摘要：智能化城市照明系统是一种较为新兴的路灯管理系统，具有自动化程度高、运行可靠、高效节电、使用维护方便等诸多优点。本文介绍了这种基于GPRS技术的智能照明系统，并对其部分环节的基本设计进行了简单的探讨，供大家参考。
关键词：GPRS 智能照明 路灯管理
一、前言
在城市发展的漫长历史中，城市照明的出现标志着一个新时代的开始。一个城市是否有充足良好的城市照明在一定程度上体现了这个城市的发展水平。城市照明可以有效地减少交通事故发生率、城市犯罪率等，甚至给人们以视觉上的美的享受，给城市带来崭新瑰丽的风貌。随着时代的变革，照明技术得到了突飞猛进的发展，然而多数城市照明系统的发展却没有与时俱进，事实证明，城市照明的智能化是城市进步必不可少的组成部分。
二、城市照明现状及发展趋势
在中国大部分地区的城市中，照明系统的控制还十分落后，基本停留在手动方式，或者虽然采用时钟、光电控制等方式对路灯进行开关控制，但是一年四季不能随着时节、天气变化等因素进行智能便捷的调整，对出现人为或极端天气等非可控因素造成电路损坏也不能进行有效的监控，往往需要派出专员专车进行排查，十分费时费力，甚至有时候等到市民反映才得以知晓，缺乏对路灯监控的主动性、及时性以及可靠性，对市民的出行造成了极大的不便。由于利益驱使，针对电线等输电设备的盗窃也屡见不鲜。由于城市照明的覆盖范围较广，不容易对其实施有效及时的监控，对因盗窃而出现的断路与灯具丢失也只能束手无策，严重地影响市民出行并造成巨大的经济损失。采用先进技术提高路灯自动化控制与管理水平，己成为城市路灯照明系统建设的当务之急。
从照明系统控制方案上看，主要分为有线控制和无线控制两大类。有线控制具有传输可靠和传输容量大的特点，但有线控制方式只适应于的简单的监控系统，完全不能适应城市全局监控管理的要求。相比于有线通讯方式，无线控制具有无需电缆、工程周期短、适应范围广、扩展性好、设备维护方便等突出优点，成为发展主要方向。当前在无线控制系统中主要采用数传电台通讯、GSM/GPRS通讯、ZIGBEE技术等方案。其中GPRS由于覆盖范围广、扩容无限制、系统投入少等优点，成为智能化照明系统控制的主流方案。
三、基于GPRS的智能化城市照明系统
GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称，是建立在GSM基础上的无线网络技术，它在现有的GSM网络上叠加了一个基于分组交换的无线接口，提供高速分组数据业务。用分组交换来补充电路交换，是对GSM技术的一个重要升级。GPRS的主要特点是：
◆ 覆盖范围广，能满足长距离通讯的接入需求。
◆ 采用分组交换技术，数据传输速率高，实际传输速率40Kbps。
◆ 系统的传输容量大，扩容无限制。
◆ 通信费用低，使用更加方便。
◆ 系统无时延，可很好的满足系统对实时性的要求。
智能化城市照明系统主要包括三个方面:灯光控制系统、数据通讯传输系统、监控中心。
1、灯光控制系统：灯光控制器中包括了开关回路、电压电流等参数测量反馈回路、故障报警装置、光照传感器、时间控制器、通讯模块等，其中开关回路可以通过数据传输器接收开关信号以完成对回路的关断或者闭合，并可以运用脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）技术，以实现对灯光亮度、能源消耗的有效调节。而电流电压等参数测量反馈回路可以对单个路灯或路灯组的工作状态进行监测，若是出现异常则可以由数据传输器向上一级进行反馈，而光照传感器与故障报警器也应以向上反馈信息，保证系统的正常运行。
2、数据传输系统：数据传输系统是终端与控制端连接的桥梁，一般分为两级网络，主干网是照明系统控制中心与现场变压器侧服务器之间网络连接，二级子网是变压器侧服务器与终端控制器之间网络连接。主干网一般采用GPRS无线通信。二级子网方案较多，包括：有线方式、电力载波、ZIGBEE技术、GPRS等，主要是根据经济可行性而选择。数据传输系统需要具有①实时地采集被监控设备的运行参数和工作状态，搜集故障告警信息，并且及时地送往监控中心的功能；②实时接收、执行来至监控中心的控制与监测命令的功能；③存储各个设备的历史数据，并且对专用存储设备进行管理的功能；④必须具有备用电池，以防突然停电，以维持在掉电后的相关信息监控与信息传输的功能；⑤一旦发生故障，可以继续按照事先设定的时间顺序来控制灯光控制系统的运行的功能。
图1 数据传输系统
目前，为了降低智能化照明系统的成本，在控制效果和控制成本上取得平衡。数据传输系统通常以一个变压器为单位进行建设，这样既可以避免每台路灯都安装传输系统而造成的庞大费用，也可以有效地对路灯系统进行监控。
3、监控中心：监控中心是整个照明系统的中心节点，是整个路灯系统操作、维护、处理、统计、分析和监管的中心，肩负着与其他管理网络相互联系的任务。监控中心作为整个系统的核心，应在监控中心实行24小时的值班制，以实现对突发事件的快速有效地应对。同时，监控中心还应该限制其出入人员，对联网计算机实现对外网的隔离，使之形成一个相对独立的系统，以免控制中心被蓄意或者意外的扰乱，影响正常的工作。而整个管控系统的可视化也非常重要，它可以帮助工作人员快速判断问题的所在，并对全局有一个清楚的认知。
四、智能化城市照明系统的应用
1、照明智能控制。采用智能照明控制系统，可以通过编程预先设置各区域的光照度，以适应各种场合、不同场景的要求。智能照明可将光照度自动调整到工作最合适的水平。无论在什么场所或天气如何变化，系统均能保证各区域照度维持在预先设定的水平。
2、可观的节能效果。智能照明控制系统使用了先进的电子技术，根据节能的要求，能对单个或单组灯具（包括日光灯、配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等）进行智能调节，减少不必要的照明用电，从而产生可观的节能效益。
3、减少维护费用。运用智能化的照明控制系统，一是大大提高了灯具等设备的平均寿命，减少照明系统的运行维护费用。二是可以通过对电参数的计算，自动定位需要维修的灯具和线路，从而大幅度减少维修工作量和维护费用。
4、实际应用效果：笔者调研的江苏省建湖县路灯管理所，在2012年5月完成了本地区路灯系统的改进工作，此路灯管理所的范围东至204国道，南至盐宝河大桥，西至九龙口镇，北至阜宁县接壤，线路共管养51000余盏路灯。在拥有智能化照明控制系统后，因由于重大节日或特殊需要而改变亮熄灯方案所需的时间由原来的8小时缩短至30分钟。原本每天早晚值班制被取消，转为监控中心（见图1）的24小时值班制与不定期巡查制，实现了有效的自动报警（自动报警内容包括：白天亮灯，夜晚不亮，电流超限，过欠压，电压缺相，开关跳闸，保险丝熔断，箱门打开，电缆被盗等）。及时的报警让检修更为快速，路灯亮灯率由原先的95%提高至现在的99%。路灯亮熄灯时间更为准确及时，节电约10%。实现了良好的经济、社会效益，大幅度地减轻了工作人员的工作压力，提高了对路灯的管理效率。
参考文献
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[2]．厦门宇能科技有限公司.GPRS 城市路灯照明监控系统应用方案[EB/OL].
[3]．智能照明控制系统的应用 吴宁惟2010-4-28