镇江市城市管理行政执法局丹徒分局
镇江市丹徒区城管局市政管理处（212028）
摘 要：随着城市建设的发展，城市照明建设越来越注重于体现城市建筑特色，注重于综合的行之有效的节能降耗技术应用。城市照明和城市主干道建筑群立面装饰照明以及广场景观照明的数量在不断增加、品位在不断提高，今后城市照明管理部门除了管理道路照明外，还将参与城市景观灯等公共设施自动化的管理。因此各级政府和市民对城市道路照明和景观照明以及广场喷泉、音像设施有效控制提出更高的要求。希望实现城市照明管理的现代化、数字化、集成化、低耗高效化，使城市照明管理水平达到国内领先水平。
关键词：城市照明 监控节能 技术方案 效益分析
一、城市照明监控节能系统的效益分析
1、社会效益分析
随着社会文明的不断发展，路灯已不再局限于道路照明，而是发展为表现城市景观、体现城市形象的重要标志。因此，现代社会对路灯的管理和维护也提出了越来越高的要求，这些要求能够根据天气变化、季节的变化、光照度变化及时开关灯、根据道路车流量、人流量瞬间动态及时自动调配负荷，实现有计划的用电、合理用电和节约用电。实现功能最大化，能耗最小化，随时调整景观灯的开关灯时间并进行应急调度、及时发现故障并立即进行修复等。
采用城市照明自动化监控节能系统以后，全市范围的全夜灯、半夜灯和景观灯的开关均可实现自动控制和精细化管理。同时，由于照明自动化监控系统具有自动报警和巡测、选测功能，调度人员可以在故障发生后的数秒钟内及时了解故障的地点和状态，为及时进行修复提供了有力的保障。路灯维护及时，可以极大地减少对照明管理部门的投诉、减少道路交通事故的发生，有利于城市的治安，产生极大的社会效益，从而进一步提高城市的形象。
2、经济效益分析
（1）节约路灯维护费用
路灯自动化监控系统将传统的“巡灯查找故障”改为“值机等待报警”,不仅减少了“巡灯”人员和车辆损耗，降低了维修成本；而且在检修车出发之前已经知道了故障的准确地点和基本状态，因而缩短了维修时间、提高了检修效率；由此将产生一定的经济效益。
（2）节约大量的电费支出
无线照明监控节能系统能提高开/关灯的可靠性和可检查性，避免白天亮灯情况的出现；同时，系统采用光控和时控相结合的控制方案，在预置的时区段内根据光照度决定路灯的开或关，既能在阴雨天自动延长照明时间，又能在晴好天气自动缩短照明时间；每天大概可以减少路灯开灯时间25分钟左右。按每天运行11小时计算，则可节约3.7%的电费支出。
通过对照明线路的改进，细化路灯的下半夜灯或景观灯控制回路，在非节假日采用只开部分景观灯和迟开灯早关灯的控制方案；在路灯控制箱或箱式变内安装节电器与照明监控系统联动，则节电效果更加显著。
（3）提高光源电器寿命，降低运行成本
由于减少了开灯时间，延长了光源电器寿命，降低运行成本，进一步提高了经济效益。
（4）实现自动计费功能，减少电费支出
无线照明监控节能系统具有远程自动抄表和计量电费功能，每天、每月、每年的照明用电能够及时的自动采集、计算、存储、打印，随时了解和调配用电状况，实施有效管理，降低支出，提高经济效益。对景观灯还可采用双计费功能，实现政府开灯与各景观大楼业主自行开灯分别计费的方式，减少政府与大楼业主为电费的相互扯皮的现象，保证双方的利益。
3、实现照明系统的管理现代化
城市照明监控节能系统能将采集到的数据自动进行存储，包括无线视频，并能随时进行查询、统计和打印，为管理现代化提供了基本条件。
二、城市照明监控系统的设计原则
1、可靠性：由于监控设备长期在野外运行，工作环境极为恶劣；因此必须充分考虑系统的可靠性，要求监控系统能够长期稳定地运行；同时要求监控系统具有双重控制回路自动切换，在设备出现故障的情况下仍能稳定运行，不影响或者少影响原照明系统的按时开启和关闭。
2、先进性和实用性：设备须符合相关国内、国际标准，系统核心技术处于国内先进水平。同时，应以实用为原则，不可脱离实用性而盲目追求先进性，从而造成华而不实、浪费资金，降低可靠性。
3、可维修性：系统的设备模块化设计，并且各单元部件具有故障定位指示，便于设备维修。
4、可扩展性：硬件采用模块化设计，软件采用组态化设计，使得系统扩展、升级均不必改变现有设备的状态。
5、通用性：硬件设备具有通用性，通过不同的软件参数设置，可以实现不同的功能。
6、经济性：尽可能采用成熟的先进技术，选择性价比高的方案和设备，既要考虑初期建设费用，也要降低今后的运行维修费用。
三、城市照明监控系统主要技术指标
1、系统容量：1个主站，1万个监控点。
2、群控和组控方式：系统终端根据需要可以把全夜灯、半夜灯、各种景观灯分为不同功能组，实现分时段进行群控和组控。
3、通信方式：根据用户的具体情况、通信技术的发展，本方案建议采用GPRS通信方式。
4、工作环境温度：照明监控端的工作环境温度范围应满足本地区最高最低极限温度时能正常运行。
5、数据采集精度：为了保证亮灯率的统计，交流电流、电压、有功功率、功率因数采集精度优于1.0%.
四、照明控制方案
1、分组控制：系统可以根据不同类型的照明控制要求，把全市路灯和景观灯分成若干组，分别采用时控方案或时控和光控相结合的控制方案，自动遥控开/关全夜灯、半夜灯和景观灯；也可以手动对全夜灯、半夜灯和景观灯进行遥控开/关操作。
2、道路照明控制方案：该方案基于模糊控制理念，以当地365天日出日落的时间作为基本条件，设定一个有效的开/关灯时段，在此时段内根据光照度（光控）的具体情况自动执行相应的开/关灯命令；若该时段结束时光控仍未起作用，监控终端自动按时控方式开/关灯。
光控时段值和光照度值均可在线修改，此方案可根据当天的实际光照度及时地开/关灯，既可节省大量电力，又可产生较好的社会效益。
3、景观灯控制方案：采用分组定时控制方案，即可以把不同地理位置和要求的景观灯分成若干组，对不同组采用不同的定时控制方案。通过中央控制室微机的设置程序，可任意设置一年中的开/关灯时间以及每周固定的开/关灯时间。通过群控方式，可将景观灯进行分组，不同组采取不同的控制方案；也可通过选控方式，将相应的饰灯逐点控制，更增强了系统的灵活性。
五、城市照明监控通信系统
1、系统通信方案的选择：正确选用系统通信方案，是城市照明监控系统得以成功运行的必要前提，在照明监控系统中目前可采用的通信方案主要有无线专用网、移动通信网中的GSM短消息、USSD和GPRS通信方式。根据要求本系统通信方案选择无线移动公用网的GPRS通信方式。
2、系统GPRS通信方案特点：GPRS（General Packet Radio Service）是在现有GSM系统基础上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供
分组形式的数据业务，具有“永久在线”、“高速传输”等优点。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。相对于原有GSM拨号方式的电路交换数据传输方式，GPRS网络采用的分组交换技术，具有以下优点：
（1）永久在线：即用户无需为每次数据的访问建立呼叫连接。
（2）高速传输：数据传输速率理论上最高可以达到171.2kbps,目前传输速率可以达到40kbps.
（3）流量计费：用户只需要为接收和发送的数据报支付费用，因此相对运行费用较低。
（4）快捷登录：一般只须10秒即可登录互联网。
GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，其分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。
监控中心的前后台监控微机接入Internet（可采用DDN专线、ADSL等多种方式），GPRS终端与监控中心建立连接，监控中心与GPRS终端通过GPRS网络，实时传递指令和数据。
六、系统控制中心（调度端）设计
照明监控系统调度端采用前、后台机连网工作方式，选用带看门狗的适合连续工作的工业控制计算机。一般情况下，前台机作为监控工作站承担遥测、监控、调度等工作；后台机平时自动备份前台机的数据，当前台机出现故障的情况下，可以随时切换顶替前台机工作；从而极大地提高了系统的可靠性。同时，考虑到计算机网络技术的发展，系统具有网络接口，接入服务器、管理工作站等，系统就可以很方便地组建为路灯管理处局域网，通过网络实现照明监控数据和图像信息共享。
系统外部的计算机均可通过拨号上网，采用加密查询的方式访问相应的各类最新和历史数据。同时，系统也可以通过电话语音方式查询当前的最新情况，或指定相应的电话号码和告警方式实现电话语音告警。整个系统的网络化设计为今后的生产管理与办公自动化的实施奠定了良好的基础，同时保留了足够的软件与硬件扩展接口，以便现有的监控系统能随着网络技术的飞速发展，发挥越来越大的作用。
七、城市照明监控系统终端
1、照明监控终端的基本性能照明监控终端（RTU）选用STC-205型系列照明监控终端。该终端选用工业级芯片，采用CPU与DSP协作工作方式，其中关键芯片采用美国最新表面贴装芯片，通过数字信号处理（DSP）技术，实现交流采样方案，交流电流、电压采集精度优于0.5%;设备设计、生产全过程进行ISO-9001质量控制；印制板焊接采用波峰焊技术消除了人工焊接的漏焊和虚焊；每台整机都进行100小时高温老化排除了早期失效，有效地保证了设备质量，平均无故障时间达到10万小时。
2、照明监控终端主要功能
（1）自动报警：当采集到的交流电流、电压超过上下限时能自动报警；当白天亮灯或晚上熄灯时能自动报警；当供电停电时通过自备电源运行，同样能自动报警。
（2）独立运行：当发生中控室微机或通信线路发生故障时，终端会根据预先设定的程序定时自行开/关灯，以确保路灯照明线路的正常运行。
（3）监控终端断电运行：监控终端内装有不间断电源，具有断电运行功能，能在供电线路断电时及时告警，使有关部门在第一时间获知并抢修，同时具有防盗报警功能。在基本配置中，停电后能够维持终端正常工作4小时。不间断电源能防止过分充/放电，保证长期使用。
（4）现场自动设定功能：通过手持式键盘、显示器，可以现场中文显示，便于现场的安装调试和维护、维修，并可控制该点的全夜灯、半夜灯、景观灯等，其显示的内容如下：
时间（年、月、日、时、分、秒）；开、关灯的最后时限；采集的交流电流和电压值；输入的开关量状态；输出的开关量状态；在自检状态下，可以显示或修改本机的多种工作参数。
（5）抗干扰能力：对现场采集的模拟量和开关量信号在硬件上采用隔离和限幅等防强干扰措施。在软件上采用数据滤波处理，保证了数据的准确性；对开关量输出采用软件连续循环置位输出的处理方法，保证了输出的可靠性；对强干扰信号造成的运行出错采用软硬件自恢复电路处理。保证在无人值守时也能可靠运行；对采集到的高压交流信号实行多重防电脉冲冲击和防雷保护措施，已在实际应用中获得了极好的效果。
（6）高可靠的变送器电路：选用交流电压、电流二次互感，具有输入输出完全隔离、精度高、功耗低等优点，加以输入端的多重防护措施，极大地提高了传感器的可靠性和精度。
（7）通用化设计：终端所有工作参数都可通过终端或中控微机中的设置软件包进行在线设定和修改。工作参数包括：站号、通信参数、现场物理量参数、模拟量的计算方式、采集方式、矢量设置和组合报警等内容。用户可随时根据现场情况（如道路地点、方位、全夜灯、半夜灯、景观灯等）自行组态各终端的工作参数，从而既保证了监控终端设备的通用性，又保证了系统具有极大的灵活性。
（8）防盗报警功能：在照明控制箱门处加装箱门开关，一旦外人打开箱门时能自动向主台报警，保证照明设施的安全。
3、照明监控终端扩展功能
（1）远程抄表功能：终端设备具有RS-485抄表接口，可以自动读取电子电表的数据。实现系统的远程抄表功能。
（2）远程自动调压接口（选配）：照明监控终端设备具有控制调压设备的接口，如果配置路灯箱式变压器节电器，则通过此接口可实现对节电器的远程调压控制。
（3）照明线路防盗报警控制接口：终端提供防盗照明线路报警模块接口，只要系统配上照明线路防盗报警模块，即可随时采集照明线路情况，发现有偷盗线路时可立即报警，保障照明线路和设施的安全。
通过一年多的反复实践，我们认为理想的电缆防盗报警装置应该具备以下几个条件：
① 关灯期间的防盗报警方案要求末端为无需任何形式的电源。
② 开灯期间的防盗报警方案应该与线路状态（即线长、灯型）无关。
③ 开灯期间的防盗报警方案应该与供电状态无关（即变压器供电方式或公用电供电方式）。
④ 末端设备和控制箱前端设备应具备防浪涌等多种防护措施。
⑤ 防盗报警系统应该有甄别和控制手段，防止和制止虚警发生。
⑥ 防盗报警系统应该有不定期检验手段，现场状态实时反馈。
⑦ 防盗报警终端应该有自身防卫功能，具有光感应、热感应、烟雾感应火警报警、场感应、位移动态平衡感应等其他扩展功能接口。
⑧ 防盗报警终端应该具有应急状态下，指定自动无线传输音、视频图像、锁定犯罪证据功能。
⑨ 尽可能采用控制箱前端集中多路告警方式，即多条线路由一个主控设备通过电台或其他通讯设备与中控室联系，这是投入成本较低的方法。
4、照明配电控制箱设计
照明配电控制箱可以有两种方式：其一，对原有的配电箱进行改造，增加若干互感器、自动/手动开关、继电器等器件即可；其二，根据要求重新设计照明配电箱。