毛新發(fā)

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，城市公共照明已不再局限于道路功能照明，而是展現(xiàn)城市景觀、體現(xiàn)城市形象的重要標(biāo)志，社會(huì)對(duì)公共照明的要求和期望越來越高，基于 NB-IoT 網(wǎng)的智慧照明，對(duì)城市路燈實(shí)現(xiàn)全方位感知、深度交互、廣泛融合和智能控

1 項(xiàng)目概述

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，城市公共照明越來越重視，城市照明已不再局限于功能照明，而是展現(xiàn)城市景觀、體現(xiàn)城市形象的重要標(biāo)志，在智慧城市建設(shè)大潮中，充分利用城市照明設(shè)施的資源優(yōu)勢(shì)，采用地理信息（GIS）、單燈控制、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、NB-IoT等技術(shù)建設(shè)智慧照明，對(duì)解決當(dāng)前城市照明管理不足，推動(dòng)精細(xì)化管理，保障照明質(zhì)量，促進(jìn)節(jié)能減排，提高城市照明智能化水平，為一體化智慧城市打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 建設(shè)目標(biāo)

根據(jù)當(dāng)前照明管理現(xiàn)狀和實(shí)際需求，采用NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、單燈控制和移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)，提升城市照明智能化水平，構(gòu)建城市智慧照明監(jiān)控管理和節(jié)能運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)城市照明資源管理精細(xì)化、集中監(jiān)控智能化、運(yùn)維服務(wù)主動(dòng)化、節(jié)能管控精準(zhǔn)化、安全監(jiān)測(cè)常態(tài)化和協(xié)同辦公移動(dòng)化，推動(dòng)城市照明管理與節(jié)能雙發(fā)展，提升城市經(jīng)濟(jì)、城市環(huán)境、城市形象。

3 設(shè)計(jì)原則

3.1 安全性和可靠性

系統(tǒng)建設(shè)以可靠性為原則，保證系統(tǒng)能正常穩(wěn)定運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。在此基礎(chǔ)上，以UI設(shè)計(jì)核心理念設(shè)計(jì)和布局各子系統(tǒng)，方便用戶操作。

監(jiān)控設(shè)備長(zhǎng)期在戶外，環(huán)境惡劣，要充分考慮系統(tǒng)的可靠性，確保系統(tǒng)能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行;同時(shí)系統(tǒng)在個(gè)別設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下應(yīng)能夠繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，不影響其他設(shè)施的按時(shí)開啟、關(guān)閉。

3.2 簡(jiǎn)便性和擴(kuò)展性

合理優(yōu)化各系統(tǒng)，使其符合簡(jiǎn)便操作的原則，減少用戶操作數(shù)量和次數(shù)。系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，可任意搭配和增減模塊，便于系統(tǒng)的二次開發(fā)和升級(jí)。

硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，軟件采用組態(tài)化設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)擴(kuò)展、升級(jí)均不必改變現(xiàn)有設(shè)備的狀態(tài)，具體體現(xiàn)在：照明監(jiān)控管理范圍擴(kuò)展、軟件功能升級(jí)、通信網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展升級(jí)等十分便捷。

3.3 先進(jìn)性和標(biāo)準(zhǔn)化

系統(tǒng)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)優(yōu)化采用先進(jìn)技術(shù)，提高服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫運(yùn)行效率，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、先進(jìn)，易于維護(hù)。在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)開放，基于業(yè)界開放式標(biāo)準(zhǔn)，符合國家和工信部的規(guī)范。

系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備應(yīng)符合相關(guān)國內(nèi)、國際標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到國內(nèi)較為先進(jìn)的水平，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功能實(shí)用、軟件操作簡(jiǎn)便性等方面。

4 技術(shù)路線

考慮到照明的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用軟硬件結(jié)合的方式，其中硬件系統(tǒng)部署在用戶現(xiàn)場(chǎng)，軟件系統(tǒng)部署在監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)分布部署集中管理。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的整個(gè)過程中，融合了最新的SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)元素，使系統(tǒng)能更好的展示業(yè)務(wù)信息，更利于用戶使用操作。

4.1 NB-IoT 技術(shù)

NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍大、通信距離長(zhǎng);基于通信運(yùn)營商公網(wǎng)，無需集中網(wǎng)關(guān)，穩(wěn)定性高。在城市智慧照明中應(yīng)用NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)，可構(gòu)建更為穩(wěn)定、低耗的路燈物聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)提高單燈控制的靈活性、可靠性和實(shí)時(shí)性。

4.2 基于SOA的多層軟件架構(gòu)技術(shù)

軟件平臺(tái)采用面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）的多層設(shè)計(jì)，業(yè)務(wù)邏輯層清晰，與數(shù)據(jù)庫間通過單獨(dú)的數(shù)據(jù)訪問層進(jìn)行訪問，降低了業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫間的耦合度，增加了數(shù)據(jù)的安全性和事務(wù)性。

業(yè)務(wù)邏輯層通過Web Service標(biāo)準(zhǔn)接口提供服務(wù)。通過Web Service標(biāo)準(zhǔn)（包括XML數(shù)據(jù)封裝、WSDL發(fā)布協(xié)議、SOAP封包協(xié)議、HTTP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議），使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的兼容性和可擴(kuò)展性。

4.3 GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)

采用GIS技術(shù)，將燈源、箱變、控制箱、燈桿等各類監(jiān)控設(shè)備部件與地理位置、空間信息有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)位置可視化，支持動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理。

對(duì)整個(gè)城市公共照明專用變壓器、控制柜、燈桿、燈具等設(shè)施進(jìn)行全面普查，身份編碼和定位，形成方便實(shí)用、圖表結(jié)合、條塊結(jié)合、便于資源信息數(shù)據(jù)庫管理，將設(shè)施建設(shè)管理與控制管理、節(jié)能管理、能耗監(jiān)測(cè)等應(yīng)用實(shí)現(xiàn)可視化、數(shù)據(jù)化、精細(xì)化和高效化。改變以往照明設(shè)施管理中數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、難以查詢、統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)更新滯后等現(xiàn)象，為照明設(shè)施維修、保養(yǎng)提供數(shù)據(jù)依據(jù)，為城市照明能耗分析、照明監(jiān)控管理和節(jié)能提供基礎(chǔ)支撐。

4.4 移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)

融合移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，整合移動(dòng)通信隨時(shí)、隨地、隨身和互聯(lián)網(wǎng)共享、開放、互動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，為城市智慧照明提供豐富的移動(dòng)應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地移動(dòng)辦公，為城市照明管理人員及維護(hù)人員提供更大的工作便利。

5 平臺(tái)總體架構(gòu)

智慧照明管理平臺(tái)打造運(yùn)行調(diào)度和應(yīng)急指揮能力，實(shí)時(shí)掌控全市照明的運(yùn)行情況，統(tǒng)計(jì)照明設(shè)施的基本信息及能耗。同時(shí)協(xié)助照明主管部門完善信息統(tǒng)計(jì)制度，建立節(jié)能評(píng)價(jià)體系，加強(qiáng)對(duì)城市照明工作的指導(dǎo)和優(yōu)化。

智慧照明管理平臺(tái)采用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層構(gòu)成。

圖1

感知層主要包括智能監(jiān)控終端、單燈控制器等智能化設(shè)備，針對(duì)城市照明設(shè)施的地理環(huán)境和拓?fù)涮卣鬟M(jìn)行布置，提供自動(dòng)感知和執(zhí)行能力。

在網(wǎng)絡(luò)層，智能監(jiān)控終端采用運(yùn)營商無線公網(wǎng)（4G/GPRS）通信，單燈控制器采用NB-IoT通信方式，架起感知層和上層應(yīng)用之間的信息橋梁，實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸。

應(yīng)用層融合照明設(shè)施基礎(chǔ)信息、感知層監(jiān)控信息和管理信息，對(duì)城市照明監(jiān)控和管理業(yè)務(wù)進(jìn)行計(jì)算、分析和存儲(chǔ)等處理，實(shí)現(xiàn)智慧照明各項(xiàng)應(yīng)用，包括照明設(shè)施資源管理、照明智能監(jiān)控及單燈節(jié)能管理等，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)施“點(diǎn)、線、面”的全面實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，同時(shí)支持移動(dòng)應(yīng)用。應(yīng)用層部署在城市照明監(jiān)控管理中心，監(jiān)控中心主要由服務(wù)器、交換機(jī)、防火墻、監(jiān)控工作站等設(shè)備組成。