林海闊，李 濤，朱繼紅，李 瑤，許 敏，辛 凱

(1.蘇州市城市照明管理處，江蘇蘇州 215005；2.山西光宇半導(dǎo)體照明股份有限公司，山西臨汾 041000)

引言

在城市城區(qū)道路照明建設(shè)迅速發(fā)展的同時(shí)，背街小巷的照明要求也隨之提高。但是伴隨而來的是街燈數(shù)量的增加，而維護(hù)管理部門仍然需要靠人工巡檢完成數(shù)倍于過去的任務(wù)，并且無法解決燈具增加與耗能的矛盾。依靠傳統(tǒng)的人工巡檢方式，很難管理如此多的道路燈具，尤其在很多背街小巷中車輛無法進(jìn)入，更增加了巡檢的難度與工作量。為了保證亮燈率，因此需要每日的巡檢，造成了背街小巷維護(hù)管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度很大。因此采用道路智能照明控制系統(tǒng)來輔助人工巡檢，協(xié)助管理調(diào)光節(jié)能，既能夠解決維護(hù)管理單位人員不足的狀況，又能夠滿足節(jié)能的需求。

1 城市背街小巷路燈控制方案介紹

城市背街小巷路燈控制的傳統(tǒng)方案采用時(shí)控開關(guān)[1]，對路燈進(jìn)行定時(shí)開關(guān)，但它無法進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，不能按需開關(guān)街燈，信息無法及時(shí)反饋，維護(hù)費(fèi)用開銷過大。因此需要選擇傳輸方式以及合理的控制架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)城市照明監(jiān)控管理系統(tǒng)[1]。

1)數(shù)據(jù)傳輸方式。目前應(yīng)用于道路的通信方式主要是RS485方式、電力載波方式、遠(yuǎn)程無線(GPRS、3G、NB-IoT)、中短距離無線方式(ZigBee、433通信、LoRa)等[2-6]，各種通信方式均有自己的特點(diǎn)的應(yīng)用環(huán)境。

ZigBee在實(shí)際應(yīng)用上安裝施工方便，減少了施工布線的人工及材料投入，施工難度較低；維護(hù)方便，減少了對線路排查的工作量及難度。我們選用ZigBee方案在背街小巷中進(jìn)行照明設(shè)備控制。

2)系統(tǒng)架構(gòu)。我們采用ZigBee控制方案，由監(jiān)控中心、集中控制器、單燈節(jié)能控制終端三部分組成。系統(tǒng)以GPRS無線通信為主干網(wǎng)，以ZigBee通信為二級子網(wǎng)，具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 System architecture diagram

3)系統(tǒng)產(chǎn)品功能。①監(jiān)控中心。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制管理、維護(hù)管理，突發(fā)事件處理；構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)GIS、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)、通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換。

②集中控制器(圖3)?？刂浦行呐c集中控制器采用3G或者GPRS無線網(wǎng)絡(luò)完成對智能控制裝置的實(shí)時(shí)監(jiān)控和節(jié)能調(diào)控。集中控制器對其下的燈桿采用無線ZigBee實(shí)現(xiàn)對單燈的開關(guān)控制分組控制，亮度調(diào)節(jié)，狀態(tài)反饋。

③單燈控制器。實(shí)現(xiàn)道路控制點(diǎn)的自動(dòng)采集、智能控制和道路的單個(gè)調(diào)光控制

2 城市背街小巷L(fēng)ED路燈控制方案的應(yīng)用

我們將此LED路燈控制方案應(yīng)用于江蘇蘇州部分背街小巷的街燈改造，實(shí)際道路安裝環(huán)境如圖2所示。

圖2 街燈現(xiàn)場圖Fig.2 Scene of street lamp

1)測試。此次案例在進(jìn)行改造之前，我們先進(jìn)行了一系列室內(nèi)模擬測試，模擬物體阻擋以及跳傳的情況下，委托友方公司進(jìn)行測試。測試環(huán)境在地下車庫，ZigBee單燈控制器放置在視線范圍，距離地面高度約4.5 m，集中控制器放置在地面；當(dāng)電源啟動(dòng)時(shí)，ZigBee單燈控制器連接到集中控制器的ZigBee網(wǎng)絡(luò)；集中控制器向ZigBee單燈控制器發(fā)送命令以切換LED開關(guān)狀態(tài)；ZigBee單燈控制器對集中控制器進(jìn)行應(yīng)答；在每個(gè)距離發(fā)送控制命令，并得到確認(rèn)。重復(fù)10次;控制故障率(CFR)被記錄，連接范圍定義為CFR 10%的距離(10個(gè)命令中有1個(gè)控制失敗)?，F(xiàn)場接通wifi以及藍(lán)牙進(jìn)行干擾，測試內(nèi)容如表1所示。

表1 測試距離以及功率

測試發(fā)現(xiàn)功率大于9 dbm以后CFR基本為0，因此我們采用20 dbm的單燈控制器以及集中控制器。

2)現(xiàn)場應(yīng)用。此次在現(xiàn)場應(yīng)用，信號連接穩(wěn)定，通斷延時(shí)小于10 s， 實(shí)際安裝架構(gòu)方式采用圖3所示的架構(gòu)安裝方式。

圖3 實(shí)際安裝架構(gòu)方式Fig.3 The actual installation architecture approach

3)應(yīng)用效果分析。采用控制采用夜晚11點(diǎn)以后調(diào)光到50%，早上5點(diǎn)調(diào)光到100%，每盞燈具滿功率為30 W。其節(jié)能率如表2所示。

從表5中可以看出：每改造100盞燈具，每天可以節(jié)能15度電?，F(xiàn)場模擬燈具故障，通過在管理中心的管理軟件可以及時(shí)顯示燈具故障報(bào)警。同時(shí)注明損壞詳細(xì)位置，對于維護(hù)人員維護(hù)非常便利。

表5 節(jié)能計(jì)算表

3 總結(jié)

采用智能監(jiān)控管理系統(tǒng)以后，背街小巷中的LED路燈均可實(shí)現(xiàn)按需照明并精確到每一盞燈精細(xì)化管理，每一盞路燈的開關(guān)調(diào)光操作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在城市背街小巷中使用LED路燈控制方案，不僅降低了燈具功率，延長了光源壽命，降低了路燈管理運(yùn)行成本，進(jìn)一步提高了經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 趙慶苓,王軍,張濤,等. 智慧城市道路照明智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).照明工程學(xué)報(bào),2016, 27(3):48-53.

[2] 郗書堂,胡培生,李景色,等. 路燈[M].北京：中國電力出版社，2013.

[3] 李光耀,王利，易子川，等. 基于ZigBee的智能照明系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).照明工程學(xué)報(bào),2016, 27(3):1-6.

[4] 許夢羊,羅素芹,陳國棟，等. 基于ZigBee和GPRS感知天氣的太陽能LED路燈控制系統(tǒng).照明工程學(xué)報(bào),2017，28(5):54-58.

[5] 耿曉明，文玉梅,等. 基于ZigBee的路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).照明工程學(xué)報(bào),2016,27(3):26-30.

[6] 許勇. 基于ZigBee的Mesh網(wǎng)絡(luò)的研究[M]. 北京：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011.