关键词 智能化监控 五层结构 B/S结构 区域控制引言
城市的景观照明是城市形象工程的重要组成部分，是城市一道亮丽的风景线。而良好的城市照明将给城市带来巨大的社会效益、环境效益和经济效益。监控自动化系统已经遍及全国各大城市，对城市美化和亮化起到了重要的作用。不管是道路照明、景观照明还是广告灯都让各个城市的面貌焕然一新。
传统的时钟定时器控制方式经常出现较大的时间偏差，各控制点经常性亮灯时间不统一；无法做到精确控制、无法对临时活动的景观照明控制进行有效的调控。特别是重要节日、迎接贵宾、举办大型活动等特殊情况下，缺乏灵活的控制手段，往往接到紧急亮灯命令后，需要给各个值班巡逻人员打电话，赶去每个现场手动操作开灯，非常的不方便和不灵活，定时器、开关接触器、灯具等设备的运行也缺乏有效监控。
因此要解决这些问题，就必须采用智能化的景观照明控制系统，让管理人员可以更好的来管理，实现精细化管理。建立景观照明控制系统后，可及时发现各种运行故障，并加以抢修；减少由于各种原因造成的线路和光源电器事故，从而降低维护成本，保障城市照明设备的安全运行。
1、系统整体介绍
本系统主要通过框架式景观控制终端、无线通信网络、计算机控制系统、网络安全系统、数据安全系统等模块，实现所辖范围内的景观照明智能管理系统运行、远程控制和管理功能。
1.1 系统主要模块
控制终端主要是为了控制景观照明控制器，通过协议的标准化转换，实现一般所说的“三遥”功能，即：遥测、遥信和遥控。通过检测实时数据，可以直观地得知现场的实时数据。如：电压是否失相、每个开关所处状态、三相电压值、对应的电流值，开关灯时间，有效天数；并可以进行简单地控制，进行即时开灯与关灯数据传输及控制功能。
无线通信网络主要包括电台、G S M 、G P R S 、CDMA、VPN和3G等，本次介绍的系统能兼容除3G以外的无线通信网络，主要是由于3G网络费用较高，使用的场合较少，不过随着科技的发展，3G必将渐渐的成为日后主要的通讯方式，系统的扩展性能可以顺利的实现3G通讯方式的扩展。
计算机控制系统主要是在监控中心内配置相关的硬件和软件，实现对系统的操作和人为的管理功能，监控中心可以与所辖范围的任意一个景观控制终端进行实时通讯，掌握设备的运行状态，为领导的决策提供可靠的依据。
网络安全从其本质上来讲就是网络上的信息安全。从广义来说，凡是涉及到网络上信息的保密性、完整性、可用性、真实性和可控性的相关技术和理论都属于网络安全的范畴。要防止人为的破坏，提高系统的可靠性和安全性。本系统支持多平台数据共享，数据共享均需要进行全网统一的身份认证，通过身份认证的数据请求将被允许；系统支持远程接入访问，但访问者必须获得系统授权，并根据不同授权级别获得不同访问级别。
数据安全系统主要是对数据库的安全管理。提供细粒度的授权管理功能；禁止绕过应用界面直接查看或操作数据库；将业务权限与系统管理权限分离，防止系统管理员越权；系统使用角色进行访问控制的判断。本系统提供全量备份、增量备份、差量备份和恢复策略、远程备份和恢复功能。
1.2 系统框架结构
以运河LED照明系统这一大规模应用工程为平台，在LED控制系统、照明系统整体控制、系统监控以及系统施工等领域进行试用推广，为LED照明以后的大规模应用形成了良好的示范作用。运河LED照明系统结构图见图一。
系统采用五层结构对设备进行控制。系统采用一次性总设计、模块化建设的原则：不仅建设一个实时在线的监控、职能流程的管理系统，而且可扩展的平台可容纳整个城市夜景照明设施的监控管理网络，做到系统安全和系统节能的相对统一，促进和推动职能部门的有效管理。
监控中心：设置在路灯管理单位内，实现自动化监控管理、维护管理、信息管理、突发事件处理，构建基础数据库、基础GIS、动态数据服务、通讯数据协议转换，监控中心通过GPRS网络通讯方式实现现场数据采集、处理和控制，以供用户进行管理和决策。
通讯层：夜景照明监控部分采用GPRS网络通讯方式实现通讯，告警采用GSM短信息方式发送。
上层执行层：实现运河夜景照明监控前端设备的自动采集和控制，方便实现区域及联动控制。
下层执行层：实现LED照明系统内部协议的匹配及转换。
执行对象层：控制的对象（主要为LED灯具）。
2、多种通讯方式兼容
在本次运河景观照明控制系统中，采用了多向性并发处理机制，其示意图见图二。
(1)多向性：与下层执行层（LED控制系统）之间兼容了多种通讯方式，采用专门模块化设计的监控通讯模块，分别提供从模拟电台、数字电台、GPRS/CDMA、城市宽带网以及专业诺特网等通讯接口转换器的功能，成功解决了不同物理介质通讯的兼容性问题，对于新增的介质只要在物理转换层增加驱动即可，新增控制设备的也只要对协议转换层中的描述性的配置文件进行重新配置即可。
(2)并发处理：对于各种介质的不同通道独立排队，互不干扰，保证了处理的速度及通讯的可靠性。
(3)协议标准化：可以把各种灯光控制设备的协议进行标准化转化，使其与上层协议相匹配，实现与监控中心的实时通讯。多种通讯方式的兼容很大程度上对系统的稳定性有较高的要求，同时也提高了系统的可扩展性，可以将各种通讯方式进行整合，适应社会的不断发展。
3、系统软件设计
监控系统软件基于B/S结构，主要将分布在各处的照明信息通过通讯网络统一采集，在监控中心进行信息集成，实现照明智能化、照明设施巡检等管理，并为决策的实时性和准确性提供重要的依据。
由于夜景照明有美化城市的作用，所以系统提供较多景观灯调控策略，通过策略设置实现远程定时或逻辑开关灯，操作十分方便，从而自动实现平时、节假日或重要宾客到访日灯光的不同亮灯方式。
一般的调控策略为日策略，当然除了日策略之外还有周策略和特殊策略等，策略的优先级从高到低依次为：特殊策略>周策略>日策略。对一个景观控制终端配置好开关灯策略后，每天会自动下发开关灯策略，也可手动进行策略的强制下发，这样景观控制终端就会按照所设置的策略通过协议转换模块对其所辖的执行对象进行控制。
3.1 SNMP技术的应用
在本系统的软件设计过程中，采用了SNMP技术。SNMP(Single Network Management Protocol)网络管理协议是基于TCP／IP的Internet网络的一个标准的网络管理协议，它是世界上第一个标准的可以实际应用的网络管理协议。在数据库中，用来唯一标识某一台设备的，称为标识属性；需要实时更新其值的，称之为更新属性；标识属性值必须唯一，更新属性值实时变化。根据网络拓扑的实际情况，制定相应的IP分配策略，以IP地址作为设备的标识属性。
绘制拓扑前需要搜寻新景观灯控制设备，新设备指在设备信息表和拓扑路由表中都不出现的IP。拓扑发现是用户手工启动的，支持全网范围内的SNMP设备的发现。用户可以设定发现的IP范围、使用凭证。拓扑发现模块的流程如图三所示：
输入起始、终止IP和使用凭证(默认为public)，如果IP输入合法，则将请求信息发送至服务器端的设备发现模块，进行设备发现。然后，将发现后的新设备的相关信息导入数据库；否则，给出设备未发现的提示。设备发现模块探测某设备是否存在，通常采用的措施是向该设备发SNMP回应请求报文，如果在规定的时间间隔内能收到应答，则认为该设备存在；否则，认为该设备已经停止工作。通过SNMP技术的运用，使得系统的可靠性大大增强，可以实现大量数据的同时传输，提高了效率和性能，丰富了故障处理能力，增加了集合处理功能。
3.2 多叉树防冲突数据传递方法的应用
在本系统的软件设计过程中，还采用了多叉树防冲突数据传递方法。树是n(n≥0)个有限数据元素的集合T。任一非空树(n＞0)满足2个条件：一是有且仅有一个称为根(root)的节点，根节点没有前驱节点；二是当n>1时，除根节点以外的其余数据元素被分成m(m>0)个互不相交的集合T1，T2，□，Tm，其中每一个集合Ti(1≤i≤m)本身又是一棵树。树T1，T2，□，Ti称为这个根节点的子树。当树中的每个节点最多只有2棵子树时，称为二叉树；多于2棵子树时，称为多叉树。
在动态二叉树搜索算法中，读写器的查询命令仅传输产品序列的一部分，标签的应答则传输序列的剩余部分，当发生冲突时，读写器根据第一次冲突出现的位置，产生两个新的查询码分别进行搜索。随着搜索深度的增加，分支内的标签越来越少，直至对唯一的标签进行识别。随着分支内标签的数量的减少会产生大量的空闲时隙，不得不通过在标签中增加延迟器以改善算法的性能。
对于本系统而言，每次对所有景观监控终端的数据进行招测时，就要采用多叉树防冲突数据传递方法，这样可以大大提高搜索速度。招测监控终端是指通过GPRS和开关箱通信，下发招测的命令获取监控终端当前状态的电流、电压等各项数据。
若观察到开关箱基本信息的“开关箱图片”正在发生变化，说明招测命令正在下发，图四中左上角的各个点在循环滚动，则说明数据正在读取中。
上图中RTU编号即为景观监控终端的编号，可以在现场对其进行设置，监控中心就是采用此编号对各个景观监控终端进行区分。在软件运行时如发现存在两个相同的RTU编号，则系统立即发出报警提示，提醒维护人员应马上修改其中一个编号，尽量减少了冲突时隙和空闲时隙，大幅提高了时隙的吞吐率。数据招测成功后，用户在软件上就能看到电压、电流、功率、亮灯率等参数，从而判断设备是否正常运行。
本系统通过多叉树防冲突数据传递方法的使用，减少了数据冲突的产生，增强了适用性，更好地解决了分布式控制协调问题；同时减少了不必要的等待时间，提高了软件的运行效率，使得系统运行速度大幅度提高。
4、总结与展望
随着城市景观灯光建设的发展，景观照明工程建设已经成为城市规划、建设与管理中的一项重要工作，在数量和规模上迅猛发展。景观灯控制系统必将进一步推广应用，使得城市景观照明在理论和实践上都产生了新的飞跃；另外还必须实施可持续发展战略，坚持绿色景观照明的方针，珍惜利用地球有限的能源资源，保护生态环境。
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