物联网在智能化城市照明节能监控管理系统中的应用

物联网在智能化城市照明节能监控管理系统中的应用

发表时间：2019-07-16T16:55:39.197Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年7期作者：张涛

[导读] 这些年，由于我国经济社会的发展，城市照明系统与规划建设都体现着城市经济水平与科技实力。昆明市城市照明控制中心

摘要：如今加强资源节约型社会的建设是形势所趋，城市照明节能管理对推行节约型社会有着重要作用，进而分析物联网、无线传感网及Zigbee技术，论述其特点与优势，特别是Zigbee技术的组网水平较高，对网状构造，足够稳定可靠，并且城市路灯规划距离也符合

Zigbee网的控制范围。这篇文章我们主要探讨智能化城市照明节能系统应用物联网技术是否实用、合理，分析了以物联网为基础的城市照明控制系统的拓扑结构、要素组成，其对城市照明节能控制系统有显著优势，然后依次论述了系统中各要素的结构特征及技术措施，对未来物联网技术在城市照明节能控制系统中的应用提出了展望。

关键词：物联网；无线传感网；Zigbee；GPRS；城市照明管理

前言

这些年，由于我国经济社会的发展，城市照明系统与规划建设都体现着城市经济水平与科技实力，以此为契机发挥竞争力，不断引起各政府部门的关注。城市照明对提升城市形象有重要作用，有关政府部门要加强重视，以更多的资金来支持照明系统的优化改革。由于城市发展进程逐渐加快，城市照明能耗也越来越多，也相继引发很多其他问题，如城市照明维修规模量大，人员任务量重；维修经费变多，社会成本上涨，电费成本多，在一定程度上加大财政负担。并且，通过实践资料了解到，城市公共照明占总的照明耗电量30%以上，很多城市在夜晚，人流量变少，不到日常的10%，然而人流量减少，城市照明能耗依然不减，大多地区还是长时间处于照明状态，就是这些无节制的行为导致能源的过度消耗。这些情况都给相关政府部门与城市照明管理部门提出了难题，要及时改善这一问题，减少财政支出，节约能源，以下我们就来简要论述。

1物联网

物联网是当代社会信息智能化的关键要素。其英文译为“The Internet of things”。所以，通俗来说，物联网能够实现物物相连的效果。有两方面含义，一方面指，物联网的前提依旧是互联网，是在互联网层面进一步延伸的网络；另一方面，用户端延伸范围涉及到各种物品要素，促进物与物之前的信息沟通与传递。所以，物联网就是利用射频识别（RFID）、红外感应器、GPRS等信息传感设备，根据明确的规则协议，将物与互联网相关联，实现信息共享与传递，从而完成对物品的高效及时的识别、信息追踪、监控的网络形式。

2.Zigbee技术

Zigbee技术属于无线连接的特有性名词，这种技术的作用在于调节低支出、减能耗、简洁性、低传输、近路程的联网操作。对于国际而言，IEEE 802.15.4工作组及Zigbee技术都在集中对该技术进行普及宣传，前者先考虑对物理层及MAC层进行协议制定，其他则根据现有规定进行商议，利于后期各种厂商设备的沟通交流；后者则主要进行高层市场推广，该制度在802.15.4协议栈的基础上建立而成，有着超高的联网水平，其能够适应三种无线网络形式，星状、网状及簇状，尤其是网状结构，较为严谨与稳定。该网状结构对照明监控管理有着显著优势，如路灯的设立，各灯间距要控制在50米内，为各路灯都增设Zigbee无线传感模块，各模块间都有联系，通过网络集中协调器，统一由GPRS实现与城市照明管理机构间的信息共享与传递。

3无线传感网技术

对技术架构分析，物联网一般有三层结构：感知层、网络层及应用层。其中感知层组成成分有传感器与传感器网关，如二氧化碳浓度传感器、温度传感器、GPS系统、摄像头等。该层次的功能类似于人体的神经末梢，是物联网识别信息的重要结构。我们这里要论述的无线传感技术就是在Zigbee技术的基础上，实现短距离、简洁性、低能耗、低支出的无线通信技术。能够供以三种无线拓扑结构的运行，包括星状、集群树状及网状等。其中我们要探讨的是网状结构，通过RF广播与路径勘测来实现网络信息的更新。为了加强对城市照明系统的控制管理，物联网技术的应用要满足了这些要求：在线分析、计算功能、智能通信、云计算等。对于在线分析，对城市照明电的开关情况有清晰的认识；计算功能，对照明电能消耗计算；智能通信技术，可远程操控，即可将信号传递给工作人员；云计算，是当前最新型的计算方式了，能够高效实现数据共享。总的来说，物联网技术能够满足智能化、便捷化、科学化等特征，从而推动资源节约型社会的建设。

4城市照明管理系统结构及主要功能

照明远程控制装置主要是城市照明控制中心、不同的网络协调终端与各协调器所属的前端单灯装置构成。通常主控中心利用照明管理设备来实现Internet和GPRS技术的无线传输，由GPRS接收信息，再传递到主Zigbee 模块，该模块利用2.4G频段传递到单灯终端，最终由单灯终端结合相关的通讯协议对收集到的信息进行分析处理，采取措施，从而掌握单灯运行数据或对城市照明功率加以管理。利用物联网技术，来进行智能城市照明节能控制，作用如下：

（1）统一控制或者单点控制

利用单点控制来应对各种不同的情况，进行针对性的遥控；根据季节时段来自动控制开关灯，或者手动对全夜灯与半夜灯加以遥控。进行单点控制，对单一灯设备的运行数据进行收集。

（2）自动控制

根据提前设置的节点时间来远程操作开关灯，实现节能；智能化巡测，掌握城市照明的实际情况。（3）远程控制

能够在室内，实时监控管区范围内各个路灯照明情况，缓解巡灯人的任务量，极大提升效率。利用LED设备来操控灯，调低亮度，在不改变照明用途的情况下，尽可能的实现节能。

（4）门限报警

把传统的巡逻式监控报警调整为预防式警示系统，如此一来控制中心就能及时获取信息，并加以解决。

（5）精确定位

一经出现异常问题，控制中心就能及时确定故障单的精准位置，从而反馈给工作人员，便于及时到现场解决。（6）防盗警报

在掌握电力系统的电流、电压信息的基础上，将信息传递给控制中心，加强防盗监管工作。（7）丰富的软件管理措施

GIS技术：能够利用电子地图准确了解各盏灯具的运行情况及其他关键要素，清晰明了，易于观察。能耗分析：利用客户对有功功率、无功功率的分析核算，为能耗评测提供数据来源。

过载保护：对获取的信息进行辨识处理，确保负载控制在合理区间。

空载保护：一旦发生电流低于门限值，就严禁开灯。

运行监测：能够自动获取电压、电流及功率参数。

报警处理：对设备出现问题，能声光报警，还能进行语音报警与反馈。

（8）可移植性

该系统既能实现城市照明，还能对景观照明进行远程控制，广告牌亦可；对于超市灯具等控制也有显著优势。并且，在施工期间能有效节省人力物力的投资，安装便捷，无需布线进行维修。这些特点都会照明节能创造了良好的条件。5总结

这些年我国节能减排理念的兴起，低碳经济的盛行，城市照明节能受到各界关注，城市照明能耗与运营维护是人们所重视的，采取何种措施使得城市照明以有限成本实现最佳效益，积极应用物联网智能城市照明节能监控技术，辅助使用当前优质设备就能妥善处理这一问题。我国实行的合同能源管理形式为城市照明节能优化带来了新生命力，同时城市照明监控系统也为合同能源管理提供了必要的技术，我们坚信，物联网的应用，会使得智能城市照明监控更加高效可行，为减少资源消耗、低碳消费提供重要条件。参考文献

[1]吕治安.ZigBee网络原理与应用开发[M].北京：北京航天航空大学出版社.

[2]于海成.基于ZigBee 的无线安防系统设[J].中国电子商情-RFID技术与应用，2008（4）.

[3]瞿雷，刘盛德，胡咸斌.ZigBee技术实用手册[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[4]中国照明学会科技研讨会会刊.绿色照明与低碳技术论文集[C].2010.