摘 要：本文对台湾当前的道路照明控制系统进行了介绍，对两岸及国外道路照明监控管理发展状况做了对比与分析，提出了新一代路灯自动监测系统的建设构想。
关键词：道路照明系统 监控管理 通讯方式
一、道路照明监控管理之现况
（一）道路照明系统简介
因社会高度化的开发，人们的生活已由日出而作、日落而息的习惯演变成24小时全年无休的环境，当夕阳西下后，取而代之的照明系统正与日俱增的成为生活中不可或缺的重要元素。
时至今日从报章、杂志、期刊、论文中，很少有对道路照明控制系统做进一步的探讨，在本节中将针对台湾道路照明系统做一简介，以揭开其神秘之面纱。
道路照明系统供电及控制方式依各国或各电力公司之规划，有串联或并联等若干之不同方式，以台湾现行之道路照明系统而言，其采并联供电，串联控制路灯点灭方式，如图1所示。
所谓并联供电即是由电力系统上之特高压电经二次变电所降压成 11.4 或22.8KV之高压电，再配线并联供电至各地之变压器，然后各变压器再将其降压成220V或380V 电压供电至各大街小巷之路灯开关箱，最后再由路灯开关依当地的照明需求配电供应适当的路灯照明电源。
另外所谓串联控制，即由电力公司之变电所设置一定时开关，该定时开关设定之路灯点灭时间系依中央气象局公布之日出及日末时间而变化，目前点灭之时间为日末前及日出后15分钟为路灯开及关之时间，当需开关灯时即由定时器发出讯号，送至第一台路灯开关控制器启动开关，如此依序控制，以形成串联控制网路。
再依维护责任归属区分，可分为供电端区域及用户端区域，其责任分界点即位于路灯开关箱内，漏电断路器(含)以下由用户端维护，以上即由电力公司维护，至于路灯电费收费标准则分表灯及包灯方式，并依照明使用性质而有不同优惠等级收费。
综上所述，道路照明系统之电源供应、点灭控制由电力公司管理维护，而路灯之故障检修、安全检查、使用时机等均需由用户自行管理维护，目前道路照明之用户均为各地县市地方政府。
目前各地县市政府路灯巡查作业均以人工方式处理，以北高两市为例，每天有专门的巡查人员巡查路灯可能的缺失，并将结果记录回报管理人员，管理人员依据查报资料派员施工，施工人员依据查报资料至现场维修，待缺失排除或修复后，再回报管理人员，管理人员将回报维修情形建档，并派巡查人员查证，巡查人员再将查证结果回报管理人员，如此完成路灯缺失维修工作，其作业流程如图2所示。由上述可知，现行路灯管理维护需使用大量人力，而作业过程各项资料仅就个案归档，无法将历史的资料转换为未来参考分析的资料，例如该地点重复施工的次数或路灯维修经费的预估等统计。
为解决上述的开题，国际上已逐渐发展一些务实且有效的解决方案，这些解决方案详细内容将说明如后。
（二）道路照明监控管理国内外发展现况
1、台湾道路照明监控管理发展现况
虽然路灯监控管理为将来必然发展趋势，但台湾路灯管理环境相当封闭，管理人员观念仍属传统，因此路灯产业界几乎不愿投入资源进行监控管理技术的研发，经访查台湾照明产业界、政府机关、大专院校、研究机构，目前仅有高雄市政府施工中之路灯自动监测回报系统研究计划于实验阶段。
高雄市政府之路灯自动监测回报系统（第一代），为针对用户端量身设计之路灯监控管理系统，目前已完成系统规划并以盐埕区的1800余盏路灯进行实验阶段，该系统规划功能能为路灯回路故障侦测、系统电压、电流侦测及回报故障时间、地点。另设有资料库存放各种路灯回报资料供日后分析管理维护参考。
路灯自动监测回报系统，系由三个单元组成，分别是感应端、通讯端及监控管理中心。感应端即为电力线控制器，用来安装感应元件侦测路灯回路照明状况，同时收集来自感应元件之侦测讯息，通讯端亦即电力线数端，则是将感应端之收集资料经由通讯装置传输至监控管理中心，监控管理中心则是汇集来自监控区域的所有资讯，每一个电力线数据机最多可控制255个电力线控制器。
该系统采用之通讯媒介有两种，一为电力线，另一为电信公司铺设之数据专线，电力线控制器与电力线数据端以电力线载波通讯，载波频率 100～400kHz，负载电流侦测管围 0.01～100A，电力线数据机与数专线端之 LL Modem 经由RS-232介面通讯，再透过电信公司铺设之数据专线通讯。
上述系统因透过数据专线通讯所以通讯速度较快，且系统稳定性较高，缺点则为数据专线建设成本高，施工困难，对民众交通冲击大。
2、国外道路照明监控管理发展现况
国外路灯监控管理技术的研究稍早于台湾，惟亦是近五年内才发展出来，就文献资料显示，目前荷兰、挪威及中国大陆所发展出来的系统大部份皆为区域路灯监控系统，而且数量亦不多。其中又以中国大陆投入此项研究居多。
荷兰飞利浦公司研究一套Telemanagement路灯监控系统，该系统规划依用户需求分为两种组合，Telesense使用于中小型区域监控，采用电力线载波通讯、电话线载波通讯，Starsense适用于大区域监控，其通讯方式使用电力线载波通讯、电话线载波通讯及私人RF无线网路通讯，电力线载波通讯应用LonWorks技术，无线通讯媒介使用Echelon公司研发的RF通讯媒介。其终端控制器装设于每一盏路灯灯具内，配合该公司研发之电子式安定器使用。
Telemanagement路灯监控系统功能包括路灯点灭控制、电流检测、电压检测、消耗功率计算及依据路灯点灯时数预测路灯故障时间，路灯点灭控制时可附加侦测依车流量和天气状况装置适时调整路灯点灭，此项功能为该系统之特色。
该公司资料显示，透过电压保护可延长30％灯泡寿命，条件式的路灯点灭控制最高可节省能源45%，路灯故障预测功能可降低25%灯泡库存量，路灯维护人力可灭少50%。
挪威Kongsberg公司提出Candelon路灯监控系统，如图3所示，该系统使用电力线载波技术监控路灯，电力线载波通讯亦应用 LonWorks技术，由于使用有线方式监控，因此并不适用于广域路灯监控，其终端控制器装设于每一盏路灯灯具内，需配合该公司研发之电子式安定器使用。该系统主要功能为路灯点灭控制、路灯故障检知及过电压量测保护等。
近年来中国大陆在电力设施智慧化发展投注相当大研究资源，其中于电力线载波技术之研究亦有所突破，就目前所知已将路灯监控管理系统商品化。
城市路灯监控系统（如图4所示），为一电力线载波控制之系统，载波技术采用美国Echelon公司的LonWorks控制网路技术，实现在全市范围内组成路灯监控网路。该系统网路可容纳最大32000节点和路由器。
该系统主要由测量控制节点M&C和路由器Router组成，利用原有的220V低压配电线作为通讯线路，如图4所示。系统在城市原有的各个路灯电控箱内，安装一个集资料获取、网路通讯于一体的硬体模组，称为M&C控制节点。M&C控制节点是以LonWorks系统的神经元处理器为核心，配以测量控制电路、低压载波通讯电路、计时电路组成的高性能网路智慧节点，具有测量电压、电流、电量计算、脉冲计数、接触器通断控制、故障检测、载波通讯运算功能。M&C节点将采集到的资料即时发送到总控室，并接受总控室的命令，控制接触器的通断。线路上的路由器可以增强衰减的信号，为资料包选择合适的路径，使监控网路延伸到全市各处。
路灯监控系统其架构如图5所示，主要由监控器、线路终端及监控中心三部份组成。通讯媒介采电力线载波及行动网路通讯，电力线载波为自行开发之技术，采半双工点对多点，串列传输通讯速率为600bps，线路终端至监控中心可使用乙太网、电话网、GPRS、RS-232/485，串列传输速率为 9600bps，一个线路终端最多可以控制1024个监控器。监控器有单灯型和多灯型两种，单灯型又分为不回传控制结果之单向型和回传控制结果双向型，可监控的负载电流最高可达35A。
路灯监控系统功能包括路灯点灭控制、路灯故障检知、开关状态量测、电流量测等。由其系统架构可知此为较佳的广域路灯监控系统。
二、 建置新一代路灯自动监测回报系统
本研究实际了解高雄市第一代路灯自动监测回报系统之运作情形，发现其尚有以下之缺点：
（一）被动通报，速度较慢无法扩大使用范围
高雄市第一代路灯自动监测回报系统，基本上系以被动询问的方式进行侦测， 由电力线控制器（感测元件）将正常与不正常的讯号传到电力线数据机，再利用ADSL网际网路将讯息传回监控中心，以目前之施设范围盐埕区1800余盏路灯为例，询问（扫瞄）回报一次即需27分钟，高雄市目前共有94000盏路灯，如全部纳入本系统，则扫瞄侦测一次需时长达1411分钟（23.5小时）。而每天路灯放亮的时间平均尚不到12小时，故需两天才能全部侦测回报一次，速度太慢。因此该系统仅适合小区域使用，难以扩张至全市。
（二）费用较高
目前高雄市盐埕区1800盏路灯共向中华电信租用12条ADSL网路线，每条每月需租金900元（不含安装费用），一年共需1.08万元，如以此比例扩张至全市94000盏路灯，则每年需要经费约56.4万，其费用尚超出目前高雄市6组巡灯人员之年所得，又ADSL之安装需开挖路面成本较高，尤其许多路灯远离人口稠密地区ADSL无既设线路，安装费用更为惊人，且施工往往造成交通冲击社会成本极高，故难符经济效益。
为了改进以上的缺失，本研究提出新一代路灯自动监测回报系统的构想，
并以高雄市前金、新兴两区共5000盏之路灯进行规划、落实。
系统架构
本案之路灯自动监测回报系统，系由四个单元所组成，分别是：量测控制端、通讯端、监控管制中心及管理系统软体开发。量测控制端旨在安装感测元件来侦测路灯回路之照明状况，同时收集来自感测元件之侦测讯息、通讯端则是将量测控制端之资料经由通讯装置传输至监控管理中心、监控管理中心则是汇集来自监控区域的所有资讯、管理系统软体开发则是由软体来管理监控管理中心所得之资讯，并结合地理资讯系统之路灯位置及维修派工管理。本案相关架构图如图6所列。
三、 新旧两代路灯监测回报系统之比较与未来发展
高雄市新一代路灯自动监测回报系统除针对第一代所发现的缺点加以改进外，并增加新的功能，其主要部分如下：
（一）模组化
模组化可方便因应未来的趋势及科技发展，方便扩充系统功能，而无需全面汰换既有软硬体。
（二）双向通讯
台电电流供应，因四季用电量不同并不稳定，由于第一代路灯监测回报系统仅为单项通讯其监测值监测中心无法加以调整，必需经常派员至每一处监测点调整电流监测值，耗时费力。新一代系统改采双向通讯方式，在监控中心即可直接以通讯方式远端修正监测值、传送时间、开关箱电脑编号等，节省大量人力及时间。
（三）GPRS通讯
第一代系统采ADSL有线通讯方式，其施工及租金均极昂贵，新一代统则改采GPRS无线通讯，仅需于监测端开关箱装置无线资料收发器（WDT），无需挖掘马路，施工便利、费用低，且其租金每月约150元，仅为ADSL数据专线的六分之一。
另GPRS之回报方式为主动式并可应实际需要设定回报时间（本系统初期设定每十分钟回报一次），较之ADSL及时而快速。
（四）C－band载波
新一代系统其电力线传输采用之载波频率为C－band（132KH2），其干扰最少，传输之距离最远，可减少监测端设备之装设数量，节省成本。
将新、旧两代系统功能及未来可能之发展加以比较如下表：
