智慧城市道路照明系统关键技术研究与应用--中国期刊网

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智慧城市道路照明系统关键技术研究与应用

发表时间：2020/9/25 来源：《基层建设》2020年第17期作者：陈怀中

[导读] 摘要：随着经济和各行各业的快速发展，为了满足智慧城市道路照明系统中技术需要，本文主要从城市照明系统发展现状进行论述。

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        摘要：随着经济和各行各业的快速发展，为了满足智慧城市道路照明系统中技术需要，本文主要从城市照明系统发展现状进行论述。基于对智慧灯具LED、PLC通信的高速物联网、云技术的智慧照明控制系统等关键技术进行阐述，通过多种关键技术的研究，建立高速的通信网络与可靠云计算、云技术、传感器技术与智能控制相结合的应用，使城市道路照明变得更加智慧。
        关键词：智慧路灯；智慧城市；应用
        引言
        随着我国经济的转轨和社会转型的不断深化以及物联网应用技术的不断发展，智慧城市更需要一套整合安防系统、社会治安视频系统、智能交通等系统，架构云计算平台，实现数据整合、集成应用的新型智慧型公共区域应急管理体系。路灯遍布城市每个角落，具有分布广、布点均匀、接电方便等优势，是智慧城市系统的最好载体。
        1目前主要存在的问题
        1.1高光效LED智慧灯具
        灯具光效低，无色温调节技术，灯具不具备集成智慧照明需要的传感器数据采集功能。
        1.2高速物联网通信技术
        现有智慧照明通信常见低速PLC、ZIGBEE、485等通信介质，普遍存在不稳定、施工复杂的技术难点，难以满足灯具控制，数据高速传输的需要。
        1.3海量异构物联网终端接入瓶颈
        城市室外照明需求规模的不断增大，采集数据种类不断增多，而市场上现有系统以至于对智慧灯具的应用始终停留在简单控制、网络接入等初级阶段。
        1.4城市环境参数检测技术
        基于室外使用环境需要采用专业传感器，而市场上常见的均为商业用途传感器，无法满足传感器长寿命，高可靠，低功耗，易与灯具集成等技术要求。
        2关键技术研究与应用
        2.1路灯智能调光与控制系统设计
        道路照明灯具采用LED路灯，各道路路灯功率、杆高及间距等根据《城市道路照明设计标准》CJJ45-2015进行设置。路灯灯具安装有单灯控制器，对路灯单灯进行开关控制、亮度调节及信息采集。路灯照明专用箱式变电站设置集中控制器，单灯控制器与路灯集中控制器通过电力载波通信传输的方式，通过供电电缆传输数据。集中控制器通过自身配备的2G/3G/4G无线通信设备与管控中心软件连接，实现照明智能化远程管控。集中控制器通过传感器实时采集照明设备的电压、电流、电量等数据，监测交流接触器、断路器、熔断器等保护器件的运行状态，并将监测数据上传至管控软件分析、处理和显示。管控中心根据城市景观照明路灯的照明需要，为其量身制定开关灯时间预案，通过制定合理的亮灯时间，有效杜绝照明早开晚关事情的发生，免去繁琐人工调校工作，通过管控系统精确控制获得最佳节电效率。路灯智能调光系统具有遥控、时控（经纬度控制）及手动控制三种控制方式。
        2.2高光效智慧灯具
        低光损、变色温配光技术：配光是照明技术中的关键技术，减小配光中的光能损失，提高配光均匀性是配光中需要解决的重要技术，采用介质填充技术，减少光学反射面，调高系统的投光率。

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不同材料的耐候性、与透镜材料的符合性将是项目中的研究重点；高效散热技术研究：根据散热的传导、对流、辐射三种途径进行研究，在LED散热设计中，重点提高热传导、对流散热效果；可组态单灯控制器：通过研究控制器的可组态、高可靠功能，EMC指标符合国标3级水平；可接入的数据信号种类大于15中，编制可接入信号规范、采用自适应组态技术，控制器自动扫描连接的传感器种类及数量，自动传输到云控制平台。基于PLC的高速物联网关键技术研究：电力线是非常复杂的通讯信道，它是一个时变系统，而且对通信信号有很强的衰减性。针对电力线通信的复杂性，通过采用物联网高速应用进行专用PLC芯片设计应用。基于智慧照明PLC通信协议研究：针对电力线载波通信的困难，特别是中国电力线的特殊情况，研究各种最先进的技术及方法，把它们进行有机的组合，并加以优化提炼，将研究一套应用于智慧照明PLC的通信协议。智慧照明多协议集中控制器关键技术研究：基于多协议开发集成将PLC、Wi-Fi、无线Zigbee、无线433MHz、以太网、4G/2G、RS485/Modbus/DMX等总线数据传输完美无缝的衔接在一起，为智慧照明应用提供网络接入通道，构建一个无处不在的网络平台。
        2.3 5G基站集成设计
        5G基站融合灯杆布置位置根据通讯运营商的点位布置要求进行设置，路灯线路同沟设置通讯套管及5G基站电源线路套管，基站灯杆顶部设置5G天线安装位置，每杆路灯设置工作井方便日后5G基站安装施工。为满足基站用电需求，在路灯专变预留5G通讯用电负荷，运营商可根据用电等级自行增加备用电源。
        2.4安防监控集成设计
        安防监控设置主要为满足公安天网系统使用要求，布置位置根据公安部门提供的点位布置要求进行设置，路灯线路同沟设置5根φ32mm PE管作为天网系统通讯套管及电源线路套管，智慧灯杆中部距地6m处设置横杆安装监控摄像头，灯杆上距地2.5m处安装天网监控箱，每杆路灯设置工作井方便日后安防监控系统安装施工。为满足基站用电需求，在路灯桩边预留安防监控系统用电负荷，管理部门可根据用电等级自行增加备用电源。
        2.5建立完善的数据库
        依托现有的城市照明设施管理系统，完善数据收集与整理，统一规范格式，定期更新数据，实现路灯设施数据库的有效建设。对市区的灯杆、灯具、专用变压器、控制柜、光控、时控、电缆、电缆走向、控制回路、检查井等路灯基础设施及相关信息进行全面细致的采集和数据整理，形成准确完整、方便实用的城市照明设施数据库。融合单灯控制系统与城市照明设施数据库，形成城市照明管理的信息载体和数据基础，构建城市照明设施数据管理体系和服务体系，为智慧照明的构筑打下坚实的基础。
        2.6智慧照明多功能化
        除了照明功能，还应容纳无线接入、环境监测、数据搜集、商业广告、交通指示、节日庆祝等其他诸多功能，能够附加更多的商业模式，让单一的照明发展成为信息网络运营平台。因此可以创新智慧照明建设模式，引入PPP（公私合作模式）及EMC（合同能源管理）等资本运营方式，打破行政垄断式管理，引入金融监控手段，实现政府与企业高度融合，造福城市发展。
        3关于智慧路灯建设的思考和建议
        ①智慧路灯建设不能“好高骛远”。目前，智慧路灯已实现十多项智慧功能，功能取舍应与实际需求相适应，不应追求大而全，功能融合越多，技术越复杂，不但前期投资大，而且后期使用过程中故障率及维护成本都很高。②智慧灯杆的建设应充分考虑后期使用过程中各主管部门责任的划分，维护便利性及减少维护费用。通过充分沟通，注重细节设计，尽量采用标准产品，降低维护难度和费用。
        结语
        随着我国“传感中国”战略的实施，物联网的建设成为我国今后信息化建设的重心，道路智慧照明系统通过多种关键技术的研究建立高速的通信网络与可靠云计算、传感网技术的使智慧路灯/城市变得更加聪明，使用这个网络来连接路灯和物联网传感器来创建可靠及可持续的智慧路灯/城市网络，以便把路灯转变为一个动态、资源高效的平台。
        参考文献：
        [1]谢文超.新型城镇路灯照明系统节能研究[M].天津：天津大学出版社，2015.
        [2]朱宝华.基于物联网技术的智能路灯控制系统设计[J].无线互联科技，2017（8）：48-49.