论文部分内容阅读
摘要：为贯彻落实绿色照明发展理念，充分发挥城市照明在改善出行环境、提升城市形象方面的重要作用，按照智慧城市建设框架要求，本文提出了基于物联网、大数据、GIS等技术的智慧城市照明监控系统设计方案。首先简要介绍了方案涉及的物联网技术、大数据技术、GIS技术等，然后详细阐述了智慧城市照明监控系统的设计方案、数据标准，最后分析了系统建设的意义和效益。此设计方案通过运用多种信息化技术手段实现照明设施管理精细化、运行控制智能化、信息资源共享化、分析决策科学化，能有效提升照明管理水平和服务水平，为相关单位及人员提供借鉴和参考。
关键词：智慧城市;绿色照明;监控系统;物联网;GIS技术;
1 引言
近些年来，随着我国社会经济和城市化的飞速发展，城市照明建设也取得了长足的发展和进步，人们的夜晚生活条件得到了极大地改善，城市面貌和形象也在不断更新和提升。但是城市照明设施能耗的不断增长与能源紧缺之间的矛盾也越来越突出[1] 。与此同时，人们生活品质的提高也对夜间照明需求度和照明质量赋予了更高的要求，社会对于照明设施亮灯率、修复及时率、照明质量、节能降耗等方面的关注度日趋高涨，因此，积极运用新技术、新材料实现照明节能，设计一套智能化、精细化的智慧城市照明监控系统已经成为各城市一项非常重要的任务。
2智慧城市照明监控系统相關技术简述
2.1 物联网技术简述
物联网（英语全称为Internet of Things，缩写为IOT），是互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络[2] 。简言之，就是“物物相连”的互联网。在物联网络中，系统能够主动且随时对物体进行辨别、位置确定、跟踪、监测控制并且智能化处理。学术界认为，物联网主要有以下几个特点：第一，全面感知。任何个体的信息都能够借助RFID（Radio Frequency Identification，即无线射频技术）、各式的传感器以及二维码等实时获得。第二，可传递性。借助互联网络和其他电信网络相结合的方式，任何个体的信息都能够及时地精准传递出去[3] 。第三，信息智能分析。运用互联网计算、模糊模式识别等智能处理技术能够对大量的数据信息进行分析和运算，进而实现对物体的智能化管控。物联网技术的应用为远程实时掌控照明运行状况提供了解决方案。
2.2 大数据技术简述
大数据（big data），指无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产[4] 。大数据技术的引入为智能照明故障分析、节能分析、照明质量分析提供了有效的支撑。
2.3 GIS技术简述
GIS（全称为Geographic Information System）技术又称为地理信息系统，是一个基于计算机硬件和软件系统，对全部或者一部分地球表层空间（包含大气层在内）的地理信息数据进行收集、存储、管理、分析和处理的计算机系统。GIS技术将地图与地理分析功能和普通的查找、统计操作集合于一体[5] 。GIS技术在运用于照明监控系统后，能够更精确的展示照明设施分布及运行状况，为日常设施故障准确定位和故障应急决策提供了依据。
3 智慧城市照明监控系统设计方案
3.1建设目标
按照住建部《“十三五”城市绿色照明规划纲要》要求，以提高城市照明管理服务水平、保障照明设施能够更加高效、长期和可靠的运行、降低用电与运行成本为目标，利用物联网、云计算、大数据等信息技术，通过系统集成、互联互通、应用协同，促进信息平台提升、支撑业务集约化、提高决策智能化，搭建可拓展的、动态的“智慧城市照明”框架体系，建立“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新”的管理机制，实现照明精细化管控、科学化运维，提高照明监控系统运行与服务能力，实现智慧城市的发展要求。
3.2总体架构
智慧城市照明监控系统方案采用面向服务的架构（SOA）模式，以“主题性分类、仓库式管理、整合化服务”的数据架构构建思路，通过业务模型建立、信息资源规划、数据标准制定等方式，实现照明业务系统之间的信息资源共享与业务协同。通过大数据分析技术，实现照明信息资源的挖掘与二次应用;通过多维信息门户，建立为管理决策人员服务的信息窗口模式，将更有价值、更丰富的信息推送至管理决策层，将业务系统与管理决策连接起来。
3.3数据标准
数据标准是系统设计的关键所在，是实现信息资源共享和业务协同的基础，是保护信息资源持续利用的重要保证。智慧照明数据标准规范的建立和完善将对规范智慧照明监控系统建设工作、提高系统建设质量与管理效率、降低建设和运维成本起到保证和支撑作用。具体要进行以下三个方面的建设：
业务流程规范：建立规范化的业务流程和标准化业务报表，对照明监控系统的业务流程进行科学化管控。
数据库规范：建立统一规范的数据库，按照数据的作用及需求进行合理的规划，重点建立数据资源分类与编码标准、设施设备编码标准、共享主题库标准等。
应用技术规范：信息化技术标准规范，围绕系统集成与信息共享来制定，重点考虑物联网平台技术规范、通讯协议规范等。
3.4功能设计
3.4.1平台设计
为实现系统的科学高效运行，本方案系统采用B/S架构进行设计，将系统服务端部署在云平台，各级终端仅需部署轻量级浏览器就可以实现功能的使用。同时，为满足各级管理部门的联动管理，系统采用多级管理模式及控制策略，通过自上而下的分级控制架构，实现对城市照明的集中管理与分区控制相结合的控制模式。主控拥有最高优先级权限，可以对分控权限进行管理。另外，系统采用统一设计的通讯标准及通讯协议，实现控制业务系统以及控制终端的良好兼容性和扩展性，保证以后平台后续可扩展、可升级、终端可持续利用等功能，对后续不同的业务系统开放标准平台接口，与其他系统之间实现良好有效的系统无缝链接。 3.4.2照明监控功能
通过主控软件、无线通讯网络与远程控制终端硬件的有机结合，实现城市照明系统的实时监测与实时控制。主要实现照明设施开关的远程控制，运行数据的实时监测、控制状态实时监测及异常情况实时报警。通过GIS在线式地图，实时展示控制箱开关灯状态、报警状态、通讯状态，同时能够在地图上直接操作控制开关灯、查看电参数等。可以实现配电箱远程开门及门状态实时监控。通过在远程监控终端中的数据测量模块、传感器模块实时传送照明设施运行状况，快速、准确分析判断出故障地点，并对管理人员及作业人员进行故障信息报警与推送。
3.4.3设施GIS管理功能
借助地理信息系统（GIS）技术手段，建立起满足照明设施信息化管理需要的地图可视化环境、设施资源数据标准和数据管理功能。实现照明基础设施数据的编辑、入库更新、转移等业务需求，为照明设施数据库信息资源的建立、更新与维护提供便捷有效的方法。具体功能有：系统管理（地图符号模板、书签、数据维护日志等功能）、地图索引（地图定位和调图功能）、地图操作（地图浏览操作、地图测量等功能）、数据编辑（各类设施的空间信息和属性信息编辑功能）、查询统计（按各种条件进行空间查询和属性查询）、智能分析（配电箱分析、启动线分析、建设状态分析、审核状态分析、设施管理状态显示分析、月变更报表分析和配电负荷自动分析计算等功能）、数据库管理、数据输出等。
3.4.4项目管理功能
要求通过树状结构逐层展示项目在立项、方案设计、施工、验收等各个阶段的信息数据，方便管理者对照明项目全过程进度及数据的掌控。信息采集录入只对结果进行记录不参与过程记录、信息调阅采用编码扩展页面调阅信息以使页面展示主要处理信息。通过项目编码调阅项目基本信息，通过阶段编码调取阶段信息。
3.4.5电费管理功能
通过加装智能电表实现照明设施用电远程抄表和电费自动统计分析功能，根据设定的时间间隔直接读取远程电表数据，自动计算设施用电量，自动核定用电达标情况及电费补贴金额。建立电费台账数据库，对历史电费数据进行科学管理，供后续查询分析，为监管单位的电费计量提供数据依据。
3.4.6照明运维管理功能
照明运维管理包括故障流转处理业务、交办事项处理业务、设施拆移、拆除商请业务及养护质量打分管理。主要是针对照明设施日常运行维护工作情况进行计算化管理，其目的主要是通过多种查询、统计报表、数据分析使管理者、决策者可以更清晰地掌握照明设施的日常维护情况，以便对维护人员的工作进行更加科学的管理、更加合理的安排。同时根据巡检或抽查的情况对养护单位的设施养护质量情况进行评估，根据具体的评分标准自动给出对应的养护质量打分，以便于对养护单位进行考核和客观评价。
3.4.7可视化展示
基于大数据技术，建立智慧照明可视化展示模块。整合基础设施展示、运行控制展示、项目动态展示、业务报表展示等，为各级决策管理人员提供统一的应用平台;利用商业智能报表引擎（BI）及大数据分析平台，运用可视化等数据展现形式，实现数据的分析挖掘，充分发挥现有数据價值，实现信息化工作对单位整体运营管理的决策支持。具体内容包括：照明设施区域分布图、照明效果区域展示图、照明控制动态展示图、照明用电智能分析图、照明维护效果及常用材料评价图、照明报修分类统计图等，这些信息均以丰富直观的数据报表形式体现在信息门户当中，技术层面同时支持PC端和移动端。
4.系统建设意义
4.1经济效益
首先，智慧城市照明监控系统通过精准开关灯控制，解决过早开灯和过晚关灯现象，实现照明的统一控制，有效降低电能消耗。其次，系统通过物联网技术和GIS技术的结合，实现了故障的主动报警及准确定位，有效减少了日常照明巡查工作的人力投入和车辆使用，降低了巡查和维护成本。此外，通过智能用电分析功能及远程配电设施门禁管理功能可以实时发现用电异常情况并及时处理，降低偷电现象的电量损失和发生频次。通过GIS系统对照明资产台账的精细管理与寿命分析，可以指导后续维护工作计划的合理制定，也具有一定的经济效益。
4.2 社会效益
随着城市建设不断的发展，城市照明已经成为体现城市形象的重要标志。因此，社会对城市照明的管理和维护也提出了越来越高的要求，尤其是对每天路灯开关灯时间、亮灯率、修复及时率等方面更加关注。智慧城市照明监控系统的实施，实现了城市照明管理工作从人工管理向计算机智能化管理的转变，从被动管理向主动服务模式的转变，大大提升了照明管理水平、保障水平和服务能力，从而进一步提高城市照明的形象，实现了社会效益。
5 结语
综上所述，智慧城市照明监控系统的设计与建设，实现了城市照明管理的科学化、集约化、精细化，是实现智慧照明和绿色照明的必然要求，同时也具有较好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 张立新，杨程.一种基于物联网技术的智能路灯监控系统设计[J].宁夏工程技术，2014，13（3）：234-237.
[2] 郭倩倩，于会山，刘志建.基于物联网技术的智能路灯远程监控系统设计[J].科教导刊：电子版，2014（19）：121-122.
[3] 丁亮.基于物联网的城市路灯监控系统架构及相关技术实现[D].杭州电子科技大学，2013.
[4] 维克托·迈尔·舍恩伯格.《大数据时代》.浙江人民出版社.2013.
[5] 宋洪儒，王宜怀，杨凡.基于窄带物联网的智能路灯控制系统设计与实现[J].现代电子技术，2019，42（2）：172-176.
（作者单位：无锡照明管理处）
关键词：智慧城市;绿色照明;监控系统;物联网;GIS技术;
1 引言
近些年来，随着我国社会经济和城市化的飞速发展，城市照明建设也取得了长足的发展和进步，人们的夜晚生活条件得到了极大地改善，城市面貌和形象也在不断更新和提升。但是城市照明设施能耗的不断增长与能源紧缺之间的矛盾也越来越突出[1] 。与此同时，人们生活品质的提高也对夜间照明需求度和照明质量赋予了更高的要求，社会对于照明设施亮灯率、修复及时率、照明质量、节能降耗等方面的关注度日趋高涨，因此，积极运用新技术、新材料实现照明节能，设计一套智能化、精细化的智慧城市照明监控系统已经成为各城市一项非常重要的任务。
2智慧城市照明监控系统相關技术简述
2.1 物联网技术简述
物联网（英语全称为Internet of Things，缩写为IOT），是互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络[2] 。简言之，就是“物物相连”的互联网。在物联网络中，系统能够主动且随时对物体进行辨别、位置确定、跟踪、监测控制并且智能化处理。学术界认为，物联网主要有以下几个特点：第一，全面感知。任何个体的信息都能够借助RFID（Radio Frequency Identification，即无线射频技术）、各式的传感器以及二维码等实时获得。第二，可传递性。借助互联网络和其他电信网络相结合的方式，任何个体的信息都能够及时地精准传递出去[3] 。第三，信息智能分析。运用互联网计算、模糊模式识别等智能处理技术能够对大量的数据信息进行分析和运算，进而实现对物体的智能化管控。物联网技术的应用为远程实时掌控照明运行状况提供了解决方案。
2.2 大数据技术简述
大数据（big data），指无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产[4] 。大数据技术的引入为智能照明故障分析、节能分析、照明质量分析提供了有效的支撑。
2.3 GIS技术简述
GIS（全称为Geographic Information System）技术又称为地理信息系统，是一个基于计算机硬件和软件系统，对全部或者一部分地球表层空间（包含大气层在内）的地理信息数据进行收集、存储、管理、分析和处理的计算机系统。GIS技术将地图与地理分析功能和普通的查找、统计操作集合于一体[5] 。GIS技术在运用于照明监控系统后，能够更精确的展示照明设施分布及运行状况，为日常设施故障准确定位和故障应急决策提供了依据。
3 智慧城市照明监控系统设计方案
3.1建设目标
按照住建部《“十三五”城市绿色照明规划纲要》要求，以提高城市照明管理服务水平、保障照明设施能够更加高效、长期和可靠的运行、降低用电与运行成本为目标，利用物联网、云计算、大数据等信息技术，通过系统集成、互联互通、应用协同，促进信息平台提升、支撑业务集约化、提高决策智能化，搭建可拓展的、动态的“智慧城市照明”框架体系，建立“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新”的管理机制，实现照明精细化管控、科学化运维，提高照明监控系统运行与服务能力，实现智慧城市的发展要求。
3.2总体架构
智慧城市照明监控系统方案采用面向服务的架构（SOA）模式，以“主题性分类、仓库式管理、整合化服务”的数据架构构建思路，通过业务模型建立、信息资源规划、数据标准制定等方式，实现照明业务系统之间的信息资源共享与业务协同。通过大数据分析技术，实现照明信息资源的挖掘与二次应用;通过多维信息门户，建立为管理决策人员服务的信息窗口模式，将更有价值、更丰富的信息推送至管理决策层，将业务系统与管理决策连接起来。
3.3数据标准
数据标准是系统设计的关键所在，是实现信息资源共享和业务协同的基础，是保护信息资源持续利用的重要保证。智慧照明数据标准规范的建立和完善将对规范智慧照明监控系统建设工作、提高系统建设质量与管理效率、降低建设和运维成本起到保证和支撑作用。具体要进行以下三个方面的建设：
业务流程规范：建立规范化的业务流程和标准化业务报表，对照明监控系统的业务流程进行科学化管控。
数据库规范：建立统一规范的数据库，按照数据的作用及需求进行合理的规划，重点建立数据资源分类与编码标准、设施设备编码标准、共享主题库标准等。
应用技术规范：信息化技术标准规范，围绕系统集成与信息共享来制定，重点考虑物联网平台技术规范、通讯协议规范等。
3.4功能设计
3.4.1平台设计
为实现系统的科学高效运行，本方案系统采用B/S架构进行设计，将系统服务端部署在云平台，各级终端仅需部署轻量级浏览器就可以实现功能的使用。同时，为满足各级管理部门的联动管理，系统采用多级管理模式及控制策略，通过自上而下的分级控制架构，实现对城市照明的集中管理与分区控制相结合的控制模式。主控拥有最高优先级权限，可以对分控权限进行管理。另外，系统采用统一设计的通讯标准及通讯协议，实现控制业务系统以及控制终端的良好兼容性和扩展性，保证以后平台后续可扩展、可升级、终端可持续利用等功能，对后续不同的业务系统开放标准平台接口，与其他系统之间实现良好有效的系统无缝链接。 3.4.2照明监控功能
通过主控软件、无线通讯网络与远程控制终端硬件的有机结合，实现城市照明系统的实时监测与实时控制。主要实现照明设施开关的远程控制，运行数据的实时监测、控制状态实时监测及异常情况实时报警。通过GIS在线式地图，实时展示控制箱开关灯状态、报警状态、通讯状态，同时能够在地图上直接操作控制开关灯、查看电参数等。可以实现配电箱远程开门及门状态实时监控。通过在远程监控终端中的数据测量模块、传感器模块实时传送照明设施运行状况，快速、准确分析判断出故障地点，并对管理人员及作业人员进行故障信息报警与推送。
3.4.3设施GIS管理功能
借助地理信息系统（GIS）技术手段，建立起满足照明设施信息化管理需要的地图可视化环境、设施资源数据标准和数据管理功能。实现照明基础设施数据的编辑、入库更新、转移等业务需求，为照明设施数据库信息资源的建立、更新与维护提供便捷有效的方法。具体功能有：系统管理（地图符号模板、书签、数据维护日志等功能）、地图索引（地图定位和调图功能）、地图操作（地图浏览操作、地图测量等功能）、数据编辑（各类设施的空间信息和属性信息编辑功能）、查询统计（按各种条件进行空间查询和属性查询）、智能分析（配电箱分析、启动线分析、建设状态分析、审核状态分析、设施管理状态显示分析、月变更报表分析和配电负荷自动分析计算等功能）、数据库管理、数据输出等。
3.4.4项目管理功能
要求通过树状结构逐层展示项目在立项、方案设计、施工、验收等各个阶段的信息数据，方便管理者对照明项目全过程进度及数据的掌控。信息采集录入只对结果进行记录不参与过程记录、信息调阅采用编码扩展页面调阅信息以使页面展示主要处理信息。通过项目编码调阅项目基本信息，通过阶段编码调取阶段信息。
3.4.5电费管理功能
通过加装智能电表实现照明设施用电远程抄表和电费自动统计分析功能，根据设定的时间间隔直接读取远程电表数据，自动计算设施用电量，自动核定用电达标情况及电费补贴金额。建立电费台账数据库，对历史电费数据进行科学管理，供后续查询分析，为监管单位的电费计量提供数据依据。
3.4.6照明运维管理功能
照明运维管理包括故障流转处理业务、交办事项处理业务、设施拆移、拆除商请业务及养护质量打分管理。主要是针对照明设施日常运行维护工作情况进行计算化管理，其目的主要是通过多种查询、统计报表、数据分析使管理者、决策者可以更清晰地掌握照明设施的日常维护情况，以便对维护人员的工作进行更加科学的管理、更加合理的安排。同时根据巡检或抽查的情况对养护单位的设施养护质量情况进行评估，根据具体的评分标准自动给出对应的养护质量打分，以便于对养护单位进行考核和客观评价。
3.4.7可视化展示
基于大数据技术，建立智慧照明可视化展示模块。整合基础设施展示、运行控制展示、项目动态展示、业务报表展示等，为各级决策管理人员提供统一的应用平台;利用商业智能报表引擎（BI）及大数据分析平台，运用可视化等数据展现形式，实现数据的分析挖掘，充分发挥现有数据價值，实现信息化工作对单位整体运营管理的决策支持。具体内容包括：照明设施区域分布图、照明效果区域展示图、照明控制动态展示图、照明用电智能分析图、照明维护效果及常用材料评价图、照明报修分类统计图等，这些信息均以丰富直观的数据报表形式体现在信息门户当中，技术层面同时支持PC端和移动端。
4.系统建设意义
4.1经济效益
首先，智慧城市照明监控系统通过精准开关灯控制，解决过早开灯和过晚关灯现象，实现照明的统一控制，有效降低电能消耗。其次，系统通过物联网技术和GIS技术的结合，实现了故障的主动报警及准确定位，有效减少了日常照明巡查工作的人力投入和车辆使用，降低了巡查和维护成本。此外，通过智能用电分析功能及远程配电设施门禁管理功能可以实时发现用电异常情况并及时处理，降低偷电现象的电量损失和发生频次。通过GIS系统对照明资产台账的精细管理与寿命分析，可以指导后续维护工作计划的合理制定，也具有一定的经济效益。
4.2 社会效益
随着城市建设不断的发展，城市照明已经成为体现城市形象的重要标志。因此，社会对城市照明的管理和维护也提出了越来越高的要求，尤其是对每天路灯开关灯时间、亮灯率、修复及时率等方面更加关注。智慧城市照明监控系统的实施，实现了城市照明管理工作从人工管理向计算机智能化管理的转变，从被动管理向主动服务模式的转变，大大提升了照明管理水平、保障水平和服务能力，从而进一步提高城市照明的形象，实现了社会效益。
5 结语
综上所述，智慧城市照明监控系统的设计与建设，实现了城市照明管理的科学化、集约化、精细化，是实现智慧照明和绿色照明的必然要求，同时也具有较好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 张立新，杨程.一种基于物联网技术的智能路灯监控系统设计[J].宁夏工程技术，2014，13（3）：234-237.
[2] 郭倩倩，于会山，刘志建.基于物联网技术的智能路灯远程监控系统设计[J].科教导刊：电子版，2014（19）：121-122.
[3] 丁亮.基于物联网的城市路灯监控系统架构及相关技术实现[D].杭州电子科技大学，2013.
[4] 维克托·迈尔·舍恩伯格.《大数据时代》.浙江人民出版社.2013.
[5] 宋洪儒，王宜怀，杨凡.基于窄带物联网的智能路灯控制系统设计与实现[J].现代电子技术，2019，42（2）：172-176.
（作者单位：无锡照明管理处）