一、前言

　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各地城市建設(shè)特別是基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也得到了快速發(fā)展，各地也越來越重視城市形象的建設(shè)，城市道路、景觀照明系統(tǒng)建設(shè)成為展示城市形象的重要組成部分，因此勢必對市政道路照明和景觀照明提出了更高的要求，也代表著一個城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展及現(xiàn)代化水平。

　　傳統(tǒng)的照明控制方式通常是針對一條道路、一個片區(qū)等一個小范圍內(nèi)的路燈進(jìn)行單獨、分散控制，通過在路燈配電箱中安裝定時自動控制設(shè)備，在每天設(shè)定的固定時間來控制路燈的開關(guān)，甚至有些路燈更需要人工進(jìn)行手動開關(guān)控制。而對于路燈的開關(guān)狀態(tài)、故障狀態(tài)等的監(jiān)測，只能通過人工檢查的方式完成。這種控制方法，無法根據(jù)實際需要及時調(diào)整路燈的開關(guān)策略，比如不同季節(jié)開關(guān)燈的時間不同，各種重大節(jié)日、重大活動中需要臨時調(diào)整開關(guān)燈時間等，而且如果需要調(diào)整需要耗費大量的人力去手工完成，費時費力，而且容易出錯，對于路燈的運(yùn)行狀態(tài)也無法及時監(jiān)測，出現(xiàn)故障不能及時發(fā)現(xiàn)，維護(hù)成本極高。

　　隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，特別是GPRS無線通信技術(shù)的成熟，利用GPRS實現(xiàn)無線遠(yuǎn)程控制已應(yīng)用與各種行業(yè)的各種應(yīng)用領(lǐng)域，如冷鏈物流中冷藏車、冷藏箱的溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控、各種環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測如PM2.5、風(fēng)速、水質(zhì)、水流等，也為市政照明、高速路燈系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制提供的極為方便的手段。

　　本文以廣東某市政路燈的遠(yuǎn)程控制方案為例，介紹GPRS路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控方案的實現(xiàn)。

　　二、系統(tǒng)方案

　　1、基本應(yīng)用場景

　　該方案主要針對現(xiàn)有的城市市政路燈控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，利用GPRS無線通信技術(shù)實現(xiàn)市政路燈系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。

　　由于城市已經(jīng)有了大量的市政路燈建設(shè)，對于這些已有的路燈系統(tǒng)，如果通過完全重建的方式來實現(xiàn)遠(yuǎn)程路燈的控制方案顯然不可行，而且會造成極大的社會浪費。通過對現(xiàn)有系統(tǒng)的改造升級，并以較小的改造成本來實現(xiàn)路燈遠(yuǎn)程控制，才能取得較好的社會效益。本文的方案，就是針對現(xiàn)有市政路燈系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，在各路燈控制點的控制電箱中集成一個GPRS無線數(shù)據(jù)通信模塊，并對電箱設(shè)備升級，用較小的成本實現(xiàn)整個市政路燈的遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)很好的社會效益。

　　2、系統(tǒng)組成

　　該系統(tǒng)主要包括如下幾個組成部分：

　　(1)監(jiān)控中心服務(wù)器(MCS)

　　該監(jiān)控中心服務(wù)器是運(yùn)行在路燈監(jiān)控中心硬件服務(wù)器上的一套服務(wù)器軟件，該軟件需要7×24小時連續(xù)不間斷穩(wěn)定運(yùn)行，提供監(jiān)控所有路燈控制設(shè)備(配電箱)的功能，實時接收配電箱上報的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，及時下發(fā)手動控制或自動控制路燈的開發(fā)指令及其它系統(tǒng)維護(hù)指令，為維護(hù)客戶端軟件提供管理維護(hù)的接口功能。

　　該監(jiān)控中心服務(wù)器軟件同時為客戶定制與客戶現(xiàn)有信息管理系統(tǒng)的對接功能，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)及時上報到客戶現(xiàn)有的信息管理系統(tǒng)，與客戶現(xiàn)有的信息管理系統(tǒng)無縫對接，充分利用客戶現(xiàn)有資源。

　　(2)遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)終端(RMMC)

　　該遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)終端是一套提供給運(yùn)營管理人員進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)、管理用的軟件，為用戶提供路燈配電箱設(shè)備管理、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等功能，管理維護(hù)人員可在任何可接入internet網(wǎng)絡(luò)的地方對路燈系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

　　(3)路燈控制器配電箱

　　該控制器是路燈控制系統(tǒng)配電箱的部分功能，用于具體控制一個或多個回路的路燈系統(tǒng)，每個配電箱可以最多控制32個回路的路燈系統(tǒng)。根據(jù)配電箱的現(xiàn)有功能，需要對該配電箱進(jìn)行軟件升級或部分改造，以能夠完成線路控制、狀態(tài)上報燈功能。

　　(4)RDT-G500嵌入式GPRS DTU模塊(或RDT-G510、511GPRS DTU終端)

　　該模塊通過GPRS網(wǎng)絡(luò)提供無線網(wǎng)絡(luò)通信功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時、遠(yuǎn)程的上傳到監(jiān)控中心服務(wù)器，并提供網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測和自動重連功能，保證數(shù)據(jù)上傳的及時性和準(zhǔn)確性。將該數(shù)據(jù)通信模塊與配電箱集成到一起，并與配電箱的電路控制模塊協(xié)同工作，共同完成路燈的控制。

　　系統(tǒng)基本組成結(jié)構(gòu)圖如下：

　　路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成圖

　　3、系統(tǒng)工作流程

　　將GPRS無線傳輸模塊(DTU)集成到路燈控制器配電箱中，并通過UART(TTL、RS-232、RSA85)接口進(jìn)行通信，通過GPRS DTU模塊，監(jiān)控中心可以給路燈控制器配電箱發(fā)送控制指令，路燈控制器配電箱也可以將當(dāng)前線路狀態(tài)、控制指令運(yùn)行結(jié)果發(fā)送到監(jiān)控制中心。

　　配電箱內(nèi)的GPRS模塊保持與監(jiān)控中心服務(wù)器的通信連接，及時傳送配電箱電路控制模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)，同時監(jiān)測與監(jiān)控中心服務(wù)器的通信連接，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信異常則定期(可設(shè)定)發(fā)起重連請求直到連接成功。

　　監(jiān)控中心服務(wù)器提供7×24小時不間斷穩(wěn)定運(yùn)行，及時接受、處理來自配電箱的狀態(tài)數(shù)據(jù)等并保存到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可至少保存最近6個月的歷史數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)的信息化管理，事故的回溯查詢。

　　4、維護(hù)管理

　　系統(tǒng)提供了維護(hù)管理客戶端軟件，為管理維護(hù)人員提供有效的配電箱設(shè)備管理及監(jiān)控維護(hù)手段。該軟件采用C/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過TCP/IP協(xié)議與監(jiān)控中心服務(wù)器進(jìn)行通信，保證維護(hù)操作的實時性。管理維護(hù)客戶端軟件必須通過監(jiān)控中心服務(wù)器才能進(jìn)行系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫操作、設(shè)備實時狀態(tài)的查詢等，這樣可將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與外界隔離，增強(qiáng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。

　　該軟件對管理人員帳號施行分級權(quán)限管理，不同權(quán)限人員只有對應(yīng)配電箱設(shè)備的管理維護(hù)權(quán)限，無法查看到其它用戶的配電箱設(shè)備。上級帳號可分配下級帳號。同時，對帳號的登錄密碼實施加密策略，保證系統(tǒng)帳號的安全性。

　　該軟件為管理人員提供了配電箱設(shè)備信息添加注冊、修改，路燈自動開關(guān)控制場景設(shè)置，設(shè)備位置查詢，狀態(tài)監(jiān)控等功能。

　　維護(hù)功能示意圖

　　三、系統(tǒng)功能

　　1、 監(jiān)控中心服務(wù)器軟件

　　主要功能包括：

　　(1)服務(wù)監(jiān)聽

　　監(jiān)控中心服務(wù)器軟件啟動運(yùn)行后，在指定(可設(shè)定)的服務(wù)器端口啟動監(jiān)聽服務(wù)，接收包括配電箱、維護(hù)客戶端等的外部連接請求，并對連接請求的合法性進(jìn)行檢查，通信數(shù)據(jù)采用私有協(xié)議，對無效、不合法的數(shù)據(jù)立即丟棄，避免被無效連接攻擊。同時會驗證連接配電箱、維護(hù)客戶端的身份合法性，如不合法的連接請求同樣不予處理。

　　經(jīng)過合法驗證的路燈控制器配電箱、維護(hù)客戶端，可正常通過服務(wù)監(jiān)聽端口，向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　(2)路燈自動開關(guān)策略實施

　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的路燈自動開關(guān)策略，監(jiān)控中心服務(wù)器自動將相應(yīng)的控制指令發(fā)送到路燈控制器配電箱，控制路燈線路的自動定時開關(guān)(遙控：遠(yuǎn)程控制路燈、景觀燈的開關(guān);遙調(diào)：遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)每盞燈的亮度)。

　　(3)數(shù)據(jù)采集

　　監(jiān)控中心服務(wù)器軟件實時接收路燈控制器配電箱采集數(shù)據(jù)(遙測：遠(yuǎn)程測量路燈配電柜的實際運(yùn)行狀態(tài)，具有三相主回路電壓電流測量功能以及六條支路的電流檢測;遙信：遠(yuǎn)程監(jiān)測終端狀態(tài)信息、電壓電流過高報警信息、接觸器故障信息等;遙視：遠(yuǎn)程現(xiàn)場視頻或者照片)。

　　(4)數(shù)據(jù)保存

　　收到上報數(shù)據(jù)實時保存到數(shù)據(jù)庫中，以備查詢。

　　(5)維護(hù)命令處理

　　維護(hù)客戶端需要連接到監(jiān)控中心服務(wù)器，才能對系統(tǒng)進(jìn)行管理、維護(hù)。監(jiān)控中心服務(wù)器負(fù)責(zé)為維護(hù)客戶端提供帳號登錄、設(shè)備管理、路燈自動開關(guān)策略設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢等維護(hù)接口。

　　(2) 通信接口

　　監(jiān)控中心服務(wù)器提供與第三方信息系統(tǒng)的軟件接口功能，將采集數(shù)據(jù)上報給客戶已有的信息系統(tǒng)中。

　　2、維護(hù)客戶端軟件

　　主要功能包括：

　　(1)用戶登錄

　　為管理員提供帳號登錄功能，維護(hù)管理員必須有合法的用戶名和密碼才能正常登錄并使用維護(hù)客戶端。系統(tǒng)登錄界面如圖：

　　(2)監(jiān)控中心服務(wù)器參數(shù)設(shè)置

　　可以設(shè)置客戶端軟件需要連接的監(jiān)控中心服務(wù)器的IP地址及服務(wù)端口號，支持通過域名訪問監(jiān)控中心服務(wù)器。服務(wù)器參數(shù)設(shè)置界面如圖：

　　(3)帳號管理

　　系統(tǒng)帳號分三級權(quán)限，系統(tǒng)管理員、一級用戶、二級用戶，權(quán)限從高到低。權(quán)限級別的用戶可分配權(quán)限低的帳號。用戶分級管理，便于客戶對下屬單位的設(shè)備進(jìn)行進(jìn)行單獨管理，互不干擾。下屬單位的維護(hù)人員只能有權(quán)限查看自己所管理區(qū)域或道路的相關(guān)配電箱設(shè)備。

　　系統(tǒng)為登錄用戶提供密碼修改功能。

　　(4)配電箱設(shè)備管理

　　不同用戶可管理自己所負(fù)責(zé)的配電箱設(shè)備，并可以新增注冊、修改配電箱的必要參數(shù)，包括：設(shè)備號、設(shè)備名稱、設(shè)備綁定的手機(jī)號碼、設(shè)備所在區(qū)域等;提供“批量導(dǎo)入設(shè)備”功能，可一次性將多個配電箱設(shè)備信息導(dǎo)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行注冊;可查詢當(dāng)前配電箱設(shè)備的在線或離線狀態(tài);查詢當(dāng)前配電箱的位置信息等。設(shè)備管理主要界面如下：

　　配電箱GPRS模塊參數(shù)配置界面如下：

　　(5)路燈自動開關(guān)策略(工作場景)設(shè)置

　　可根據(jù)需要設(shè)置路燈自動開關(guān)的工作場景如根據(jù)季節(jié)不同、重要節(jié)日、重要活動等場景設(shè)置不同的路燈自動開關(guān)策略。路燈自動開關(guān)策略的實施可具體到某個片區(qū)、道路。路燈工作場景設(shè)置界面如圖：

　　工作場景配置界面：

　　為工作場景設(shè)置應(yīng)用的區(qū)域、路段的電箱或電箱的特定回路開關(guān)，工作場景可應(yīng)用到具體的某個回路開關(guān)。

　　(6) 設(shè)備軟件遠(yuǎn)程升級

　　為系統(tǒng)管理員提供配電箱內(nèi)DTU設(shè)備軟件遠(yuǎn)程升級功能，支持一次性對所有設(shè)備進(jìn)行升級或單獨升級某個設(shè)備。

　　4、系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

　　(1)軟件技術(shù)指標(biāo)

　　項目名稱 技術(shù)指標(biāo) 說明

　　監(jiān)控中心服務(wù)器軟件 系統(tǒng)容量 10000配電箱設(shè)備

　　穩(wěn)定性 7×24小時穩(wěn)定運(yùn)行

　　上報數(shù)據(jù)處理時間 1秒內(nèi)

　　維護(hù)終端數(shù) 不限制

　　安全性 通信數(shù)據(jù)使用私有協(xié)議，不支持無效、不合法的配電箱、維護(hù)客戶端或其它系統(tǒng)的連接請求

　　客戶端無響應(yīng)超時自動斷連

　　與第三方通信接口 根據(jù)用戶需要，可提供包括TCP/IP、WebService等不同數(shù)據(jù)接口

　　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) MySQL免費數(shù)據(jù)庫，根據(jù)客戶要求可更換其它數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

　　數(shù)據(jù)存儲 不少于6個月，與硬件容量相關(guān)。

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)終端軟件 安全性 用戶登錄密碼使用MD5加密

　　帳號權(quán)限分級管理

　　性能 維護(hù)命令實時發(fā)送到監(jiān)控中心服務(wù)器

　　可操作性 圖形操作界面，直觀易操作

　　四、使用該系統(tǒng)帶來的好處

　　1、提高亮燈率

　　系統(tǒng)投運(yùn)后可以隨時發(fā)現(xiàn)路燈運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，隨時處理，提高亮燈率。

　　2、節(jié)約能源，減少電費支出

　　在系統(tǒng)投入使用后，可在深夜行人稀少和交通量減少的情況下，執(zhí)行“隔一亮一”或“隔二亮一”的照明方式，既給夜間出行的行人帶來主便又能節(jié)約大量的電費支出。在實現(xiàn)單控后，由于隔盞關(guān)燈進(jìn)行控制一般是通過敷設(shè)雙線電纜實現(xiàn)的，現(xiàn)在最少還能節(jié)約50%的電纜成本及其施工費用。這對現(xiàn)有系統(tǒng)的改造十分方便，無須敷設(shè)額外線纜。

　　3、延長燈具壽命

　　采用路燈智能控制終端智能調(diào)壓方式節(jié)能運(yùn)行后，可保持每盞燈電壓相對穩(wěn)定，尤其是在后半夜電壓升高的情況下。據(jù)測試，正常電壓(220V)情況下，鈉燈電壓為100V，電壓升高后(230V-240V)，鈉燈電壓可升至120V-150V;正常電壓環(huán)境下降壓節(jié)能運(yùn)行后，鈉燈電壓一般為85V，電壓升高環(huán)境下，鈉燈電壓可保持在100V左右。從理論和實際使用環(huán)境，采用調(diào)壓控制節(jié)能可以延長路燈使用壽命。因此，調(diào)節(jié)電壓方式具有雙重節(jié)能的效果。

　　4、節(jié)約人力、物力，提高管理水平

　　由于可實時監(jiān)控每盞路燈、每個路段及亮化工程點工作狀態(tài)，計算機(jī)可以及時對故障進(jìn)行匯總，寫入數(shù)據(jù)庫，以便次日進(jìn)行維修;利用動態(tài)實時模擬顯示屏，監(jiān)視全市路燈，值班員在中央控制室就可以概覽路燈現(xiàn)場運(yùn)行情況，從而減少巡燈的維護(hù)成本和減輕巡檢人員工作強(qiáng)度，大大提高工作效率。另外，在惡劣天氣時，根據(jù)各路燈控制智能終端采集的數(shù)據(jù)情況加以分析，采取相應(yīng)緊急措施，避免重大交通事故的發(fā)生。