智慧路燈在景區管理中的應用研究

于朝陽

(鹽城市交通投資建設控股集團有限公司)

中華海棠園位于南海未來城核心區域，占地2500 畝，公園整體布局呈“五瓣蓮芯、一湖繞環”的半月形。景區建設初期，為滿足市民游覽和夜間管理需要，景區內所有區域的照明設施均采用 “手動啟閉”或“定時啟閉”的方法實現夜晚亮燈、白天熄燈。隨著景區的不斷發展和資源的進一步優化，傳統的管理模式存在多種弊端，給景區的日常管理和節能降耗帶來了負面影響。經市場調研，結合園區管理需要，采用了基于NB-lot 技術的單燈控制系統，對景區內和周邊道路的路燈實施統一啟閉和調光，通過夜間照明系統和路燈的實時監控和管理，控制了不必要的“全夜燈照明”，確保高效穩定，全天候運行，在滿足景區安全管理的前提下，有效節約電能消耗。同時，基于該系統的在線監測功能，實現電流、電源、用電功率等核心指標的監測分析，對常見的線路缺相、回路接地、白天亮燈、夜晚熄燈、故障無法精確定位、節假日特殊照明需求無法滿足等多種常見故障或情況進行報警處理，幫助管理人員快速準確處置照明相關的安全事件，提升工作效率。

1.建設思路與總體設計

根據現場調研，本次需要對景區內部道路區域的441盞路燈以及周邊的高架橋燈15 盞、道路燈292 盞進行改造升級，同時對以上區域的能見度、溫度、濕度等城市運行指標數據進行采集，以單燈節能控制為管理手段，靈活設定合理的單燈節能方案，在保證照明質量的前提下進行單燈節能控制，真正實現“按需照明”。

在整體架構設計方面，整個系統通過各種網絡連接的IoT 物聯，實現智慧照明平臺與所有前端物聯網設備的互通互聯。同時前端物聯網設備可分為區域控制器ACU/ACS 和單燈控制器LTU/路燈桿控制器PTU。根據物聯網通信方式的不同，LTU/PTU 可直接連接平臺系統（二層模型），或者通過現場局域網絡連接到區域控制器（三層模型）。中華海棠園智慧照明系統采用二層模型，路燈上加裝單燈控制器，NB-IoT 通信方式直接連接平臺及系統（圖1 所示）。

圖1 二層模型架構設計

在智慧路燈通信技術選擇方面，充分結合中華海棠園照明系統的環境特點的基礎上,對三大運營商在景區周邊布設的NB2G4G5G 的覆蓋程度、扇區數量、通道擁塞情況以及物聯網卡的流量費用進行了對比分析，為降低系統建設中的施工難度和后期運維管理費用，單燈控制器的通信模塊采用了中國電信的NB-IOT 通訊模塊（如圖2 所示），通過運營商的NB-IOT 網絡，實現照明系統的運行狀態監測、遠程控制和故障報警。

圖2 中國電信NB通訊模塊

在路燈控制器選擇方面，市場上的單燈控制器品類較多，基礎功能基本相同，但擴展功能各自有各自的特點，需要重點考慮景區照明的日常管理需要。中華海棠園照明系統存在照明模式多樣、巡查人員交叉、路燈線路復雜等實際需求，在單燈控制器的功能選擇時，選擇需要具備獨立開關、獨立調光、調光值可設、電參數實時采集、運行狀態的實時監測及故障上報、支持單燈獨立預設運行模式和自主執行模式及節能模式、設備脫網時可根據設備內設定的策略自主獨立運行的產品（如圖3 所示）。

圖3 單燈控制器

在軟件架構設計方面，智慧照明系統的總體架構設計包括感知層、網絡層、平臺層和應用層。感知層主要負責采集和處理照明設備的各種信息，如亮度、溫度、電流、電壓、能見度等；網絡層主要負責將感知層采集的信息傳輸到平臺層，并接收平臺層的控制指令；平臺層主要負責對感知層采集的信息進行分析和處理，并根據分析結果生成相應的控制指令；應用層主要負責向用戶提供各種照明服務，如照明管理、節能管理、物聯網應用等，如圖4 所示。

圖4 軟件架構設計

在軟件功能設計方面，主要面向南海公園管理處提供南海公園內部路燈的綜合管理，包括數據庫系統與資源中心、GIS 展示中心、監控中心、任務中心、警報中心、日志中心、統計分析等功能模塊和系統對接功能，如圖5 所示。

圖5 軟件功能設計

2.項目建設步驟

中華海棠園智慧路燈控制系統結合景區路燈管理現狀與NB 技術特點，按照“提升一片、新建一片、規劃一片”的思路，對已建成路燈、建設中路燈、規劃建設路燈采用不同策略開展NB 技術應用。

一是針對已完成建設的路燈，本著“不重復投資、補缺補短、逐步替換”的原則，開展NB 路燈建設，在重要道路、故障常發區域等開展試點示范工作，通過加裝單燈控制器，實現對路燈的遠程開閉控制、運行狀態監測、燈桿漏電檢測、電纜故障定位等功能。

二是針對目前正在建設路燈，將本著“優化投資，提升管理”的原則，將在建的幾條道路的LED 路燈驅動電源進行升級更換，并加裝單燈實時控制系統，實現路燈的遠程實時亮度控制、開閉控制、運行狀態監測、燈桿漏電檢測、電纜故障定位等功能。

三是規劃建設的路燈，本著“打造高標準NB 路燈應用示范區域”的原則，將LED 路燈的驅動電源升級為具有實時功率控制功能的驅動電源，并采用NB 技術的單燈控制系統進行整體設計，實現區域內NB 路燈集中管控，產生規模管理效應，提高管理精度，降低能耗。

3.智慧路燈控制系統主要功能

3.1 智慧路燈一張圖

通過“智慧路燈一張圖”管理模塊（如圖6 所示）總統計、路燈運行統計狀態、照度箱運行統計狀態、GIS 地圖、路燈開關率統計、燈控在線率統計、燈控運行故障清單、實時消息通知等功能實現景區內納入管理的路燈的運行狀態進行監測，實現以下功能：

圖6 智慧路燈一張圖

圖7 智慧路燈資產管理

（1）路燈全量管理數據，以列表的方式對納入設備資產管理，全面實現包含設備號、位置、類型等數據資產管理。

（2）路燈狀態監控：以GIS 和列表相結合的方式，對路燈的運行狀態進行在線監控，包括路燈的運行狀態、亮度、色溫、電流、電壓等。

（3）節能降耗統計：實現對路燈的能耗統計和分析。

（4）路燈故障診斷：對路燈的故障進行報警，包含線路缺相、回路接地、白天亮燈、夜晚熄燈等常見問題。

（5）路燈遠程控制：實現對路燈的遠程控制，包括路燈的定時開關、亮度調節、色溫調節等。

（6）借助折線圖或趨勢圖等展示工具，實現路燈開關率統計、燈控在線率統計、燈控運行故障清單的可視化管理。

3.2 資源管理

資源中心可實現燈桿點位的快速部署，實現燈桿及所用設備的資產管理。以樹形結構顯示用戶管理的所有的路燈，樹的結構按地域劃分，由上到下依次是城市，區縣和道路；道路之后是該道路上的路燈，路燈以圖標加燈名稱的方式表示，圖標的不同顏色表示路燈的不同狀態，灰色為關閉，綠色表示打開，紅色小圖標表示設備故障，黃色小圖標表示告警。樹節點前面的加號表示此節點下存在子設備，點擊加號表示展開此節點，同時加號變為減號。點擊減號表示收起節點，同時減號變加號。

3.3 路燈策略管理

路燈控制策略應用的編輯及應用的下發（如全夜燈策略、半夜燈策略、節假日策略、景觀燈策略、周策略、特殊策略等，可設定不同對象自動執行指定策略）。在任務策略頁面下，用戶通過自行設置不同的策略對設備進行下發不同的任務，待該任務時間則自動執行，如圖8 所示。

圖8

4.項目應用效果

采用當前先進的NB 技術，對中華海棠園區域的路燈進行改造升級，同時對以上區域的能見度、溫度、濕度等城市運行指標進行數據采集；以單燈節能控制為管理手段，結合景區管理需要，按照月度、特殊節假日、特殊天氣制定亮燈方案，在保證景區安全管理需要的基礎上進行節能控制，真正實現“按需照明”，達到以下應用效果。

（1）對景區內的路燈進行了基于窄帶物聯的智能化提升，實現了遠程管控，降低了運維成本，一旦發生路燈不亮、線纜被盜、路燈漏電（電壓電流不穩）等危害公共安全問題，系統自動報警并實現定位，并通過手機告知管理員。

（2）實現了景區節能管理，通過制定區域管理策略（如節假日策略、平日策略、冬季策略、夏季策略、夜間策略、常規策略等），實現不同時間段、不同區域下的亮燈管理；比如園區內每晚12 點-5 點便可降低照明亮度，管理員通過手機調整照明情況，可有效降低耗電量；經初步測算，可有效節能20%以上。

（3）實現了特殊天氣路燈臨時照明，當有惡劣天氣出現時，系統可自動監測到光度監測值，及時進行調控。當低于國家標準閾值時，系統可自動實現路燈的開啟、關閉及彈出告警，提醒工作人員進行干預；防止出現安全公共問題。

5.智慧路燈的應用發展趨勢

隨著節能低碳工程的不斷深化和物聯傳感技術的不斷推進，智慧路燈作為一種新型的城市市政基礎設施，具有數字化、節能化、管理可視化等特點，有效解決傳統管理模式下存在控制模式不精細、故障定位不準確、運維效率低下、節能降耗能力不足等問題，其應用需求將不斷增加，應用發展趨勢主要包含以下幾個方面：

（1）數據計算方式不斷優化，隨著應用場景的不斷增加，面臨的燈具燈型也逐步復雜，現行的前端采集+后端處置的模式將逐步轉化為前端計算模式，并引入大數據和人工智能等技術，實現不同場景下的精細化管理。

（2）智能化功能持續集成，單燈控制器除了實現照明控制和亮度監測外，借助現有的數據采集體系和傳輸體系，與城市家具其他傳感器進行耦合集成，降低數據傳輸的運維成本。

（3）標準化和規范化不斷完善，智慧路燈市場相對復雜，廠商較多，城市內可能存在多個智慧路燈信息系統，為保障數據的統一化和管理的精細化，需對相關標準或規范進行完善。

6.結束語

隨著城市化進程的加速和信息技術的不斷發展，智慧路燈在節能降耗和日常運維管理中的作用越來越明顯，在景區管理和城市照明領域中具有相當廣闊的推廣前景，并將逐步成為城市照明和景區精細化治理的新趨勢。但也存在一些挑戰，如技術標準不統一、投資成本高、集成難度大等問題需要進一步解決。因此，需要多方共同努力，推動智慧路燈產業的健康發展。