一、智慧路燈是智慧城市最天然的物聯(lián)網(wǎng)平臺
智慧城市就是運用信息和通信技術(shù)手段感測、分析、整合城市運行核心系統的關(guān)鍵信息，從而對包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動(dòng)在內的各種需求做出智能響應。實(shí)現城市智能、先進(jìn)、有效、安全、可靠智慧式管理和運行，進(jìn)而為城市中的人創(chuàng )造更美好的生活，促進(jìn)城市的和諧、可持續發(fā)展。
本文NB-IoT路燈智能管理系統，采用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián) 網(wǎng)、云計算、空間地理信息（GIS）、無(wú)線(xiàn)通信等先進(jìn)技術(shù)，建立起一個(gè)連接整個(gè)城市照明設備的資源管理、能耗管理和運行監控系統。該系統具備遠程控制、故障報警、能耗分析等功能，可監控路燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流電壓、電量等數據，對路燈實(shí)現遙控、遙測、遙信、遙調 “四遙”功能。系統建成后，不但能解決城市照明現存不足和問(wèn)題，提高城市照明基礎設施智能化水平，還為真正實(shí)現信息資源共享一體化的智慧城市打好堅實(shí)基礎。
二、傳統路燈現狀問(wèn)題
2.1高額電費，當地財政的支出壓力
2.1.1部分地區因不堪電費的 負荷，亮燈時(shí)間短，無(wú)法滿(mǎn)足晚歸早起群體的需求，不能根據市民實(shí)際需求定點(diǎn)亮燈，便民工程實(shí)際無(wú)法從根本上解決便民需求；
2.1.2對一些特殊路段需要長(cháng)時(shí)間亮燈的地方（如學(xué)校、醫院、市場(chǎng)等）、交叉路口、事故多發(fā)地段等，但因目前的設備實(shí)施和管理上局限性，無(wú)法實(shí)現，增加安全隱患。
2.1.3本為節約電而控制開(kāi)燈時(shí)間，但因為統一開(kāi)關(guān)燈帶來(lái)的不便和安全隱患及其他成本增 加；
2.2 傳統路燈，無(wú)法實(shí)現個(gè)性化亮燈需求
由計時(shí)器或者人工控制，節假日，或因特殊情況下，需要調整亮燈時(shí)間，只能靠人力現場(chǎng)解決，增加人員調配和管理壓力。
2.3 依靠人工為主，付高額的人員和管理成本
2.3.1管理者無(wú)法及時(shí)監管轄區內的應急事件的發(fā)生，信息反饋時(shí)間長(cháng)，無(wú)法做到預防和及時(shí) 處理，帶來(lái)隱患。
2.3.2報修檢修需開(kāi)車(chē)現場(chǎng)巡查、市民上報故障等。
2.3.3對用電損耗無(wú)法做統計，無(wú)法得知工作時(shí)間或確切的電能消耗。
2.3.4不能及時(shí)發(fā)現問(wèn)題，帶來(lái)安全隱患。
2.3.5隨著(zhù)城市的發(fā)展，路燈增加，工作量不斷加大，成本不斷增加。
2.3.6無(wú)法在低峰期把能耗降到最小，實(shí)現二次節能。
2.3.7無(wú)法遠程控制或檢索重要信息，需靠人員現場(chǎng)采集數據。
2.3.8異常開(kāi)關(guān)燈無(wú)法控制，縮短燈具使用時(shí)間，增加相關(guān)成本。
2.3.9勞動(dòng)強度大，工作效率低，開(kāi)關(guān)燈較麻煩，需要人員近距離開(kāi)關(guān)，特別遇大雨、臺風(fēng)等惡劣天氣難以安全開(kāi)關(guān)燈；
三、智慧系統所產(chǎn)生的效益
3.1降低電費成本，增加亮燈時(shí)間和 路段，減少隱患
3.1.1使用單燈管理系統，使得各開(kāi)關(guān)箱，準確開(kāi)燈、關(guān)燈；克服原分散式有早開(kāi)，、晚關(guān)的誤控制而造成的浪費，達到節能目的。
3.1.2采用了城市智慧照明監控系統，可以根據每天的日出日落時(shí)間、光照強度來(lái)實(shí)現對路燈的統一開(kāi)關(guān)，真正實(shí)現精確開(kāi)關(guān)燈。通過(guò)單燈調光控制技術(shù)，根據人流、車(chē)流來(lái)實(shí)現按需照明減少過(guò)度照明，從而實(shí)現節能減排，減少資源浪費，實(shí)現二次節能。
3.1.3設置科學(xué)合理的亮燈模式、調光模式和組合模式，使得燈具工作在交替照明、非滿(mǎn)功率照明模式下，有效延長(cháng)照明設施、燈具壽命。
3.2降低人力成本
系統建成后，照明設施發(fā)生故障會(huì )主動(dòng)告警，不需要管理單位派遣人員進(jìn)行巡邏排查。由“人找故障”轉化為“故障找人”大大減少人員車(chē)輛等運維開(kāi)支。提高維護效率，減少財政支出。
3.3降低管理成本
使用單燈管理系統， 由“巡燈查找故障”改為“值班等待報警”方式，減少了“巡燈”人員和車(chē)輛勞動(dòng)，機械的損耗，提高工作效率，從而減少運營(yíng)、管理等費用，同時(shí)還提高了管理水平。
3.4降低車(chē)輛行駛安全隱患
根據行車(chē)時(shí)間，進(jìn)行分組或者降功率使用，避免完全滅燈，降低車(chē)禍等事故發(fā)生幾率。
3.5提升和諧社會(huì )的促進(jìn)作用
在路燈上裝上攝像頭，有效監控街道狀況，降低罪案發(fā)生率，在社會(huì )和諧方面起到了一定程度的促進(jìn)作用。
3.6提升應用系統在管理精細化方面的作用
3.6.1.應用系統可對每盞燈、每條街道、每個(gè)區域、每個(gè)分組進(jìn)行按小時(shí)、天、周、月、季度、年或任意時(shí)間周期進(jìn)行監測分析并形成相應的曲線(xiàn)，為理方提供了實(shí)時(shí)、可靠的數據，減少了工作中的盲目性，降低了管理成本，為轄區各領(lǐng)域的智能管控決策提供了科學(xué)依據。
3.6.2讓管理方直觀(guān)、形象、全面的看到每盞燈的負載、驅動(dòng)及控制器情況，并且對能源使用情況進(jìn)行監測分析。
3.6.3系統建成后，可在地圖上直接顯示：配電柜的數量、配電柜的回路數量、安裝位置、管理燈桿的范圍、走向；顯示每個(gè)燈桿的位置、燈頭數量、燈具功率等信息。
3.7 可擴展性及前瞻性
3.7.1完善智慧城市網(wǎng)絡(luò )信息化建設
路燈覆蓋面積廣：城市智慧照明系統建設利用遍布城市各個(gè)角落的路燈、路燈桿來(lái)實(shí)現：城市無(wú)線(xiàn)WIFI無(wú)死角覆蓋、充電樁便于綠色節能汽車(chē)技術(shù)的推廣、電子信息發(fā)布平臺便于民生信息的發(fā)布。
3.7.2實(shí)現城市環(huán)境空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監控及多點(diǎn)數據采集
城市智慧照明系統建設以配電柜作為每個(gè)環(huán)境監測的數據采集點(diǎn)，通過(guò)GPRS技術(shù)將城市各個(gè)區域的環(huán)境、氣象信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監測和采集。
3.8供電線(xiàn)纜故障提前預判
監控系統可以對以控制柜為單位的線(xiàn)路進(jìn)行線(xiàn)路老化、接點(diǎn)松動(dòng)、外皮破損等故障引起的漏電進(jìn)行監測并報警，可以使用戶(hù)提前知道線(xiàn)纜存在的潛在危險，進(jìn)行預防。
3.9系統兼容性高，后期易于接入智慧城市云控制
3.10會(huì )效益分析
3.10.1提升城市品牌形象
城市照明系統既是一種公益性事業(yè)，也是城市形象工程，城市燈光監控系統的建成，將使城市的燈光管理水平與現代化的大都市相適應，營(yíng)造出現代城市科學(xué)和藝術(shù)完美結合的照明效果，提升城市品牌形象。
3.11 改善人居環(huán)境
通過(guò)系統的場(chǎng)景切換功能，能夠根據實(shí)際情況進(jìn)行不同組合的亮燈，更可將城市建筑物照明統一管理，使平常日期和節假日、周末的燈光具有不同效果，充分改善人居環(huán)境。
3.12 改善投資環(huán)境
通過(guò)系統的改造，使得整個(gè)城市的亮化、美化和安全照明都能夠得到提高，充分改善投資環(huán)境，吸引外地客商來(lái)城市考察、投資，促進(jìn)城市的發(fā)展
四、智慧系統的改造方案
4.1智慧照明軟件平臺技術(shù)說(shuō)明
智慧照明軟件平臺采用 B/S 架構，以城區智慧照明“一張網(wǎng)”和“一朵云”為建設原則，系統軟件以大數據、云平臺為設計基礎，并且采用模塊化結構。該系統主要應用于城市智能照明，實(shí)現遠程監控，是為照明管理和維護工作量身定做的一套智能監控和管理軟件，它集通訊、信息管理、電氣組態(tài)控制為一體。
4.2系統采用三層架構：
4.2.1應用層：即系統監控中心。運 用計算機系統構建數據庫、數據處理、控制、WEB服務(wù)。中心通過(guò)光纖以及NB-IOT網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現對前端設備的控制，監控中心將現場(chǎng)情況、數據報表進(jìn)行反應和顯示，以供用戶(hù)進(jìn)行管理和決策，用戶(hù)還可通過(guò)Internet訪(fǎng)問(wèn)監控中心系統軟件，進(jìn)行遠程操作與控制。
4.2.2通訊層：由移動(dòng)或聯(lián)通等運行商的光纖和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )組成，實(shí)現前端設備與應用層的數據傳輸。
4.2.3執行層：照明前端由單燈控制器以及配套的LED驅動(dòng)電源組成，實(shí)現對路燈的控制、運行數據的采集、故障查詢(xún)等功能。
4.3 系統功能說(shuō)明
4.4遙測功能
定時(shí)或實(shí)時(shí)遙測燈具的工作狀態(tài)。監測的數據主要有電流、電壓、功率、功率因數、用電量、故障情況等照明設施的運行參數及三相電壓三相電流、功率因數、支路電流等。
4.5遙控功能
系統可結合當地經(jīng)緯度，對任一燈具自由組合，設定控制策略，通過(guò)監控中心合理分設來(lái)實(shí)現單盞、多盞，分組、分區、多時(shí)間段、自定義模式不同時(shí)間段對應不同的亮度值、環(huán)境自適應亮度與當前環(huán)境的亮度值比較，自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈的遙控。
4.6遙調功能
可對單盞、多盞，分組、分區、多時(shí)間段、經(jīng)緯度和照度要求遠程調光，實(shí)現一次節能， 二次節能調光管理。
每個(gè)控制點(diǎn)可根據實(shí)際需要設置各自的報警類(lèi)型和報警內容，當終端達到報警設置條件時(shí)，在監控管理中心及監控終端之間建立數據信息通道， 24小時(shí)實(shí)時(shí)監控各終端當前運行狀態(tài)，當終端達到報警設置條件時(shí)會(huì )在第一時(shí)間將異常信息發(fā)送給監控中心。
通過(guò)燈具上感應器件對空氣PM值、能見(jiàn)度…等實(shí)時(shí)監控并在視屏監控中心顯指各區塊監控數據。
4.9遙視功能
通過(guò)路燈外加監控攝像頭時(shí)監控畫(huà)面影象（需通過(guò)光纖現實(shí)）并在視屏監控中心實(shí)時(shí)記錄。
4.10無(wú)線(xiàn)回路控制功能
4.10.1控制箱中物聯(lián)網(wǎng)智能空氣開(kāi)關(guān)對三相電壓、三相總電流、有功功率、功率因數、三相分時(shí)段電度和總有功電度采集。
4.10.2具有完善的故障狀態(tài)監測（ 過(guò)載、短路、過(guò)欠壓、缺相、相間不平衡）并實(shí)時(shí)上報和給與告警提示。
4.10.3無(wú)線(xiàn)通訊：具有本地的 RS485 通訊以及 GPRS/NB-IoT的無(wú)線(xiàn)通訊，可實(shí)現遠程分 合閘控制、故障查詢(xún)以及計量數據的定時(shí)上報。
4.10.4集中控制箱中的光控利用光照度傳感器控制回路的開(kāi)關(guān)，可設定光線(xiàn)強度閾值進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)關(guān)。
4.11報警維修功能
故障報警管理，可同時(shí)進(jìn)行聲光報警和短信報警；報警內容包括但不限于：電源停電、缺相、交流接觸器失效、交流接觸器反饋失效、通信失敗、異常亮燈、異常 滅燈、過(guò)/欠電壓、過(guò)/欠電流、回路斷路、配電箱門(mén)開(kāi)等；報警可自動(dòng)、手動(dòng)解除，并通過(guò)短信或郵箱來(lái)通知維修人員。
管理員可以在系統中查看已經(jīng)處理完成的故障信息；
按區域或組設定維修人員，系統將故障信息自發(fā)負責區域或組人員手機號碼或郵箱中。
4.14數據匯總及分析
系統可以對各終端任意時(shí)間的數據按照年、月、日進(jìn)行查詢(xún)、統計，并存盤(pán)保留。
4.15地理信息系統（GIS）
系統提供實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的Google地圖GIS系統，實(shí)現息信查詢(xún)、地圖信息維護、實(shí)時(shí)信息顯示、圖層編輯、縮放、比例切換以及單燈故障報警定位、單燈定位、數據統計、設施添加、修改、刪除、拖動(dòng)、條件查詢(xún)等功能。
4.16移動(dòng)設備遠程接入
系統采用B/S工作，通過(guò)因特網(wǎng)，支持智能手機、IPAD或便攜式筆記等移動(dòng)設備通過(guò)瀏覽器方式遠程接入，實(shí)時(shí)查詢(xún)和控制，查詢(xún)內容包括各終端的最新以及歷史數據和故障情況，實(shí)現異地遠程接入訪(fǎng)問(wèn)。
4.17歷史報表查詢(xún)打印
系統對所有數據能夠按照操作人員的要求進(jìn)行查詢(xún)和打印，并且能夠按照Excel等格式進(jìn)行保存或打印。
系統具有合理的分級權限設定，可在同一服務(wù)器上，對不同的用戶(hù)劃分不同權限角色， 角色所具有的權限可動(dòng)態(tài)修改分配。
4.19態(tài)勢感知動(dòng)態(tài)大屏
通過(guò)態(tài)勢感知大屏了解資產(chǎn)概覽及路燈、燈桿在地圖中的大致分布，故障位置、用電量排名， 用統計展示月用電量跟故障設備實(shí)時(shí)數量。
4.20監控中心
特征
? 通訊模式: LoRaWAN / NB-ioT
5.1調光接口: 0~10V 和PWM,DALI;
5.2手機APP和電腦遠程遙控;
5.3遠程讀取電流,電壓,功率,功率因數,功耗;
5.4遠程讀取照明時(shí)間統計,故障時(shí)間統計,電力消耗累計數據;
5.5多種故障檢測智能報警系統:燈具故障,電源故障,補充能源故障,燈 桿漏電等。
5.6 AC 輸入: 96 – 264 V
5.7頻率范圍: 50 -60 Hz
5.8工作溫度: -40~85°C
5.9相對濕度: ≤95%
5.10防水: IP67
5.11尺寸: 146*56*40 (mm)
5.12外殼材料: 防火 PA (nylon6) + 35% 玻璃纖維
六、設計標準
本系統建設嚴格遵循和執行國家關(guān)于智能化監控系統軟件硬件集成的規范和標準，方案的依據是系統實(shí)施所涉及的技術(shù)標準和規范；產(chǎn)品標準和規范；工程標準和規范；驗收標準和規范等必須符合中華人民共和國有關(guān)條例及規范：
《城市照明管理規定》住建部令第4號
《城市夜景照明設計規范》（JGJ/T 163-2008）
《信息技術(shù)開(kāi)放系統互連網(wǎng)絡(luò )層安全協(xié)議》（GB/T 17963-2000）
《智能建筑工程質(zhì)量驗收規范》 (GB 50339-2013)
《電子信息系統機房設計規范》(GB 50174-2008)
《建筑物電子信息系統防雷技術(shù)規范》(GB 50343-2012)
《智能建筑設計標準》(GB 50314-2015)
《防盜報警控制器通用技術(shù)條件》(GB 12663-2001)
《民用建筑電氣設計規范》(JGJ 16-2008)
《綜合布線(xiàn)系統工程設計規范》(GB 50311-2007)
《供配電系統設計規范》(GB 50052-2009)
