关键词 城市照明 传感网络 综合管理自动化 3G通讯
2009年8月7日，国务院总理温家宝考察无锡时提出，加快传感网产业发展，在无锡建设“感知中国”
中心。“感知中国”的含义很深，传感网产业涉及面很广，如何把温总理的这一战略发展思路与国内城市照明监控管理技术的发展目标有效结合，将会对本行业的多个产业发展产生重大影响，本篇将以我所已有的电力电子、市政电子建设基础以及今后如何与“感知中国”这一发展思路相结合为议题，就传感网、物联网、数字化城市、数字化城管、数字化照明等的跨行业、跨平台应用进行初步探讨。
一、“泛在智能”、“感知中国”的核心概念泛在智能（Ambient Intelligence, AmI）的概念是1999年由欧洲共同体的ISTAG（InformationSociety Technology Advisory Group）组织提出，ISTAG将泛在智能定义为一种环境，由嵌入式系统、网络、计算以及界面等部分组成，使得用户能跨越不同的环境（包括家庭、办公场所以及移动过程中），以简单、自然的对话方式处理各种信息，享受各种服务。其中的核心内容是传感网的建设于应用。
在美国，提出了“智慧地球”的发展计划，加拿大、英国、德国、芬兰、意大利、日本和韩国等加入传感网的研究，欧盟将传感网技术作为优先发展的重点领域之一。而我国泛在智能的研究刚刚起步，以温总理“感知中国”作为发展目标，现有的传感网、物联网技术，如何有效地与各个相关行业应用有效结合，将对相关行业发展起到至关重要的作用。
二、国内现有数字化城市照明建设的基础以及今后发展方向与“感知中国”的结合我国城市照明建设取得了很大进展，我国的国情决定了今后还将在城市化建设中加快进度，城市范围在扩大，人口在聚集，对城市的综合管理是构成“感知中国”的重要组成部分之一。而城市电力、城市照明更是与城市日常运行息息相关的行业。
在我国数字化城市迅猛发展中，涉及行业包括城市电力自动化、数字化城管、数字化城市照明综合管理、监控、城市智能公共交通等等，随着这些行业应用的发展，在我国现有许多行业领域已经建设了一定的物联网基础或者说是框架，如交通、治安的城市视频监控系统、电力与城市照明监控系统中的传感网络、服务于各个行业应用的无线公用通信网络等等。但是，由于各个行业归口不一、城市管理缺乏高层面的统筹规划，这些应用没有有机整合，属于有“物”、有“网”，但无法“联”——因为缺少整体规划、缺少对“联”这一技术环节的有效支持。
三、以“感知城市照明”为契机，以“物联网”
为平台，实现城市照明的数字化动态管理我所于1991年从常州路灯管理处第一家实施建设“遥控、遥信、遥测”三遥系统开始起步，从而实现对全市的所有道路照明、景观照明的全方位控制与故障检测。分布于全市各个街道路口的各类传感器，对照明用电进行监测与管理。
随着近年来城市建设的飞速发展，管理需求的不断升温，已经从传统的“三遥”，扩展到整合了遥调（远程调压节能）、遥视（远程视频监控）、遥位（远程检修车辆定位）、全方位防盗等多种技术的统一管理平台。
不仅如此，除了城市照明的其它领域，对于监控管理、统一调度、预警维护方面的需求，更是随着城市建设快速发展而日益迫切。
因此，在这种行业背景下，以温总理提出“感知中国”的发展纲要为契机，大力提升城市各行业的数字化管理水平，扩大对城市照明、给排水、路桥、环卫、综合治安等各个微观环节的监控范围，提高监控的技术手段，进而整合到城市数字化综合管理系统中，将是未来城市科技化、人性化管理的基础。
城市照明管理覆盖面较广，要达到“感知照明”
的目的，如何实现城市照明行业内的“物联”，实现动态综合管理，可以从以下几个技术层面逐步推进：
1.数字化城市照明综合管理平台建设：涵盖道路照明、景观照明管理的统一调度管理平台建设，整合重组已有的监控系统，实现各个系统之间的互联互通，统一管理调度。
2.城市四维信息系统建设：在城市地上地下三维地理信息系统基础上，增加时间运行轴，动态管理城市照明行业涉及的各个细小物件的动态变化，包括城市照明的开关、电流、功率、电压、电度、防盗监控、单灯控制、视频监控等工作状态，包括巡视车辆与人员的当前位置与工作过程……所有城市照明日常管理的工作环节，在监控中心的四维信息库中，都能够通过分布于物联网的传感系统实时掌握。
3.城市照明物联网基础建设：包括扩大传感网络的覆盖对象与范围，大到变压器、箱变、城市照明景观，小到地下管网的一个接头、一盏路灯灯泡、一个手孔或人孔井盖、一个深夜出入在偏僻区域的人，都可以通过软硬件技术，实现对这些监控对象的当前状态进行侦测并作出判断，大幅度提升城市管理水平。
4.通信网络互联平台建设：各个城市现有的通信系统种类繁多，存在不少重复建设、利用率不均衡等多种问题，如何把现有的无线通信网络与有线光纤网络、公用通信网络与专用通信网络，整合到城市照明物联网中，为感知照明服务，提供合理、有效、便捷的通信平台，是实现物联网的前提基础。同时，通信协议与标准的统一整合，更是实现物联网的关键环节。
四、基于物联网的数字化城市照明管理系统的几个重要技术应用1、单灯无线测控节能技术现有的单灯技术，主要依托于电力载波技术，受照明线路的长度、属性、分支等很多因素影响，仅有试点安装，没有大规模的成功应用。随着无线局域网技术的快速发展以及传统电力载波技术的不断完善，特别是物联网在今后几年的逐步推广，将逐步形成以路灯灯杆、灯具、照明线缆甚至人孔、手孔井盖的子网络，通过物联传感网络，实现对单灯的可靠测控，并进行节能管理。
我所已在部分城市，以ZigBee等多种无线局域网技术、多级路由电力载波通信技术为平台，与已建的照明监控系统相整合，试点单灯测控网络，逐步推广行业应用。
（1）ZigBee无线单灯技术应用Zigbee单灯节能监控系统由主站管理中心、分站控制器RTU和路灯灯盏内的单灯控制器组成。各个现场单灯控制器具有本地管理和中继服务双种职能，分站控制器则负责无线网络信息汇集和主站命令下发。
主站管理中心同分站控制器间采用无线GPRS通讯方式进行数据交互，而分站控制器与单灯控制器间采用zigbee通讯方式，系统组成框图如图一所示：
单灯监控方式就是将监控装置安装在每盏路灯内，通过远程通讯对单个路灯的状态进行检测和控制的方式，这种方式可以检测到每个路灯的状态以及线路情况，能够及时发现路灯故障、老化、短路及断路等问题，方便维修管理，保证亮灯率，还可以做到分散节能。同时系统可将整个城市的路灯信息（包括灯杆、灯具、电缆等信息）进行录入统计，这将大大提高城市照明管理部门的工作效率以及日常管理水平。
（2）具有多级路由功能的电力载波技术应用基于电力载波技术的路灯单灯节能控制系统，由安装在路灯开关箱路灯监控终端处的单灯控制器集中单元、安装在灯具或灯杆内的单灯控制器控制单元及降功率节能电感等组成。系统组成网络拓扑结构如图二所示：
单灯控制器集中单元通过RS485接口与路灯监控终端连接，接收来自监控中心的各种控制命令，信息采集命令等；同时，集中单元通过扩频电力载波通讯与WJ2090型单灯控制器控制单元连接，将来自监控中心的各种命令发送到WJ2090型单灯控制器控制单元，并将命令要求的执行结果上报到监控中心，实行单灯节能监控。集中单元还定时循环查询控制单元的工作状态，及时了解控制单元的工作状况，并可按需要将控制单元工作送监控中心。
WJ2090型单灯控制器控制单元通过扩频电力载波通讯接收来自集中单元的各项命令，执行命令，并将命令执行结果按约定返回到WJ2090型集中单元，由集中单元根据需要送回监控中心。
单灯控制器控制单元配合降功率节能电感使用可实行2档降功率节能控制，根据控制中心预定的节能控制方案实行整个城市照明系统的动态照明照度控制，实现“按需照明”，避免照明浪费，节约照明能源，节省照明费用。单灯控制器可实现的功能和采集数据：
1）可实现单灯控制器间的路由通讯，最大路由级数为4级，从而有效加大电力载波通讯距离。
2）可实现单灯远程遥控、遥讯、遥测、遥调功能；3）可实现单灯群组远程遥控、遥调功能；4）单灯遥测数据包括：电流、电压、功率数据采集；5）单灯遥控功能包括：单灯开、关及两档节能控制；6）单灯遥调可实现两档节能调节控制，实现节能调节控制需要配合两档降功率节能电感使用，第一档约下降25%，第二档约下降45%（每档具体下降功率可预先订制）；7）单灯遥讯功能包括：路灯开关灯状态，节能调节控制状态，路灯故障状态。
2、基于线路智能稳压的节能技术智能节电器技术已经广泛应用，降压节能的幅度直接决定了实际光照度与光源工作状态，在每个光源的工作状态实时掌握的基础上，可以更为精确地控制照明电压，真正实现“按需节能”。
我所已在多个已建系统中，实现了节电技术与监控技术的整合，达到“管理节能”与“技术节能”
的科学平衡，有效避免了“盲目节能”、“节能不节费”的情况发生。
（1）基于IGBT电力电子技术的智能节电器在节电器设备选择上，采用由五十所自主研制的WJ6005型智能照明节电器设备，该设备采用独立连续调压电磁叠加补偿式有载调压变压器技术。由于采用了电磁叠加补偿式有载调压变压器技术，就确保了节电器设备的高可靠性指标及对电网环境的无谐波污染。同时，电磁叠加补偿式变压器的使用，实现了调压控制过程中，照明供电的始终不断电供电。独立连续调压控制技术的使用，又保证了调压过程中，电压连续稳定变化，不影响照明光源设备的正常照明，不影响城市照明系统的亮灯率指标。
（2）照明节电器远程联网控制技术根据CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》要求，对进入深夜的照明环境，由于人流、车流均有大幅度下降，道路照明标准可以降低一个等级。同时，对某些特殊应用场合，如特殊日期的特殊集会活动等，需要提供较高的照明环境标准要求，而当特殊日期变成普通日期后，照明标准又可以降低到常规要求。因此，要实现这样的要求，必须实现按时间、地点、场合（Time/Palce/Ocaasion） 的不同进行不同的照明等级控制，即不同的照明输出功率、照明输出电压的控制。
由于我所选择的方案采用了照明节电器远程联网控制技术，这样就能非常方便、灵活地按照需要对每台安装在不同地点的照明节电器的输出电压、功率及光源输出照明照度进行控制。从而保证整个夜晚道路照明期间，虽然进行了道路照明节能节电措施，道路照明的标准是严格受控的，所实现的节电节能是：
1）避免了深夜道路照明标准过高而造成的浪费；2）避免了深夜道路供电电压过高而造成的能源浪费。
因此，合理的节能方案是在不降低道路照明设计标准的前提下，通过对路灯供电电压实施远程TPO动态控制，达到对道路照明照度动态控制，实现真正的“按需照明”，避免不必要的电能浪费，实现“按需节能”。
（3）自动闭环调压稳压功能影响照明电器的使用寿命的主要因素就是照明供电电压，照明节电器必须具有自动稳压功能。WJ6005型智能照明节电器，采用了32位Philips ARM工业控制级处理器，μC/OS II嵌入式操作系统，管理软件运行稳定可靠。节电器实时自动采集输入、输出电压，输出电流，输出功率等电气参数，采样精度达1%。节电器采用闭环智能、自动调压稳压控制方式工作，自动根据设定的输出目标电压值，和采样检测到的输入电压数值比较，计算确定最佳的降压调压范围，确保经过节电器输出的照明电压，始终符合设定的输出电压标准，保证每盏路灯的供电电压不低于198V 。同时，还能及时根据输入电压变化自动调节降压范围，始终保证最大降压数值，确保获得最好的节电效果。
3、电子条形码与电子标签RFID技术条形码与电子标签RFID技术已经广泛应用于日常生活以及交通、安防等领域，在城市照明中，通过此项技术与物联网的结合，可以有效监测各细小物件的位置变化，实现对以前无法触及到的细小环节的有效管理。
作为城市照明的基础单元，灯杆分布于全市各个角落，每个灯杆、井盖的编号与条形码或电子标签RFID的结合，精确管理、定位全市照明设施，实现对所有照明设施使用的全程跟踪，将极大提高城市照明的管理效率与动态调度管理能力。
此项技术的具体实施，需要按现有的管理流程作出规划，对各个物资器材进行合理编号并结合器材自身的条形码或RFID电子标签，对设备的进货、出库、安装、维护进行全程跟踪，管理人员可以通过手动输入编号、条形码扫描、手机条形码识别或电子标签阅读器等多种方式，对设备进行查询与状态更新。
同时，结合地理信息系统，巡查人员可以通过手持设备扫描现场设备的条形码或识别其电子标签，快速掌握此设备的所有进货、安装、维护以及故障信息，以便于对突发故障的迅速处理。
4、基于视频识别、城市照明物联网的综合防盗网络技术基于3G无线网络或光纤网络，运用低照度摄像技术和先进的视频识别软件，可对重点区域与路段进行视频巡检，发现可疑人员有指定违法行为，可现场自动警示、录像并通知值班人员。同时，随着物联网技术逐步应用，各个照明设施，大到箱变、车辆，小到灯泡、井盖，均可利用物联网基础实现实时监控管理。
综上所述，五十所将结合城市照明监控与管理系统，通过感知中国、感知城市照明，将城市照明行业的所有信息、元件通过物联网有机的结合起来，其目的是让城市照明管理的各种对象与网络连接，能够感知、方便识别和提高管理，从传感网建设的深度、广度、整合性着手，全面发展数字化城市、数字化城市照明，为城市建设和发展作出应有贡献。