吳貴才，胡明明，楊 彤

(1.深圳市燈光環(huán)境管理中心，廣東 深圳 518033；2.深圳市致燁科技有限公司，廣東 深圳 518000)

引言

城市照明是城市基礎(chǔ)設(shè)施的一個(gè)重要組成部分，不僅為亮化城市、美化環(huán)境發(fā)揮積極作用，還為交通安全、社會(huì)治安提供了有力保障，同時(shí)在提升城市檔次、提高城市形象、改善城市環(huán)境發(fā)揮了極其重要的作用。[1]國(guó)家對(duì)于城市道路運(yùn)輸業(yè)和城市公共交通業(yè)的投資連續(xù)多年增長(zhǎng)，年末道路實(shí)有長(zhǎng)度和面積的持續(xù)增加，帶動(dòng)了城市道路照明燈數(shù)量的穩(wěn)定增加。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)城市道路照明燈已持續(xù)多年增長(zhǎng)。從2003年的8731.1千盞上升到2011年的19492.1千盞，[2]年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到了10.56%。

城市道路照明的建設(shè)蓬勃發(fā)展，路燈越來越多，道路越來越亮，由此也給路燈管理工作帶來了巨大挑戰(zhàn)。在滿足城市照明基本功能的前提下降低照明的單位能耗，提高城市照明的質(zhì)量和節(jié)能水平，實(shí)現(xiàn)城市照明發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變勢(shì)在必行[3]。另外，大規(guī)模的建設(shè)使需要管理和維護(hù)的路燈數(shù)量越來越多，大量的照明設(shè)施和資料需要管理和處理，傳統(tǒng)的手繪制圖、靠維護(hù)員的記憶管理和人工統(tǒng)計(jì)、分析的手工卡片等管理方式效率低下，很難適應(yīng)這種快速發(fā)展的海量數(shù)據(jù)管理要求，造成大量的資源浪費(fèi)，并阻礙了維護(hù)效率和服務(wù)水平的進(jìn)一步提高。[4]

本文旨在闡述路燈節(jié)能改造的過程中，通過建立路燈設(shè)施地理信息庫(kù)以及設(shè)施信息采集手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)節(jié)能改造過程的監(jiān)督與進(jìn)度控制，并以此同步建立為路燈管理和決策部門的日常管理、分析統(tǒng)計(jì)的路燈基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)。

1 路燈節(jié)能改造與過程

1.1 路燈節(jié)能改造概述

目前國(guó)內(nèi)路燈照明光源一般采用高壓鈉燈、高壓汞燈和金屬鹵化物燈。常用的功率為150W、250W、400W。路燈照明能耗主要在以下幾個(gè)方面，光源發(fā)光所帶來的能耗，也就是電能轉(zhuǎn)化為光能的部分，從光源相對(duì)供電電壓的特性曲線可以看出，隨著電壓的升高，光源的功率、光通量和光效也相對(duì)增加，但是光效的增加幅度要小于功率和光通量。器件能耗，主要為路燈輔助器件的能耗， 包括補(bǔ)償電容、鎮(zhèn)流器、起輝環(huán)節(jié)的能耗。其他能耗，主要包括供電線路損耗等能耗。

就路燈節(jié)能的技術(shù)路線來講，大致可以分為“采用節(jié)能控制技術(shù)”和“更換新型照明燈具”兩條路線。前者主要是在不更換原有高壓鈉燈的前提下，通過加裝節(jié)能控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈電壓、功率、照度的調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能的目的。而后者則是采取新型照明技術(shù)，通過更換比高壓鈉燈更加節(jié)能的照明燈具來實(shí)現(xiàn)路燈節(jié)能，其中最為典型的就是更換為L(zhǎng)ED路燈。

就路燈節(jié)能實(shí)施的階段來講，也可以分為前期設(shè)計(jì)和后期改造。設(shè)計(jì)是節(jié)能的源頭，城市照明工程設(shè)計(jì)應(yīng)由專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵循道路的性質(zhì)、功能對(duì)照相應(yīng)的照度和能耗密度標(biāo)準(zhǔn)，確定最節(jié)能的合理布燈間距、光源的選擇、供電路線的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)等等。這就要求道路照明工程師不但有良好的職業(yè)責(zé)任感，較全面的技術(shù)素質(zhì)，能掌握科學(xué)的照明設(shè)計(jì)方法。對(duì)于全國(guó)數(shù)量龐大的既有路燈，后期改造是唯一的選擇。在針對(duì)既有路燈的節(jié)能改造中，布燈間距和供電線路優(yōu)化由于施工難度高、投資大并不被采用，選擇新型節(jié)能燈具和智能控制系統(tǒng)成為必然的選擇。

1.2 照明設(shè)施管理與維護(hù)

對(duì)于任何一個(gè)城市來說，路燈設(shè)施都無疑是不可或缺的重要基礎(chǔ)設(shè)施，而今，城市路燈設(shè)施與系統(tǒng)的合理配置和有效運(yùn)行，已經(jīng)成為衡量一個(gè)城市市容、市貌的重要標(biāo)志。為了使路燈設(shè)施在使用過程中持續(xù)有效，就需要路燈管理部門對(duì)其進(jìn)行不斷的維護(hù)和管理，需要通過法制化、科學(xué)化的手段，對(duì)城市照明設(shè)施進(jìn)行組織、檢查、監(jiān)督、協(xié)調(diào)和控制，以體現(xiàn)出重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。

近幾年城市照明發(fā)展迅猛帶來路燈設(shè)施的大量增加，以至有限的人力、物力、財(cái)力跟不上城市路燈設(shè)施的維護(hù)管理的工作量，隨著社會(huì)對(duì)城市照明的要求不斷提高，路燈設(shè)施的維護(hù)管理也面臨更大的挑戰(zhàn)：設(shè)施分布范圍廣、點(diǎn)多、線長(zhǎng)，種類繁多；市民對(duì)城市照明的數(shù)量和質(zhì)量需求迅速提升；路燈設(shè)施的基礎(chǔ)資料不全，無法為維護(hù)管理工作提供有效的信息支撐，降低維護(hù)的工作效率；城市照明節(jié)能要求的不斷提高，對(duì)路燈設(shè)施節(jié)能改造成為維護(hù)和管理的主要工作內(nèi)容；

針對(duì)這種情況，除長(zhǎng)期不懈堅(jiān)持精細(xì)化管理、有效的監(jiān)督和評(píng)價(jià)外，也必須向科技要效益，以應(yīng)用和需求為導(dǎo)向，建立健全路燈設(shè)施建設(shè)、施工、運(yùn)行維護(hù)等信息技術(shù)為主的數(shù)字化管理系統(tǒng)。開展對(duì)城市路燈設(shè)施普查，將路燈(設(shè)施名稱、數(shù)量、型號(hào)規(guī)格、制造或供應(yīng)商、保修期限、地理信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù))盡可能詳細(xì)、準(zhǔn)確的錄入信息系統(tǒng)中，嚴(yán)格日常動(dòng)態(tài)管理工作，及時(shí)更新照明設(shè)施新裝、變更、拆除、巡查、維修等一系列信息，采取實(shí)時(shí)控制、跟蹤考核及有效監(jiān)督[5]。

1.3 節(jié)能改造過程的控制與管理

針對(duì)龐大數(shù)量的既有路燈進(jìn)行節(jié)能改造，無論采用節(jié)能控制技術(shù)或者更換新型節(jié)能燈具，都必然面臨著對(duì)現(xiàn)有照明設(shè)施進(jìn)行加裝、變更、拆除等工作，也必然面臨著后續(xù)巡查、維修等信息的調(diào)整與改變。而在不可能大幅增加人力的情況下，如果面對(duì)大范圍、短時(shí)間的節(jié)能改造，工程質(zhì)量控制、進(jìn)度協(xié)調(diào)、監(jiān)督考核也面臨巨大的挑戰(zhàn)。

當(dāng)然，從另外一個(gè)角度，節(jié)能改造過程其實(shí)是一個(gè)有詳細(xì)計(jì)劃、階段性集中突擊的路燈設(shè)施更新維護(hù)過程，如果能夠通過簡(jiǎn)單有效的信息采集手段獲取改造過程的設(shè)施信息，不光能夠有效監(jiān)督改造過程的效率、進(jìn)度、狀態(tài)、效果，也能借此機(jī)會(huì)完成對(duì)改造區(qū)域、路段的詳細(xì)設(shè)施普查和數(shù)據(jù)更新，借助地理信息技術(shù)通過專業(yè)數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的結(jié)合，把路燈設(shè)施分布情況直觀形象的展現(xiàn)在電子地圖上，并通過后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)將日益增多的專業(yè)數(shù)據(jù)信息高效可靠的存儲(chǔ)，能夠?yàn)槁窡舻囊?guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、搶修、監(jiān)察等工作提供一個(gè)有效的操作平臺(tái)和執(zhí)行依據(jù)。

2 路燈設(shè)施地理信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集

2.1 路燈設(shè)施地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)(GIS，Geographic Information System)是結(jié)合地理學(xué)、地圖學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)，并用于輸入、存儲(chǔ)、查詢、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。GIS 技術(shù)把地圖這種獨(dú)特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫(kù)操作(例如查詢和統(tǒng)計(jì)分析等)集成在一起[6]。GIS技術(shù)在空間數(shù)據(jù)采集、管理、查詢、分析、可視化輸出等方面具有明顯的優(yōu)越性，利用GIS技術(shù)對(duì)路燈設(shè)施的圖形信息、屬性信息以及拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)路燈設(shè)施的臺(tái)賬信息與其地理位置的無縫結(jié)合，發(fā)揮綜合效應(yīng)，達(dá)到圖文并茂，簡(jiǎn)便直觀的效果，解決路燈設(shè)施數(shù)量大，線路錯(cuò)綜復(fù)雜、布局分散、管理不便等困難，對(duì)日益快速發(fā)展的城市道路照明實(shí)行科學(xué)管理，使行業(yè)部門的管理和服務(wù)水平更上一個(gè)臺(tái)階。

在路燈設(shè)施地理信息系統(tǒng)中，路燈設(shè)施主要包含配電設(shè)施、供電設(shè)施、燈桿、燈具等分布在路面上的設(shè)備設(shè)施。路燈設(shè)備可以看成是空間點(diǎn)實(shí)體，除了包含空間坐標(biāo)和圖形信息外，還有其自身的要素信息。

配電設(shè)備構(gòu)造比較復(fù)雜，內(nèi)部有大量的開關(guān)、計(jì)量設(shè)備和線路，因此配電設(shè)備具有很多信息，比如：編號(hào)、規(guī)格、安裝時(shí)間、支線數(shù)、供電方式、前級(jí)配電編號(hào)等。

而在道路上的路燈，是包含了燈桿和燈具的整體，它具有很多要素，比如，燈桿編號(hào)、路燈編號(hào)、回路編號(hào)、所在道路名稱、燈型類型、燈具數(shù)量、安裝日期等。而燈具又包含名稱、光源類型、額定功率、理論壽命、配套電器等多種信息。燈桿也包含材質(zhì)、高度、桿型、挑臂長(zhǎng)度等信息。

如此多的詳盡信息的現(xiàn)場(chǎng)采集、整理、錄入是建設(shè)路燈設(shè)施地理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵性基礎(chǔ)，在通常情況下，借助路燈管理中心的數(shù)據(jù)，也需要組織專門隊(duì)伍進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的現(xiàn)場(chǎng)采集工作，加上缺乏有效的現(xiàn)場(chǎng)采集工具和采集規(guī)范，采集過程的人力組織、監(jiān)督執(zhí)行、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性方面也面臨巨大挑戰(zhàn)。

在這種情況下，如果能借助節(jié)能改造這樣一種階段性集中突擊的路燈設(shè)施更新維護(hù)過程，并提供一種簡(jiǎn)單有效的信息采集手段獲取改造過程的設(shè)施信息，就能借此機(jī)會(huì)完成對(duì)改造區(qū)域、路段的詳細(xì)設(shè)施普查和數(shù)據(jù)采集工作。

2.2 借助便攜式設(shè)備的照明設(shè)施信息采集

手機(jī)作為目前使用最廣、最成熟的便攜式設(shè)備，具有便于攜帶、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而目前的很多智能手機(jī)均內(nèi)置GPS、電子羅盤、攝像頭等多種傳感設(shè)備，配合通過手機(jī)的3G或GPRS網(wǎng)絡(luò)，非常適合作為路燈設(shè)施信息的數(shù)據(jù)采集終端使用。而借助手機(jī)等便攜式設(shè)備實(shí)現(xiàn)照明設(shè)施信息采集，其系統(tǒng)主要包含兩個(gè)部分，路燈信息采集服務(wù)平臺(tái)和信息采集終端，其架構(gòu)見圖1。

圖1 基于便攜式設(shè)備的照明信息采集系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Architecture of the lighting information collection system based on portable devices

作為信息采集終端，其配套軟件當(dāng)具備數(shù)據(jù)下載、信息提示、圖片采集、表單填寫、位置定位、地圖瀏覽、數(shù)據(jù)同步等多項(xiàng)功能后，就將很好的解決現(xiàn)場(chǎng)信息實(shí)時(shí)采集與傳遞問題?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集人員可以在現(xiàn)場(chǎng)很短時(shí)間內(nèi)將路燈現(xiàn)場(chǎng)圖片、表單、位置等信息進(jìn)行采集，通過無線網(wǎng)絡(luò)快速傳遞到服務(wù)平臺(tái)，相關(guān)責(zé)任單位都能夠通過信息平臺(tái)獲取現(xiàn)場(chǎng)信息。由于使用方便，在節(jié)能改造過程中，數(shù)據(jù)采集人員可以是工程施工人員，減少了專門采集人員的投入，且對(duì)于整個(gè)改造進(jìn)度也同樣具備了跟蹤與監(jiān)督的條件。

在整個(gè)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，充分發(fā)揮手機(jī)等便攜式設(shè)備內(nèi)置傳感器的豐富性，通過內(nèi)置GPS采集燈桿經(jīng)緯度，通過內(nèi)置羅盤采集燈臂方向，通過攝像頭拍取現(xiàn)場(chǎng)燈桿及燈具照片，與服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互以獲取標(biāo)準(zhǔn)信息(見圖2)，內(nèi)置表單使得現(xiàn)場(chǎng)的各類信息能夠獲得有效錄入。

圖2 按照標(biāo)準(zhǔn)流程的數(shù)據(jù)采集Fig.2 Data collection according to the standard process

其主要采集工作流程如下：

① 服務(wù)平臺(tái)配置燈具供應(yīng)商、品牌、型號(hào)、功率、設(shè)計(jì)壽命、光通量、調(diào)光類型、道路等基本而標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)；

② 信息采集終端進(jìn)入軟件后，自動(dòng)更新平臺(tái)上的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并保存到采集終端內(nèi)。而采集終端內(nèi)在所有數(shù)據(jù)在重啟后依然存在；

③ 以道路或路燈配電設(shè)施為單位新建工單，工單的作用在于便于日后分批審核、校對(duì)采集的數(shù)據(jù)；

④ 按照軟件標(biāo)準(zhǔn)的錄入順序，獲取相關(guān)信息，并獲取燈桿經(jīng)緯度、燈臂方向等地理信息，并按照要求拍取燈桿照片、燈具照片、燈桿編號(hào)照片。

⑤ 上傳信息采集終端中的數(shù)據(jù)到服務(wù)平臺(tái)，可采用每個(gè)燈桿單獨(dú)錄入，也可以采用批量上傳的方式。相應(yīng)數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)平臺(tái)后，相關(guān)責(zé)任單位都能夠通過服務(wù)平臺(tái)獲取現(xiàn)場(chǎng)信息(見圖3)。

圖3 服務(wù)平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)信息獲取Fig.3 Data acquisition of the service platform

2.3 信息采集對(duì)于節(jié)能改造的監(jiān)督

由于借助節(jié)能改造這樣階段性集中突擊的路燈設(shè)施更新維護(hù)過程來同時(shí)完成路燈設(shè)施的基礎(chǔ)信息采集工作，同樣也能夠?qū)ζ涫┕び?jì)劃、進(jìn)度、質(zhì)量進(jìn)行全面管控(見圖4)。

圖4 節(jié)能改造進(jìn)度管控Fig.4 Progress control of the energy-saving renovation

3 結(jié)語

城市道路照明的建設(shè)蓬勃發(fā)展，在滿足城市照明基本功能的前提下降低照明的單位能耗，提高城市照明的質(zhì)量和節(jié)能水平，已經(jīng)成為路燈管理可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。針對(duì)路燈的節(jié)能勢(shì)在必行，節(jié)能改造也成為常態(tài)化工作。借助這樣一個(gè)階段性集中的路燈設(shè)施更新維護(hù)過程，通過采用路燈信息采集終端來同時(shí)完成路燈設(shè)施的基礎(chǔ)信息采集工作，既能夠在節(jié)省大量人力的情況下，完成路燈設(shè)施地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集工作，也能夠有效的監(jiān)督節(jié)能改造的進(jìn)程和質(zhì)量，不啻為一舉兩得的好方法，也是一個(gè)值得推廣的新形勢(shì)下的管理和科技創(chuàng)新。

[1] 楊旭.淺談城市道路照明設(shè)計(jì)與節(jié)能[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012，12.

[2] 國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒(2004—2012)》11-10各地區(qū)城市市政建設(shè).

[3] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.“十二五”城市綠色照明規(guī)劃綱要.http://www.gov.cn/gzdt/2011-11/15/content_1993931.htm.

[4] 甘泉.路燈維護(hù)管理地理信息系統(tǒng)構(gòu)建初想.〔2009-03-27〕.http://www.cdsz.org.cn/show.asp?id=140.

[5] 祁怡.淺析城市照明設(shè)施維護(hù)與管理問題[J].城市照明,2011,15(3):3-4.

[6] 李月臣.地理信息系統(tǒng)：正確時(shí)間出現(xiàn)的正確技術(shù)[J].地理教育,2012,4.