智慧城市监控照明物联网管理系统应用分析

1 概述

 

　　目前，城市照明信息化建设已具备了良好基础，但与不断拓展的业务需求相比，存在以下问题：

　　（1）通讯效率较低；

　　（2）不能及时准确的发现和处理单灯故障；

　　（3）处理故障的过程不够高效；

　　（4）城市照明管理缺少统一监控与管理平台；

　　（5）无法做到故障前预警；

　　（6）无法做到按需照明降低能源消耗。

 

　　2 实现智能化城市照明物联网改造后具有的功能

 

　　利用物联网、计算机、网络、自动控制、无线数据传输、电力线载波通信等技术，整合现有城市照明监控系统、GPS调度系统、天网视频系统、业务考核系统、材料管理系统，在实现现有功能的基础上，将管理精度准确到单灯，并在精细化的基础上深入挖掘数据，形成统一平台、可定制、可扩展、综合性的智能化城市照明物联网管理系统。

 

　　建成后的智能化城市照明物联网管理系统具有以下特点：

　　（1）以地理信息系统（GIS）为基础；

　　（2）实时动态的资产管理系统；

　　（3）综合性的管理信息系统，采用事件触发机制将各功能模块和原有各独立系统有机联结在一起；

　　（4）在数据录入方式、路灯设施电气自动归属等方面具有较高的自动化和智能化；

　　（5）具有独立的专家分析系统，深入分析数据，预警线路故障和寿命；

　　（6）灵活性，用户可自定义查询、统计、报表、角色、策略、流程等。

　　其系统功能如图1所示。

 

　　2.1 资产管理子系统

 

　　2.1.1 地理信息 

　　城市照明地理信息实现对基础地理数据、照明设施等地理空间数据的管理、维护、显示、操作、分析、建模和更新等功能，是整个系统图文一体化的重要基础。

 

　　2.1.2 设施编码识别和移动管理

　　截止至2011年底，成都市城市照明管理处管辖范围内的路灯配电箱达到1000台以上，灯杆数量达到8万以上，光源数量达到10万以上。由于数据量的庞大，依靠传统人工录入的方式无法保证基础数据的准确性和数据更新的及时性。因此，此次升级要求系统在基础数据的收集、录入、更新的方式方法上必须采取智能化、自动化的方式，尽量减少手工操作，以提高效率保证准确率。

 

　　2.1.3 材料管理

　　材料管理包括工程材料、维护材料、旧材料管理。按时、按质、按量保证工程施工、维护的材料供给。按照工程施工计划进度和日常维护需要供应材料，既不超量采购导致过度占用流动资金，也不因采购不足而造成停工待料，并保持合理库存。做到需求有计划，采购按计划，供给有保障，资金不占用。同时，对旧材料进行管理。

　　结合设施编码识别和移动管理等功能，实现对单个光源、电器材料领用、消耗的精细化流程管理。

 

　　2.2 照明监控子系统

　　城市照明监控子系统是整个系统的基本功能之一。城市照明管理单位通过城市照明监控子系统实现多策略的照明控制，以及确保配电系统保持良好运行状态和高效节能。

　　照明监控子系统对路灯监控到单灯级别，对景观灯监控到回路级别，同时辅以视频监控。

 

　　2.2.1 单灯监控

　　单灯监控由安装在监控中心的主站软件、配电箱内的监控终端和灯杆内的单灯控制器组成。

　　（1）主要功能

　　主站软件功能要求。

　　精确掌握配电系统运行状况

　　管辖区内路灯及光彩配电系统的运行状况是维护管理单位需要随时掌握的重要数据。配电系统包括变压器、配电箱、光源、电器、线缆等。

　　1）建立电气网络关系

　　建立配电系统的电气网络关系，包括相互之间的配电对应关系（如图2所示）。

　　其中电缆的对应关系较为复杂，电缆两端连接相应设施，如变压器、配电箱、灯杆，电缆的每一线芯对应配电箱的某一单相回路，连接到灯杆的某一光源上。

　　2）电气组态图

　　以组态方式显示配电箱和灯具内的电气原理图，并与各电气设备一一对应。

　　3）自动产生单灯供电属性归属

 

　　由于道路改扩建等多种因素，造成单灯供电属性归属经常发生变化，若光源电器的供电属性采取人工现场采集后录入的方式，无法保证数据准确性和更新的及时性，故要求系统具备单灯电气归属自动识别功能，即系统能自动识别配电箱在其配电范围内有哪些路灯，以及每一盏光源由该配电箱哪一个支路的哪一相供电；当任一盏路灯电源发生变化时，系统能及时发现和更新数据并向监控中心反馈和记录。

 

　　只有及时准确掌握配电对应情况，才能对监测到的电气参数进行核算，为进一步判断配电系统运行状况提供数据基础。

 

　　（1）多策略的照明控制

　　1）开关灯时间由几种方式共同确定

　　2）节能与调光

　　3）控制策略

　　（2）智能监测和报警

　　1）电气参数监测

　　实时监测配电箱和单灯工作状态，同时采集电压、电流、功率、功率因数、漏电流等电气参数。

　　2）智能报警

　　主站监控组态软件可显示异常开关灯、短路、过载、欠载、电压电流超限、线损过大、功率因数过低、漏电流过大等故障，并可通过语音和短信告知相关人员。

　　3）自动和手动远程抄表

　　对已经安装有电子电表的终端，可通过RS-485接口对远程电度表进行读表操作，并保存数据记录。系统也应当具有按操作员设置的时间自动进行远程电度表进行读表操作，并保存数据记录和统计。

　　4）主站利用下行数据可以修改各监控终端的各项运行数据。

　　（3）地理信息

　　可以城市路灯布局为背景，大屏幕动态直观地显示整个城市各路段、各分站和各单灯的工作状态。

　　（4）查询、统计

　　可以日报、月报、年报或者根据即时需要打印预定数据和任何数据，如亮灯率、故障灯率、故障灯数量及编号清单、功率、时钟日期、电流、电压、瞬时高低压参数等。可以根据需要即时打印有关数据，并进行自动统计。

　　（5）服务接口

　　系统必须提供开放的服务接口，并且可以通过服务接口使用系统的主要功能和数据，方便与其它系统连接。

　　2.2.2 景观监控

　　充分利用现有景观照明远程监控设备，景观照明监控组态软件与升级改造后的路灯单灯监控系统运行在同一平台，实现景观照明设施配电箱回路级监控。

 

　　2.2.3 视频监控

　　系统与“天网”视频监控系统整合，适时自动或手动关联调用视频资源作为全面了解设施状况的辅助手段。

 

　　2.3 维护管理子系统 

　　维护管理子系统协助各单位、部门、个人等办公主体高效、有序、全程共享地处理城市照明维护管理日常业务中的各种事件，是整个系统的重要内容。

 

　　2.3.1 数字化城管案卷管理

　　照明设施的故障信息来源之一是数字化城管系统。该模块直接读取数字化城管系统中相关案卷信息，按设定工作流触发相应责任部门和人员动作，全程监管案卷执行情况，将执行结果传入综合考核模块并返回数字化城管系统。

 

　　2.3.2 来电和信访管理

　　主要实现以下功能：

　　（1）来电和信访资料（包括来电号码、来电或信访时间、来电或信访单位、来电或信访人、来电或信访内容等）管理，输入、编辑、查找、打印功能；

　　（2）来电和信访处理情况（包括处理过程、回访过程等）的全程管理、记录和监控；

　　（3）来电回拨功能；

　　（4）电话黑名单功能；

　　（5）拒接电话功能；

　　（6）手机号码归属地查询；

　　（7）固定电话区号查询；

　　（8）系统录音功能，可对拨出、接入电话的进行录音，并提供查询和录音回放功能。

 

　　2.3.3 业务流程管理

　　业务流程管理是维护管理子系统的核心。包括事件启动、事件类型、事件优先级、事件处理。

　　（1）事件启动

　　事件启动的来源有多处：

　　1）照明监控子系统的报警；

　　2）专家分析子系统的预警；

　　3）成都市数字化城市管理信息系统的相关案卷；

　　4）来电和信访；

　　5）上级部门下达的任务；

　　6）人工巡查等。

　　（2）事件类型

　　设施安装、设施巡查、设施维修、设施拆除等。

　　（3）事件优先级

　　系统允许用户根据事件来源和事件类型预先设定各种事件的处理优先等级。

　　（4）事件处理

　　系统按预先设定的各种类型事件的工作流程和优先等级自动形成工作队列，制定任务单，以系统消息、PDA移动终端、对讲系统等多种方式将任务单分派到各相关责任部门和责任人，同时将任务单传给车辆调度模块。在事件处理过程中，可临时调整优先级、随时根据责任人的反馈信息和车辆调度情况修正工作队列，实现过程控制，同时自动将执行情况传给综合考核模块。

 

　　2.3.4 车辆调度及对讲通讯

　　主要实现如下功能：

　　（1）在电子地图上，可以实时对单个车辆或所有车辆实现定位、跟踪和调度。

　　（2）可对车辆在某一时段的行驶轨迹进行回放，并显示在电子地图上。

　　（3）对所有监控车辆进行轮询监视功能，在地图上观察每辆车的实时状态。

　　（4）具备地图搜索功能，可以对想要查询的地址进行模糊查询。

　　（5）根据工作队列和维护区域划分，寻找故障地点附近车辆，结合智能交通系统的车流量信息，设定科学合理的行驶路线，调度辖区内的维护车辆，将故障信息发给相关故障责任人和车辆，减少车辆空驶里程，提高故障处理时效。

　　（6）可以对车辆运行公里、运行状况、油耗等进行统计分析。

　　（7）一对一的个呼：网内用户之间可通过拨打对方号码的方式进行一对一的个呼（或称为私密呼叫），其他任何人无法收听到个呼。该个呼可以双工和半双工两种方式进行。

　　（8）群呼：实现对整个城市照明对讲系统用户发起群呼。

　　（9）组呼：根据用户部门组织结构进行编组，每个用户部门可以分为若干个通话组，每个通话组可包含若干个成员。通话组内的成员均可发起组呼，通话组内所有成员都可听到组呼的通话。组呼以半双工的方式进行。同时，每个终端设备可根据业务需要编入多个通话组，便于用户根据不同的工作内容与不同的通话组进行通话。

　　（10）短信及状态信息等数据传输业务：用户可发送、接收短信，同时还可收发送预定义的状态信息。

　　（11）对讲权限管理：群呼、组呼、中断通话或限制通话等，都进行统一权限管理。

 

　　2.3.5 综合考核

　　综合考核模块对业务流程中的工作队列执行情况的全过程进行跟踪督办和考核。

 

　　2.4 专家分析子系统

　　专家分析系统以城市照明监控系统采集的历史数据以及维护管理系统的故障维修统计数据为基础，深入挖掘，建立科学的预警模型，变事后处理为事前处理，减少故障的发生，降低故障率，提高照明管理服务水平。

 

　　2.4.1 故障原因分析

　　基础数据来源于维护管理子系统中业务流程管理模块处理的各种故障。统计各种故障与时间、季节、温度、气候、区域、维护部门、设施种类、设施型号、生产厂家、负荷大小、线路长度、电气参数等之间的关系。根据大量数据的统计信息寻找特定故障与特定条件之间的内在联系。

 

　　2.4.2 线路健康状况分析

　　线路健康状况分析是根据城市照明监控系统采集的各项电气参数，分析配电系统是否存在故障隐患，从而发出故障预警。

 

　　2.4.3 资产寿命分析

　　资产寿命分析根据设备型号、生产厂家、出厂日期、安装日期、故障原因、维修记录等数据，统计各种品牌设备实际使用寿命、设备成本等，制定维护更换计划，指导材料采购。

 

　　2.4.4 能耗分析

　　能耗分析核对自动抄表的电量信息和电费发票上的电量信息，提供多种方式的电量、电费统计功能。

 

　　2.4.5 配电分布合理性分析

　　在精确掌握配电系统运行状况的基础上，分析配电箱分布的密度和位置是否合适。是否存在某一区域配电箱分布较密，负荷较轻的情况，或者配电箱分布较疏，负荷较重的情况，为合理调整配电箱的分布，确保整个配电系统的良好运行提供参考。

 

　　2.4.6 照明分布合理性分析

　　在准确掌握道路和照明相关信息的情况下，根据照明规划和设计标准，分析照明功率是否超标，统计某一区域内各条道路的道路和照明信息，比较同类道路的照明布置，是否存在明显高于或低于平均水平的情况。

 

　　2.5 管理系统

　　应用维护子系统是系统管理员使用的工作平台，通过该平台，可以快速搭建、维护照明管理业务，定制业务工作流程，设置组织机构，并能够方便快捷地完成工作表单内容样式调整、业务流程修改、视频联动变动、交通流量门限值设定系统数据备份等日常维护工作。该子系统可以方便地调整，使之适应用户需要，并可以在使用中不断地变更系统配置，实现用户自维护、自发展、自适应。

　　（1）组织机构和人员管理管理

　　实现组织机构和人员的管理，包括人员、部门、岗位等资料的管理。

　　（2）角色定义

　　可以灵活定义组织机构和人员的角色，灵活配置各角色的权限。应用维护子系统采用分级权限的控制方法，每个人员的权限由该人员所属的部门、所具有的角色确定。通过该模块，可查看系统中所有人员所具有数据操作权限，以及该权限的获得来源。

　　（3）策略定义

　　可以增加、删除或修改系统中各事件，灵活定义各事件的处理策略，配置各事件的处理时限。实现工作流过程、阶段、流向中对表单、地图等对应操作的配置和管理，以适应业务管理过程中工作流程、参与专业职能部门、问题管理职责等方面的变化。

　　具备可视化工具实现工作流的绘制功能。支持工作流程的并行处理、回退、授权操作等。

　　（4）统计报表管理

　　具有良好的可扩充性，用户可以根据不同需要自定义统计的对象、内容等，并对各类查询、统计报表的样式等进行编辑和管理。

　　（5）系统维护

　　实现整个系统的备份、升级等。

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