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M2M无线路灯监控系统解决方案1建设照明监控系统的必要性随着城市建设的发展，城市照明建设越来越注重于城市的形象，道路照明和景观照明的要求和数量不断增加，今后城市照明管理部门除了管理城市道路照明外，还将参与城市景观灯的管理。因此各级政府和市民对城市的建设、道路照明和景观照明提出更高的要求。希望实现城市照明管理的现代，使城市管理水平达到国内领先水平。1.1现行的控制方法现在采用控制方法以分散时控方式为主，即在路灯配电箱中安装定时器，按预定的时间自行开/关灯；而有些景观灯开关通常是人工手动控制方法。1.2现行控制方法的缺陷现行的方法既不能及时调整开/关灯的时间，更无法及时反映照明设施的运行情况，并且故障率高、维修困难。随着城市的不断发展，控制范围越来越大，现行的控制方法无法及时反映照明设施的运行情况，使得维修工作十分被动。运行过程中的故障只有等待巡视人员到达现场才能发现，或者被动地等待市民的电话反映，因此难以做到及时维修。在遇到一些接待首长、迎接国宾、举办大型活动等特殊任务时，由于缺乏灵活的控制手段，必须临时派出大量的人员到现场手动操作照明开关箱或者临时通知各景观灯单位，因此在时间十分紧迫的情况下，无法满足领导和市民的要求。此外，由于缺乏灵活的控制手段，花费大量经费建设起来的各类景观灯，难以充分发挥应有的效能。2M2M无线照明监控系统的效益分析2.1社会效益分析随着社会文明的不断发展，路灯已不再局限于街道照明，而是发展为表现城市景观、体现城市形象的重要标志。因此，现代社会对路灯的管理和维护也提出了越来越高的要求，这些要求包括根据光照度变化及时开/关灯、随时调整景观灯的开/关灯时间并进行应急调度、及时发现故障并立即进行修复等。目前各城市管理部门所采用的控制方式已很难保证城市照明系统的正常开关灯和运行，特别是当照明控制箱或线路出现问题时，就有可能造成大面积灭灯，产生较坏的影响。同时由于缺少实时监测手段，无法实现故障的及时发现和维修。随着政府和市民对照明管理和维护要求越来越高，照明管理部门的管辖范围也越来越大，为了及时发现故障并立即进行修复，仍然采用检修车上街巡灯的方法越来越难以胜任。采用城市照明自动化监控系统以后，全市范围的全夜灯、半夜灯和景观灯的开/关均可实现自动控制。同时，由于照明自动化监控系统具有自动报警和巡测、选测功能，调度人员可以在故障发生后的数秒钟内及时了解故障的地点和状态，为及时进行修复提供了有力的保障。路灯维护及时，可以极大地减少对照明管理部门的投诉、减少道路交通事故的发生，有利于城市的治安，产生极大的社会效益，从而进一步提高城市的形象。2.2经济效益分析2.2.1节约路灯维护费用M2M路灯自动化监控系统将传统的“巡灯查找故障”改为“值班等待报警”，不仅减少了“巡灯”人员和车辆损耗，降低了维修成本；而且在检修车出所之前已经知道了故障的准确地点和基本状态，因而缩短了维修时间、提高了检修效率；由此将产生了极大的经济效益。2.2.2节约大量的电费支出M2M无线照明监控系统能提高开/关灯的可靠性和可检查性，避免白天亮灯情况的出现；同时，系统采用光控和时控相结合的控制方案，在预置的时间区段内根据光照度决定路灯的开或关，既能在阴雨天自动延长照明时间，又能在晴好天气自动缩短照明时间；这些措施既可满足市民对道路照明的需求，又避免了路灯的无谓开启，减少了开灯时间,从而节约了大量的电能。采用照明监控系统后，如果按每天运行十小时计算，每天大概可以减少路灯开灯时间25分钟左右，则可节约4.2％的电费支出。如果通过对照明线路的改进，增加路灯的半夜灯控制方案或景观灯在非节假日采用只开部分景观灯的控制方案，因此可节约大量的电费支出。2.2.3提高灯具寿命，降低运行成本以外由于减少了开灯时间，延长了灯具寿命，降低运行成本，进一步提高了经济效益。2.2.4实现自动计费功能，减少电费支出M2M无线照明监控系统具有远程自动抄表和计量电费功能，每天、每月、每年的照明用电能够及时的自动采集、计算、存储、打印，随时了解用电情况，实施有效管理，降低支出，提高经济效益。对景观灯还可采用双计费功能，实现政府开灯与各景观大楼业主自行开灯分别计费的方式，减少政府与大楼业主为电费的相互扯皮的现象，保证双方的利益。2.3实现照明系统的管理现代化M2M无线照明监控系统能将采集到的数据自动进行存储、统计，并能随时进行查询和打印，为管理现代化提供了基本条件。3系统设计依据本方案依据目前社会已有照明监控系统和结合当前哈尔滨信桥科技开发有限公司无线监控技术，并根据各城市照明管理部分对照明监控系统的技术需求编制而成。4设计原则4.1可靠性由于系统的服务对象是广大市民，稍有差错即会产生严重的社会后果；同时监控设备长期在野外运行，工作环境极为恶劣；因此必须充分考虑系统的可靠性，要求监控系统能够长期稳定地运行；同时要求监控系统在个别设备出现故障的情况下仍能稳定运行，不影响或者少影响照明系统的按时开启和关闭。4.2先进性和实用性设备须符合相关国内、国际标准，整个系统应是目前国内最先进的，并长期处于国内较为先进的水平。同时，应以实用为原则，不可脱离实用性而盲目追求先进性，从而造成华而不实、浪费资金，降低可靠性。4.3可维修性系统的设备模块化设计，并且各单元部件具有故障定位指示，便于设备维修。4.4可扩展性硬件采用模块化设计，软件采用组态化设计，使得系统扩展、升级均不必改变现有设备的状态。4.5通用性硬件设备具有通用性，通过不同的软件参数设置，可以实现不同的功能。4.6经济性尽可能采用成熟的先进技术，选择性价比高的方案和设备，既要考虑初期建设费用，也要降低今后的运行维修费用。5系统主要技术指标5.1系统容量：1个主站，1万个监控点。5.2可以实现群控和组控系统终端根据需要可以把全夜灯、半夜灯、各种景观灯分为不同功能组，实现群控和组控。5.3通信方式根据用户的具体情况、通信技术的发展，本方案建议采用GPRS通信方式。5.4工作环境温度照明监控端的工作环境温度范围满足－30℃～+65℃。主台为0℃～+40℃。5.5数据采集精度为了保证亮灯率的统计，交流电流、电压、有功功率、功率因数采集精度优于1.0%。6照明控制方案6.1分组控制系统可以根据不同类型的照明控制要求，把全市路灯和景观灯分成若干组，分别采用时控方案或时控和光控相结合的控制方案，自动遥控开/关全夜灯、半夜灯和景观灯；也可以手动对全夜灯、半夜灯和景观灯进行遥控开/关操作；在特殊情况下，可以实现白天亮灯。6.2时控和光控相结合的路灯控制方案目前,路灯控制方案主要有时控法和光控法两种。时控法的主要缺点是不考虑天气对光照度的影响，每天在固定的时间开/关灯；从而造成阴雨天光照度严重不足但没有开灯，或者晴朗天气虽然到了固定开灯时间但光照度仍然充足，白白浪费电力；关灯时间的固定不变，同样出现类似的不合理现象。此外，随着季节的变化，定时器需要人工频繁地调整。光控法的主要缺点是在光线不足的白天，或者夜晚有强光照射时都有可能发生误动作。为了克服两者的不足，本系统采用时控和光控相结合的路灯控制方案。该方案基于模糊控制理念，以当地365天日出日落的时间作为基本条件，设定一个有效的开/关灯时段，在此时段内根据光照度的具体情况自动执行相应的开/关灯命令；若该时段结束时光控仍未起作用，则在该时段结束时，监控终端自动按时控方式开/关灯。光控时段值和光照度值均可在线修改，软件界面如右图所示。此方案可根据当天的实际光照度及时地开/关灯，既可节省大量电力，又可产生较好的社会效益。在特殊情况下，系统也可以实现白天亮灯。6.3景观灯控制方案景观灯控制采用分组定时控制方案，即可以把不同地理位置和要求的景观灯分成若干组，对不同组采用不同的定时控制方案。采用先进的全组态设计，通过中央控制室微机的设置程序，可任意设置一年中的开/关灯时间以及每周固定的开/关灯时间。通过群控方式，可将景观灯进行分组，不同组采取不同的控制方案；也可通过选控方式，将相应的饰灯逐点控制，更增强了系统的灵活性。设置的软件界面如下。7照明监控通信系统7.1系统通信方案的选择正确选用系统通信方案，是M2M无线照明监控系统得以成功运行的必要前提，在照明监控系统中目前可采用的通信方案主要有无线专用网、移动通信网中的GSM短消息、USSD和GPRS通信方式。根据要求本系统通信方案选择无线移动的GPRS通信方式。通信系统的组成框图见下图。7.2系统GPRS通信方案特点GPRS(GeneralPacketRadioService)是通用分组无线业务的英文简称，是在现有GSM系统基础上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务,具有“永久在线”、“高速传输”等优点。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。相对于原有GSM拨号方式的电路交换数据传输方式,GPRS网络采用的分组交换技术，具有以下优点：(1)永久在线。即用户无需为每次数据的访问建立呼叫连接。(2)高速传输。数据传输速率理论上最高可以达到171.2kbps,目前传输速率可以一般达到40kbps。(3)流量计费。用户只需要为接收和发送的数据报支付费用，因此相对运行费用较低。(4)快捷登录。一般只须10秒即可登录互联网。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，其分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。监控中心的前后台监控微机接入Internet（可采用DDN专线、ADSL等多种方式），GPRS终端与监控中心建立连接，监控中心与GPRS终端通过GPRS网络，实时传递指令和数据。7.3系统组网方式a）公网接入方案服务器采用公网方式接入Internet，如ADSL拨号/电信专线宽带上网等，申请公网固定IP地址；可以实现中小容量的数据传输应用。公网接入方案b）专网接入方案服务器采用移动通信公司提供的DDN专线,申请配置固定IP地址，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当路灯信息采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求，可实现大容量数据采集应用。监控中心服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行认证，后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理，这样进一步增强了系统数据通信安全性能。专网接入方案c)ADC托管接入方式ADC托管接入方式是中国移动为中小企业客户按需提供基于移动终端的托管式的应用服务。是一种节省资金、维护简单、快速服务的一站式服务。简单的说，采用该方式接入，企业无需申请固定IP地址，也不用购买专用的服务器，只要企业有几台能够上网的电脑就可以实现无线监控的过程。能够如此简单的实现这些功能，是因为固定IP地址和专用服务器都由移动变“卖”为“租”的方式提供，接入企业通过网络访问ADC平台，获得从采集点通过无线终端传送到ADC平台上的数据，从而进行远程监控，这样企业省去了数据处理，传输，网络维护等工作，是一个极为可取的接入方式。ADC托管方式上面三种网络接入方式有着不同优点，用户可以根据自身的要求来选择。如果用户对安全性要求不高的可以采用普通的公网接入的方式，可以节省专线网络接入的费用，而对于安全性要求极高的企业可以采用专网接入方式。中国移动针对中小企业也提出了ADC接入的方式，可以为中小企业节省很大一部分费用，对于费用紧缺，而又需使用无线管理的企业，不失为一种好办法。在上面的三个网络接入方式中都提到了M2M终端管理平台，M2M终端管理平台是中国移动为用户提供的一项对无线终端管理的服务，在日常无线终端使用中，会出现一些问题，这些问题会使用户很头疼，对无线终端管理起来也比较费时费力，因此用户可以将这些管理工作交由移动M2M无线终端管理平台处理，它可以使得终端的安装、设置变得更加容易，并且可以通过远程来控制终端，进行远程管理，同时当终端出现问题时，会自动报警告知用户，使得用户管理M2M无线终端变得更加轻松方便。这种多种接入方式，