城市照明计算机无线监控系统(专家审理后刊出的).doc

城市照明计算机无线监控系统陈正义（福建省三明市市政工程管理处，福建省三明市 365000）Computer Wireless Monitoring Systemfor Urban LightingChen Zhengyi (Sanming Municipal Engineering Administration Department in Fujian Province，Sanming 365000, Fujian Province，China)Abstract This article introduces the hardware and the software of the computer wireless monitoring system for urban lighting (consisting of four parts i.e. monitoring center, data monitor terminal, wireless communications network, image monitoring system), including their compositions and functions). Comparing the actual effect of facilitiesmaintenance and working before and after the system installation ,it is found that replacing traditional urban lighting facilities controlling method by computer wireless monitoring system will be the developing tendency of lighting facilities management due to it featuring advanced technology, complete functions, safety, reliability, and easy maintenance . Key words Urban lighting Wireless communication network Monitoring system Software摘要 介绍了城市照明计算机无线监控系统的软、硬件组成（由监控中心、数据监控终端、无线通讯网、图像监视系统四部分组成）及其功能。通过对比系统安装前后的设施维护情况和运行的实际效果，说明了采用城市照明计算机无线监控系统替代传统控制方式管理城市照明设施，具有技术先进、功能完善、安全可靠、便于维护管理的特点，是城市照明设施管理的发展方向。关键词 城市照明 无线通讯网 监控系统 软件以前，三明市城市照明控制方式主要有时钟控制方式、光电开关控制方式、钟控和光控相结合的方式。时钟控制方式以时间为开、关灯唯一依据，不论在任何季节条件下都只能在规定的统一时间开、关灯，随着季节或者气候的变化，需要人工干预来调整开、关灯时间。光电开关控制方式是按光照强度的差异来控制开、关灯，但在光线不足的白天或者有强光照射的夜晚，可能会发生误动作。城市照明的开关由分散的单台钟控或光控控制，无法做到统一开、关灯，也不能根据市民活动需要及时调整开、关灯时间和照明效果，造成管理困难和电力浪费。城市照明的维护主要靠维修人员夜晚开车巡查和市民报修，尽管城市照明管理部门花费了大量的人力和物力，但仍会出现夜晚灯不亮，而白天亮灯的情况。原有的开关控制模式已经不能适应人们生活需要了，所以，三明市在2006年对城市照明开关控制系统进行了升级改造，建设了城市照明计算机无线监控系统。该系统可根据需要实时调整开、关灯时间；能随时检测电压、电流等电气参数，随时反映路灯的运行情况。采用该系统能够实现显著的经济效益和社会效益。1 城市照明计算机无线监控系统结构1.1系统构成框图 系统由监控中心、数据监控终端、无线通讯网、图像监视系统（包括图像监控中心和图像监控终端）四大部分组成1，如图1所示。 图1系统构成框图Fig.1 Block diagram of system structure1.2照明监控中心照明监控中心主要是处理监控终端传回的数据，判断监控终端的运行状况。并通过向监控终端发出控制、检测命令，实现系统的遥控、遥测、遥讯、遥调、遥视功能（五遥）。照明监控中心构成见图2。图2 照明监控中心构成框图Fig.2 Block diagram of lighting monitoring center structure照明监控中心硬件组成：一台监控微机；一台激光打印机；一套投影系统；一台UPS(不间断电源)；一台多方位照度检测探头；一套GPS(全球定位系统)校时系统；一套无线数传设备（电台）；两台光端机。主控微机和电台之间的通信：通过光端机将RS232信号转换成光信号后由光纤传输，光纤接口采用SC/FC/ST型接口,解决了传统RS232信号传输距离短，抗干扰能力差等问题，大大提高了数据通信的可靠性、安全性。1.3数据监控终端数据监控终端（子站）安装在街区的每个照明控制点，对所管辖区域的照明实施开关控制、电气运行状态及参数检测、故障报警、语音通讯等。子站采用三级冗余控制，即：中控室发出的指令控制为优先级控制，如阴雨天、节假日、重要来宾来访等情况下发出的指令控制（一日后复原）；子站自动定时控制，微机内存有百年历和计算程序，管理人员利用人机接口，置入当地经纬度，初始年、月，开、关灯时间等参数，系统即可自动修正和调整开关时间，实现无人自动定时控制；最后为手动控制，系统出现故障时可自动切换为手动控制，便于现场维修操作。数据监控终端（子站）构成框图见图3。图3 数据监控终端（子站）构成框图Fig.3 Block diagram of data monitoring terminal(substation) structure子站包括强电主回路、路灯监控机（主模块、开关量模块、节能模块、检测模块）、降压控制电路、开关电源、RLC型智能路灯时控器、检测数据采样单元（电压采样、电流采样）、无线数传设备、天线。主电路指子站电路柜体内配电回路，由熔断器、主接触器、自动空气断路器及其保护控制电路组成，用于实现路灯的开、关灯控制及故障保护。电源电路包括模拟电路电源及数字电路电源，两部分电路互相隔离以避免干扰。 子站功能说明：a.路灯控制：子站具有三路控制输出（可扩展），收到监控主站发来的路灯控制时间参数校验无误后,便将此参数作为当日路灯的控制依据，按时控制接触器的吸合和断开。子站保存控制参数，具有脱离监控主站独立长期运行的能力。b.路灯运行数据采集：子站主要检测电流、电压、功率、功率因数、用电量等数据，以及接触器状态。c.语音通话：通过数传电台，路灯维修车可以与主站保持通话联络，通过此方式路灯维修人员可以随时随地互相联络，极大方便了工作。d.远程复位：子站因意外情况出现异常时，可以接受主站的远程复位命令，子站程序初始化，重新运行，提高了系统的可靠性。 e.无线数据通讯：子站能通过无线通讯，定时或随机地向主站返回电压、电流、用电量等路灯运行状况数据。另外每个子站都可以作为通讯中继站，以接力方式将较远，或处于高楼楼群通讯可能不畅的子站数据传送到主站，从而实现了不架设专门的通讯中继站也能保证通讯畅通无阻。f.故障自动上报：当检测到停电、白天亮灯、夜晚灭灯、电缆被盗等严重故障时，自动向主站发出警报，从而保证故障响应的实时性。g.输出状态显示：子站各输出继电器的位置状态、各遥测信号输入状态均有灯光指示。h.显示和按键：可以在现场显示设备运行状态参数，现场置入子站运行参数。i.路灯电缆防盗：子站发生路灯电缆被盗割，立即向主站发送报警信号，主站接到报警信号后立即以声、光、语音、短信形式通知工作人员到现场处理。可以及时阻止电缆被盗，及时处理事故隐患。j.路灯降压节能功能：通过控制降压节能变压器的投入达到节能，既节约了路灯运行费用，又延长了路灯使用寿命。k.远程抄表功能：系统具备将每个控制箱的电表数据远程抄录到中央控制室微机的功能。1.4无线通讯网 无线通讯网传递控制命令、检测数据、故障状态等信息，并实现语音通话功能。主要由天线、数传电台、外部检测和控制部分组成。硬件组成：a.监控主站：采用高增益全向天线、进口大功率车载电台。在监控主站楼顶建一较高天线塔。b.子站监控站：在通讯效果差的点架设不定高的天线支架，个别点可以采用高增益全向天线。c.每个子站在软件上都有通讯邮箱中继功能，当出现距离较远或处于楼群中的子站通讯不畅的情况，可以利用其附近任何一个通讯效果相对好的点中转，利用此功能可以有效改善个别点通讯差的问题。工作原理：主站与子站之间的数据通讯采用双向单工同频传输方式（利用230M市政无线专用频率进行通讯），监控主机的高速并行数据由串行口转换成低速串行数据，经移频键控电路调制成音频后送至无线发射机再转为射频输出，通过天线间的电磁波耦合经中转台传送到目标级无线接收机，检出音频信号再解调出串行数据送到目标计算机的串行口，恢复成并行数据。为确保所传送信息的正确复现，需要制定通讯规约，使双方收、发数据的格式、定义及校验方法严格一致。另外可以直接利用数传电台的对讲功能进行语音通话，以满足维修人员在子站现场和维修车上的使用要求。无线通讯网功能：a.控制功能：通过数传电台发送路灯开关时间或路灯开关指令。b.检测功能：检测子站的电压电流、用电量、开关吸合情况等参数。c.子站通话功能：维修人员与维修车或主站间的通话。d.路灯维修调度功能：主站通过数传电台调度车辆维护或抢修。1.5 图像监视系统图像监视系统是由图像监视终端（摄像机）、信号传输线路、视频分配器、主站控制（服务器）、显示设备组成，如图4所示。图4 图像监视系统构成框图Fig.4 Block diagram of image monitoring system structure图像监视系统的功能：图像监视终端将采集的实时动态图像场景通过光端机、光纤传送到主站，显示到监视器或大屏幕上，图像监视终端接收主站指令调节镜头的焦距、变焦，控制云台全方位单步微调或连续快调。云台可以水平3550、垂直900旋转，使值班人员可在监视器或计算机上监视路灯亮灯的情况。路灯、景观灯监控是数据方式，图像监视则以动态图像形式展现城市路灯、景观灯的实际情况以及城市夜景。图像监视系统不仅缩短了城市照明的检测时间，还对全市主要道路的照明运行状况有了直观的了解。数据监控系统和图像监视系统的结合，能使全市的照明信息快速、准确、及时地反馈到监控中心，提高了城市照明的维修及时率和设备完好率。2 城市照明计算机无线监控系统软件包括照明和图像监控系统、卫星校时、Web浏览/Map、地理信息、远程访问、电话报警等软件。2.1 主站操作系统与应用平台主站采用Windows 2000 操作系统，主站软件是基于Windows环境下开发的，开发、运行的操作系统均为Windows操作系统，支持Microsoft Access、Microsoft SQL Server 2000数据库平台。网络采用B/S（浏览器/服务器）与C/S（客户机/服务器）相结合的组网结构。支持Internet远程查询和访问，采用可视化语言设计，界面美观、友好。2.2 软件开发工具监控软件开发工具是强大的Windows界面应用程序开发工具Microsoft Visual Basic和Visual C+相结合，使用强大的Object Windows library(对象封装库），嵌入美国MapInfo公司的中间件产品MapX4.0地理信息开发工具完成的，采用面向对象的程序设计方法。数据库采用稳定的Microsoft Access和Microsoft SQL格式，Web服务器程序是利用Visual InterDev开发的，提供完善丰富的网络查询功能。此外，在设计过程中还采用了一些三维图形动画技术来丰富显示界面。3 城市照明计算机无线监控系统运行的实际效益3.1 实际效果城市照明计算机无线监控系统安装前后的情况对比见下表。城市照明计算机无线监控系统安装前后设施维护情况对比表Tab. Comparison table of maintenance before and after urban lighting computer wireless monitoring system installation3.2 经济效益从上表可以看出，采用城市照明计算机无线监控系统的经济效益是非常明显的，经济效益的提高主要体现在电费和维护费用的节省上。电费的节省是由半夜灯、节假日灯的统一控制和开、关灯时间的最优控制来实现的。采用时间曲线和光控相结合的方式统一控制路灯的开和关，可避免早开灯和迟关灯的事故。这样，全年路灯的运行时间和实际运行的总负荷将减少，电费支出也就减少了。另一方面，采用城市照