一組路燈的遙測、遙控、遙信、遙調、遙視“五遙"功能，實現路燈的分組智能及精細化管理，系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統結構圖

路燈監控系統總體框架設計包括感知層、基礎設施層、數據層、應用層與展現層5個部分，總體框架設計圖如圖2所示。

圖2 總體框架設計

感知層主要包括單燈控制器、雙燈控制器、三相電能表、漏電保護、照明回路控制器、戶外照度傳感器等。

基礎設施層支撐設施主要包括共有云和私有云服務器。

數據層依托于數據中臺，主要完成數據處理、數據存儲和數據交互的工作。

應用層主要包括數據監控、智能策略、報警管理、能耗分析、統計分析、運維管理等功能。

展示層包括PC端和移動APP端。

03 系統功能實現

1、可視化大屏

通過采集道路集中控制器的經緯度信息，錄入到后臺管理系統，實現在后臺管理系統的地圖功能中對設備進行可視化定位和操作。監控路燈正在使用情況、具體位置、亮燈時長、報警日志、能耗曲線等信息，如圖3所示。

圖3 可視化大屏

2、路燈監測

通過在道路線路安裝路燈控制器及電流互感器，實時監測和分析線路的電流、電壓和功率，當線路狀態出現異常時，出現漏電、線纜被盜、線纜異常斷電、部分燈具損壞等情況時，實時檢測出來，并通過短信、郵件、手機APP、語音外呼等多種方式主動上報，維護人員可以及時發現，進行處理，如圖4所示。

圖4 路燈監測

3、智能策略

通過在后臺管理系統中制定和下發定時開關燈策略或臨時開關燈策略，實現對單個或一組道路照明的智能開關調光功能，如圖5所示。用戶無需到現場開關燈，增強城市路燈管理的突發情況處理能力，提升路燈管理的體驗效果及管理水平。同時可根據日出和日落情況進行開關燈，減少因固定開關燈時間帶來的過度照明，增加額外的節能收益。

圖5 智能策略

4、報警管理

終端設備檢測到報警實時上報后臺管理系統，生成報警后在系統中可進行工單派發功能，將相關的故障通過派工單的方式派發給維護人員，工單提醒方式包括郵件方式和手機短信方式。同時可在系統中對故障進行GIS定位，如圖6所示。

圖6 報警管理

5、統計分析

系統支持對節能數據、故障信息等進行直觀的報表統計分析，包括曲線圖及柱狀圖方式，并可導出Excel報表，如圖7所示，也可以通過遠程抄表對電量進行統計，并可針對歷史用電量的節能率進行統計，保證采集到的用電量數據的統計的準確性，強化節能數據檢測分析為科學決策提供有力支持。

圖7 統計分析

6、運維管理

對路燈控制器、路燈燈具、燈桿、多功能電力儀表及路燈配電箱等進行統一管理。系統可以對這些設備巡查計劃，設備巡檢采用NFC射頻卡標簽，手機掃描標簽進行巡檢工作，系統也可以自動記錄巡檢人員的巡檢軌跡，代替了傳統紙質檢查記錄，改變了傳統巡查不到位、巡檢記錄不真實的現狀，如圖8所示。

圖8 運維管理

04 路燈監控系統的意義及收益

路燈監控系統對提升城市的路燈信息化和管理水平、提高城市路燈的亮燈率、監控EMC節能、減少路燈電能浪費、降低維護成本等方面有著重大的意義。

1、路燈監控系統是提高路燈運維監管能力的科學手段

目前，國內大部分城市都缺少統一的通過信息化方式對路燈監管和調度系統，對路燈各類設備進行管理，無法迅速、實施和直觀的收集和統計路燈相關的用電、故障率數據，對路燈的管理決策的時效性、精準性支撐乏力。通過建設路燈監控系統，可以有效解決上述問題，提高管理部門對路燈資產、運維等的監管能力。

2、路燈監控系統是提升路燈照明“亮燈率"的有力保障

城市道路的面積廣闊，路燈的巡檢和維護成本較高，傳統巡查方式的時間和空間覆蓋面有限，很難進一步提高路燈的亮燈率。通過實施本路燈監控系統，可以及時、準確報告和定位全鎮范圍內路燈的燈具、線路故障，從而迅速排除故障。

3、路燈監控系統是增強城市照明應變能力的智慧大腦。

目前，基于配電柜的路燈人工調節方式不夠靈活，不能根據日落時間/環境對路燈進行精準調控，存在一定電能浪費。此外，在各類突發狀況時（惡劣天氣），無法實時調控路燈。路燈監控系統實施后，可以在后臺管理系統靈活制定和修改定時控制策略，提升突發事件的應急能力，提高節能率。