淺談單燈控製的智慧照明係統在高速公路主線照明中的應用

hth下载地址 陳聰

【摘要】：隨著物聯網和雲(yun) 計算的發展,基於(yu) 單燈智能控製的智慧照明係統在高速公路主線照明中得到了廣泛應用和發展。簡要介紹了智慧照明係統,並通過分析智慧照明係統在佛山市高速公路照明工程中的應用案例,提出了智慧照明係統的若幹思考。

【關(guan) 鍵字】：高速公路單燈智能控製;智慧照明係統;應用

0引言

隨著人工智能的發展和“雙碳”目標的提出,各地的智慧交通建設正陸續發力。同時,為(wei) 了更好地提升出行人員夜間駕駛的安全性和舒適性,高速公路照明工程已不僅(jin) 局限於(yu) 隧道內(nei) ,越來越多的路段開始考慮建設主線和互通中的照明工程。據相關(guan) 文獻,照明用電量約占全社會(hui) 用電量的13%,其中路燈用電量約占照明用電的30%,因此,在照明工程中采用新技術降低照明能耗、提升照明管理水平,達到照明領域的綠色節能,是高速公路管理部門關(guan) 注和思考的問題之一。

由於(yu) 路燈的單燈控製至少可以節省用電量10%,且維護保養(yang) 成本也能明顯下降,具有較好的經濟效益,因此建設基於(yu) 單燈控製的智慧照明係統,將助力實現綠色節約的目標。

本文分析了基於(yu) 單燈控製的智慧照明係統在佛山市高速公路照明工程中的應用,此外,根據實踐經驗和出行需求,提出了智慧照明係統的若幹思考。

1照明控製係統

1.1　傳(chuan) 統的照明控製係統

早期的照明控製係統大多采用有線控製,其控製方式一般采用時間控製、回路控製或兩(liang) 者相結合的控製方式。這種傳(chuan) 統的控製方式沒有細化到控製任意一杆燈,無法實現地管控和節能。比如,當有一盞燈具發生故障時,傳(chuan) 統的照明係統無法地感知到故障位置,需要花費大量時間進行人工排查,存在人工巡檢範圍大、費時費力等缺陷。另一方麵,傳(chuan) 統的照明係統沒有考慮對燈具的分組控製和精細化控製,造成用電浪費甚至光汙染。

1.2　智慧照明係統

智慧路燈是分布在高速公路廣泛、均勻的物聯網,可成為(wei) 智慧高速公路建設的切入點和智能終端,在社會(hui) 、經濟等方麵具有較明顯的效益(表1)。

由於(yu) 智慧照明係統具備不間斷地監控每個(ge) 照明燈具的功能,可防止電網的浪湧電壓對光源造成損壞,使燈具的平均壽命相應延長了2倍以上,顯著降低了燈具更換的費用,也大幅減少了照明係統管理人員的工作強度,使照明管理變得更加經濟和人性化。同時,由於(yu) 智慧照明係統與(yu) 物聯網、雲(yun) 計算等科技相結合,對每一杆路燈進行智能控製和精細管理,是智慧路燈的創新性發展,將推動智慧高速公路的建設、管理與(yu) 發展。

2佛山市高速公路照明工程項目案例

2.1　項目概況

項目建設範圍為(wei) 廣佛高速公路主線、廣三高速公路主線、佛開高速公路主線和廣珠西高速公路主線共100km的照明工程,4條路段累計安裝發光二極管(LightEmittingDiode,LED)照明燈具5266套。項目條件複雜,有高邊坡、垂直邊坡、國防光纜、石油管道、天然氣管道和供水管道等。根據現場實際,項目克服各種困難並於(yu) 2021年1月至4月陸續完成亮燈和智慧照明控製,其中照明控製係統采用了基於(yu) 單燈控製的智慧照明控製方案,是本次照明工程改造的一大亮點。

2.2　基於(yu) 單燈控製的智慧照明係統的應用

2.2.1　總體(ti) 方案

係統整合了專(zhuan) 業(ye) 高效的LED智能照明燈具、窄帶物聯網數據通訊、簡單實用的華為(wei) 雲(yun) 平台以及集成的服務,係統總體(ti) 方案如圖1所示。

圖1　智慧照明係統總體(ti) 方案

智慧照明係統在傳(chuan) 統照明係統的基礎上,融合了物聯網技術、計算機技術和地理信息技術等,將照明設施進行一體(ti) 化管理,優(you) 化了照明管理流程,提高了照明管理人員的工作效率,實現對照明設備的化管理和智慧化控製,提高了照明管理水平和節能效率。智能照明控製軟件平台是整個(ge) 智慧照明係統的節點,是整個(ge) 係統操作、維護、處理、分析和監管的遠程控製。

2.2.2　係統架構

智慧照明係統按照道路照明的控製邏輯關(guan) 係和照明線路拓撲而構成(圖2),其包括數據控製、無線智能控製網關(guan) 和單燈控製器等。無線智能控製網關(guan) 集成了集中控製器,實現路燈的信息化監控。單燈控製器和集中控製器之間通過電力線載波進行通信,集中控製器和數據控製之間通過4G無線網絡進行通信,且可隨時更換5G通信模塊。

圖2　智慧照明係統拓撲圖

2.3　智慧照明係統在該項目應用的優(you) 勢

(1)節能減排、綠色節約。遠程單燈控製可調用燈具信息,采集燈具亮度、電壓、電流、功率及用電量等,以實現對單燈能耗的計量、延長燈具使用壽命,不斷挖掘照明係統節能減排的潛力。且係統可以根據車流量和時間對單燈或分組製定控製策略,通過適當地調節燈具亮度和針對性地匹配開關(guan) 燈時間,控製每一盞燈具,從(cong) 而有效實現綠色節約。

(2)減少巡檢成本、提高檢修效率。智能照明控製平台借助地理信息係統(GIS)對每一盞故障燈具進行定位,可自動識別故障位置和故障類別,大大減少了巡檢人員和巡檢車輛,從(cong) 而明顯地節省了燈具的巡查成本,有效支持路段的智能化運維。根據係統所采集的運行信息,顯示故障的準確地點、設備狀態和故障類型,維修人員可提前完成檢修備料工作,改變了傳(chuan) 統巡檢模式定位難、需要逐個(ge) 排查和效率低等缺點,縮短了維修時間,提髙了檢修效率。

(3)實現照明控製和照明管理的精細化。傳(chuan) 統的路段主線照明控製大多為(wei) 回路控製,即通過控製箱變或變電所的低壓出線回路開關(guan) ,實現對主線照明的控製。這種傳(chuan) 統的照明控製比較粗放,一般一個(ge) 回路約為(wei) 1km,即隻能使1km範圍內(nei) 的燈具同時開啟或同時關(guan) 閉,缺乏精細化,容易造成用電的浪費。智慧照明係統結合了物聯網技術、GIS技術,對所有照明燈具進行準確定位,可精細地控製單一燈具的開啟與(yu) 關(guan) 閉,也可靈活地對各路燈杆進行分組、分路段控製。這種精細化控製有利於(yu) 高速公路管理人員準確采集照明係統相關(guan) 信息,對重要決(jue) 策進行分析評估,提高高速公路照明管理水平。

(4)提高維修作業(ye) 的安全性。由於(yu) 每一杆燈在檢修孔內(nei) 都安裝了單燈控製器和電源適配器,使其在整個(ge) 智慧照明係統中具有單一的、可快速識別的身份編碼,便於(yu) 燈具的維修維護,且大部分故障可以在檢修孔處維修,降低了高空作業(ye) 車的使用率,提升了維修作業(ye) 時的安全度。

(5)良好的拓展能力和應急能力。照明智能控製箱設備內(nei) 置4G智能鏈路傳(chuan) 輸功能(支持國內(nei) 移動/聯通/電信三大運營商),方便客戶進行遠程監控和操作,采集報警信息,且具備良好的功能拓展能力,可隨時更換5G通信模塊。所提供的無線寬帶可在緊急情況下作為(wei) 應急數據傳(chuan) 輸通道,為(wei) 臨(lin) 時卡點傳(chuan) 輸視頻、語音、數據等信息,為(wei) 應急工況下提供可靠的無線寬帶通信保障。

2.4　主要設備及軟件平台性能

2.4.1　單燈控製器

相比於(yu) 傳(chuan) 統的照明回路控製,智慧照明係統在每杆燈杆檢修孔內(nei) 安裝內(nei) 置電力線載波(PLC)、微功率無線通信的單燈照明控製器,可自由切換電力線載波和微功率無線通信模式,實現單燈控製,其原理及結構如圖3所示。單燈控製器對每個(ge) 燈具進行數據采集,上報管理平台,且根據路段管理Web版軟件和管理人員手機APP指令可進行分路段、分區、分組、分回路和單燈等場景調控,以及燈具開關(guan) 和調光等控製模式,同時具備異常開/關(guan) 燈、燈具故障、燈杆漏電、功率不足、超流超限、超壓、通信失敗等報警功能。

圖3　單燈照明控製器原理及結構

2.4.2　無線智能控製網關(guan) (含集中控製器)

采用模塊化設計方式,內(nei) 含通信模塊(4G)、路燈控製模塊、電參數檢測模塊,兼具4G智能鏈路傳(chuan) 輸和路燈集中控製兩(liang) 大功能。其通過雙模通訊方式,即同時支持電力線載波(OFDMPLC)和微功率無線通信(RF433),控製終端的開、關(guan) 燈和調光操作,並接收照明終端發送的路燈狀況和電量使用信息。

2.4.3　智慧照明控製軟件平台

智慧照明控製軟件平台自上而下包括4個(ge) 層次。軟件平台架構如圖4所示,軟件平台界麵如圖5所示。

圖4　智慧照明控製軟件平台架構

圖5　智慧照明控製軟件平台界麵

(1)展示層:提供照明控製的人機界麵,如本地客戶端、遠程客戶端、手機APP等。

(2)應用層:提供照明控製的應用功能,如設施資源管理、照明智能監控、單燈控製及節能管理、生產(chan) 運維管理和移動監控等。

(3)服務層:提供三大服務(通信/數據服務、應用服務、GIS服務),如消息服務、遠程通訊,報表和圖表工具、安全服務、數據分析與(yu) 訪問,基礎地圖服務、地理數據服務等。

(4)數據層:對數據庫進行統一編碼標準和統一數據模型。

2.4.4　智慧照明控製軟件平台功能

智慧照明控製軟件平台具有GIS地圖功能、設備管理與(yu) 控製功能、分組控製功能、遠程開關(guan) 功能、分組控製功能等,見表2。

2.5　智慧照明係統在該項目應用的不足

智慧照明係統自2021年1月陸續投入以來,基於(yu) 單燈控製的智慧照明係統得到了佛山市照明工程路段管養(yang) 單位和出行者的好評,具有故障率低、故障識別、維修速度快、調光和控製功能實用性強、維護成本低等特點。但也存在一些不足之處,如建設期未考慮與(yu) 路段上的車輛檢測器、氣象檢測器、閉路電視監視係統和可變信息標誌等其他現有設備進行聯動;未考慮利用燈杆集成其他信息化設備以減少對土地的占用,節約空間和後期建設成本;也沒有考慮使用區別於(yu) 傳(chuan) 統照明工程的低空照明,以提高行車的誘導性,降低維護費用。

3單燈控製智慧照明係統拓展思考

(1)整合路網信息,提高協同聯動性和智慧水平。建議可將傳(chuan) 統機電工程三大係統的數據整合到智慧照明控製係統中,比如通過視頻圖像傳(chuan) 感器或雷視一體(ti) 機采集通行車輛的數據,實現“車來燈亮、車走燈滅”的功能。同時,將氣象檢測器采集到的天氣情況和路麵溫濕度信息、事件檢測器采集到的特殊事件等信息整合到智慧照明控製係統中,設計對應的聯動方案,提升照明係統的智慧化。

(2)利用路燈物聯網承載其他上層應用。針對不同的路段情況,分析各類傳(chuan) 感器、WIFI熱點、車路協同路側(ce) 基礎設施、毫米波雷達、全彩戶外顯示屏等信息化設備的需求,以合理設置智慧集約燈杆。同時,智慧集約燈杆也可作為(wei) 5G微基站的天然搭配。這樣既可提高燈杆的智慧化,又可避免設備基礎等土建工程的重複建設,節約空間和建設成本。智慧集約燈杆可集成的設備見表3。

(3)合理布置低空照明。由於(yu) 低空照明具有行車誘導性強的特點,建議對低空照明的課題進行深入研究,解決(jue) 低空照明仍存在的問題與(yu) 盲區,如可能造成駕乘人員的眩光等不適,使低空照明能成功應用於(yu) 高速公路,服務廣大出行者。同時製定相關(guan) 的技術規範,根據不同路段的特點合理布置低空照明和高空照明,在節省照明工程建設費用的同時,為(wei) 高速公路照明工程帶來智慧化和人性化發展。

(4)加快標準框架體(ti) 係的建設。標準化是支撐智慧照明係統建設的重要手段,標準化可以有效地規範智慧路燈的規劃、設計、建設、運行及設備製造。而智慧照明係統相關(guan) 的技術和產(chan) 品仍處於(yu) 繼續發展和優(you) 化的過程中,未來將成為(wei) 不同行業(ye) 、不同部門的共享設備及共享數據,涉及到跨領域和跨部門的製度支撐問題,因此,標準化工作難度較大,框架體(ti) 係尚未統一。建議加強照明、交通、數字化、市政和公共安全等各管理領域的協同合作,進一步加快智慧照明係統標準框架體(ti) 係的建設。

4hth下载地址智能照明控製係統

4.1概述

ALIBUS智能照明產(chan) 品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩定。開關(guan) 驅動器具備獨立工作的能力，適用於(yu) 一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拚接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與(yu) AcrelEMS企業(ye) 微電網管理雲(yun) 平台進行數據交換。

4.2應用場所

適合於(yu) 各類智能小區、醫院、學校、酒店，以及體(ti) 育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控製需求。

4.3係統結構

4.4係統功能

1）實時檢測並顯示各個(ge) 模塊的在線狀態，反饋現場受控回路的開關(guan) 狀態，監控界麵按照樓層各分區的布局和回路列表來瀏覽。

2）當發生模塊離線、網關(guan) 設備掉線或者狀態反饋和下發控製命令不一致時會(hui) 發生故障報警，並將故障報警信息記錄並顯示在界麵中。

3）可以對單個(ge) 照明回路實現開關(guan) 控製；每個(ge) 模塊、樓層都有相應的模塊控製開關(guan) 和樓層控製開關(guan) ，也可以一個(ge) 模塊或者整個(ge) 樓層實現開關(guan) 控製。

4）開關(guan) 驅動器支持過零觸發功能，負載（燈具）的分合操作僅(jin) 在交流電過零時進行；可有效減少電磁幹擾以及對電網的衝(chong) 擊，延長燈具與(yu) 控製裝置的壽命。

5）對每個(ge) 照明回路可以預設掉電狀態，當照明電源掉電時，開關(guan) 驅動器會(hui) 自動切換到預設的掉電狀態；確保重新上電時燈具的開關(guan) 狀態是確定與(yu) 可控的。

6）拖動調光控件，照明設備從(cong) 0%到100%進行調光，可以對單個(ge) 照明回路實現調光控製，調光總控可以對一個(ge) 模塊的照明回路實現調光控製，也可以對多個(ge) 照明回路實現調光控製，通過圖標的亮滅狀態反饋現場開關(guan) 的狀態。

7）點擊場景控件，打開或者關(guan) 閉對應場景設置，軟件界麵上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態是打開還是關(guan) 閉。

8）設置定時時間，確認時間點後，對該事件點執行的動作進行設置，設置燈在設定的時間點亮或者滅。

9）係統可以通過預設的當地經緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據天文時鍾控製照明開關(guan) ，實現日落開燈、日出關(guan) 燈的功能。

10）所有定時控製計劃均可下發保存至驅動模塊；當上位機係統故障或模塊離線時，驅動模塊可以利用自帶的RTC時鍾維持定時控製計劃的正常執行，不影響日常的照明控製效果。

11）係統結構是分布式總線結構；係統內(nei) 各元件不依賴於(yu) 其他元件而能夠獨立工作；係統內(nei) 各元件可以通過程序的設定實現功能的多樣性。

12）預留BA或三方集成平台接口，采用modbus、opc等方式。

4.5設備選型

5結語

基於(yu) 單燈控製的智慧照明係統發揮了物聯網和路燈的雙重優(you) 勢,在提高高速公路照明管理智慧化、精細化、綠色化的同時,可作為(wei) 建設智慧高速公路的重點切入方向。基於(yu) 單燈控製的智慧照明係統在佛山市高速公路照明工程中的應用案例,表明了智慧照明係統的建設在減少資源浪費、優(you) 化管理機製和實現運維一體(ti) 化上是可行的。相信隨著未來對照明方案不斷優(you) 化拓展與(yu) 技術進步,智慧照明係統的應用將進一步有利於(yu) 推動智慧高速公路的建設。

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