高 原 陳文升

（遼寧省人防建筑設計研究院 遼寧 沈陽 110032）

1 建設照明監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

隨著城市建設的發(fā)展，城市照明建設越來越注重于城市的形象，道路照明和景觀照明的要求和數(shù)量不斷增加，今后城市照明管理部門除了管理城市道路照明外，還將參與城市景觀燈的管理。因此各級政府和市民對城市的建設、道路照明和景觀照明提出更高的要求。希望實現(xiàn)城市照明管理的現(xiàn)代，使城市管理水平達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

2 現(xiàn)行控制方法及其缺陷

現(xiàn)在采用控制方法以分散時控方式為主，即在路燈配電箱中安裝定時器，按預定的時間自行開/關(guān)燈；而有些景觀燈開關(guān)通常是人工手動控制方法。

現(xiàn)行的方法既不能及時調(diào)整開/關(guān)燈的時間，更無法及時反映照明設施的運行情況，并且故障率高、維修困難。隨著城市的不斷發(fā)展，控制范圍越來越大，現(xiàn)行的控制方法無法及時反映照明設施的運行情況，使得維修工作十分被動。運行過程中的故障只有等待巡視人員到達現(xiàn)場才能發(fā)現(xiàn)，或者被動地等待市民的電話反映，因此難以做到及時維修。

在遇到一些接待首長、迎接國賓、舉辦大型活動等特殊任務時，由于缺乏靈活的控制手段，必須臨時派出大量的人員到現(xiàn)場手動操作照明開關(guān)箱或者臨時通知各景觀燈單位，因此在時間十分緊迫的情況下，無法滿足領(lǐng)導和市民的要求。

此外，由于缺乏靈活的控制手段，花費大量經(jīng)費建設起來的各類景觀燈，難以充分發(fā)揮應有的效能。

3 照明自動控制方案設計

3.1 分組控制

系統(tǒng)根據(jù)不同類型的照明控制要求，把全市路燈和景觀燈分成若干組，分別采用時控方案或時控和光控相結(jié)合的控制方案，自動遙控開/關(guān)全夜燈、半夜燈和景觀燈；也可以手動對全夜燈、半夜燈和景觀燈進行遙控開/關(guān)操作；在特殊情況下，可以實現(xiàn)白天亮燈。

3.2 時控和光控相結(jié)合的路燈控制方案

目前,路燈控制方案主要有時控法和光控法兩種。

時控法的主要缺點是不考慮天氣對光照度的影響，每天在固定的時間開/關(guān)燈；從而造成陰雨天光照度嚴重不足但沒有開燈，或者晴朗天氣雖然到了固定開燈時間但光照度仍然充足，白白浪費電力；關(guān)燈時間的固定不變，同樣出現(xiàn)類似的不合理現(xiàn)象。此外，隨著季節(jié)的變化，定時器需要人工頻繁地調(diào)整。光控法的主要缺點是在光線不足的白天，或者夜晚有強光照射時都有可能發(fā)生誤動作。

為了克服兩者的不足，本系統(tǒng)采用時控和光控相結(jié)合的路燈控制方案。該方案基于模糊控制理念，以當?shù)?365天日出日落的時間作為基本條件，設定一個有效的開/關(guān)燈時段，在此時段內(nèi)根據(jù)光照度的具體情況自動執(zhí)行相應的開/關(guān)燈命令；若該時段結(jié)束時光控仍未起作用，則在該時段結(jié)束時，監(jiān)控終端自動按時控方式開/關(guān)燈。

4 照明監(jiān)控通信系統(tǒng)設計

4.1 系統(tǒng)通信方案

圖1

在照明監(jiān)控系統(tǒng)中目前可采用的通信方案主要有無線專用網(wǎng)、移動通信網(wǎng)中的GSM短消息、USSD和GPRS通信方式。本系統(tǒng)通信方案選擇無線移動公用網(wǎng)的GPRS通信方式。

通信系統(tǒng)的組成框圖見圖1。

4.2 系統(tǒng)GPRS通信方案特點

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線業(yè)務的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)基礎上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務,具有“永久在線”、“高速傳輸”等優(yōu)點。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。

相對于原有GSM撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳輸方式, GPRS網(wǎng)絡采用的分組交換技術(shù)，具有以下優(yōu)點：

4.2.1 永久在線。即用戶無需為每次數(shù)據(jù)的訪問建立呼叫連接

4.2.2 高速傳輸。數(shù)據(jù)傳輸速率理論上最高可以達到171.2kbps,目前傳輸速率可以一般達到40kbps

4.2.3 流量計費。用戶只需要為接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)報支付費用，因此相對運行費用較低

4.2.4 快捷登錄。 一般只須10秒即可登錄互聯(lián)網(wǎng)

GPRS采用與GSM同樣的無線調(diào)制標準、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu)，其分組數(shù)據(jù)信道與當前的電路交換的話音業(yè)務信道極其相似。因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。

監(jiān)控中心的前后臺監(jiān)控微機接入Internet（可采用DDN專線、ADSL等多種方式），GPRS終端與監(jiān)控中心建立連接，監(jiān)控中心與GPRS終端通過GPRS網(wǎng)絡，實時傳遞指令和數(shù)據(jù)。

4.3 GPRS系統(tǒng)組網(wǎng)方式

GPRS的應用非常廣泛，幾乎所有行業(yè)都能用到GPRS的無線數(shù)據(jù)傳輸。但每種行業(yè)的實際需求和復雜的應用環(huán)境都大不相同，所以每種行業(yè)都會有自己獨特的功能要求和組網(wǎng)方式。目前GPRS的組網(wǎng)方式有以下四種可行的組網(wǎng)方案：

4.3.1 方案一：中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP或者公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務。此種方案向先INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務。

1）中心公網(wǎng)固定IP：監(jiān)控點直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。

2）中心公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務：客戶先與DNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名，監(jiān)控點先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規(guī)模、對實時性要求不高的場合中應用。

4.3.2 方案二：中心采用主副GPRS-DTU，采用移動內(nèi)網(wǎng)動態(tài)IP+移動DNS解析服務。

此種方案客戶先與移動DNS服務商聯(lián)系開通移動動態(tài)域名，監(jiān)控點先采用域名尋址方式連接移動DNS服務器，再由移動DNS服務器找到中心移動動態(tài)IP，建立連接。中心也用GPRS-DTU做接收端，但GPRS無線方式的中心不如有線方式的穩(wěn)定，所以采用主副兩個GPRS-DTU作冗余備份。主中心GPRS-DTU接收端掉線時，所有監(jiān)控點自動轉(zhuǎn)到副中心GPRS-DTU接收端。此種方式也可以大大節(jié)約固定IP的費用，但并不是所有移動公司都提供DNS解析服務，所以要在有DNS解析服務的省市才能采用此種方案。此種方案適合小規(guī)模應用。此種方案時時性和穩(wěn)定性較差，不推薦使用。

4.3.3 方案三：中心采用主副GPRS-DTU，采用移動APN專網(wǎng)固定IP。

此種方案客戶先與移動申請APN專網(wǎng)業(yè)務。移動為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN。得到APN后，給所有監(jiān)控點及中心分配移動內(nèi)部固定IP。此種方案中心也像方案二一樣采用主副兩個GPRS-DTU作接收端，冗余備份。但此種方案較方案二而言，無需DNS解析，本身具有移動內(nèi)網(wǎng)固定IP，減少中間環(huán)節(jié)，穩(wěn)定性增強；且所有數(shù)據(jù)都在移動GPRS的APN內(nèi)網(wǎng)傳輸，無需經(jīng)過公網(wǎng)，安全性增強。此種方案無需負擔寬度專線月租費用，性價比合理，推薦使用。

4.3.4 方案四：中心采用移動內(nèi)網(wǎng)固定IP地址，監(jiān)控點采用普通的移動動態(tài)IP。

此種方案客戶先與移動服務商聯(lián)系，可以就近從移動GSM基站引入光纖專線，開通移動內(nèi)網(wǎng)固定IP，監(jiān)控點先采用普通的SIM卡并開通GPRS功能，通過移動內(nèi)部網(wǎng)關(guān)與中心建立連接。此種方式也可以大大節(jié)約固定IP的費用，各監(jiān)控點也無需設置固定IP。此種方案實時性較好，由于監(jiān)控點使用動態(tài)IP，穩(wěn)定性稍差一些，推薦使用。

4.3.5 方案五：中心采用APN專線，所有點都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP。

此種方案客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN。得到APN后，給所有監(jiān)控點及中心分配移動內(nèi)部固定IP。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。

對與照明監(jiān)控系統(tǒng)而言，由于系統(tǒng)組成的監(jiān)控點較多，實時性要求較高，因此建議采用第五種通信組網(wǎng)方式。為此照明監(jiān)控中心的服務器將需要專線方式接入移動公司的GPRS網(wǎng)絡，所有的監(jiān)控終端都采用特定IP地址，以保證監(jiān)控信息的可靠、安全、及時的傳輸。

5 系統(tǒng)控制中心（調(diào)度端）設計

照明監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度端采用前、后臺機連網(wǎng)工作方式，選用帶看門狗的適合連續(xù)工作的工業(yè)控制計算機。一般情況下，前臺機作為監(jiān)控工作站承擔遙測、監(jiān)控、調(diào)度等工作；后臺機平時自動備份前臺機的數(shù)據(jù)，當前臺機出現(xiàn)故障的情況下，可以隨時切換頂替前臺機工作；從而極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。同時，考慮到計算機網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)具有網(wǎng)絡接口，接入服務器、管理工作站等，系統(tǒng)就可以很方便地組建為路燈管理處局域網(wǎng)，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)照明監(jiān)控數(shù)據(jù)和圖像信息共享。

系統(tǒng)外部的計算機均可通過撥號上網(wǎng)，采用加密查詢的方式訪問相應的各類最新和歷史數(shù)據(jù)。同時，系統(tǒng)也可以通過電話語音方式查詢當前的最新情況，或指定相應的電話號碼和告警方式實現(xiàn)電話語音告警。整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡化設計為今后的生產(chǎn)管理與辦公自動化的實施奠定了良好的基礎，同時保留了足夠的軟件與硬件擴展接口，以便現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)能隨著網(wǎng)絡技術(shù)的飛速發(fā)展，發(fā)揮越來越大的作用。

圖2 中央控制室系統(tǒng)框圖

6 圖像監(jiān)視系統(tǒng)方案

6.1 圖像傳輸方式的選擇

6.1.1 有線寬帶網(wǎng)傳輸方案

如果采用郵電部門的公用寬帶網(wǎng)作為圖像傳輸通道具有組網(wǎng)簡單、施工方便、操作靈活、價格較低等特點。但由于目前采用的ADSL寬帶網(wǎng)的通信速率只有500K左右，只能傳輸分辨率為352*240的MPEG-4壓縮格式的圖像，據(jù)實際使用的效果，圖像質(zhì)量不能滿足要求。

6.1.2 光纖傳輸方案

由于光纖通信的帶寬、通信容量大，傳輸質(zhì)量最好。但光纜的安裝架設涉及到市政工程的破路施工，因此真正實施有相當大的困難。但由于一般大城市都建立了交警指揮中心，通過設在各路口的攝像鏡頭和鋪設的光纜，把圖像信息傳送到指揮中心。為此可以在路燈管理處到交警指揮中心架設一根光纜，把各路口的圖像信息傳送到路燈管理處，實現(xiàn)圖像信息的共享。

6.1.3 無線微波傳輸方案

采用無線微波傳輸方案比較靈活、施工比較簡單，但所用的無線通信頻率要由無管會審批，當通信距離較遠或信號較弱時，易受到外界的干擾。

6.2 圖像監(jiān)視系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要由可遙控云臺、具有變焦鏡頭的彩色攝象機、圖象傳輸處理器、通信設備（由采用不同的傳輸方案來決定設備的形式）、通信信道、電腦等設備構(gòu)成。

圖像監(jiān)控微機實時監(jiān)測各圖像監(jiān)測點的圖像信息，并實現(xiàn)圖像的處理，存儲和送到圖像監(jiān)控投影機上顯示。

7 總結(jié)

采用城市照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)以后，全市范圍的全夜燈、半夜燈和景觀燈的開/關(guān)均可實現(xiàn)自動控制。同時，由于照明自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有自動報警和巡測、選測功能，調(diào)度人員可以在故障發(fā)生后的數(shù)秒鐘內(nèi)及時了解故障的地點和狀態(tài)，為及時進行修復提供了有力的保障。路燈維護及時，可以極大地減少對照明管理部門的投訴、減少道路交通事故的發(fā)生，有利于城市的治安，產(chǎn)生極大的社會效益，從而進一步提高城市的形象。

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