陳大慶

摘要：為貫徹落實(shí)綠色照明發(fā)展理念，充分發(fā)揮城市照明在改善出行環(huán)境、提升城市形象方面的重要作用，按照智慧城市建設(shè)框架要求，本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、GIS等技術(shù)的智慧城市照明監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。首先簡(jiǎn)要介紹了方案涉及的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、GIS技術(shù)等，然后詳細(xì)闡述了智慧城市照明監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，最后分析了系統(tǒng)建設(shè)的意義和效益。此設(shè)計(jì)方案通過(guò)運(yùn)用多種信息化技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)照明設(shè)施管理精細(xì)化、運(yùn)行控制智能化、信息資源共享化、分析決策科學(xué)化，能有效提升照明管理水平和服務(wù)水平，為相關(guān)單位及人員提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：智慧城市;綠色照明;監(jiān)控系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng);GIS技術(shù);

1 引言

近些年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市化的飛速發(fā)展，城市照明建設(shè)也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步，人們的夜晚生活條件得到了極大地改善，城市面貌和形象也在不斷更新和提升。但是城市照明設(shè)施能耗的不斷增長(zhǎng)與能源緊缺之間的矛盾也越來(lái)越突出[1] 。與此同時(shí)，人們生活品質(zhì)的提高也對(duì)夜間照明需求度和照明質(zhì)量賦予了更高的要求，社會(huì)對(duì)于照明設(shè)施亮燈率、修復(fù)及時(shí)率、照明質(zhì)量、節(jié)能降耗等方面的關(guān)注度日趨高漲，因此，積極運(yùn)用新技術(shù)、新材料實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能，設(shè)計(jì)一套智能化、精細(xì)化的智慧城市照明監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為各城市一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。

2智慧城市照明監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)述

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)述

物聯(lián)網(wǎng)（英語(yǔ)全稱為Internet of Things，縮寫為IOT），是互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能行使獨(dú)立功能的普通物體實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)[2] 。簡(jiǎn)言之，就是“物物相連”的互聯(lián)網(wǎng)。在物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)能夠主動(dòng)且隨時(shí)對(duì)物體進(jìn)行辨別、位置確定、跟蹤、監(jiān)測(cè)控制并且智能化處理。學(xué)術(shù)界認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：第一，全面感知。任何個(gè)體的信息都能夠借助RFID（Radio Frequency Identification，即無(wú)線射頻技術(shù)）、各式的傳感器以及二維碼等實(shí)時(shí)獲得。第二，可傳遞性。借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和其他電信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，任何個(gè)體的信息都能夠及時(shí)地精準(zhǔn)傳遞出去[3] 。第三，信息智能分析。運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算、模糊模式識(shí)別等智能處理技術(shù)能夠?qū)Υ罅康臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和運(yùn)算，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化管控。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用為遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)掌控照明運(yùn)行狀況提供了解決方案。

2.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)簡(jiǎn)述

大數(shù)據(jù)（big data），指無(wú)法在一定時(shí)間范圍內(nèi)用常規(guī)軟件工具進(jìn)行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)集合，是需要新處理模式才能具有更強(qiáng)的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的海量、高增長(zhǎng)率和多樣化的信息資產(chǎn)[4] 。大數(shù)據(jù)技術(shù)的引入為智能照明故障分析、節(jié)能分析、照明質(zhì)量分析提供了有效的支撐。

2.3 GIS技術(shù)簡(jiǎn)述

GIS（全稱為Geographic Information System）技術(shù)又稱為地理信息系統(tǒng)，是一個(gè)基于計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)，對(duì)全部或者一部分地球表層空間（包含大氣層在內(nèi)）的地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、管理、分析和處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。GIS技術(shù)將地圖與地理分析功能和普通的查找、統(tǒng)計(jì)操作集合于一體[5] 。GIS技術(shù)在運(yùn)用于照明監(jiān)控系統(tǒng)后，能夠更精確的展示照明設(shè)施分布及運(yùn)行狀況，為日常設(shè)施故障準(zhǔn)確定位和故障應(yīng)急決策提供了依據(jù)。

3 智慧城市照明監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1建設(shè)目標(biāo)

按照住建部《“十三五”城市綠色照明規(guī)劃綱要》要求，以提高城市照明管理服務(wù)水平、保障照明設(shè)施能夠更加高效、長(zhǎng)期和可靠的運(yùn)行、降低用電與運(yùn)行成本為目標(biāo)，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，通過(guò)系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通、應(yīng)用協(xié)同，促進(jìn)信息平臺(tái)提升、支撐業(yè)務(wù)集約化、提高決策智能化，搭建可拓展的、動(dòng)態(tài)的“智慧城市照明”框架體系，建立“用數(shù)據(jù)說(shuō)話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”的管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)照明精細(xì)化管控、科學(xué)化運(yùn)維，提高照明監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行與服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)智慧城市的發(fā)展要求。

3.2總體架構(gòu)

智慧城市照明監(jiān)控系統(tǒng)方案采用面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）模式，以“主題性分類、倉(cāng)庫(kù)式管理、整合化服務(wù)”的數(shù)據(jù)架構(gòu)構(gòu)建思路，通過(guò)業(yè)務(wù)模型建立、信息資源規(guī)劃、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定等方式，實(shí)現(xiàn)照明業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的信息資源共享與業(yè)務(wù)協(xié)同。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)照明信息資源的挖掘與二次應(yīng)用;通過(guò)多維信息門戶，建立為管理決策人員服務(wù)的信息窗口模式，將更有價(jià)值、更豐富的信息推送至管理決策層，將業(yè)務(wù)系統(tǒng)與管理決策連接起來(lái)。

3.3數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，是實(shí)現(xiàn)信息資源共享和業(yè)務(wù)協(xié)同的基礎(chǔ)，是保護(hù)信息資源持續(xù)利用的重要保證。智慧照明數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立和完善將對(duì)規(guī)范智慧照明監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)工作、提高系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量與管理效率、降低建設(shè)和運(yùn)維成本起到保證和支撐作用。具體要進(jìn)行以下三個(gè)方面的建設(shè)：

業(yè)務(wù)流程規(guī)范：建立規(guī)范化的業(yè)務(wù)流程和標(biāo)準(zhǔn)化業(yè)務(wù)報(bào)表，對(duì)照明監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行科學(xué)化管控。

數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范：建立統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)庫(kù)，按照數(shù)據(jù)的作用及需求進(jìn)行合理的規(guī)劃，重點(diǎn)建立數(shù)據(jù)資源分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)施設(shè)備編碼標(biāo)準(zhǔn)、共享主題庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)等。

應(yīng)用技術(shù)規(guī)范：信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，圍繞系統(tǒng)集成與信息共享來(lái)制定，重點(diǎn)考慮物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)技術(shù)規(guī)范、通訊協(xié)議規(guī)范等。

3.4功能設(shè)計(jì)

3.4.1平臺(tái)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的科學(xué)高效運(yùn)行，本方案系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)服務(wù)端部署在云平臺(tái)，各級(jí)終端僅需部署輕量級(jí)瀏覽器就可以實(shí)現(xiàn)功能的使用。同時(shí)，為滿足各級(jí)管理部門的聯(lián)動(dòng)管理，系統(tǒng)采用多級(jí)管理模式及控制策略，通過(guò)自上而下的分級(jí)控制架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市照明的集中管理與分區(qū)控制相結(jié)合的控制模式。主控?fù)碛凶罡邇?yōu)先級(jí)權(quán)限，可以對(duì)分控權(quán)限進(jìn)行管理。另外，系統(tǒng)采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)的通訊標(biāo)準(zhǔn)及通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)控制業(yè)務(wù)系統(tǒng)以及控制終端的良好兼容性和擴(kuò)展性，保證以后平臺(tái)后續(xù)可擴(kuò)展、可升級(jí)、終端可持續(xù)利用等功能，對(duì)后續(xù)不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)接口，與其他系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)良好有效的系統(tǒng)無(wú)縫鏈接。

3.4.2照明監(jiān)控功能

通過(guò)主控軟件、無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制終端硬件的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)城市照明系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)控制。主要實(shí)現(xiàn)照明設(shè)施開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)程控制，運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及異常情況實(shí)時(shí)報(bào)警。通過(guò)GIS在線式地圖，實(shí)時(shí)展示控制箱開(kāi)關(guān)燈狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、通訊狀態(tài)，同時(shí)能夠在地圖上直接操作控制開(kāi)關(guān)燈、查看電參數(shù)等。可以實(shí)現(xiàn)配電箱遠(yuǎn)程開(kāi)門及門狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)在遠(yuǎn)程監(jiān)控終端中的數(shù)據(jù)測(cè)量模塊、傳感器模塊實(shí)時(shí)傳送照明設(shè)施運(yùn)行狀況，快速、準(zhǔn)確分析判斷出故障地點(diǎn)，并對(duì)管理人員及作業(yè)人員進(jìn)行故障信息報(bào)警與推送。

3.4.3設(shè)施GIS管理功能

借助地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)手段，建立起滿足照明設(shè)施信息化管理需要的地圖可視化環(huán)境、設(shè)施資源數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)管理功能。實(shí)現(xiàn)照明基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)的編輯、入庫(kù)更新、轉(zhuǎn)移等業(yè)務(wù)需求，為照明設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)信息資源的建立、更新與維護(hù)提供便捷有效的方法。具體功能有：系統(tǒng)管理（地圖符號(hào)模板、書簽、數(shù)據(jù)維護(hù)日志等功能）、地圖索引（地圖定位和調(diào)圖功能）、地圖操作（地圖瀏覽操作、地圖測(cè)量等功能）、數(shù)據(jù)編輯（各類設(shè)施的空間信息和屬性信息編輯功能）、查詢統(tǒng)計(jì)（按各種條件進(jìn)行空間查詢和屬性查詢）、智能分析（配電箱分析、啟動(dòng)線分析、建設(shè)狀態(tài)分析、審核狀態(tài)分析、設(shè)施管理狀態(tài)顯示分析、月變更報(bào)表分析和配電負(fù)荷自動(dòng)分析計(jì)算等功能）、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、數(shù)據(jù)輸出等。

3.4.4項(xiàng)目管理功能

要求通過(guò)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)逐層展示項(xiàng)目在立項(xiàng)、方案設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收等各個(gè)階段的信息數(shù)據(jù)，方便管理者對(duì)照明項(xiàng)目全過(guò)程進(jìn)度及數(shù)據(jù)的掌控。信息采集錄入只對(duì)結(jié)果進(jìn)行記錄不參與過(guò)程記錄、信息調(diào)閱采用編碼擴(kuò)展頁(yè)面調(diào)閱信息以使頁(yè)面展示主要處理信息。通過(guò)項(xiàng)目編碼調(diào)閱項(xiàng)目基本信息，通過(guò)階段編碼調(diào)取階段信息。

3.4.5電費(fèi)管理功能

通過(guò)加裝智能電表實(shí)現(xiàn)照明設(shè)施用電遠(yuǎn)程抄表和電費(fèi)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析功能，根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔直接讀取遠(yuǎn)程電表數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算設(shè)施用電量，自動(dòng)核定用電達(dá)標(biāo)情況及電費(fèi)補(bǔ)貼金額。建立電費(fèi)臺(tái)賬數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)歷史電費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理，供后續(xù)查詢分析，為監(jiān)管單位的電費(fèi)計(jì)量提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.4.6照明運(yùn)維管理功能

照明運(yùn)維管理包括故障流轉(zhuǎn)處理業(yè)務(wù)、交辦事項(xiàng)處理業(yè)務(wù)、設(shè)施拆移、拆除商請(qǐng)業(yè)務(wù)及養(yǎng)護(hù)質(zhì)量打分管理。主要是針對(duì)照明設(shè)施日常運(yùn)行維護(hù)工作情況進(jìn)行計(jì)算化管理，其目的主要是通過(guò)多種查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、數(shù)據(jù)分析使管理者、決策者可以更清晰地掌握照明設(shè)施的日常維護(hù)情況，以便對(duì)維護(hù)人員的工作進(jìn)行更加科學(xué)的管理、更加合理的安排。同時(shí)根據(jù)巡檢或抽查的情況對(duì)養(yǎng)護(hù)單位的設(shè)施養(yǎng)護(hù)質(zhì)量情況進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)具體的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)給出對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量打分，以便于對(duì)養(yǎng)護(hù)單位進(jìn)行考核和客觀評(píng)價(jià)。

3.4.7可視化展示

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立智慧照明可視化展示模塊。整合基礎(chǔ)設(shè)施展示、運(yùn)行控制展示、項(xiàng)目動(dòng)態(tài)展示、業(yè)務(wù)報(bào)表展示等，為各級(jí)決策管理人員提供統(tǒng)一的應(yīng)用平臺(tái);利用商業(yè)智能報(bào)表引擎（BI）及大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，運(yùn)用可視化等數(shù)據(jù)展現(xiàn)形式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析挖掘，充分發(fā)揮現(xiàn)有數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)信息化工作對(duì)單位整體運(yùn)營(yíng)管理的決策支持。具體內(nèi)容包括：照明設(shè)施區(qū)域分布圖、照明效果區(qū)域展示圖、照明控制動(dòng)態(tài)展示圖、照明用電智能分析圖、照明維護(hù)效果及常用材料評(píng)價(jià)圖、照明報(bào)修分類統(tǒng)計(jì)圖等，這些信息均以豐富直觀的數(shù)據(jù)報(bào)表形式體現(xiàn)在信息門戶當(dāng)中，技術(shù)層面同時(shí)支持PC端和移動(dòng)端。

4.系統(tǒng)建設(shè)意義

4.1經(jīng)濟(jì)效益

首先，智慧城市照明監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)精準(zhǔn)開(kāi)關(guān)燈控制，解決過(guò)早開(kāi)燈和過(guò)晚關(guān)燈現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)照明的統(tǒng)一控制，有效降低電能消耗。其次，系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和GIS技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了故障的主動(dòng)報(bào)警及準(zhǔn)確定位，有效減少了日常照明巡查工作的人力投入和車輛使用，降低了巡查和維護(hù)成本。此外，通過(guò)智能用電分析功能及遠(yuǎn)程配電設(shè)施門禁管理功能可以實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)用電異常情況并及時(shí)處理，降低偷電現(xiàn)象的電量損失和發(fā)生頻次。通過(guò)GIS系統(tǒng)對(duì)照明資產(chǎn)臺(tái)賬的精細(xì)管理與壽命分析，可以指導(dǎo)后續(xù)維護(hù)工作計(jì)劃的合理制定，也具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 社會(huì)效益

隨著城市建設(shè)不斷的發(fā)展，城市照明已經(jīng)成為體現(xiàn)城市形象的重要標(biāo)志。因此，社會(huì)對(duì)城市照明的管理和維護(hù)也提出了越來(lái)越高的要求，尤其是對(duì)每天路燈開(kāi)關(guān)燈時(shí)間、亮燈率、修復(fù)及時(shí)率等方面更加關(guān)注。智慧城市照明監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了城市照明管理工作從人工管理向計(jì)算機(jī)智能化管理的轉(zhuǎn)變，從被動(dòng)管理向主動(dòng)服務(wù)模式的轉(zhuǎn)變，大大提升了照明管理水平、保障水平和服務(wù)能力，從而進(jìn)一步提高城市照明的形象，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智慧城市照明監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了城市照明管理的科學(xué)化、集約化、精細(xì)化，是實(shí)現(xiàn)智慧照明和綠色照明的必然要求，同時(shí)也具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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（作者單位：無(wú)錫照明管理處）