基于单灯控制的LED路灯智能控制系统研究

基于单灯控制的LED路灯智能控制系统研究

陶昇

镇江市路灯管理处

内容提要：LED作为新一代路灯光源，正逐步取代白炽灯、汞灯和高压钠灯等传统光源。其良好的可控性为实现单灯控制提供了便利，和物联网完美融合，实现了路灯系统控制方式向智能化的转变。本文简要阐述了路灯智能控制系统的建设目的、设计原则、系统架构、应用软件等方面的功能原理。

关键词：LED路灯 智能控制 单灯控制

一、系统建设实现目标

随着国家“碳中和、碳达峰”战略的不断推进，城市道路照明朝着绿色、低碳和环保的方向发展，除了采用效率高、能耗低的新材料外，需要进一步提高系统的运行效率。伴随现代科技的发展，涌现了物联网、传感器、自组网、云计算等一系列高新技术，为实现路灯系统智能控制提供了多种模式。目前采用是基于单灯控制的智能控制方式。为了实现系统运行高效且节能环保的目标，系统应满足以下几项基本功能：

①按实按需调控：通过高精度传感器和大数据、云计算，根据道路实际状况，比如人流和车流情况，光照度、天气和路段特点等，科学灵活调整路灯亮度和运行时间，在保证交通安全和市民出行方便的同时尽量降低能耗。

②故障快速响应：单灯控制系统对故障的响应可以精确到每盏灯、每个组件，结合地理信息系统，能够快速准确定位故障点，使应急维修人员能够快速发现并排除故障，恢复亮灯。

③科学长效管理：建立一套科学的长效管理机制，使路灯设施管理高效且规范。通过地理信息和精细监测，对路灯设施的位置分布和工作状态很清楚，制定科学的维修计划，合理规划巡修线路和工作时序。建立设施健康状况台账，对设施寿命、质量准确监控，使维修备品、备件采购及时有效，资金投入和资源配置更加合理。

二、系统设计遵循原则

路灯智能控制系统以单灯控制为基础，通过物联网、传感器、云计算、互联网等先进技术的有机融合，将所有的路灯设备节点连接起来，实现远程、集中和智能控制。

①路灯照明的公共服务属性

维持路灯照明的功能水平，保障市民夜间活动安全，增强市民夜间活动的意愿。通过对市民经活动区域特点的研究，结合城市不同区域（居住、服务业、工商业等）的功能需要，为各不同区域的活动提供区别化夜间照明服务。通过单灯控制，根据现场环境、交通状况及人流和车流的实时量等因素分时段合理选择最佳照明输出功率，在满足道路照明功能目标前提下，尽量较少电能消耗，实现真正的按需照明。

②数据智能分析和处理

系统通过单灯控制器实时控制并采集运行数据。系统运行产生大量数据，必须根据应用的特点，对基础数据的优先级进行划分，有区别的实现数据展现及重要信息的优先获得，且定义准确的智能分析策略，保证数据及时有效的处理。

③系统设计与技术选择相适应

要实现真正的按需照明，必须紧密结合地理信息系统，根据每盏灯所处位置信息，结合时间和外部因素，综合分析现场照明需要的指标数值，实现有效控制，并对各项数据严密监测，随变化及时调整。

作为系统信息传输的基础，单一数据通信方式已无法满足复杂的现场照明环境，系统必须支持并兼容多种通信技术，并能满足免布线、自识别、自组网、自修复等多项要求。

系统的硬件设备长期曝露在室外，其环境适应性尤为重要，必须满足复杂多变的外部环境和严苛的天气条件，包括高低温适应性、防水防尘等级、抗雷击、防浪涌等，要做到严格设计和选型，遴选出最合适的硬件和设备。

对于软件系统，应在满足应用的前提下，力争做到简单易用，充分考虑全周期参与人员的技术水平，使操作管理人员快速上手，在较短的时间内熟练掌握，能够有效的开展工作，充分发挥系统的价值。

三、构建目标系统

基于单灯控制的LED 路灯智能控制系统是以物联网技术为核心的现代数字和网络技术在智慧城市建设上的具体运用。他将所有的路灯设施作为系统节点接入网络，对每一盏路灯做到远程控制、位置定位和实时状态监测，实现了对路灯设施的全方位管理。

目标系统构成包括物理设备逻辑层和通信层。其中，设备层由单灯控制器、现场智能基站和远程控制中心组成，通信层由现场通信层和远程通信层组成。

①单灯控制器

智能单灯控制器负责实施开关灯、调节光照度等各项任务，实时监测灯具运行时各项指标，将监测数据上传，通过和现场智能基站进行数据交换，接受各项指令，对灯具运行全面管理。

②现场智能基站

现场智能基站一般安装在线路上各个控制箱内，将接受的远程控制中心的数据和指令转发给单灯控制器，实现对灯具的控制和管理，同时接受单灯控制器反馈的各项数据，并传给远程控制中心。同时负责照明配电柜或控制箱内的路灯线路的数据采集、控制和管理，实现安全防护，与智能单灯控制器通过现场短距通信层进行数据交换，与远程控制中心通过远程通信层进行数据交换。

③远程控制中心

主要由PC机、数据服务器、大屏显示设备、通讯和故障报警设备等硬件组成，通过专门开发的应用软件，对计算机集成、监控、通信、地理信息系统等软硬件技术的有效融合，实现对现场基站、单灯控制器及整个系统的统一管理。

④现场通信层

现场基站与单灯控制器进行信息和数据交换的通道，通信方式采用电力载波或微功率无线通信。

⑤远程通信层

远程控制中心与现场基站进行信息和数据交换的通道，由公用和专用无线数据传输信道组成。

四、配套应用软件的主要功能

①多用户登录

系统登录时，用户根据自身的权限执行相应的操作和查看相关数据，大致分为管理员、操作员、维修员、参看者四级权限。

②单灯控制和监测

用户可对任意一盏灯进行开关灯、亮灯调节、运行参数查看等操作；系统将操作指令执行后的各项数据同步刷新并及时反馈到客户端，使用户及时掌握路灯运行状态。

监测的单灯运行参数包括：电压、电流、功率和电量等，可实时监测并采集，也可设定时间定时采集，将各项数据反馈给系统，通过对数据的汇总、分析和整理，全面掌握灯具的状况，包括正常工作的状态，存在故障的表现，预期寿命等。为今后路灯的维护和管理提供有效的数据支撑。

③结合现实场景

根据道路等级和实际交通状况设定有区别的照明管理模式（包括开关灯时间，光照度等），其中，对一些重要和特殊的位置（例如弯道、路口等）采用特殊的管理模式。不同的现实场景实施不同的管理模式，将灯具切换到不同的亮度组合，实现真正的按需照明。

④故障报警

系统实时监测灯具运行状态，出现故障即时报警。故障类型主要有灯具损坏不亮，控制箱和电缆故障引起的大面积熄灯和白天误亮灯，通信系统故障等。另外，系统对故障总量超出限额（根据规定的亮灯率估算），光源电器使用寿命到期，维修任务单处理时限逾期等能够作出预警。

⑤形成规范的维修流程

系统在接收到相应故障信息后，依据设定的表式生成维修任务单，立即发给维修班组，及时跟踪维修进度，将最终结果反馈给系统，生成相应报表，根据不同阶段的报表得到故障率和及时修复率等一系列数据，作为今后考核和不断改进工作的参考。

⑥全面的报表生成

为满足全方位管理的需要，系统生成多种分析报表，涵盖路灯管理工作的方方面面，包括：故障及维修分析报表、节能效益评估分析报表、资产状态评估报表等,以及反映亮灯率、设施完好率、及时修复率和节能率等各种指标的统计报表,这些指标是内部自查和上级考核的重要方面。

结论

通过手持设备，比如手机上的ＡＰＰ完成灯具安装准备、亮灯调试、故障检测，维修指令等工作，使维护管理人员可以快速便捷的处置现场状况，极大提高了工作效率。

[参考文献]

1．贺一鸣、王崇贵、刘进宇，智能路灯控制系统设计与应用研究[J]

2．李健、蒋全胜、任灵芝，智能路灯控制系统设计[J]

3．闫超、倪建成，基于GPRS的智能路灯Web监控系统的设计与实现[J]

4．胡开明、李跃忠、卢伟华，智能路灯节能控制器的设计与实现[J]