物联网技术在道路照明工程中的应用

【摘要】随着我国现代化城市建设的迅猛开展，建设节能环保、绿色低碳的新型现代化城市的理念深入人心。道路照明是市政设施中主要的耗电设施，因此道路照明成为绿色节能和环保的重要突破口。此外，城市建设者及运营管理者也对道路照明提出了新的更高的要求。智能化控制技术成为道路照明必然的发展趋势，物联网技术的发展也为道路照明的智能化提供了先进的解决方案，因此本文提出将物联网技术应用于城市道路照明领域具有重要的现实意义。

【关键词】物联网;道路照明;单灯控制;

一、物联网技术概况

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网依托三项关键技术即传感器技术、RFID标签、嵌入式系统技术实现大数据云计算。物联网应用于现代化城市照明工程领域的实现方法是依托传感器技术，射频标签技术及嵌入式系统技术实现对路灯的智能管理。

二、物联网照明控制系统的组成

物联网单灯控制技术实现对路灯照明的智能控制，精细控制。该控制系统需要四部分组成：前端传感器、每盏灯杆内的单灯执行终端、各箱变内分布的智能控制器及监控中心的物联网单灯监控软件系统。

（一）前端传感器

道路现场设置天气传感器采集天气数据，设置车辆检测器采集车流量数据，通过照度检测器采集照度数据，通过经纬度检测器监测当地经纬度数据，可将数据上传至前置服务器和数据中心。

（二）单灯执行终端

位于每座灯杆接线室内，由CPU 主板、通讯接口板和信息采集部件等部分组成，执行每座路灯的开停、调光及电气参数的监测。

（三）智能控制器

包含控制芯片、通讯接口板、功率变换控制器等部件，通过电力载波技术、ZigBee无线通信技术、 470/868无线通讯技术实现对全网每一个路灯的开停控制调光控制运行状况监测，智能控制器是物联网智能照明系统的底层设备，也是关键的网关类设备，它主要功能是实现路灯节点的自动组网，接收并存储来自远程计算机系统的照明控制与管理策略，并按策略对所有组网的路灯进行开灯、关灯、调光、电能采集、故障上报等。

（四）物联网单灯监控软件系统

包含计算机系统、无线数传电台和辅助设备等，监控中心与智能控制器之间采用无线通讯的方式连接， 而执行终端与路灯前端控制器之间可以采用有线通讯或扩频电力载波通讯方式连接。运营管理部门可根据实际情况制定路灯控制策略，可综合前端传感器采集的数据，如车流量信息、天气信息、照度信息制定最优化的路灯控制策略，并通过大数据及云计算技术科学分析不同日期不同时间段的交通状况，对所有路段的路灯进行针对性的控制。

智能控制器通过电力载波技术、ZigBee无线通信技术、 470/868无线通讯技术实现对每座路灯的检测及控制。借助强大GPRS/CDMA移动通讯网络，监控中心可根据将车流量、自然光照度等信息，可自动或手动向单灯控制器发送询问或控制指令，完成对任一区域、任一线路、任一灯位的监测和控制，可对每一个终端实现远程控制、远程调光、远程监视、远程实时动态管理四大方面的功能。

物联网智能照明系统可实现自定义各种控制、管理、维护照明策略，以实现节能效益最大化，控制等级安全化，维护工作简单化等动作目标，即可根据天气、车流量、时序、现场环境等数据实现单灯控制、物理回路控制、虚拟回路控制，无极调光，灯故障诊断，灯具寿命管理，节能管理，实现照明管理和节能控制的精细化智能化网络化。

三、物联网智能照明控制技术优势

物联网智能照明控制技术优势体现在三个方面：

（一）采用物联网技术，把每一盏灯纳入监控和管理平台实现全局监管，形成最佳运营维护模式;

（二）通过智能决策，实现基于单灯控制的自动控制、自动节能，使管理精细化、节能数字化，并实现故障预警，实现可视化的定位维护;

（三）通过远程管理和移动管理降低路灯设施的维护难度和成本，达到高效节能的效果，实现“四遥”管理，即：

（1）遥测

在每条照明配出回路上设置电力仪表， 采集相电压、线电压、电流、功率因数等运行参数， 各回路电力仪表通过串口通讯方式与本地PLC 连接， 将各回路运行参数传送至本地PLC。在每个箱式变电站内设置HMI （人机界面） 用以显示本地各照明回路的状态、运行参数及更改本地PLC 的程序和有关照明控制的参数， 从而实现本地控制。在自动运行方式下，由PLC 根据预先设定的照明控制程序控制本箱式变电站内各照明配出回路的合、断。

（2）遥信

通过控制网络可将箱式变电站各照明配出回路开关状态， 电路过电压、过电流故障信息， 通讯网络故障信息发送至园区路灯监控室。

（3）遥视

部分路段设监控摄像头，值班人员在监控室内通过监视器可以了解园区功能性路灯的照明情况， 景观灯具的亮灯效果， 同时可以第一时间发现故障或损坏的灯具， 及时检修，保证道路照明的正常运行。

（4）遥调

在监控室， 值班人员可根据对各路段不同时段车流量和园区整体道路情况的分析， 随时调整各箱式变电站内设备的节电运行参数。

物联网智能控制器引入天文钟控制器及光照度控制器信号，采用光控时控及手控相结合的控制方式，时控根据室外日光照度并通过智能经纬时控仪，根据坐在地区经纬度或不同季节，设定开关灯时间，后半夜时，关闭非机动车道灯具，同时间隔关闭不超过半数的机动车道侧灯具，路灯进入节能运行状态。科学安排时段分时段控制开关灯、调光等任务，实现按需照明，最大限度节省电能。

四、物联网单灯控制技术实现的效益

（一）经济效益：采用本系统后能确保节能率不低于30%，既节约能耗有不影响灯具的正常寿命，节电又省钱。

（二）社会效益：改善城市现代化形象，保证道路交通安全等级，增强城市治安管理的外部环境，是大数据时代市政设施的发展方向。

（三）管理效益：提高了整个城市的路灯管理水平，是工作人员从繁复的巡检工作中解放出来，降低了工作强度和经营管理成本。

（四）环保效益：对城市电网无高频干扰，对市区环境无电磁波污染，符合当今社会环保的发展趋势。

五、结论

物联网单灯控制技术实现了从“面”控制到“点”控制的转变，符合国际上路灯照明节能的最新技术发展趋势，使市政道路照明、城市亮化实现智能管理和节能并举，达到长效管理和节能增效的目的。鉴于当前智慧城市建设日臻成熟，城市建设者及设计人员把握当前道路照明的发展趋势，勇于采用新技术，使我国城市建设水平更上一层楼。

参考文献：

[1] 高杰，张泳.基于流量分析的道路照明节能控制方法研究.自动化博览.2014（01）

[2]刘跃群 王强. 现代道路照明的发展趋势.照明工程学报.2003（03）

[3]李锦宁 周培.智能控制在道路、桥梁照明节能中的应用.湖建筑电气.2009（01）