智慧路灯管控一体化云平台系统的设计及应用

摘要：针对城市中必不可少的路灯设施，应用新兴信息技术可以在很大程度上提升城市路灯的管理水平，丰富管理手段，真正做到智慧管控。文章着重分析了智慧路灯管控平台在开发过程中的特点以及应用方式，针对智慧路灯管控系统的需求及使用特点，对系统的总体结构以及应用情况进行了分析。同时，从多个层面对系统在应用过程中的管理效益及节能效益进行了分析，进而对该系统的应用效果进行了有效评价。

关键词：城市路灯;远程监控;单灯控制;节能分析

中图法分类号：TU113文献标识码：A

Design and application of smart street lampmanagement integrated cloud platform system

LUO T

（WISDRI City Construction Engineering &. Research Incorporation Ltd.，Wuhan 430223，China）

Abstract：For the essential street lamp facilities in the city， the application of emerging informationtechnology can greatly improve the management level of urban street lamps， enrich managementmeans and truly achieve intelligent management. This paper focuses on the analysis of thecharacteristics and application mode of the smart street lamp management platform in thedevelopment process， and analyzes the overall structure and application of the system according tothe requirements and application characteristics of the smart street lamp management system. Themanagement benefits and energy-saving benefits of the system in the application process are analyzedfrom multiple levels， and then the application effect of the system is effectively evaluated.

Key words： urban street lamp， remote monitor， single lamp control， energy-saving analysis

1前言

城市照明是最主要的市政基础设施之一，城市的快速发展带动了路灯照明事业的飞速发展[1]。目前，在我国的城市之中，特别是在大型城市中，已形成庞大、复杂的路灯基础网络，随之而来的纷繁复杂的设备数据都需要管理和处理[2]。传统管理手段，如纸质文档管理、人工统计分析、手工卡片等已很难满足时代发展的需要。

为了解决城市路灯快速发展后的管理难点，在新兴的信息化技术的基础上，希望将城市中所有的路灯通过统一的平台实现数字信息化管理，为城市管理者提供更加智慧的管理手段，以提升城市的先进性[3]。

2系统总体结构

通过本平台的建设，将路灯监控中心现有的城市照明监控管理系统以及其他部门分管的路灯监控系统集成到本平台中，建设统一的工作平台。

根据当前主流的技术架构，结合系统的业务功能需求，通过采用 B/S 结构保证系统的兼容性以及可维护性。后端服务将部署在云端，支持私有云及公有云的部署方式，并向前端 PC 及移动端提供应用及数据服务。

系统应用当前主流的软件开发技术进行设计和开发，软件架构层面采用分层结构开发和设计，依照 UI 界面、关键流程、数据持久化、通信接口分离的解耦原则，将整个系统划分为感知层、互联层、共享层、应用层。在保证各个不同的功能层次负责处理相应的系统功能的同时，最大限度保持系统的适用性及可扩展性。系统总体架构如图1所示。

3系统功能设计

3.1设备监控

（1）实时运行状态监测

监控现场实时运行信息、运行参数、运行状态并结合资产信息实现实时动态管理。同时，对于路灯在运行过程中的各项数据（如电流、电压、功率、开关状态等）进行实时采集，通过4G，NB?IOT 等无线传输的方式进行数据传输，服务端将相关数据进行保存，这样就能在系统中查看当前运行状态以及历史运行记录。

（2）远程开关控制

系统能够利用控制中心远程对管理区域内的任意路灯进行开关控制操作。同时，也能够通过预设开关方案，根据时间、季节、天气等参数，事先设置路灯开启的时间、数量等，实现路灯智慧化管控。

3.2管理配置

（1）终端参数设置

实现远程对现场自动化监控终端的基础参数设置、测量参数设置、开关量参数设置等自动化管理系统的设置功能。同时，监控中心自动根据设置进行处理。例如，用语音或手机短信的方式报出故障信息，如故障地点、名称、控制箱位置、故障原因等。

（2）智能预警配置

系统的预警设置包含两个部分：一是系统硬件自定义报警项，用户在创建灯杆或控制柜模板时可对其开闭规律等进行设置;二是根据所采集数据，由用户进行软件配置，生成智能预警项。系统预先生成几个标准的可配置的预警模板供用戶选择，包含预警条件配置和预警任务配置两部分。通过配置预警产生条件和预警任务执行规则，为智能预警处理提供依据。

3.3 GIS 管理

（1）定位与快速查找

包括变压器、配电箱（柜）、供电线路（供电方式）、景观灯、路灯的灯杆、灯具、镇流器、控制器等设施均能在 GIS 上直观体现，相应设施均能够实现独立分层显示。为应对初期海量数据录入及后续变化，应能提供快速建立与查找工具，以实现设施快速定位。

（2）物理从属关系体现

按照“变压器>配电箱>供电线路（包含相位信息）>灯杆（景观灯）>灯具”顺序，体现相应从属关系，当相应设施位置或供电回路发生变化时，通过安装在灯杆中的 GPS 装置，能够在系统中自动进行相应调整。

（3）状态直观显示

设施的基本信息以及状态信息均能直观展现，对于告警类信息能够及时突出显示。

3.4数据管理

（1）自动计算亮灯率

对管理区域内的所有路灯，通过采集各时间段内的运行状态，能够自动进行亮灯率计算;没有安装单灯监测终端的照明线路，可根据资产与监控系统自动进行亮灯率估算。

（2）实时监控综合管理

开关量监控管理：对监控管理平台内各控制点的开关量的状态信息进行汇总显示，确保能快速查询各个控制点开关量的状态、使用情况和现场运行状态。

开灯时间管理：平台内各控制点每个控制回路的开灯时间实现汇总统计，为分析亮灯时间、运行时长提供非常准确、直观的依据。

开闭次数管理：平台内各控制点每个控制回路控制的交流接触器开闭次数汇总统计、自动计算交流接触器寿命。

终端运行信号管理：对平台内各控制点的通信管理、信号管理等进行监测和按需管理。

终端温度管理：对平台内各控制点的自动化监控管理系统以及控制箱内的温度进行实时监测，预防由于控制柜温度过高引起的故障。

（3）历史数据分析

历史参数分析：形成平台内各控制点的参数分析管理，实现专业数据分析功能，确保历史参数为连续数据。

历史参数管理：通过城市照明自动化监控平台对现场自动化监控终端的历史数据管理，实现现场自动化监控终端通信一次即可采集到终端内的历史数据，确保后台历史数据的连续性。

历史亮灯率分析：形成平台内各控制点的亮灯率分析管理，实现专业数据分析功能。

历史亮灯率管理：通过城市照明自动化监控平台对现场自动化监控终端的历史亮灯率进行管理。

4系统应用分析

4.1管理效益分析

传统管理模式下存在下列问题：（1）巡检效率低，即巡检过程没有目的性，需要将所有路段全部巡检一次甚至多次才能发现故障，巡检过程由巡检员通过肉眼观察，容易出现漏巡现象，并且发现故障不及时;（2）维修效率低，即夜晚巡检只能发现并记录问题，需要到次日再到故障现场检查问题并维修，若需要更换配件，则可能需要再回路灯所取配件，最后到现场进行更换;（3）巡检人员工作强度大，即每晚需要对所有路灯进行人工巡检，所有路灯需要若干个巡检人员分几组巡查，将近几个晚上才能巡查完毕，巡查工作强度大，并且巡查过程中偶尔存在漏查情况。

采用信息化管理模式后，不需要进行人工巡检，信息化管理系统定时、自动巡检所有设备的工作状态，设备出现故障后，系统自动生成告警信息，并分析故障原因，系统巡检效率高，故障反映及时，同时不会出现漏检、误检等现象。

使用智慧路灯管控系统后，维护人员可以晚上休息，白天根据系统 GIS 地图提供的故障点位置以及故障原因信息有针对性的前往故障点进行维修，极大地提高了维修效率，同时维修仅带齐需要更换的配件即可，降低配件损坏、丢失的风险。

不采用人工巡检后，巡检车辆夜晚巡检的费用可以全部节省，同时可避免巡检员夜晚巡检时发生交通事故。

使用智慧路灯管控系统后，结合城市路灯所的行政管理制度，可以实现“亮灯率>99%”“单灯故障维修周期<24小时”“回路故障维修周期<48小时”的管理目标。

4.2节能效益分析

从表1中的数据可以分析得出，采取节能策略前，1000盏路灯每年耗电花费：1000×0.240kW×12h×1元/kW ·h×365（日）=105.12万元。

采取节能策略后，1000盏路灯的年花费：（1000×0.240kW×100%×2h+1000×0.240kW×90%×2h+1000×0.240kW×85%×2h+1000×0.240kW×75%×4h+1000×0.240kW×85%×1h+1000×0.240kW×90%×1h）×1元/ kW ·h×365=89.79万元。节能率：（105.12万元–89.79万元）/105.12万元=14.58%。

根据以上数据统计，假设某市路灯年电费为1500万元。年节电收益：1500万元×14.58%=218.7万元。

5结束语

通过智慧路灯管控系统的应用，对于城市路灯的管理将会更加科学、及时和有效，在降低人工管理成本的同时，能够有效节能降耗，优化能源利用效率。同时，在城市路灯运维中，通过信息化手段，极大提升了运维的及时性以及便利性，减少了人员、车辆等运维资源消耗，提高了运维的针对性以及工作效率，为当地居民夜间出行提供了便利，出行安全也可以得到保障，增加了居民的生活幸福感。

参考文献：

[1]田会峰，凌政，徐杰，等.云边端协同的智慧路灯系统设计[J].现代电子技术，2021，44（15）：173?176.

[2]成开元，廉小亲，周栋，等.基于NB?IoT的城市智慧路灯监控系统设计[J].测控技术，2018，37（7）：19?22+77.

[3]李祥和.基于物联网技术的智慧路灯管理系统设计[J].自动化与仪器仪表，2018（7）：113?116.

作者簡介：

罗滔（1984—），硕士，高级工程师，研究方向：智慧城市软件系统研发。