智能路灯控制解决方案
智能路灯控制解决方案的实施，使得城市路灯管理部门可节省至少50%的能耗，并降低了路灯系统的运营成本、提高路灯系统的服务效率。这种智能化的路灯系统还可以节约30%的维护成本，是实现绿色、节能城市的重要手段。
一、前言
城市路灯照明是现代化城市的重要公共设施，路灯照明也因此成为一个城市电能支出的重要部分——高达40%的电力消耗以及大量的维护和运营成本。虽然已经有一些解决方案，比如按时隔一盏路灯关闭一盏路灯，或者在一个路灯区域的变压器端加装控制等等，这些方案实现了一定程度的节能效果，但是却存在一些不足的地方，比如路面照度不均匀，不能实现单个路灯的状态监测等。如今的城市需要更智能的路灯系统，在节省电力消耗、降低运营成本和减少碳排放的同时改善城市的环境。
二、智能路灯单灯控制系统
该系统具有性能可靠，易于升级的特点。该系统由三级部分构成：最低层每一路灯均包含一个基于电力线载波通信技术的智能单灯控制器；中间层的SmartServer智能路段服务器通过电力线载波和每一个路灯通信，同时可以通过TCP/IP、GPRS或3G等与城市路灯管理中心通信；作为上层的系统管理层，在路灯管理中心运行有路灯控制系统管理平台。
1、智能路灯单灯控制器
在每一个路灯中都嵌入一个基于电力载波芯片的智能控制器，这些路灯控制器和SmartServer智能路段服务器之间使用电力线载波进行通信，这样做不需要额外的通信线路，数据通信信道和路灯供电共用供电信道。每一个路灯单灯控制器均包含物理地址和逻辑地址，这便于和GIS地理信息系统匹配。
电力载波通信技术，现在已经被采纳为多个国家和国际组织的标准，该技术已有超过八千万的基于该技术的电力载波设备应用在世界各地的智能电网、工业控制、智能家庭、交通控制等领域，性能稳定可靠。
电力载波智能路灯控制器其主要的构成部分有：PL3120/PL3150智能电力线收发器，耦合电路，电源，整流器电路和灯具等组成。
路灯单灯控制器使用基于ISO/IEC14908标准的电力载波通信技术与路灯区域控制器SmartServer智能路段服务器通信，可以接受来自智能路段服务器的命令，包括灯的开/关，以及亮度调节命令，并对灯具实施相应的控制。同时，单灯控制器还能够测量供电电压、电流、功率、功率因数、整流器温度、整流器运行时间以及消耗的电能等数据，并提供报警信息。这些数据可以由路灯管理中心的软件通过SmartServer智能路段服务器进行读取。
目前市场上有多家公司提供该类的智能路灯控制器可供用户选择，包括国内和国外的厂
商。这样，在客户选择产品构建系统的时候，有较大的选择余地，用户从而可以得到最佳性价比的产品。
对于一个路灯系统来说，使用寿命可能长达30年，多种产品可以提供用户在以后系统的维护和升级中，可以使用不同公司的产品，而这些产品使用同样的通信技术和数据结构，不会产生兼容性的问题。这给最终用户带来的好处是，在整个系统的生命周期中系统的运营成本可以达到最低。每一个单灯路灯控制器中的应用程序，可以实现在线升级，这样同样的硬件可以通过软件升级来提供更加先进的功能。
2、路灯区域控制设备——SmartServer智能路段服务器
SmartServer智能路段服务器是实现路灯单灯控制系统的重要的硬件设备，它安装在路灯区域控制箱中，使用ISO/IEC14908的电力载波通信技术和路灯单灯控制器通信，与控制中心的通信可以使用GPRS/3G、以太网、Wi-Fi或者ADSL等。
SmartServer智能路段服务器中内置多种功能，包括：
◆数据采集功能
◆时序调度功能
◆报警功能
◆类型转换功能
◆内部实时时钟
◆根据经纬度、日历时钟计算日出、日落时间的天文位置功能
◆使用电力线载波中继技术管理与各个单灯控制器的通信
◆通过SOAP接口实现与控制中心的通信等
一般情况下，一个SmartServer智能路段服务器最多可以管理300个路灯单灯控制器。之所以能够构建基于电力载波的路灯单灯控制系统，智能路段服务器的自动中继管理功能在其中起到了不可或缺的作用。
简单来说，在电力线传输线上，假设SmartServer智能路段服务器连接有十二个单灯控制器，通信情况如下，SmartServer智能路段服务器不能和最远的12号控制器进行通信，但是SmartServer智能路段服务器可以和1-4号单灯控制器通信，而4号单灯控制器可以和5-8单灯控制器通信，8号单灯控制器可以和9-12单灯号控制器通信，这样SmartServer智能路段服务器，可以使用4号单灯控制器作为一级中继代理，和8单灯号控制器通信，8号单灯控制器作为二级代理与12号单灯控制器通信，也就是说SmartServer智能路段服务器分别使用两级代理就实现和最远的12号单灯控制器的通信。
SmartServer智能路段服务器最多支持8级中继代理。通过我们在国内的几个实际路灯路段的测量，最差的情况是SmartServer智能路段服务器使用了两级中继代理就实现与最远的测试节点的通信。
SmartServer智能路段服务器内置的时序调度功能模块可以根据时间来实现对每一个单灯控制器开、关和亮度控制。该时序调度功能模块可以由中心监控软件进行配置。
SmartServer智能路段服务器中嵌入实时操作系统，中央处理器为MIPS32，时钟频率为264MHz。内部的实时时钟可以自动与设定的时间服务器进行时间同步。内置的Flash存储器可以存储数月的历史数据。可以连接Modbus的设备、具有脉冲输出的计量表设备等，另外还有两路数字输入和两路数字输出。
三、监控中心软件
路灯控制系统
功能实现：
01.环境检测数据，包含PM2.5/PM10,光照度，温度，湿度，噪音，雨雪量等实时监测数据。
02.系统可以根据不同类型终端的控制要求，把所有路灯灯杆终端分成若干个组，分别采用时控或时控和光控相结合的方式控制支路及单灯，也可以手动对各支路进行遥控拉合闸操作或者对单灯、灯组进行开关灯、调光等操作。
03.自动巡测、手动巡测和选测
04.监控中心能按预先设定的时间周期自动进行定时巡测，也可随时手动查询和选测某监控终端的电压、电流、功率、支路开关状态、单灯亮度及开关状态等数据。
05.报警
06.巡测数据异常报警：当监控终端主动报警或监控中心在巡测时发现有数据异常时，监控中心自动发出语音报警、自动存盘并在地图上显示相应的位置和故障类型，并可将信息转发至相关人员的手机上。
07.监控设备被盗报警：监控终端设备被非法操作或是被偷盗时，监控中心的计算机将会立即自动发出语音报警、自动存盘并在地图上显示相应的位置和设备类型，并可将信息转发至相关人员的手机上。
08.报警内容包括：
1）白天亮灯
2）晚上熄灯
3）灯泡故障
4）镇流器故障
5）控制器故障
6）配电箱门被打开
7）电压电流越限
8）终端停电
9）支路故障
10）电缆被盗割或人为损坏（需配防盗线设备）
09.自动计算亮灯率
10.系统能根据路灯数量和亮灯数量准确计算出亮灯率、灭灯率、故障率等统计数据，如下图为某台区在实行半夜灯之后统计的数据。
11.查询打印导出表格
12.可以对各监控终端任意定时数据和年、月、日统计数据进行查询，生成电流、电压、电能、亮灯率、开关时间等曲线和报表。
13.可以对任意一天的实际开关灯时间、灯具亮度等记录进行查询，导出表格。
14.可以对历史故障和报警记录进行查询，导出表格。
15.控制方案
根据不同类型的路灯、景观灯控制要求，可以把路灯、景观灯分别设置成不同的功能组，每个灯杆也可设置成不同的功能组，灯头灯具也可进行编号，采用支路与单灯控制相结合的方式按预先设定方案自动进行控制。
16.卫星自动校时系统（GPS）
运用全球卫星定位系统与计算机技术，实现对系统的准确校时，保证监控中心和监控终端时钟的准确性与一致性。
17.远程实时查询控制
可以通过互联网实现微机的远程实时查询，查询内容包括各终端的最新以及历史数据和故障情况，实现异地远程接入访问。也可通过互联网实现微机的远程控制。先进的BS的主站操作系统，可以使客户端操作更加方便、界面更美观、且客户端免维护。
可在手机上通过路灯软件查看任意监控终端及路灯的数据、状态及告警信息。也可在手机上实现对任意监控终端及路灯的控制。
18.投影显示功能
系统具有投影功能，可以投影显示路灯监控数据信息。操作人员通过微机操作，可以很方便的显示各项路灯监控数据和图像。
19.监控终端断电运行功能
监控终端内有不间断电源，具有断电运行功能，能在供电线路断电时及时告警，使有关部门在第一时间获知并抢修。
20.监控终端独立运行功能
监控终端能够在通信中断的情况下，按照事先设定的运行方式实现独立运行。这个功能保证了监控中心出现故障，或者通信中断时，监控终端能够自行进行开关灯操作。避免了监控中心出现故障或者通信中断时，全系统瘫痪的严重后果。
21.短消息报警系统
监控中心可以实现无人值守，系统可以通过预置若干个手机号码，以短消息方式，按照预先设定的告警模式，把报警的时间、地点、内容等相关信息发送至各相关人员的手机上。发送人员数量不限。
系统也可以根据用户的具体要求，通过短消息发送用户最需要了解的系统运行相关信息，如每天的实际开关灯时间，路灯亮灯时长以及每天的用电量等相关信息。
系统具有相关辅助功能，包括短信接收、发送、短信定时发送等功能。
22.远程抄表及自动计算用电量
监控终端可以对路灯配电箱内安装的电子电表实现远程抄表，直接读取用电量数值，并发送到监控中心。
系统可以根据抄表结果自动准确的计算每个月的用电量。如果路灯配电箱内没有安装电子电表，系统自带交流采样功能，也可以准确计算每个月的用电量。
23.路灯地理信息系统（GIS）
监控中心能够集成电子地图或平面扫描地图，可实现地图的多级缩放与平滑浏览，达到了图文并茂和使用方便的效果。并能够在地图上标注监控点的位置，通过地理系统指导路灯维护维修，实现路灯维护维修的合理化、及时化和科学化，提高了工作效率。
系统在地理信息的基础上可以实现资产管理，包括：配电柜的基本信息、电器的基本信息、厂家的基本信息、电缆的基本信息、光源的基本信息、灯具灯杆的基本信息等。
24.监控终端保护措施
智能监控终端是本系统的核心部分，由于监控终端一般均安装在干扰较大的环境中，为了保证系统可靠工作，终端的软硬件设计采用了下列多种抗干扰措施。
1）对现场采集的模拟量和开关量信号在硬件上采用隔离和限幅等防强干扰措施，在软件上采取数据滤波处理，保证了数据的准确性。
2）开关量输出采用软件连续循环置位的处理方法，保证了输出的可靠`性。
3）在继电器控制回路采用灭弧保护电路，有效消除继电器动作引起的电弧，大大延长了继电器使用寿命。
4）对强干扰信号造成的运行出错，采用软硬件自恢复电路处理，保证在无人值守时也能可靠运行。
25.系统防护措施
监控终端和监控中心软件均加装了软硬件看门狗，当出现死机现象时能够自动复位，保证设备的正常运行，同时也能够对发生的故障定位，方便维护和维修。
四、实现的节能效果和好处
智能路灯单灯控制系统是一个集成化的解决方案，可以实现节约能源成本，降低系统维护成本，同时构建一个完备的监控网络，依托该网络可以实时获取环境数据，实现对网络上任意设备的控制。主要的效益包括：
◆降低能耗50%，从而实现降低CO2的排放，单灯控制，实现按需照明；
◆自动识别单灯的报警和故障，减少人员夜间巡逻；
◆有效减少市民的抱怨电话，可以根据单个路灯的使用时间数据，实现灯具的预维护，使得路灯时刻工作在最佳状态；
◆单灯状态监控，可以实现快速故障灯具的处理，远程实现对任何灯具的亮度进行控制，
保持重点区域的亮度，提升重点区域的安全性；
◆降低光污染；
◆解决责任难题，提供每一个路灯的每天的运行数据以供分析；
◆降低安装成本，半天的培训就可以让安装人员掌握安装方法；
◆降低现场维护的次数和由此带来的能源消耗与CO2的排放，可以使用地图对任何一盏灯进行维护；
◆实现7×24小时监控，通过SLV软件，可以在网络上的任意工作站控制和现实任意路灯的运行数据的显示和状态；
◆标准的通信和数据接口，支持多个厂家的路灯控制器，有效降低成本支出，用户可以选取满足需求的最佳的产品供应商；
◆基于标准的技术，能够有效实现对未来的兼容，保持系统的生命力，不会产生由于技术的落后导致一系列的问题出现；
◆与现有的信息系统的集成，将路灯报警集成到现有的维护平台的地理信息系统中
◆（GIS），或者集成到能源供应商的需求/响应工具中。
智能路灯单灯控制系统，是一种成熟的路灯解决方案，现已在世界各国很多城市得到广泛应用。该系统可以有效避免现有一些系统的不足，且很好地解决了未来系统的升级换代问题，是一个解决城市路灯绿色照明的有效方案。