智能互联系统在城市道路照明管理中的应用

樊月波 上海市嘉定区市政公用设施管理事务中心，上海201800

0 前言

随着国家经济水平的提高，城镇化建设和城市规模扩大的进程在持续进行，城市道路里程和路灯的数量在不断增长。近15年来，LED进入道路照明领域又带来路灯改造这一增量市场，路灯的建设量和维护管理数量增速持续高企。这一规模持续增加、新技术不断涌现的进程，给道路照明管理带了新的挑战，也带来了新的机遇。

1 城市道路照明的趋势

1.1 道路照明LED化

我国LED道路照明自2005年从小区庭院、城市支路的应用开始，快速成长为城市道路照明的主力。产品功率、光效和配光性能等不断完善和成熟，已经能满足城市各种功能性道路照明的需求，也催生了EMC、PPP、EPC等各种新的商业模式。很多新的路灯在合同期内并不移交给原来的照明管理部门，而是对非专业运维企业提出了运维管理路灯的要求。

1.2 道路照明智能互联化

照明是传统行业，但随着互联网时代的到来，在“物联网”思维影响下，照明变得越来越智能化。近5年来，随着低成本新通信技术NB-IoT的出现和运营商完成网络的广覆盖，智能互联照明从以前的基于无线或有线控制的室内应用逐步走向基于公共运营商网络的室外应用，而直接对单灯进行管理的智能互联系统也刺激建设部门和管理部门积极导入新的智能互联道路照明系统。同时，智能互联道路照明也是智慧城市的重要部分，在单灯控制管理的智慧道路照明以外，通过血管式分布的道路照明灯杆，为智慧城市其他子系统的设备提供物理平台和电源供给，推动智慧城市的发展和逐步完善。

1.3 道路照明合杆化

自国家发改委等8部委于2014年联合发布《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》以来，已有3批共290个城市纳入智慧城市建设试点。智慧城市的建设需要强化政府各部门的协作，建设底层数据流通、外部硬件整合的大平台，因此，遍布城市交通脉络且具备供电条件的路灯杆成为先天有利的重要载体。5G微基站、视频监控、公共WIFI、信息发布屏、交通信号灯、道路指示牌、甚至充电桩等都可以集中安装在路灯杆上（如图1所示）[1]，而各功能模块的控制装置则与路灯配电柜整合成智慧城市控制箱。路灯杆和控制箱不再只是路灯管理部门的资产，路灯的运维技术性空前提高。这些新技术的发展趋势，对道路照明管理提出了新的挑战。

2 城市道路照明管理的常见问题

2.1 维护管理无规可循

在城市照明这一领域，工程建设相关的设计、施工和验收规范比较完整，而且会根据行业技术的发展定期更新。这些规范既有国家建设部门编制的，也有地方性的，还包括行业协会的。比如，设计方面的《城市道路照明设计标准》CJJ 45，建设和验收方面的《城市道路照明工程施工及验收规范》CJJ89，地方性规范如上海的《道路照明工程建设技术规程》DG/TJ08-2214，行业的如市政工程协会城市照明专业委员会的《LED道路照明应用技术导则》T/CMEA 001，等等。从业的建设人员，无论是业主、设计人员还是施工验收队伍，均有据可依。[2]

然而，城市道路照明的维护管理方面至今没有标准或规范可依循，管理人员的工作目标、工作方法和工作成果没有可统一衡量的依据，各地管理水平差别很大。连维护管理部门最核心的两个指标亮灯率和节能率，管理单位和上级对此的考评历来都是一笔糊涂账。

图1 合杆（智慧灯杆）示意图

2.2 运维企业的资质不齐

随着城市路灯规模不断扩大，照明产品品类不断增加，越来越多的城市景观照明也纳入城市照明管理范畴，路灯照明管理的挑战性超越以往任何时候。由于管理部门人手不足，越来越多的工作需要外包给社会上的企业。然而，目前城市照明相关的企业资质认证更多聚焦在设计和施工承包方面，对运维则缺少成熟的资质认证，故而有些地方的路灯维护实际执行人只是一些并无成熟运维经验的施工队，不懂照明应用，不懂照明产品，不懂分析故障原因，也不懂现场维修，发现灯具不亮不能现场解决问题，要么只能寻求产品供应方的帮助，要么就是进行整灯的更换，这导致维护效率低下，成本高企。

2.3 设施移交和接管不清

随着城市基础设施项目向建管分离方向推动，通常，城市路灯建设管理单位和工程验收后城市路灯管理维护单位往往不是同一个单位。在低价竞标策略的招投标制度下，建设承包方有时会牺牲一些工程质量来追求自身利益，在产品的选择上质量把控不严，牺牲可靠性和照明效果，最大限度地追求低成本。

此类做法会给之后的设施移交和接管工作带来很大的障碍，如维护管理部门不愿意接收。如果被迫接收，就会对后期的维护管理工作带来很大的挑战，维护工作量大，运维成本高，照明质量无法保证。上海在LED路灯的市场准入方面做了一些有益的探索，完善了对产品供应商和施工承包方的资质和供应质量管控，保障了建设工程的质量，这为后期的道路照明设施移交和高效管理创造了有利条件。

2.4 运营维护质量评价与质量管理体系缺乏

由于缺少行业规范，各地的维护管理单位都是根据自己的理解制定本单位的维护管理制度。这些制度多数都很粗放，缺少细化的、可执行的、系统的考核目标和考核手段。日常的路灯巡检流程和维护操作不统一不具体、缺乏完善的管理机制，总体工作低效。现代企业的特点就是具备成熟的质量管理体系，可实现精细化管理，而这些在路灯的运维中都没有体现。往往运维外包企业缺少企业内部质量评价和质量管理体系，政府管理部门对运维外包企业工作的质量评价有时候会出现目标不清晰、执行不及时、主观评价多、客观评价少等现象，缺乏系统的指导，以促进运维企业的工作管理水平。

在运维质量的几个重要指标里，各方最重视的是生产安全[3]，而对各级道路照明质量、亮灯率则缺乏简明可靠的手段进行评价，缺少照明质量检测计划和执行。如对亮灯率的检查仅靠抽查，故障发现仅通过人工巡查和社会投诉，手段原始，质量评价粗糙。

运维成本也是运维质量的一个重要考量因素。由于运维工人的技术水平并不满足新产品和新技术应用的需求，针对可现场维修的故障，他们会通过简单化整灯更换的方式解决；针对不能现场定义故障原因的，他们会通过多次出动维护班组解决同一个问题。这样做会使成本非常高，且随着LED路灯的大量应用会愈发严重。

2.5 智能互联照明等信息化技术应用与管理有待提升

通信技术和LED调光控制的发展，催生了智能照明的需求，越来越多的信息化技术走进城市照明领域。

城市智能照明管理系统可实现功能比早期的“三遥”、“五遥”系统更强大，运维水平比之前更高的目标[4]。对智能照明管理系统功能的挖掘和充分利用，需要管理人员对照明应用有更多的理解。这不能仅仅停留在按时开关灯，而应该针对每条路的照明水平标准和所采用灯具的光衰特性，利用管理系统进行拟合，据此达到更大的节能效果，实现灯具维修更换的提前计划。系统在现场配电柜和灯具内多了调光控制器和调光信号线，对运维工人的技术水平要求较高，需要了解不同控制器和调光信号的工作原理，才能执行现场故障的分析和处理。

因此，对管理人员和运维工人的技能培训成为必不可少的常态工作内容，理应培训考核合格才能上岗，但这并没有成为很多管理和运维单位的质量控制手段。

3 智能互联照明是提高城市照明管理水平的重要手段

在智慧城市的全景中，智慧照明，特别是公共领域基础设施领域的智能路灯，是其中重要的1个组成部分，合杆和智慧灯杆的趋势更是提升了智能路灯的重要性。过去几年中，越来越多的城市开始建设和应用智能照明管理系统，以提升城市道路照明的管理水平，如图2所示。

图2 智慧城市管理平台示意

早先的城市照明“三遥”、“五遥”管理系统只能管理到路灯配电柜，执行简单的开关灯和线路电流监测无法满足精细化管理需求。智能照明管理系统可实现到每个灯具的管控，给运维和管理提供了更多可能。

3.1 照明控制功能

智能互联照明管理系统具有对所管辖的LED照明灯具进行开关和调光等管理控制功能，可执行上一级系统查询、控制和参数设置指令、控制器初始化、自检自恢复、软件远程下载和升级等命令。如此，就可以实现针对每条路、不同区域的按需照明。城市照明的标准是基于交通流量来制定的，如果某条道路或某个区域（比如工业区、纯住宅区、商业区）在不同时段交通流量有很大差别，就可以据此制定不同时段的照明调光控制，纳入系统的调光时间表，在不牺牲照明质量、保证交通安全的前提下，自动实现更大程度的节能效果。[5]

3.2 资产管理功能

智能互联照明管理系统能够对灯具参数、终端控制器参数、控制器通信参数、告警参数，地理位置参数等进行设置，这为照明资产管理提供了更全面和准确的输入、更完善的数据库。相比以前的台账而言，资产的精确度更高，及时根据更新改造工作的进度调整资产记账的时效性更强。每月、每季或每年进行定周期的照明资产分析，可帮助指导后期的运维计划，制定较准确的预算。

3.3 照明告警功能

智能互联照明管理系统具有灯具工作状态监控、灯具亮灯时间统计、控制器工作状态监控、根据设定的报警条件主动向上一级系统报警、本地状态指示、电压异常时自动保护等功能。这些功能可代替往常的人工巡查，直接得到故障原因分析结果，自动派工给外场的运维班组。此外，根据灯具的工作状态可知现场的照明水平是否达标，亮灯时间统计结合灯具的设计寿命可预先制定更换计划。

3.4 数据采集功能

数据采集具有采集电压、电流、有功功率、功率因数和当前故障信息等数据的能力，无需去现场即可完成现场调查，而且更全面、更快速。这些数据在系统内能够自动生成逐日、逐时的图表，从而对管理范围内所有灯具、配电柜、供电线路的供电质量等主要相关参数有全面而准确的了解，统计节能量和亮灯率时也有充分的依据。

3.5 安全功能

安全功能可实现分级管理接入管理平台、灯具和照明管理平台之间的数据进行加密传输等功能。当系统与灯具失去通讯或系统发生故障时，不影响照明灯具的运行；当断电时可提供数据保护。安全功能是智能照明管理系统应用的首要条件，其中的分级管理对提高管理水平也有助益。不同岗位的系统使用者有不同层级的权限，比如现场运维工人只可进行灯具和控制器状态的查询和资产的输入，管理人员可调用照明资产表和用电量、亮灯率等各类管理数据图表，而系统管理员则可获得全部权限。不同岗位人员均可从同一系统获得岗位工作所需的信息，减少很多沟通时间，大幅提高工作效率，减少沟通中产生的差错。

4 总结

城市道路照明管理自从道路照明产生以来已经存在了一个多世纪，管理的主要目标一直是保证亮灯，而管理的水平和方法在一百多年里并没有质的提升。一方面是重视程度不够，至今未有城市照明管理规范，另一方面是技术手段和管理人才培养的不足，还有一些是机制问题，因而造成管理质量始终不高。随着智能照明管理系统的出现和应用，精细管理有了技术基础，国家相关部门也在着手制定城市道路照明管理规范，相信可以帮助管理部门大幅度提高道路照明的管理水平。