照明监控系统实现技术

高 原 陈文升

（辽宁省人防建筑设计研究院 辽宁 沈阳 110032）

1 建设照明监控系统的必要性

随着城市建设的发展，城市照明建设越来越注重于城市的形象，道路照明和景观照明的要求和数量不断增加，今后城市照明管理部门除了管理城市道路照明外，还将参与城市景观灯的管理。因此各级政府和市民对城市的建设、道路照明和景观照明提出更高的要求。希望实现城市照明管理的现代，使城市管理水平达到国内领先水平。

2 现行控制方法及其缺陷

现在采用控制方法以分散时控方式为主，即在路灯配电箱中安装定时器，按预定的时间自行开/关灯；而有些景观灯开关通常是人工手动控制方法。

现行的方法既不能及时调整开/关灯的时间，更无法及时反映照明设施的运行情况，并且故障率高、维修困难。随着城市的不断发展，控制范围越来越大，现行的控制方法无法及时反映照明设施的运行情况，使得维修工作十分被动。运行过程中的故障只有等待巡视人员到达现场才能发现，或者被动地等待市民的电话反映，因此难以做到及时维修。

在遇到一些接待首长、迎接国宾、举办大型活动等特殊任务时，由于缺乏灵活的控制手段，必须临时派出大量的人员到现场手动操作照明开关箱或者临时通知各景观灯单位，因此在时间十分紧迫的情况下，无法满足领导和市民的要求。

此外，由于缺乏灵活的控制手段，花费大量经费建设起来的各类景观灯，难以充分发挥应有的效能。

3 照明自动控制方案设计

3.1 分组控制

系统根据不同类型的照明控制要求，把全市路灯和景观灯分成若干组，分别采用时控方案或时控和光控相结合的控制方案，自动遥控开/关全夜灯、半夜灯和景观灯；也可以手动对全夜灯、半夜灯和景观灯进行遥控开/关操作；在特殊情况下，可以实现白天亮灯。

3.2 时控和光控相结合的路灯控制方案

目前,路灯控制方案主要有时控法和光控法两种。

时控法的主要缺点是不考虑天气对光照度的影响，每天在固定的时间开/关灯；从而造成阴雨天光照度严重不足但没有开灯，或者晴朗天气虽然到了固定开灯时间但光照度仍然充足，白白浪费电力；关灯时间的固定不变，同样出现类似的不合理现象。此外，随着季节的变化，定时器需要人工频繁地调整。光控法的主要缺点是在光线不足的白天，或者夜晚有强光照射时都有可能发生误动作。

为了克服两者的不足，本系统采用时控和光控相结合的路灯控制方案。该方案基于模糊控制理念，以当地 365天日出日落的时间作为基本条件，设定一个有效的开/关灯时段，在此时段内根据光照度的具体情况自动执行相应的开/关灯命令；若该时段结束时光控仍未起作用，则在该时段结束时，监控终端自动按时控方式开/关灯。

4 照明监控通信系统设计

4.1 系统通信方案

图1

在照明监控系统中目前可采用的通信方案主要有无线专用网、移动通信网中的GSM短消息、USSD和GPRS通信方式。本系统通信方案选择无线移动公用网的GPRS通信方式。

通信系统的组成框图见图1。

4.2 系统GPRS通信方案特点

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的英文简称，是在现有GSM系统基础上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务,具有“永久在线”、“高速传输”等优点。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。

相对于原有GSM拨号方式的电路交换数据传输方式, GPRS网络采用的分组交换技术，具有以下优点：

4.2.1 永久在线。即用户无需为每次数据的访问建立呼叫连接

4.2.2 高速传输。数据传输速率理论上最高可以达到171.2kbps,目前传输速率可以一般达到40kbps

4.2.3 流量计费。用户只需要为接收和发送的数据报支付费用，因此相对运行费用较低

4.2.4 快捷登录。 一般只须10秒即可登录互联网

GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，其分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。

监控中心的前后台监控微机接入Internet（可采用DDN专线、ADSL等多种方式），GPRS终端与监控中心建立连接，监控中心与GPRS终端通过GPRS网络，实时传递指令和数据。

4.3 GPRS系统组网方式

GPRS的应用非常广泛，几乎所有行业都能用到GPRS的无线数据传输。但每种行业的实际需求和复杂的应用环境都大不相同，所以每种行业都会有自己独特的功能要求和组网方式。目前GPRS的组网方式有以下四种可行的组网方案：

4.3.1 方案一：中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP或者公网动态IP+DNS解析服务。此种方案向先INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务。

1）中心公网固定IP：监控点直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。

2）中心公网动态IP+DNS解析服务：客户先与DNS服务商联系开通动态域名，监控点先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模、对实时性要求不高的场合中应用。

4.3.2 方案二：中心采用主副GPRS-DTU，采用移动内网动态IP+移动DNS解析服务。

此种方案客户先与移动DNS服务商联系开通移动动态域名，监控点先采用域名寻址方式连接移动DNS服务器，再由移动DNS服务器找到中心移动动态IP，建立连接。中心也用GPRS-DTU做接收端，但GPRS无线方式的中心不如有线方式的稳定，所以采用主副两个GPRS-DTU作冗余备份。主中心GPRS-DTU接收端掉线时，所有监控点自动转到副中心GPRS-DTU接收端。此种方式也可以大大节约固定IP的费用，但并不是所有移动公司都提供DNS解析服务，所以要在有DNS解析服务的省市才能采用此种方案。此种方案适合小规模应用。此种方案时时性和稳定性较差，不推荐使用。

4.3.3 方案三：中心采用主副GPRS-DTU，采用移动APN专网固定IP。

此种方案客户先与移动申请APN专网业务。移动为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN。得到APN后，给所有监控点及中心分配移动内部固定IP。此种方案中心也像方案二一样采用主副两个GPRS-DTU作接收端，冗余备份。但此种方案较方案二而言，无需DNS解析，本身具有移动内网固定IP，减少中间环节，稳定性增强；且所有数据都在移动GPRS的APN内网传输，无需经过公网，安全性增强。此种方案无需负担宽度专线月租费用，性价比合理，推荐使用。

4.3.4 方案四：中心采用移动内网固定IP地址，监控点采用普通的移动动态IP。

此种方案客户先与移动服务商联系，可以就近从移动GSM基站引入光纤专线，开通移动内网固定IP，监控点先采用普通的SIM卡并开通GPRS功能，通过移动内部网关与中心建立连接。此种方式也可以大大节约固定IP的费用，各监控点也无需设置固定IP。此种方案实时性较好，由于监控点使用动态IP，稳定性稍差一些，推荐使用。

4.3.5 方案五：中心采用APN专线，所有点都采用内网固定IP。

此种方案客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN。得到APN后，给所有监控点及中心分配移动内部固定IP。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。

对与照明监控系统而言，由于系统组成的监控点较多，实时性要求较高，因此建议采用第五种通信组网方式。为此照明监控中心的服务器将需要专线方式接入移动公司的GPRS网络，所有的监控终端都采用特定IP地址，以保证监控信息的可靠、安全、及时的传输。

5 系统控制中心（调度端）设计

照明监控系统调度端采用前、后台机连网工作方式，选用带看门狗的适合连续工作的工业控制计算机。一般情况下，前台机作为监控工作站承担遥测、监控、调度等工作；后台机平时自动备份前台机的数据，当前台机出现故障的情况下，可以随时切换顶替前台机工作；从而极大地提高了系统的可靠性。同时，考虑到计算机网络技术的发展，系统具有网络接口，接入服务器、管理工作站等，系统就可以很方便地组建为路灯管理处局域网，通过网络实现照明监控数据和图像信息共享。

系统外部的计算机均可通过拨号上网，采用加密查询的方式访问相应的各类最新和历史数据。同时，系统也可以通过电话语音方式查询当前的最新情况，或指定相应的电话号码和告警方式实现电话语音告警。整个系统的网络化设计为今后的生产管理与办公自动化的实施奠定了良好的基础，同时保留了足够的软件与硬件扩展接口，以便现有的监控系统能随着网络技术的飞速发展，发挥越来越大的作用。

图2 中央控制室系统框图

6 图像监视系统方案

6.1 图像传输方式的选择

6.1.1 有线宽带网传输方案

如果采用邮电部门的公用宽带网作为图像传输通道具有组网简单、施工方便、操作灵活、价格较低等特点。但由于目前采用的ADSL宽带网的通信速率只有500K左右，只能传输分辨率为352*240的MPEG-4压缩格式的图像，据实际使用的效果，图像质量不能满足要求。

6.1.2 光纤传输方案

由于光纤通信的带宽、通信容量大，传输质量最好。但光缆的安装架设涉及到市政工程的破路施工，因此真正实施有相当大的困难。但由于一般大城市都建立了交警指挥中心，通过设在各路口的摄像镜头和铺设的光缆，把图像信息传送到指挥中心。为此可以在路灯管理处到交警指挥中心架设一根光缆，把各路口的图像信息传送到路灯管理处，实现图像信息的共享。

6.1.3 无线微波传输方案

采用无线微波传输方案比较灵活、施工比较简单，但所用的无线通信频率要由无管会审批，当通信距离较远或信号较弱时，易受到外界的干扰。

6.2 图像监视系统构成

系统主要由可遥控云台、具有变焦镜头的彩色摄象机、图象传输处理器、通信设备（由采用不同的传输方案来决定设备的形式）、通信信道、电脑等设备构成。

图像监控微机实时监测各图像监测点的图像信息，并实现图像的处理，存储和送到图像监控投影机上显示。

7 总结

采用城市照明自动化监控系统以后，全市范围的全夜灯、半夜灯和景观灯的开/关均可实现自动控制。同时，由于照明自动化监控系统具有自动报警和巡测、选测功能，调度人员可以在故障发生后的数秒钟内及时了解故障的地点和状态，为及时进行修复提供了有力的保障。路灯维护及时，可以极大地减少对照明管理部门的投诉、减少道路交通事故的发生，有利于城市的治安，产生极大的社会效益，从而进一步提高城市的形象。

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