DTU在城市路燈監(jiān)控中應用

GPRＳ在城市燈光管理監(jiān)控中應用1建設照明監(jiān)控系統(tǒng)的必要性隨著城市建設的進展，城市照明建設越來越注意于城市的形象，道路照明和景觀照明的要求和數(shù)量不斷增加,今后城市照明管理部門除了管理城市道路照明外,還將參加城市景觀燈的管理。因此各級政府和市民對城市的建設、道路照明和景觀照明提出更高的要求。盼望實現(xiàn)城市照明管理的現(xiàn)代，使城市管理水平達到國內(nèi)領先水平。1．１現(xiàn)行的掌握方法現(xiàn)在采納掌握方法以分散時控方式為主,即在路燈配電箱中安裝定時器,按預定的時間自行開／關燈;而有些景觀燈開關通常是人工手動掌握方法。1．２現(xiàn)行掌握方法的缺陷現(xiàn)行的方法既不能準時調(diào)整開/關燈的時間,更無法準時反映照明設施的運行情況,并且故障率高、維修困難.隨著城市的不斷進展，掌握范圍越來越大，現(xiàn)行的掌握方法無法準時反映照明設施的運行情況，使得維修工作十分被動。運行過程中的故障只有等待巡視人員到達現(xiàn)場才能發(fā)現(xiàn)，或者被動地等待市民的電話反映，因此難以做到準時維修.在遇到一些領導視察、國賓接待、舉辦大型活動等特殊任務時，由于缺乏靈敏的掌握手段,必須臨時派出大量的人員到現(xiàn)場手動操作照明開關箱或者臨時通知各景觀燈單位，因此在時間十分緊迫的情況下,無法滿意圓滿完成任務的要求。此外，由于缺乏靈敏的掌握手段,花費大量經(jīng)費建設起來的各類景觀燈,難以充分發(fā)揮應有的效能。2城市照明監(jiān)控系統(tǒng)的效益分析2.1社會效益分析隨著社會文明的不斷進展,路燈已不再局限于街道照明,而是進展為表現(xiàn)城市景觀、體現(xiàn)城市形象的重要標志。因此，現(xiàn)代社會對路燈的管理和維護也提出了越來越高的要求,這些要求包括依據(jù)光照度變化準時開／關燈、隨時調(diào)整景觀燈的開/關燈時間并進行應急調(diào)度、準時發(fā)現(xiàn)故障并立即進行修復等.目前各城市管理部門所采納的掌握方式已很難保證城市照明系統(tǒng)的正常開關燈和運行，格外是當照明掌握箱或線路消滅問題時,就有可能造成大面積滅燈，產(chǎn)生較壞的影響.同時由于缺少實時監(jiān)測手段,無法實現(xiàn)故障的準時發(fā)現(xiàn)和維修。隨著政府和市民對比明管理和維護要求越來越高，照明管理部門的管轄范圍也越來越大，為了準時發(fā)現(xiàn)故障并立即進行修復,仍然采納檢修車上街巡燈的方法越來越難以勝任。采納城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)以后，全市范圍的全夜燈、半夜燈和景觀燈的開/關均可實現(xiàn)自動掌握。同時,由于照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有自動報警和巡測、選測功能，調(diào)度人員可以在故障發(fā)生后的數(shù)秒鐘內(nèi)準時了解故障的地點和狀態(tài)，為準時進行修復供應了有力的保障。路燈維護準時，可以極大地削減對比明管理部門的投訴、削減道路交通事故的發(fā)生,有利于城市的治安,產(chǎn)生極大的社會效益,從而進一步提高城市的形象。2.2經(jīng)濟效益分析２。2。1節(jié)省路燈維護費用路燈自動化監(jiān)控系統(tǒng)將傳統(tǒng)的“巡燈查找故障”改為“值班等待報警”，不僅削減了“巡燈”人員和車輛損耗,降低了維修成本;而且在檢修車出所之前已經(jīng)知道了故障的精準地點和基本狀態(tài),因而縮短了維修時間、提高了檢修效率；由此將產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟效益.2.2。2節(jié)省大量的電費支出無線照明監(jiān)控系統(tǒng)能提高開/關燈的牢靠性和可檢查性，避開白天亮燈情況的消滅;同時，系統(tǒng)采納光控和時控相結(jié)合的掌握方案，在預置的時間區(qū)段內(nèi)依據(jù)光照度決定路燈的開或關，既能在陰雨天自動延長照明時間,又能在晴好天氣自動縮短照明時間；這些措施既可滿意市民對道路照明的需求，又避開了路燈的無謂開啟，削減了開燈時間,從而節(jié)省了大量的電能。依據(jù)已建的照明監(jiān)控運行表明,采納照明監(jiān)控系統(tǒng)后,每天也許可以削減路燈開燈時間25分鐘左右.如果按每天運行十小時計算,則可節(jié)省４.2%的電費支出。如果通過對比明線路的改進，增加路燈的半夜燈掌握方案或景觀燈在非節(jié)假日采納只開部分景觀燈的掌握方案，因此可節(jié)省大量的電費支出。２.2。3提高燈具壽命，降低運行成本以外由于削減了開燈時間，延長了燈具壽命,降低運行成本，進一步提高了經(jīng)濟效益.2。２。4實現(xiàn)自動傳送電費功能，削減電費支出無線照明監(jiān)控系統(tǒng)具有遠程自動抄表和計量電費功能，每天、每月、每年的照明用電能夠準時的自動采集、計算、存儲、打印，隨時了解用電情況,實施有效管理，降低支出，提高經(jīng)濟效益。對景觀燈還可采納雙計費功能,實現(xiàn)政府開燈與各景觀大樓業(yè)主自行開燈分別計費的方式，削減政府與大樓業(yè)主為電費的相互扯皮的現(xiàn)象,保證雙方的利益。2．3實現(xiàn)照明系統(tǒng)的管理現(xiàn)代化城市照明監(jiān)控系統(tǒng)能將采集到的數(shù)據(jù)自動進行存儲、統(tǒng)計，并能隨時進行查詢和打印,為管理現(xiàn)代化供應了基本條件。３系統(tǒng)設計依據(jù)本方案依據(jù)北京嘉復欣科技有限公司業(yè)已完成的照明監(jiān)控系統(tǒng)和結(jié)合當前無線監(jiān)控技術的最新進展,并依據(jù)各城市照明管理部分對比明監(jiān)控系統(tǒng)的技術需求編制而成。4設計原則４.１牢靠性由于系統(tǒng)的服務對象是寬闊市民,稍有差錯即會產(chǎn)生嚴重的社會后果;同時監(jiān)控設備長期在野外運行,工作環(huán)境極為惡劣;因此必須充分考慮系統(tǒng)的牢靠性,要求監(jiān)控系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定地運行;同時要求監(jiān)控系統(tǒng)在個別設備消滅故障的情況下仍能穩(wěn)定運行,不影響或者少影響照明系統(tǒng)的按時開啟和關閉.4．2先進性和有用性設備須符合相關國內(nèi)、國際標準，整個系統(tǒng)應是目前國內(nèi)最先進的,并長期處于國內(nèi)較為先進的水平。同時,應以有用為原則,不行脫離有用性而盲目追求先進性，從而造成華而不實、浪費資金，降低牢靠性.４。3可維修性系統(tǒng)的設備模塊化設計，并且各單元部件具有故障定位指示,便于設備維修。４.4可擴展性硬件采納模塊化設計,軟件采納組態(tài)化設計，使得系統(tǒng)擴展、升級均不必轉(zhuǎn)變現(xiàn)有設備的狀態(tài).4。5通用性硬件設備具有通用性，通過不同的軟件參數(shù)設置,可以實現(xiàn)不同的功能。４。６經(jīng)濟性盡可能采納成熟的先進技術，選擇性價比高的方案和設備，既要考慮初期建設費用，也要降低今后的運行維修費用。5系統(tǒng)主要技術指標５.1系統(tǒng)容量：1個主站，１萬個監(jiān)控點.5。2可以實現(xiàn)群控和組控系統(tǒng)終端依據(jù)需要可以把全夜燈、半夜燈、各種景觀燈分為不同功能組，實現(xiàn)群控和組控。５。３通信方式依據(jù)用戶的簡略情況、通信技術的進展,本方案建議采納GＰＲS通信方式。5.４工作環(huán)境溫度照明監(jiān)控室外通信終端的工作環(huán)境溫度范圍滿意－３0℃～+65℃.主臺為０℃～＋40℃。5．5數(shù)據(jù)采集精度為了保證亮燈率的統(tǒng)計，溝通電流、電壓、有功功率、功率因數(shù)采集精度優(yōu)于１.0％。6照明掌握方案６。1分組掌握系統(tǒng)可以依據(jù)不同類型的照明掌握要求，把全市路燈和景觀燈分成若干組,分別采納時控方案或時控和光控相結(jié)合的掌握方案，自動遙控開/關全夜燈、半夜燈和景觀燈；也可以手動對全夜燈、半夜燈和景觀燈進行遙控開／關操作；在特殊情況下，可以實現(xiàn)白天亮燈。6。２時控和光控相結(jié)合的路燈掌握方案目前,路燈掌握方案主要有時控法和光控法兩種.時控法的主要缺點是不考慮天氣對光照度的影響，每天在固定的時間開/關燈;從而造成陰雨天光照度嚴重不足但沒有開燈,或者晴朗天氣雖然到了固定開燈時間但光照度仍然充足,白白浪費電力；關燈時間的固定不變,同樣消滅類似的不合理現(xiàn)象。此外,隨著季節(jié)的變化，定時器需要人工頻繁地調(diào)整。光控法的主要缺點是在光線不足的白天，或者夜晚有強光照耀時都有可能發(fā)生誤動作。為了克服兩者的不足，本系統(tǒng)采納時控和光控相結(jié)合的路燈掌握方案.該方案基于模糊掌握理念,以當?shù)?65天日出日落的時間作為基本條件，設定一個有效的開／關燈時段,在此時段內(nèi)依據(jù)光照度的簡略情況自動執(zhí)行相應的開／關燈命令；若該時段結(jié)束時間控仍未起作用，則在該時段結(jié)束時，監(jiān)控終端自動按時控方式開／關燈。光控時段值和光照度值均可在線修改,軟件界面如右圖所示.此方案可依據(jù)當天的實際光照度準時地開/關燈，既可節(jié)省大量電力,又可產(chǎn)生較好的社會效益。在特殊情況下，系統(tǒng)也可以實現(xiàn)白天亮燈。依據(jù)已建的照明監(jiān)控運行表明,如果原來是采納日出日落時間作為開關燈時間的話，則在采納時控和光控相結(jié)合的掌握方案后,每天也許可以削減路燈開燈時間2５分鐘左右。如果以每天平均開燈10小時計算，則可節(jié)省4％左右的電費。6。３景觀燈掌握方案景觀燈掌握采納分組定時掌握方案,即可以把不同地理位置和要求的景觀燈分成若干組,對不同組采納不同的定時掌握方案。采納先進的全組態(tài)設計,通過中央掌握室微機的設置程序,可任意設置一年中的開/關燈時間以及每周固定的開/關燈時間。通過群控方式,可將景觀燈進行分組,不同組實行不同的掌握方案；也可通過選控方式,將相應的飾燈逐點掌握，更增強了系統(tǒng)的靈敏性.７照明監(jiān)控通信系統(tǒng)7.1系統(tǒng)通信方案的選擇正確選用系統(tǒng)通信方案，是城市照明監(jiān)控系統(tǒng)得以成功運行的必要前提，在照明監(jiān)控系統(tǒng)中目前可采納的通信方案主要有無線專用網(wǎng)、移動通信網(wǎng)中的GＳM短消息、ＵSＳD和ＧPRS通信方式。依據(jù)要求本系統(tǒng)通信方案選擇無線移動公用網(wǎng)的GＰＲS通信方式.７。2系統(tǒng)GPRS通信方案特點ＧＰＲS(GenerａｌPackｅtＲadioServicｅ）是通用分組無線業(yè)務的英文簡稱,是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)基礎上進展出來的一種新的承載業(yè)務,目的是為ＧSM用戶供應分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務,具有“永久在線”、“高速傳輸”等優(yōu)點.格外適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸.相對于原有GＳM撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳輸方式，ＧPRS網(wǎng)絡采納的分組交換技術，具有以下優(yōu)點：(1）永久在線.即用戶無需為每次數(shù)據(jù)的訪問建立呼叫連接.(２）高速傳輸。數(shù)據(jù)傳輸速率理論上最高可以達到１７１。2kｂps，目前傳輸速率可以一般達到40kbｐｓ。(３)流量計費。用戶只需要為接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)報支付費用，因此相對運行費用較低。（4）快捷登錄.一般只須1０秒即可登錄互聯(lián)網(wǎng)。GＰRS采納與ＧSM同樣的無線調(diào)制標準、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構、同樣的跳頻規(guī)章以及同樣的TDMＡ幀結(jié)構，其分組數(shù)據(jù)信道與當前的電路交換的話音業(yè)務信道極其相像.因此,現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)從一開頭就可供應全面的ＧPＲS掩蓋。下圖為通信系統(tǒng)組成框圖:監(jiān)控中心的前后臺監(jiān)控微機接入Ｉｎternｅｔ(可采納DDN專線、AＤSＬ等多種方式），GPRS終端與監(jiān)控中心建立連接，監(jiān)控中心與GPRS終端通過GPRＳ網(wǎng)絡，實時傳遞指令和數(shù)據(jù)。7.3GPＲS系統(tǒng)構成和組網(wǎng)方式GPRＳ的應用格外廣泛，幾乎全部行業(yè)都能用到GＰRS的無線數(shù)據(jù)傳輸。但每種行業(yè)的實際需求和簡潔的應用環(huán)境都大不相同,所以每種行業(yè)都會有自己獨特的功能要求和組網(wǎng)方式。目前GPRS的組網(wǎng)方式有以下四種可行的組網(wǎng)方案:１)方案一:中心采納ＡDSL等ＩNTＥＬNＥＴ公網(wǎng)連接,采納公網(wǎng)固定IP或者公網(wǎng)動態(tài)IＰ+ＤＮS解析服務。此種方案向先INTERNＥT運營商申請ADＳL等寬帶業(yè)務。1、中心公網(wǎng)固定IP：監(jiān)控點直接向中心發(fā)起連接.運行牢靠穩(wěn)定，推舉此種方案。2、中心公網(wǎng)動態(tài)IP+DＮS解析服務:客戶先與DNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名，監(jiān)控點先采納域名尋址方式連接DNS服務器，再由DＮS服務器找到中心公網(wǎng)動態(tài)ＩP，建立連接.此種方式可以大大節(jié)省公網(wǎng)固定ＩP的費用,但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找牢靠的ＤNS服務商.此種方案適合小規(guī)模、對實時性要求不高的場合中應用。2）方案二：中心采納主副ＧPRS-DＴＵ，采納移動內(nèi)網(wǎng)動態(tài)IＰ＋移動DNＳ解析服務.此種方案客戶先與移動DＮS服務商聯(lián)系開通移動動態(tài)域名，監(jiān)控點先采納域名尋址方式連接移動DNS服務器,再由移動ＤNS服務器找到中心移動動態(tài)IP,建立連接。中心也用GPＲＳ—DTU做接收端,但GＰRS無線方式的中心不如有線方式的穩(wěn)定，所以采納主副兩個GPRＳ－DＴU作冗余備份.主中心ＧPＲS－ＤTU接收端掉線時,全部監(jiān)控點自動轉(zhuǎn)到副中心ＧPRS-DTU接收端。此種方式也可以大大節(jié)省固定ＩＰ的費用，但并不是全部移動公司都供應ＤＮＳ解析服務,所以要在有ＤＮＳ解析服務的省市才能采納此種方案。此種方案適合小規(guī)模應用.此種方案時時性和穩(wěn)定性較差，不推舉使用。3）方案三：中心采納主副ＧPRS-ＤＴU，采納移動ＡPN專網(wǎng)固定ＩP。此種方案客戶先與移動申請APN專網(wǎng)業(yè)務.移動為客戶安排專用的AＰN，一般用戶不得申請該APN.用于GPRS專網(wǎng)的ＳＩM卡僅開通該專用AＰN，限制使用其他APＮ.得到AＰN后,給全部監(jiān)控點及中心安排移動內(nèi)部固定ＩＰ。此種方案中心也像方案二一樣采納主副兩個GPRS—DTU作接收端，冗余備份。但此種方案較方案二而言，無需DNS解析，本身具有移動內(nèi)網(wǎng)固定ＩP，削減中間環(huán)節(jié)，穩(wěn)定性增強;且全部數(shù)據(jù)都在移動GPＲS的AＰN內(nèi)網(wǎng)傳輸，無需經(jīng)過公網(wǎng),平安性增強。此種方案無需負擔寬度專線月租費用，性價比合理，推舉使用。4）方案四:中心采納移動內(nèi)網(wǎng)固定ＩP地址，監(jiān)控點采納一般的移動動態(tài)IP此種方案客戶先與移動服務商聯(lián)系,可以就近從移動GSM基站引入光纖專線，開通移動內(nèi)網(wǎng)固定IP，監(jiān)控點先采納一般的SIM卡并開通GPＲS功能，通過移動內(nèi)部網(wǎng)關與中心建立連接。此種方式也可以大大節(jié)省固定IＰ的費用,各監(jiān)控點也無需設置固定ＩP.此種方案實時性較好,由于監(jiān)控點使用動態(tài)IP,穩(wěn)定性稍差一些，推舉使用.5）方案五:中心采納AＰＮ專線，全部點都采納內(nèi)網(wǎng)固定IP此種方案客戶中心通過一條２ＭＡＰＮ專線接入移動公司GPＲS網(wǎng)絡，雙方互聯(lián)路由器之間采納私有固定ＩP地址進行廣域連接，在ＧGSＮ與移動公司互聯(lián)路由器之間采納GRE隧道.為客戶安排專用的APN,一般用戶不得申請該AＰN。用于ＧＰRＳ專網(wǎng)的SIM卡僅開通該專用APN,限制使用其他APN。得到AＰN后，給全部監(jiān)控點及中心安排移動內(nèi)部固定IP。移動終端和服務器平臺之間采納端到端加密,避開信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采納防火墻進行隔離，并在防火墻上進行ＩＰ地址和端口過濾。對與照明監(jiān)控系統(tǒng)而言，由于系統(tǒng)組成的監(jiān)控點較多,實時性要求較高,因此建議采納第五種通信組網(wǎng)方式.為此照明監(jiān)控中心的服務器將需要專線方式接入移動公司的ＧPRＳ網(wǎng)絡，全部的監(jiān)控終端都采納特定IＰ地址，以保證監(jiān)控信息的牢靠、平安、準時的傳輸.8系統(tǒng)掌握中心（調(diào)度端)設計8.1通信端系統(tǒng)框圖（見下頁）照明監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度端采納前、后臺機連網(wǎng)工作方式，選用帶看門狗的適合連續(xù)工作的工業(yè)掌握計算機.一般情況下，前臺機作為監(jiān)控工作站擔當遙測、監(jiān)控、調(diào)度等工作;后臺機平常自動備份前臺機的數(shù)據(jù),當前臺機消滅故障的情況下,可以隨時切換頂替前臺機工作；從而極大地提高了系統(tǒng)的牢靠性。同時，考慮到計算機網(wǎng)絡技術的進展，系統(tǒng)具有網(wǎng)絡接口,接入服務器、管理工作站等,系統(tǒng)就可以很便利地組建為路燈管理處局域網(wǎng)，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)照明監(jiān)控數(shù)據(jù)和圖像信息共享。系統(tǒng)外部的計算機均可通過撥號上網(wǎng),采納加密查詢的方式訪問相應的各類最新和歷史數(shù)據(jù).同時，系統(tǒng)也可以通過電話語音方式查詢當前的最新情況，或指定相應的電話號碼和告警方式實現(xiàn)電話語音告警.整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡化設計為今后的生產(chǎn)管理與辦公自動化的實施奠定了良好的基礎，同時保留了足夠的軟件與硬件擴展接口,以便現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)能隨著網(wǎng)絡技術的飛速進展,發(fā)揮越來越大的作用。9照明監(jiān)控終端9.1照明監(jiān)控終端的基本性能照明監(jiān)控終端（RTU）選用深圳宏電科技有限公司生產(chǎn)的STC—２０5型系列照明監(jiān)控終端.該終端選用工業(yè)級芯片，允許在－40℃～+80℃的環(huán)境溫度下的連續(xù)運行；采納多CPU與DSＰ協(xié)作工作方式,其中關鍵芯片采納國際最新表面貼裝芯片,通過數(shù)字信號處理(DSP）技術，實現(xiàn)溝通采樣方案，溝通電流、電壓采集精度優(yōu)于０．５％；設備設計、生產(chǎn)全過程進行ISO—9００1質(zhì)量掌握；印制板焊接采納波峰焊技術消除了人工焊接的漏焊和虛焊;每臺整機都進行100小時高溫上電老化排解了早期失效，有效地保證了設備的出所質(zhì)量,現(xiàn)場開箱率達到10０%，平均無故障時間達到１0萬小時。照明遠程智能監(jiān)控終端的采集和掌握的內(nèi)容包括:遙測：１路三相電壓、12路電流及有功功率和功率因數(shù)、２路直流（測光照等)遙控：6路繼電器輸出,觸點為溝通22０V１2A，一組常開和常閉觸點遙信:8路隔離開關量輸入通訊:２路隔離232或４８5接口，MＯDBＵS協(xié)議射燈等各種不同底燈型。具有遠程抄表接口。具有遠程自動調(diào)壓接口。具有單燈監(jiān)測接口。具有加裝防盜線模塊接口。9．２照明監(jiān)控終端主要功能９．2．1自動報警當采集到的溝通電流、電壓超過上下限時能自動報警。當白天亮燈或晚上熄燈時能自動報警.當供電停電時通過自備電源運行，同樣能自動報警。９.2.2獨立運行當發(fā)生中控室微機或通信線路發(fā)生故障時，終端會依據(jù)預先設定的程序定時自行開/關燈,以確保路燈照明線路的正常運行。9.2．3監(jiān)控終端斷電運行監(jiān)控通信終端內(nèi)可裝有不間斷電源,具有斷電運行功能，能在供電線路斷電時準時告警，使有關部門在第一時間獲知并搶修，同時具有防盜報警功能。不間斷電源能防止過分充／放電，保證長期使用.9.２.4抗干擾能力由于監(jiān)控終端一般均安裝在干擾較大的環(huán)境中,為了保證系統(tǒng)牢靠工作，終端的軟硬件設計中采納了下列多種抗干擾措施。對現(xiàn)場采集的模擬量和開關量信號在硬件上采納隔離和限幅等防強干擾措施。在軟件上采納數(shù)據(jù)濾波處理，保證了數(shù)據(jù)的精準性。對開關