道路照明自动控制系统（一）设计目
路灯 ( 景观 ) 智能化监控管理系统简介
一、系统概况
天津市经济开发区路灯 ( 景观 ) 智能监控管理系统项目于 2003 年立项，当年公开招标，由山东地天泰科技有限公司中标， 2004 年 5 月竣工验收。 该系统项目含有一个中央监控室、 154 个路灯和景观灯监控点、 10 个视频图象监控点、 8000 个单灯控制器，总投资 600 万元。
该系统是由 GPS 卫星数据接收系统、 NOTER 网卫星通讯平台、数字微波视频传输 / 控制系统、 GIS 地理信息系统、多媒体背投屏幕电视墙、前置后备冗余工作站、 GSM(SMS) 短信报警系统、电话语音自动查询系统、载波方式节能点...全部
路灯 ( 景观 ) 智能化监控管理系统简介
一、系统概况
天津市经济开发区路灯 ( 景观 ) 智能监控管理系统项目于 2003 年立项，当年公开招标，由山东地天泰科技有限公司中标， 2004 年 5 月竣工验收。
该系统项目含有一个中央监控室、 154 个路灯和景观灯监控点、 10 个视频图象监控点、 8000 个单灯控制器，总投资 600 万元。
该系统是由 GPS 卫星数据接收系统、 NOTER 网卫星通讯平台、数字微波视频传输 / 控制系统、 GIS 地理信息系统、多媒体背投屏幕电视墙、前置后备冗余工作站、 GSM(SMS) 短信报警系统、电话语音自动查询系统、载波方式节能点控系统等组成。
可以对全区范围内实现对路灯照明及景观照明的遥控、遥信、遥测、遥调、遥视。
1 、中央监控室
中央监控室建筑面积约 160m2 ，是整个系统的核心。中心配有 120 英寸丹麦 SVS 硬质背式投影屏幕两面及日本松下 29 英寸纯平监视器 6 台组成电视墙，用以显示各种图文信息；中心还配备视频工作站、数据服务器、前置工作站、后置工作站和 GIS 工作站五个值班位，同时配置 19 英寸标准机柜两台，分别安装 NOTER 网络卫星数据收发设备、 10 路微波发射接收及控制设备、美国山特 32AH 在线式 UPS 不间断电源、 GSM(SMS) 短信息报警发射模块、卫星数据收发器、 UHF 维修调度通讯设备等。
2 、摄像机终端控制设备
一期工程设定 10 个摄像机位，分为三组分别设立在 : 泰达中心酒店大楼楼顶平台，安装摄像头 5 个，距地面高度约 90m ；金色阳光大厦楼顶平台，安装摄像头 3 个，距地面高度约 50m ；克瑞思大厦楼顶平台，安装摄像头 2 个，距地面高度约 80m 。
3 、路灯监控分站 (RTU)
全区一期工程完成 RTU 站点 86 个，基本覆盖全区。所有的站点均设为 “ 点控 ” 站，安装于各箱式变压器的空闲位置，和箱变内原二次控制线路连接，溶为一体。
安装 RTU 后，均能对该站点路灯实现遥控、遥测、遥信和遥调。
4 、景观照明监控分站 (RTU)
一期工程共安装景观 RTU 站点 68 个，对景观照明站点实现遥控、遥信、遥测。
遥视系统采用数字微波发送接收方式，工作频段为 2。4G 和 5。8G( 中继 ) 的公共频段，采用 MPEG4 数字压缩技术传输 / 解调。该系统具有占用频段窄，保密性好，抗干扰性强，易扩展，造价低等特点，是目前城市图像传输的第一选择，通常在无遮挡的情况下可以传输 30km 。
5 、调压灯控器
一期工程安装灯控器共 8000 个，分别安装在各路灯杆维修孔内，系统完成后可对单灯实现点控、检测和调压。
二、系统原理及功能
1 、遥信
系统对路灯、景观站点的运行状态进行实时检测。
在 0。1 秒内 RTU 可主动并优先向主站报警下列情况：电压欠限、电压超限、电流欠限、电流超限、熔断器熔断、接触器应吸未吸或应分未分、空开跳闸、供电网络掉电。主站收到报警后，将自动弹出警示窗并有提示语音告知值班员，值班员可根据故障报警的内容及时采取应急措施。
同时， GSM(SMS) 短信息模块自动将该信息发到预先设定的手机上。计算机把以上报警信息自动记录并存入数据库供日后查阅和打印。
电话查询：在全球任何一部电话机上，可通过技术中心查询热线，根据提示音输入密码，方便查询系统运行情况。
2 、遥测
系统对路灯景观箱变 RTU 以每小时 N 次 (N≤6) 间隔，自动查询各站点运行数据，并将此数据存入数据库，自动绘出该站点本年、本月亮灯率曲线彩图、三相电压、电流曲线彩图，必要时可打印。
值班员还可以手动对全区或某一站点运行数据即时查询。采用 POLLING 通讯方式，全区查询一遍需要 5 分钟左右。
3 、遥控
系统根据 GPS 卫星接收系统单元接收到的本城市所在地球经纬度，自动将一年内日出日落的晨光昏影的格林威治时间，自动生成每日开关灯的北京时间序列表。
然后将该时间序列表由主站下发到各分站，分站准确按照该时间表自运行。系统还可以根据天气情况或突发事件（如出现大风雷雨天气、交通事故、现场检修、防空警报等情况）的需要，手动或切换到光控开关灯方式，对一个灯位、一条路段、一个区域或全区进行即时开关灯控制。
控制的方式一般可分为 : 预编程控制 ( 设为不同的亮灯方式 ) 、分组控制、单灯控制。
4 、遥调 ( 经济运行方式 )
调压的执行终端由安装的每盏灯杆中的灯控器完成。灯控器由电源供给电路、灯电流检测电路、电子开关电路、降压自耦变压器、中央处理器等单元组成。
经过电力线载波，受控于分站 RTU 。当 RTU 接收到来自主站的调压指令时，通过点控数据收发器，控制单个、部分或所有的灯控器进入经济运行方式。另外，灯控器根据路灯的工作电流，判断该灯是否正常工作。
有故障时，将故障信息反向传输给中央控制室，利用大屏幕显示来。同时，将数据自动存入数据库，必要时可打印故障灯位址号、数量、时间等清单，供维修人员使用。路灯在经济运行方式工作时，节能率设计在 25%-33% 。
5 、遥视
在数字微波监控中心，图像接收采用一对一接收前端图像，首先将接收天线安装在制高点上，分别对准前端三个数字微波监控点和一个中继点的天线发射过来的方向。从接收天线接收到的图像信号，通过放大器、接收机就可以还原出前端数字微波监控的图像，用户可以直接接入监视器进行监看。
对中心控制主机 ( 如视频主机，控制键盘 ) 发出的控制指令，可利用数字图象微波的透明双向传输通道来传输，直接接入到接收机，通过 RS232 或 RS422/485 传输接口自适应 ( 支持任何云台，镜头串行协议 ) ，将数字微波传输到前端的发射机，再将发射机出来的总线信号接到摄像机，这样就可对远端的镜头的光圈、焦距、变倍以及云台的上、下、左、右进行自动控制。
摄像机选择索尼高速一体化球机 , 可实现 360° 水平无极旋转， 180° 垂直方向转动，像素高、图像清晰，并可根据光照的变化自动进行光圈调整。
三、系统的经济和社会现实意义
1。 可观的经济效益
(1) 延长灯泡寿命
午夜以后，供往路灯的电压一般能升高到 245V 以上甚至 270V ，这样高的电压使灯泡急剧缩短使用寿命，实际使用不到 4000 小时就坏掉了，比理论寿命 6000 小时少 2000 小时左右。
采用该系统后，灯泡在任何时候都不会出现过压运行，还相应节省因更换灯泡的各项维护费用。
(2) 节约电力资源和费用支出
由于本系统可以任意组态，既保证合理的光照度，又利于市民生活、交通、社会治安，还可大大降低电费支出。
若将路灯电压降低额定电压 10% ，这至少节省 20% 电量，设全区有 250W 钠灯 10000 盏，每 KWH 电费 0。6 元，每天开灯时间按 11 小时计算，全年可节省 120 万元。
同时由于实现了管理的自动化，可以节约大量人力、车辆巡检费用、人工加班费用，大大降低灯泡损坏率和灯泡拆换费用。
据测算，采用本系统一次性投资，节约费用带来的经济效益回报期为 2 ～ 3 年。
2 、深远的社会效益
道路照明和节约费用是相互矛盾的，解决这种矛盾的本身就是发展。本系统一改传统落后的路灯控制方式，使城市路灯管理进入网络化、智能化、现代化的轨道。在向科技要经济效益的同时，还有深远的社会效益，主要体现在以下几个方面：
(1) 推动了道路照明事业的发展
城市道路、景观照明是城市一道不可缺少的亮丽风景线。
一个现代化的城市，路灯就好比是这座城市的眼睛。多少年来，路灯行业的工作者们常年劳作于寒暑风雨之中。本系统的出现是广大路灯工作者们的殷切希望，传统落后的控制手段已不适应信息化、网络化高速发展的时代要求。
(2) 有利于社会治安和交通安全
由于大部分城市用 “ 半夜灯 ” 方式节能，从而带来午夜后整个城市一片漆黑，给人们的夜间出行带来不便，且影响城市的形象。采用 “ 全夜灯 ” 方式照明将明显减少夜晚案发率。
(3) 提高路灯的服务质量
传统的控制手段不能保证路灯无误的正常运行，因故障或其他原因造成的大片灭灯现象时有发生，群众对此意见很大。安装系统后，出现重大事故时，可以及时组织抢修，保证了路灯的服务质量。
城市道路照明中的场景控制策略及其实现
作者: 照明工程师社区 来源:照明工程师社区 时间:01月08日 13:15
摘要：城市道路照明控制系统可以通过场景控制达到提高照明质量和节约电能的双重效果。
文章分析了智能化道路照明控制系统的几种主要场景控制策略，包括时间表控制、组群控制和环境参数辅助控制，并给出了具体的实现方法。
引 言
道路照明是城市绿色照明工程的重要组成部分。随着计算机技术、无线数据传输技术和现代电力电子技术的飞速发展，传统的道路照明也开始向着智能化的方向前进，尤其是已经可以实现单灯控制和故障检测。
智能化的城市道路照明控制系统在提高照明质量、美化城市夜景的同时，还可以获得明显的节能效果，提高市政管理水平。智能化已经成为城市道路照明发展的必然趋势。
智能化道路照明系统概述
智能化的道路照明控制系统的一个重要特征就是系统能够根据不同区域的不同功能需求，在每天的不同时段、不同自然光照度或者不同交通流量情况下，按照特定的设置，实现对道路照明的动态智能化管理，即TPO(Time/Place/Occasion)管理。
这些设置就是用户根据经验和需要设定的场景，智能化的道路照明系统正是通过场景控制获得了提高照明质量和节约电能的双重效果。
一种典型智能化道路照明系统的组成示意图，如图1所示。
该系统由照明管理中心平台、线路级智能监控终端和单灯智能控制器（或智能化数字镇流器）组成。
照明管理中心平台负责整个系统的集中管理，进行远程实时控制、系统运行信息采集和监测。线路级智能监控终端负责所辖路段的智能化照明控制、解析执行管理中心指令和采集上报运行数据。单灯智能控制器（或智能化数字镇流器）负责单个路灯的控制和状态检测。
线路级智能监控终端和照明管理中心之间可以采用无线通信（如GPRS）或以太网进行数据传输，单灯控制器（或智能化数字镇流器）和线路级智能监控终端之间采用窄带电力线载波通信方式进行数据传输。
场景控制的概念
所谓场景控制就是通过综合考虑和分析与道路照明密切相关的时间、路段、环境照度和交通流量等因素，按照预设的控制策略，对道路照明进行动态智能化管理，控制路灯在不同情况下工作在不同状态，实现多样化的道路照明场景，从而在提高照明质量的同时获得最佳的节能效果。
按照影响道路照明控制的主要因素可以将场景控制策略分为时间表控制、组群控制和环境参数辅助控制。利用场景控制可以实现多种情景模式控制，例如，在单杆单灯情况下，可以实现隔灯点亮；在单杆多灯情况下，可以实现一杆亮一盏灯／两盏灯／三盏灯／四盏灯等多种组合情况。
时间表控制
时间控制主要包括每天的及时开关灯控制和夜间按照道路交通流量分时段进行的组群控制或调光控制。这些控制操作不仅应该能够取得明显的节电效果，还应该能够提高道路照明质量。
1 开关灯时间的确定
尽管对于某一城市来说，完全可以根据当地的日照曲线确定出每个月份大致的开关灯时间，但是由于地球上每一点的地理位置不同，其对应的日出日落时间也不相同；并且由于地球的自转轴相对于地球和太阳的平面剧倾斜的，再加上地球的公转作用，因此即使是同一地区其每天的日出日落时间也不是完全相同的。
所以为了实现精确的开关灯控制，更为合理的方法应该是根据城市所处的经纬度计算出当地每天的开关灯时间。文献[2]给出了一种较好的日出日落时间计算方法。
2 夜间分时段控制
夜间的道路照明控制主要是根据道路夜间交通流量变化规律进行分时段控制，尽管在一条道路上每天夜间不同时刻的交通流量会略有差异，但就一段时间（一个月或几个月）的统计规律来看，这种变化的波动并不很大，所以完全可以按照平均交通流量变化规律把一年的照明周期划分成若干照明季节。
表1给出的是某路段一年内的照明季节划分情况。表中各划分点既是本季节的起始日期，也是上个季节的终止日期。
在每个照明季节内每天都按照同样的时段划分进行自动的照明控制。照明季节内的控制时段主要是根据对特定路段在该照明季节内每天不同时段的交通流量统计规律进行划分。
表2给出的是某路段在照明季节三内的夜间控制时段划分情况。表中各划分点既是本时段的起始时间，也是上个时段的终止日期。场景的具体内容可以是调光、部分开关灯或者全部开关灯，用户可以根据每个线路级智能监控终端所辖路段的实际情况设定合理的场景模式。
尽管每天的开关灯时间不同，但夜间的控制时段一定是介于开灯和关灯时间之间的，因此，加上开灯和关灯，一天实际上就被分成了五个控制时段，如图2所示。
3 时段控制策略的软件实现
在主循环内程序首先应该能够根据当前日期，选择合适的照明季节，读取相应的时段划分表以便进行时段控制。
照明季节选择流程如图3所示。
图中寄存器Month1、Month2、Month3、Month4、Month5和Month6中存放照明季节划分表中各划分点中的月份信息。寄存器Date1、Date2、Date3、Date4、Dates和Date6中存放照明季节划分表中各划分点
中的日期信息。
寄存器Month和Date中分别存放当前月份和当前日期信息。此流程在照明季节划分上，要求一个照明季节至少包含一个月，并且最多不超过四个月。
由于每天的开关灯时间不同，所以必须在每天执行完关灯操作之后计算出新的一天的开关灯时间。
在主循环内程序不断读取当前时间，和当前的时间策略表比较，决定是否执行控制操作或者执行何种控制操作。为了保证系统任何时刻上电都能立即恢复到正确的场景，在程序设计上就不能采用简单的时间点判断(即判断当前时刻是否到达某个设定的控制时段划分点)方法，而应该使用时间段判断(即判断当前时刻应该处于哪个设定的控制时段)方法。
时间段判断的流程如图4所示。
图中寄存器Hour1、Hour2、Hour3、Hour4和Hour5分别存放各时段划分点的小时信息。寄存器Minu1、Minu2、Minu3、Minu4和Minu5分别存放各时段划分点的分钟信息。
寄存器Hour和Minu中存放当前时间信息。此流程在照明时段的划分上，要求中间时段的划分点必须介于正常的开关灯时间点之间。采用时段判断的方法，使得系统不论在何时上电，都能够立即进入正确的控制场景，从而保证了照明质量。
组群控制
低压电力线载波通信技术的发展使得低成本的单灯控制和检测成为可能，从而也使路灯的控制变得更加灵活。同一路段的不同路灯，由于其所处位置的不同，对其照明控制的要求可能也不相同。
比如某个路段处于十字路口的路灯，由于其位置的重要特殊性，就不能和其他路灯同时进行相同的场景控制。再就是对于一杆多灯的情况，需要考虑在交通流量减小时部分关闭以节约电能和减少光污染，这些都属于组群控制。
组群控制可以通过配置控制系统底层(线路级智能控制终端和单灯智能控制器)之间的通信协议实现。对应于组群控制的通信协议数据包格式如图5所示。
控制类型声明单灯智能控制器应该执行何种控制操作，起始地址、终止地址和作用范围一起声明了对受控路灯节点的地址编号要求，这样就相当于将符合相同条件的路灯节点绑定在一起，从而可以实现群组控制。
作用范围根据单灯智能控制器地址编号的数学特征可以分为奇数有效、偶数有效等多种情况，因此可以实现多样化的组群
控制组合。
环境参数辅助控制
智能化的道路照明控制系统还应该能够根据天气、交通流量等实际的环境参数调整照明控制措施，以获得更好的照明质量和节电效果。
1 照度辅助控制
考虑到天气异常变化的影响，比如在阴雨天气，实际的天黑时间将比正常情况提前，天亮时间将会推迟，这样就必须提前开灯或者推迟关灯。所以在这种情况下要提高照明质量就不能再单纯按照时段划分中的开关灯时间进行控制，而必须综合考虑自然环境照度和当前时间，执行相应的开灯或关灯操作。
需要注意的是，为了保证系统的稳定性，在进行环境照度采集时必须采取延时或者软件滤波等措施消除环境照度尖峰干扰(如闪电)。
此外，还应该限定根据照度进行控制的作用时间段或者采用模糊控制手段区分干扰和正常情况，避免因突变持续性干扰造成的误动作。
依据环境照度进行辅助开灯控制只是在控制时段5内且距离正常开灯时间1h内的时间段内有效。同样，依据环境照度进行辅助的延迟关灯控制只是在控制时段5内且在正常关灯时间之后的1h内的时间段内有效，超出这段时间将不再考虑环境照度因素。
2 交通流量辅助控制
在智能化的照明控制系统中要实现人性化的照明控制，还必须考虑同一照明季节内交通流量变化规律的异常情况，尤其是在一些比较重要的节假日，人们的作息习惯会和平时出现差异，因此道路交通流量曲线与平时相比会出现较大波动，这时就不能再按照正常的时间段划分进行控制，而必须借助于交通流量辅助控制。
考虑到这种波动主要集中在控制时段2和控制时段3内，因此限定交通流量辅助控制也只是在控制时段2和控制时段3内有效。在进行交通流量数据采集时，为了保证照度采集的准确性，应该合理安排数据采集的周期。
结束语
为了达到更好的效果，还可以进一步细化照明季节划分和控制时段划分，其算法和流程可能会更加复杂，但在原理上与本文中的划分是相同的。
现场的实际应用表明，本文提出的城市道路照明系统场景控制策略较好地实现了对路灯的智能化控制，能够在提高照明质量的同时获得明显的节电效果，所提出的算法流程也是切实可行、稳定可靠的。
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