广域融合物联网在智慧照明运维中的应用

汪丛斌， 陈小刚

(中交(成都)城市开发有限公司，成都 610000)

0 引 言

作为智慧城市建设中的中流砥柱，智慧路灯是智慧城市发展的必然趋势。以智慧路灯作为智慧城市建设的关键载体，可避免重复建设造成的资源浪费，智慧路灯可实现智慧城市的多种场景，如搭载智慧照明、智慧安防、平安城市、智慧城管、智慧交通等多功能模块，可为人们生活提供更优质、更便捷的服务。

如何管理好城市路灯，充分发挥城市道路顺畅、安全通行的社会效益和降低运营成本，提高经济效益，是项目建设中需要审慎思考的重要部分。路灯照明电能消耗也是道路运营过程中成本消耗的重要组成部分，对路灯照明系统进行智能化科学控制，不仅可以在很大程度上保证驾驶员白天及晚上的行驶安全，也是保证道路通畅、保障车辆驾驶员的生命安全、降低国家财产损失的重要举措。因此采用一套健全、可靠又环保节能的综合路灯智能控制方案势在必行。

在城市照明控制中，最早是采用GPRS技术、Wi-Fi 技术等做一些小规模尝试。目前，使用在智能路灯的互联网技术主要有PLC电力线载波通信、NB-IoT窄带物联网、ZigBee、LoRa低速率广域网等，但是这些技术都无法满足城市的路灯“互联”管控的需求，是智能路灯仍未能规模化应用的关键原因之一。而WF-IoT融合物联网技术，从底层就是为超大规模智能照明系统场景化应用设计，能够同时满足免费、私有、安全、可靠、中高速、高并发、大连接的需求。

1 WF-IoT技术介绍

WF-IoT(Wide area Fusion Internet of Things)融合物联网技术，从底层(物理层、MAC层、空口协议层)单芯片深度融合了国标射频识别(RFID)、实时定位(RTLS)、无线传感器网络(WSN)、商用物联网照明组网控制协议(ALL)等DSRC(短程专用无线通信)技术的低功耗中高速广域网通信技术。其内核是在低功耗射频SoC芯片空中接口协议上深度融合了国标射频识别(RFID，GB 28925)、实时定位(RTLS)、无线传感器网络(WSN)、物联网智能照明组网控制协议(Air Lamp Link)等技术的低功耗中高速广域网通信技术。总的来说，WF-IoT有极好的射频传输特性，可以工作在国家标准规范的UHF黄金频段，特别适合在智慧路灯等室外环境、智慧城市建设中使用。

WF-IoT融合物联网技术(图1)，可以实现路灯大规模组网、自动化巡灯、环境监测、识别定位、单灯控制、编组控制、能源管控、外延设备及系统融合控制等功能，解决智慧路灯大范围大规模部署、多场景自由编组联动、外延扩展、运营管理等问题和需求，将极大程度上提升智慧路灯的可用性、可靠性、先进性、融合性。

图1 广域融合物联网技术

1.1 智能路灯物联网技术对比表

表1所示为智能路灯物联网技术对比表。

智能路灯物联网技术对比 表1

1.2 智慧路灯需求分析

智慧路灯行业的需求首先要求方便实现规模化，网络覆盖要均衡。其次是要有足够的个性，能应对各种特殊情况，如天气突变、重大事件、节假日；受季节、天气自然环境和人为因素影响。此外，智慧路灯还需满足智慧运维的要求，目前路灯的故障监测主要靠人工，缺乏主动性、及时性和可靠性；对路灯的运行状况无法实现实时、准确、全面地监控；而智慧运维要求具备复杂场景联动、单个路灯的实时控制、大规模路灯的分组控制等，支持多场景一键切换，从而实现跨街多场景区联动。

2 WF-IoT智慧路灯方案简述

2.1 工程概况

阳安大道位于简州新城起步区，项目起点位于三溪路北侧，止点位于成龙简快速路北侧，道路从北向南依次与涟江大道、东进大道、成简快速、朝阳大道等多条主干路相交，是区域内主要的交通集散通道，道路全长7.8km，道路宽度100m。

本工程在确定道路照明标准时，根据道路横断面形式，充分考虑了道路等级、交通量大小，除了满足功能性需求外，还从节能、运营管理、智慧等方面进行思考及设计。本项目照明主要采用智慧白玉兰景观路灯，整灯高15m，布灯间距35m，相对布置于道路两侧的绿化带内，路灯光源功率为1×250W+3×100W+9×9W的LED灯，其中9×9W为景观型装饰照明灯具，250W与3×100W为道路功能性照明灯具，灯具统一使用LED可调光灯具；其中路口交叉区域或道路加宽段采用15m中杆灯，光源为3×300W LED灯或4×300W LED灯。

2.2 方案简述

本方案采用WF-IoT融合物联网技术，可实现路灯大规模组网、自动化巡灯、环境监测、识别定位、单灯控制、编组控制、能源管控、外延设备及系统融合控制等功能，解决了智慧路灯大范围大规模部署、多场景自由编组联动、外延扩展、运营管理等问题和需求，在提升智慧路灯的经济性、可靠性、先进性、融合性方面有较大程度的改善。图2所示为物联网技术总体架构图。图3所示为智慧路灯系统拓扑图。

图2 物联网技术总体架构图

图3 智慧路灯系统拓扑图

本工程采用WF-IoT中高速广域融合物联网技术，部署智能化控制设备对玉兰灯(多头灯)进行智能化控制，可根据情形对多头灯的每一盏灯具等进行单项智能化控制。

当环境光线不太充足时(或者当夜晚有充足的月光时)可以选择开启多头灯上的部分灯头，达到补光的作用；当环境光线较暗时(或者当夜晚没有月光时)可开启所有灯头，充分体现按需照明、绿色照明，达到真正的智能化管理、无人化管控、自动巡灯、定位等功能，节省管理人员成本、降低能源消耗、减轻财政负担。

2.3 路灯控制方式

针对路灯项目整体规划，主要控制方式有以下几种。

(1)自动控制

采用全自动、无人干预的控制方式实现灯具的智能化管控，系统可进行场景自动切换，模式设置可根据车流量的进行设置。

在车流量高峰期(开灯时间-23：00)，时间段内灯具亮度不变，保持最大亮度；在车流量平滑期(23：00-2：00)，对道路照明的亮度要求不是太高，在这个期间可把灯具亮度调整到60%(亮度可随意更改)，同时实现自动感应控制，有人有车开启最大亮度，无人无车亮度调整50%；在车流量空闲期(2：00-关灯时间)，车流量相对较少，可把灯具亮度调整到30%(亮度可随意更改)，保持道路上有微弱灯光，提供功能性的照明。图4所示为路灯控制效果示意图。

图4 路灯控制效果示意图

(2)集中控制

设置安装智能融合网关，实现所有智能灯具自由的分区和组网后通过可视化管理平台远程单灯、分组、分区控制。可视化系统管理平台专为用户定制开发，在智能终端上(如iPad)直观对任意灯具进行精确管理和控制，同时可实现灯具工作状态查询、便于巡更维护。

1)分区控制：智能灯具自由组网，系统可实现分区域、分路段的灵活控制。

2)分场景控制：系统可实现路灯的分场景控制，实现一键式切换，场景模式随意设置。主要场景有：常规模式、休息模式、假日模式、重大节日模式、领导视察模式。

3)单灯、双灯控制：可根据需求和情形对双头灯一体化集中控制以及对双头灯的单灯进行一体化集中控制。

2.4 经济效益分析

表2所示为本项目灯具数量统计表。经计算，本项目总功率合计188.56kW。

本项目灯具数量统计表 表2

表3所示为普通LED路灯和智能LED路灯同等数量下工作模式下用电量及运维费用等数据对比。

本项目灯具数量统计表 表3

其中，节能模式时亮度调节至30%，功率按替换后灯具全开功率的30%计算；年设备维护费包括设备更换辅材、机械使用费等；人员费用按6万元/人×年，原系统至少需要2班组6人；智能路灯系统从管理、维护方面得到提升和改善，只需要1个班组3人即可完成；基础电费按照1元/度计算。

3 智慧路灯中广域融合物联网技术的优势和价值

3.1 降低综合投资

(1)一网多用：融合物联网构建的物联末梢网络，同时实现了智能照明、安全预警、安防报警、实时巡更、视频联动、抄表计量、环境监测、能耗监测、动力环境监测等传统智能化设计中的十余项强弱电功能。(2)一网多能：物联基础网络与强弱电系统、机电设备、安防设备等实现了综合智能化一体化融合，避免了重复建设。(3)简化平台：物联网末梢网络具有节点级的“雾计算”能力，大部分自治、协同、智能功能在现场通过分布式智能实现，简化了整个综合管控平台的架构和设计。(4)节省建安成本：融合物联网取消了传统的有线控制回路，极大简化了供电回路和配电设施。

3.2 降低运行成本、方便维护

(1)减少操作人员：融合物联网实现了所有公共区域照明等设备的全自动控制，日夜模式全自动切换、节假日模式自动转换，无需人工干预，可以减少甚至取消现场的操作人员。(2)减少运维人员：实时监测、上报设备运行状态及故障，可以实现自动派单及时进行维护，极大地减少人力、提升效率、降低成本。(3)降低运营能耗：融合物联网通过高效光源、动态调光、智能控制，智能照明综合节能率高达80%以上；通过融合人体传感器、视频摄像头等，实现照明等设备与区域动态人流、天气、环境等动态信息的智能化协同控制，有效降低园区运行能耗；通过对整个道路路灯的实时动态监测，可以优化运行流程，实现节能降耗；典型公共区域，节能投资回报周期不到2年。(4)降低通信成本：物联网智能道路，通过道路上的基础设施自身构建的广域私有末梢网络，工作在国家标准授权的免费频道/信道上，无需缴纳网络使用费用，也不会产生网络流量费用，即可实现整个路网路灯的管控、状态采集。

4 结束语