第一章 概述
(一)前言
中國已確立物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)地位,國務院《關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》明確提出“促進物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)和示范應用”,而在中共中央關于十二五規(guī)劃的建議中,也表示要培育發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)在內的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
隨著中國城市和經(jīng)濟的迅速發(fā)展,城市路燈照明已經(jīng)成為展示城市魅力的名片和窗口,但是照明在帶來絢麗和方便的同時,也遇到了諸多問題。目前,我國大部分城市的路燈照明都采用"全夜燈恒照度"的方式,控制方式仍然是簡單的光控和時控等傳統(tǒng)方式,這大大增加了城市的用電量,為此,政府承擔著巨額的財政支出,而路燈照明設備的使用壽命也大大降低。目前已知的實施案例國外的包括英國采用iPAD進行控制的威斯敏斯特街道照明系統(tǒng),德國的采用手機進行路燈點亮的技術,美國的基于WIFI對路燈進行控制管理的技術。所以星云天啟公司推廣基于云計算核心的物聯(lián)網(wǎng)路燈遠程節(jié)能自動化控制系統(tǒng),降低電網(wǎng)壓力及節(jié)能減排勢在必行!
(二)目前路燈發(fā)展現(xiàn)狀
1、能量浪費
(1)高壓鈉燈在氣體電離發(fā)光后,適當調節(jié)功率可節(jié)約30%以上的電能,而人的主觀亮度絲毫不會發(fā)生變化(即人無法識別對比的兩組路燈哪一組更亮)。如果調的電量過低,鈉燈就會滅,達不到照明效果;
(2)對夜深時可實行隔盞開燈,或只開馬路內側燈,可節(jié)約電能10%-20%,但由于電路結構和路段復雜性,無法達到滿足照明需求的同時節(jié)能效益最大化;
(3)白天開燈巡檢,造成不必要的能源浪費,維修更換路燈時需要將整個線路的路燈點亮,造成電能的無限浪費;
(4)高壓鈉燈在報廢前或故障時燈管電流已經(jīng)出現(xiàn)較大異常。此時路燈還能照常點亮,不能被及時發(fā)現(xiàn),嚴重浪費電能;
(5)LED燈的節(jié)能效果雖好,但是恒照度的設置,造成城市電源的大量浪費。
2、管理不便
(1)現(xiàn)有的照明設施管理主要采用人工巡查模式,工作量大,且浪費物力、財力。故障依據(jù)主要來源于巡視人員上報和市民投訴,缺乏主動性、及時性和可靠性,不能實時、準確、全面地監(jiān)控全城的路燈運行狀況,缺乏故障預警機制;
(2)路燈系統(tǒng)的工作狀態(tài)不能自動隨時間、季節(jié)、天氣、節(jié)日燈不同情況進行亮化方案的變化,如果采用人工逐臺設置費時費力;
(3)維修路燈是需要逐條馬路亮燈查詢,不能快速定位故障位置,定位費時費力;
調整路燈開關燈時間或更改整體照明方案時,需要逐配電箱人工手動操作,不僅費時費力,而且增加了認為誤操作的可能性;
(4)由于沒有有效的防范措施,電纜盜竊現(xiàn)象時有發(fā)生,尤其在外環(huán)或城郊結合部情況更是嚴重,使國家蒙受巨大損失。
3、效率低下
(1)缺乏功能強大的遠程集中控制系統(tǒng);
(2)無法儲存路燈電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù);
(3)無法根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對路燈電網(wǎng)進行優(yōu)化;
(4)沒有高效的路燈用電費用管理和查詢工作,因此對路燈總體用電情況不夠清晰;
(6)無法進行燈具老化時間的分析,從而不能有效降低維護費用;
(7)用電高峰時期有斷電方案,但沒有有效的執(zhí)行工具;
(8)缺乏路燈自動分析匯總系統(tǒng)。
(三)需求分析
本方案研發(fā)的基于云計算核心的物聯(lián)網(wǎng)路燈遠程節(jié)能自動化控制系統(tǒng)將所有控制終端連接到云計算服務器,云計算中心服務器采用多端口、多進程、多線程復合通訊技術,能夠支持極大量的終端同時連接,并且能夠做到實時數(shù)據(jù)傳輸與控制。另一方面,可以通過控制中心對不同的終端設備進行協(xié)議設置,云計算服務器會將協(xié)議透傳給終端設備。達到節(jié)能減排、保護環(huán)境的目的。
1、項目建設是民生所向。施工和維護者以及行人、駕乘者需求的共性與個性,并與應用環(huán)境相適應的和諧統(tǒng)一,良好的道路照明為人們出行提供舒適便利,保障行車安全。
2、項目建設是建設節(jié)約能源型社會的需要。當前我國正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加快發(fā)展的階段,能源資源的消耗強度較高,加大了能源資源的緊張程度。黨的十六屆五中全會提出,把節(jié)約資源作為基本國策,加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。
3、項目建設是行業(yè)發(fā)展趨勢。對于城市的規(guī)劃者與管理者來說,高效可靠的道路照明系統(tǒng)可保障城市動脈的安全穩(wěn)定運行,降低維護時間和費用,減少對社會資源的占用;還能通過出色的節(jié)能表現(xiàn),提高城市可持續(xù)發(fā)展的整體水平和后勁儲備。
4、項目建設為國家科技規(guī)劃及相關政策重點支持發(fā)展領域。發(fā)改委會同環(huán)保部等部門發(fā)布的《節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》將節(jié)能環(huán)保列為七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之首。規(guī)劃把高效節(jié)能技術和裝備、高效節(jié)能產(chǎn)品、節(jié)能服務產(chǎn)業(yè)、先進環(huán)保技術和裝備、環(huán)保產(chǎn)品與環(huán)保服務六大領域列為重點支持對象,在財政、稅收、金融等方面提供政策支持。
(四)方案的目的及意義
本方案采用星云天啟云計算有限公司自主研發(fā)的基于云計算核心的物聯(lián)網(wǎng)路燈遠程節(jié)能自動化控制系統(tǒng)來完美取代老式的PLC系統(tǒng),通過路燈遠程節(jié)能自動化控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對路燈的智能化控制,提高了路燈照明的有效性,達到節(jié)能控制的目的,促進了社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。
第二章 公司簡介
(一)關于我們
星云天啟 (Wiscloud)成立于2007年,擁有一流的研發(fā)設計團隊,始終堅持自主創(chuàng)新,公司擁有自主知識產(chǎn)權的嵌入式操作系統(tǒng),Wiscloud nebula protocol(星網(wǎng)自動組網(wǎng)協(xié)議),WisOS云計算操作系統(tǒng),為用戶提供全球領先的物聯(lián)網(wǎng)、云計算、游戲等軟硬件產(chǎn)品及平臺服務,主要產(chǎn)品有:
物聯(lián)網(wǎng)&云計算
基于云計算核心的工業(yè)自動化控制設備及云計算控制平臺;
基于云計算核心的自動化節(jié)能控制設備及云計算控制平臺;
基于云計算核心的iWiscloud智慧家居控制中心;
全球領先的無線環(huán)境及空氣質量傳感器;
具有自動電流及故障檢測功能的無線自組網(wǎng)觸摸開關;
全球領先的無插件多人實時網(wǎng)頁/手機游戲平臺。
“云”是公司產(chǎn)品的“代言人”,所有產(chǎn)品都是基于云計算核心。
公司網(wǎng)址:http://jsaniu.com/
(二)硬件基礎
星云天啟擁有功能完備的大型云計算數(shù)據(jù)中心,采用先進的網(wǎng)絡框架設計,電信、聯(lián)通、移動千兆光纖接入,目前存儲能力已達PB級以上;CDN負載均衡,實現(xiàn)數(shù)據(jù)更快更穩(wěn)定的傳輸;異地替換方案,保證了數(shù)據(jù)不會丟失,當一個數(shù)據(jù)中心發(fā)生故障時,異地的數(shù)據(jù)中心會立刻將工作進行替換,確保我們穩(wěn)定的服務;多臺在線式大功率智能UPS可提供48小時以上的后備供電設備發(fā)電機;同時數(shù)據(jù)中心有幾十臺小型機、大量高端服務器、大型磁盤陣列等設備。強大的硬件設施使我們擁有強大的運算能力,災難應對和恢復力,能為用戶提供高速、安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)服務。
第三章 系統(tǒng)總體設計
(一)系統(tǒng)設計原則
本方案設計遵循技術先進、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則。并綜合考慮施工、維護及操作因素,并將為今后的發(fā)展、擴建、改造等因素留有擴充的余地。本系統(tǒng)設計內容是系統(tǒng)的、完整的、全面的;設計方案具有科學性、合理性、可操作性。其具有以下 原則:
1、先進性與適應性
系統(tǒng)的技術性能和質量指標達到國際領先水平;同時,系統(tǒng)的安裝調試、軟件編程和操作使用簡便易行,容易掌握,適合中國國情和本項目的特點。該系統(tǒng)集國際眾多先進技術與一身,體現(xiàn)了當前計算機控制技術與計算機網(wǎng)絡技術的最新發(fā)展水平,適應時代發(fā)展的要求。同時系統(tǒng)是面向各種管理層次使用的系統(tǒng)。其功能和配置以能給用戶提供舒適。安全、方便、快捷為準則,其操作應簡便易學。
2、經(jīng)濟性與實用性
充分考慮用戶實際需要和信息技術發(fā)展趨勢,根據(jù)用戶現(xiàn)場環(huán)境,設計選用功能和適合現(xiàn)場情況、符合用戶要求的系統(tǒng)配置方案,通過嚴密、有機的組合,實現(xiàn)最佳的性能價格比,以便節(jié)約工程投資,同時保證系統(tǒng)功能實施的需求,經(jīng)濟適用。
3、可靠性與安全性
系統(tǒng)的設計具有較高的可靠性,在系統(tǒng)故障或事故造成中斷后,能確保數(shù)據(jù)的準確性、完整性和一致性,并具備迅速恢復的功能,同時系統(tǒng)具有一整套完成的系統(tǒng)管理策略,可以保證系統(tǒng)的運行安全。
4、開放性
以現(xiàn)有成熟的產(chǎn)品為對象設計,同時還考慮到周邊信息通信環(huán)境的現(xiàn)狀的發(fā)展趨勢,可以消防、防盜、聚光系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動,可實現(xiàn)遠程控制。
5、可擴充性
系統(tǒng)設計中考慮到今后技術的發(fā)展和使用的需要,具有更新、擴充和升級的可能。并根據(jù)今后該項目工程的實際要求擴展功能,同時,本方案在設計中留有冗余,以滿足今后的發(fā)展要求。
6、追求最優(yōu)化的系統(tǒng)設備配置
在滿足用戶對功能、質量、性能、價格和服務等各方面要求的前提下,追求最優(yōu)化的系統(tǒng)設備配置,以盡量降低系統(tǒng)造價。
7、保留足夠的擴展容量
該項目設置的控制容量保留一定的余地,以便在系統(tǒng)中改造新的控制點;系統(tǒng)中還保留與其他計算機或自動化系統(tǒng)連接的接口;也盡量考慮未來科學的發(fā)展和新技術的應用。
8、提高監(jiān)管力度與綜合管理水平
本項目系統(tǒng)設備控制需要高效率、準確及可靠。本系統(tǒng)通過中央控制系統(tǒng)對各子系統(tǒng)運行情況進行綜合控制,時時動態(tài)掌握監(jiān)視及報警情況。閉路電視監(jiān)控大大減少勞動強度,減少設備運行維護人員;另外,系統(tǒng)的綜合統(tǒng)籌管理可使設備按最優(yōu)組合運行,在最佳情況下運行,既可節(jié)能,又可大大減少設備損耗,減少設備維修費用,從而提高監(jiān)管力度與綜合管理水平。
(二)系統(tǒng)結構
物聯(lián)網(wǎng)路燈遠程節(jié)能自動化控制系統(tǒng)
1、遠程節(jié)能自動化控制平臺
星云天啟基于云計算核心的物聯(lián)網(wǎng)路燈遠程節(jié)能自動化控制能夠將多達幾十萬臺的控制終端同時連接到云計算中心,可以在同一平臺下對多個地區(qū)、多個控制點的路燈進行集中控制,更能夠進行大范圍綜合計算與綜合控制,實現(xiàn)對路燈的明暗度、開啟時間、開啟數(shù)量管控,故障檢測,遠程控制,狀態(tài)回饋,應急預案等控制,實現(xiàn)了路段路燈的智能節(jié)能管理。
(二)定制照明規(guī)則,完全實現(xiàn)按需照明
照明的首要目的是保障道路交通的安全,車流、人流、天氣、環(huán)境光照、位置、亮化美觀等因素都是實現(xiàn)按需照明需要綜合考慮的因素,按照區(qū)域和街道和時間段分別設置路燈開啟規(guī)則。
1、如對重點防范區(qū)域路燈全部開啟,安全地段、有防護欄路段、后半夜人流量很少路段則按比例開啟和控制路燈(僅開道路內側燈或外側燈、循環(huán)式隔桿開燈、保持視覺照度的情況下調降功率);
2、當遇到惡劣天氣的時候,周圍環(huán)境會提早暗下來,采用星云天啟光照度傳感器,用于對外部環(huán)境的亮度檢測,及時的開啟或者關閉路燈;采用溫度傳感器,用于檢測設備的實時溫度,防止出現(xiàn)溫度過高而損壞路燈;
3、汽車平時夜間開車,頭燈是白光或淡黃光,配有黃色霧燈的車輛遇到起霧,就能靠霧燈提高能見度。智慧路燈亦可通過傳感器,自動偵測起霧、光線和緊急事故時,彈性調整高速公路的路燈顏色。
(三)電腦巡視,實時監(jiān)控工作狀態(tài),降低維護成本
通過星云天啟云管控平臺實現(xiàn)任意終端(電腦、平板、手機)遠程讀取單燈、路段、片區(qū)的耗電量、功率、亮度、運行時間等工作狀態(tài)。使用實時監(jiān)控的方式,電子地圖上可按不同顏色、圖標顯示每盞路燈的位置、編號、開關狀態(tài)及屬性信息,及時調整線路電壓,使路燈電壓在前半夜保持恒定,保證第一時間獲取故障信息并輔助分析故障,對故障做出快速反映、減少投訴。
1、當監(jiān)控終端主動報警或調度端在巡測時發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)異常時(如電流電壓超過上下限,白天亮燈晚上熄燈,供電線路停電時通過自備電源運行或某支路出現(xiàn)故障等),控制終端自動發(fā)出語音報警并在地圖上顯示相應的位置和故障類型,在電子地圖以及大屏幕上顯示相應位置,并可傳送至相關人員的手機上;
2、對路燈電流進行實時監(jiān)控,對處于使用壽命后期電流異常的路燈進行預警處理,對由于燈具或電壓原因處于持續(xù)啟動狀態(tài)的路燈及時切斷等待檢查和維修,當某一處路燈故障時,以至于云端系統(tǒng)就會檢測不到電流信息,從而系統(tǒng)自動顯示地理位置及故障信息;
3、可防止監(jiān)控終端設備被盜、線路盜電、線路破損、線纜切斷,或變壓器被偷盜時,系統(tǒng)應當立即自動發(fā)出語音報警、并在地圖上顯示相應的位置或設備類型,在電子地圖以及大屏幕上顯示相應位置,并可傳送至相關人員的手機上;
4、各控制終端的電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數(shù)等電量數(shù)據(jù)、開關信息以及各終端的其它開關量輸入數(shù)據(jù),實時控制路燈情況。
(四)系統(tǒng)身份登記管理
智慧路燈云管控系統(tǒng)操作人員可以分等級,設定有自己的密碼及值班記錄,只能完成權限范圍內的操作,權限范圍以外的操作將被屏蔽禁止。
1、超級管理員
超級管理員只能使用此身份登錄才能完成對系統(tǒng)的全面設置及管理,包括系統(tǒng)參數(shù)設置、分站參數(shù)設置、增加及刪除站點、布置燈組等。因此,超級管理員是指制造商、系統(tǒng)維護工作人員或高級用戶,起到系統(tǒng)總管理及協(xié)助日常維護作用。
2、一般管理員
一般管理員一般指用戶的技術領導。系統(tǒng)正常運行后超級管理員隨機向一般管理員授權,一般管理員可設置大部分系統(tǒng)參數(shù),和分站所有的參數(shù)以及將這些參數(shù)傳送到分站數(shù)據(jù)中心。
3、系統(tǒng)操作員
系統(tǒng)操作員指一般值班人員,能夠查看但不允許修改參數(shù)及下班到分站數(shù)據(jù)中心,但可以進行一般值班性操作比如受控操作、即時查詢等。
以上用戶分別持有自己的密碼和用戶名,智慧路燈系統(tǒng)會把每項操作的具體內容和時間存入數(shù)據(jù)庫,供以后查詢和分析。
(五)國際系統(tǒng),支持智慧城市拓展應用
拓展改造太陽能路燈并入國家電網(wǎng)、電動車充電收費等智慧城市應用升級。
(六)更多深度應用
可根據(jù)特殊活動例如慶典或政務活動臨時改變供電方案,為特殊活動增光添彩。
可與道路交通系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動,在道路交通流量減小時,路燈的光照度會自動調低,如有交通事故發(fā)生時,事故點的光照度自動調為最高亮度。
可與城市防爆報警系統(tǒng)相連,遇有搶劫等事件發(fā)生時,當事人只要在路燈上按下相應按鈕,報警系統(tǒng)即可獲知事件發(fā)生地點。
第五章 社會意義
(一)提高城市形象,利用GPRS 無線路燈智能監(jiān)控管理系統(tǒng),管理部門可根據(jù)實際情況,控制路燈開關燈時間,為城市道路照明營造和諧、節(jié)能的夜景照明環(huán)境提供輔助決策手段。
(二)統(tǒng)一監(jiān)控(增強應急反應能力),系統(tǒng)可將轄區(qū)內所有的路燈照明終端集中在一個智慧云管控平臺上,通過先進的監(jiān)控平臺,可直觀的顯示所有照明設施的安裝位置、通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、設備開關燈狀態(tài)等信息,同時系統(tǒng)具有定時控制和人工控制等多種控制方式,能隨時調整照明設施的開/關燈時間,并通過調整功率改變亮度,實現(xiàn)轄區(qū)范圍內路燈照明設備的自動控制,尤其在遇到特殊天氣情況時,能通過GPRS 無線通訊網(wǎng)絡由人工及時調整開關燈時間,以滿足突發(fā)情況對照明的需求。
(三)統(tǒng)一管理(提供科學化管理手段),系統(tǒng)包含了人員信息管理、設備信息管理、工作流程管理、數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計查詢、照明設施的遠程監(jiān)控、接警處理流程管理等功能,為實現(xiàn)人流、物流、信息流、資金流的全面統(tǒng)一管理提供條件,進而降低管理成本、提高工作效率。
(四)統(tǒng)一維護(提高檢修效率、降低維護成本),系統(tǒng)具有自動報警、巡測、選測功能,所轄范圍內的照明設施的狀態(tài)數(shù)據(jù),尤其是故障報警數(shù)據(jù)可實時上報,一旦設備發(fā)生故障,系統(tǒng)自動報警,監(jiān)控人員可立刻了解故障地點和故障狀態(tài),及時調度維修人員開展檢修工作,提高檢修效率,減少故障持續(xù)時間,降低維護成本。
(五)節(jié)約電能,系統(tǒng)可實時監(jiān)測設備運行狀態(tài),可有效避免白天亮燈、晚上熄燈情況的出現(xiàn),同時通過預置合理的開關燈及調光方案,在滿足城市道路照明需求的同時,有效地減少了開燈時間,從而節(jié)約了大量的電能。
(六)降低運營成本,通過減少亮燈時間,可有效延長燈具的使用壽命,降低運行成本,進一步提高經(jīng)濟效益。
第六章 總結
城市路燈是一個城市精神面貌的反映,是城市是否有活力、是否有創(chuàng)新意識和節(jié)能意識的反映。星云天啟路燈遠程節(jié)能控制系統(tǒng)將根據(jù)時間、事件以及天氣等情況靈活規(guī)劃、控制和安排路燈的點亮和熄滅,來達到節(jié)能的目的,竭力打造一個完美的智慧城市。