城市道路照明的网络化智能管理系统

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摘 要:根据城市道路照明的特点,提出了一种实用的网络化城市道路照明智能管理系统的设计方案,分析了的总体系统结构,阐述了智能管理的基本原理和具体实施要求。该系统提高了道路照明的自动化管理水平和运行效率。

关键词:道路照明; 智能管理; LED; GPRS

中图分类号:TP277 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)11-0195-02

Networked Intelligent Management System of Urban Road Lighting

FENG Yu-ru

(Zhejiang Information Engineering School, Huzhou 313000, China)

Abstract: A design scheme of practical networked intelligent management system of urban road lighting is introduced according to the characteristics of urban road lighting. The structure of this system is analysed, andthe basic principle and implementation demand of the intelligent management system are discussed in detail. The system can actually improve the automatic administrant level and efficient run for urban road lighting.

Keywords: road lighting; intelligent management; LED; GPRS

0 引 言

城市道路照明对交通安全、美化环境具有重要作用,是城市的重要基础设施,也是城市管理的重要内容。城市道路照明管理直接关系到能源消耗水平和环境保护,同时也体现了一个城市的文化品位和管理水平。LED路灯照明是建设资源节约型社会、进一步实现节能降耗的一个重要举措[1]。另一方面,为了提高道路照明的管理水平和运行效率,以更好地适应城市建设发展的需要和城市品位的提升。

针对道路照明技术现状,节能技术也在深入研究和应用[2-7],高效节能的LED绿色照明技术也渐为流行[8]。本系统主要采用高效节能的LED进行节能外,通过研发道路照明的集控智能管理系统,集计算机、通信、机电、自动控制等多种先进技术于一体,实现了城市(区域)公共照明的实时监控和管理,提高了运行效率。

1 系统总体设计

本系统主要建立基于GPRS的集控智能管理监控中心,实现对一个城市或区域的LED照明灯或景观灯等公共照明的遥控、遥测、遥信等功能。

整个系统主要由两部分构成,即监控中心(主站)、终端(路灯控制节点)组成,两者之间通过GSM/GPRS及Internet网络进行双向通讯,如图1所示。

图1中集控管理监控中心由集控智能管理系统软件、计算机、服务器、UPS、大屏幕投影显示设备、打印机、专用通讯终端等组成。 终端由LED、智能控制板、状态检测监控板、GPRS通讯模块等组成。

图1 系统整体结构图

LED道路照明终端与集控智能管理中心的基于GPRS的双向稳定无线通讯。数据链路的检测与激活应保证常规检测数据与实时控制数据可靠的传输,同时应兼顾数据传输效率与稳定性的要求。另外,数据传输应合理控制通讯流量,有效节约运行成本。

另一方面,LED照明的集控智能管理实现遥控、遥测、遥信等功能。系统涉及了网络接入技术、远程访问技术、数据安全与加密技术、基于专家知识的故障分析与诊断技术等。同时系统具有良好的人机交互来保证系统的安全稳定运行,实现遥控、遥测、遥信等功能,提高管理水平和运行效率、降低维护成本。

2 道路照明的智能化管理

2.1 监控管理系统

城市道路照明的无线监控管理近些年也渐渐走向应用,方便了城市区域照明的管理[9-10]。本系统的监控中心的网络服务器以独立的、固定的公网IP地址的方式接入Internet。监控中心的软件采用功能强大的Visual C++,VC编译器中集成了能够实现通信协议TCP/IP的编程接口WinSock,并对WinSock进行了封装,本系统利用其专用的TCP/IP编程接口WinSock,来进行数据的传输。

该系统主要实现对公共照明节点的遥控、遥测和遥信功能。遥控实现主站计算机对照明灯的群控、部分群控、单点控制、任务定制功能(领导车队)、预约执行时间(例如特定时间节假日的开关等)、远程访问控制、GPRS授时等;遥测实现自动巡测或随机检测各个终端亮灯率、电压、电流等。遥测的实时数据可作为调整各个监控点状态的原始依据;遥信实现对各个终端的工作状态、故障和报警等信息的获取,保证系统有效正常地运行。

管理监控系统除了具有良好图形化人机界面、系统安全性控制、终端分组控制、集控点控、自动巡测终端、数据存储与备份、数据采集与处理、报警级别控制与报警处理、报表打印等功能外,还具有以下一些主要特点:

(1) 可设立分控中心,对远程设备进行分级监控;

(2) 使用手机等设备实现移动管理,实时接收报修信息、查询检修结果等;

(3) 远程控制、实时数据查询、报警值设置等工作可由Web远程访问方式实现,使公共照明系统的维护、管理更加灵活有效;

(4) 系统提供通用的数据接口,可以轻松实现系统功能扩展。可与MIS/OA、GIS系统相连,实现信息共享;

(5) 具有远程维护、自诊断、自启动功能。

同时该系统充分考虑数据传输效率及稳定性、安全保障措施等。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环,网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。

2.2 GPRS网络接入技术

GPRS无线数据传输系统为行业用户提供永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络,可以提供点对点、设备间、设备与中心节点之间的通信方式。GPRS网络在GSM的基础上,由终端MS(Mobile Station)、基站系统BSS(Base Station System)、服务GPRS节点SGSN(Serving GPRS Support Node)、网关GPRS节点GGSN(Gateway GPRS Support Node)四个主要部分组成。GPRS模块将单片机采集的数据通过基站系统传给节点SGSN,SGSN与GGSN协作完成数据在GPRS网络上的传输。对于Internet来说,GGSN相当于一个路由器。GGSN接收监测终端的数据及路由并传送到Internet,或者将数据通过选择GPRS网内的传输通道,传给相应的服务支持节点(SGSN),再由SGSN将数据通过基站系统传给监控终端,从而完成终端与中心的通信。

根据网络通信OSI的七层标准,针对智能终端无线通信的实际情况,其网络分层结构简化为图3所示。AT命令是物理层协议,是通过智能控制终端与GPRS的连接构成物理层通道。数据链路层协议采用PPP协议,GPRS网络的GGSN与GPRS模块通信时遵循PPP协议。使用PPP登录之后,就可以通过GGSN接上Internet。网络层协议采用IP协议,IP协议是GPRS骨干网协议,用于用户数据和控制信令的路由协议。网关支持节点GGSN可以IP协议接入Internet。传输层是应用层和IP层的接口,面向连接的传输协议是TCP,是专门设计用于在不可靠的因特网上提供可靠的、端对端的通信协议。无连接方式的传输协议是用户数据报协议(UDP),它向应用程序提供了一种发送封装的原始IP数据报的方法,并且发送时无需建立连接。多点分散、数据量小、实时性要求高以及终端数量多的应用考虑UDP的协议,重要的警报信息可以考虑TCP协议。使用AT+MIPOPEN命令,可以进行Socket初始化,实现与监控中心的连接,并可以选择使用何种传输层协议进行数据的传输。

图2 网络分层简化模型

2.3 基于语义网络的故障智能诊断

对于照明终端上传至监控中心的状态数据和故障信息,设计一个基于语义网络的故障自诊断智能专家系统。故障自诊断中的语义网络是采用网络的形式来表示不同类型和级别故障的一种知识表示方法。通过对故障概念的有效分类可以有利于语义网络的组织和理解。语义联系采用以故障个体为中心组织知识的泛化联系方法,它允许低层故障类型继承高层类型的属性,便以区别不同类型与级别的故障。

系统采用故障分级分类的自诊断控制技术,方便照明终端故障的定位与定类,以便及时进行修复。

2.4 数据流量的自适应控制

为了优化网络有效带宽和最大传输单元的最优关系,采用GPRS模块定时报告、心跳方案和SMS相结合方式实现链路检测与激活,保证提供可靠数据传输的同时合理地控制双方通讯流量,有效地降低运行成本。

对于稳定运行的数据,只要在允许范围内,可以不作通信上传处理。根据应用情况,设计科学的“数据流量控制器”,根据用户需要和数据传输量自动设置“数据流量控制器”的死区值和越死区时限来控制数据流量,并确定越上限及下限值。“数据流量控制器”死区值和越死区时限随时从主站下传给终端。

3 结 语

道路照明自动化管理系统将传统的人工“巡灯”制度改为“值班”制度,可以方便地为整个城市的路灯照明管理提供一个有效的技术平台。城市道路照明自动化控制和智能化管理是城市现代化的标志之一,道路照明自动化管理也必将成为一个城市的形象窗口。自动化管理系统也是一个城市对公共照明的管理与维护水平的体现,管理效率与经济效益也非常显著。该系统的推广将有助于城市道路照明管理体制按照“投资多元化、运营市场化、服务社会化、发展产业化”的方向,实施“建、管、养”分离,事企分开,形成有效的市场竞争机制。

参考文献

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