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    一、NB-IOT单灯照明监控管理系统

    1.1系统概述

    NB-IOT单灯照明监控管理系统，是一套基于物联网及路灯低压配送电管理的综合管理系统，由监控中心、通讯层、前端执行层（单灯监控终端、单灯监控末端）三个部分组成。

   系统采用分布式计算系统结构, 实现“集中监测，统一调度，远程控制，网络共享”，实现道路照明信息化、数字化、精细化、高效节能化管理，为政府提供城市照明数据分析决策平台，为城市照明的控制调度指挥与规划决策提供强大实用的手段，达到按需照明、高效节能、智能化管理的效果。

   1.2监控中心

   监控中心是整个系统的核心部分，负责构建基础数据库、基础GIS以及动态数据服务，实现自动化监控管理、运营管理、维护调度管理、突发事件处理等功能。

   在监控中心用若干灯光监控主机和数据服务器设备建立一个计算机局域网络，通过NB-IOT方式通讯，实现远端现场数据采集、处理和控制，同时可通过高清电视墙，将现场情况、数据报表、地理信息数据进行反应和显示，以供用户进行管理和决策。

监控管理中心的硬件设备为积木式结构，核心设备为监控主机，其余配套硬件在实现系统基本功能的基础上，可视客户实际需求或投资额度增加组合。系统支持多平台监控，用户可在不同地方安装多个监控平台实时监控系统当前工作状况。

监控管理中心效果图

工程案例实景图

     1.3系统通讯层

　　监控中心的通讯--采用接入配置固定IP地址的光纤，与NB-IOT云实现通讯（宽带4-10M）；

　　监控中心与监控终端的通讯--采用NB-IOT的通信平台进行数据交互（按流量向运营商付费）。

　　监控终端与单灯监控末端的通信--采用NB-IOT无线通信平台进行通讯（按流量向运营商付费）。

　　报警信息在管理中心是采用声光报警显示、无人值守的报警时，是通过手机短信方式，发送到相关人员的手机上（按流量向运营商付费）。

　　1.4系统管理

　　NB-IOT照明监控管理系统软件，是整个监控系统的重要组成部分。系统软件除处理日常的系统数据采集，系统状态检测、系统故障报警等日常事务外，还提供友好的人机界面和完善的数据统计、数据查询、故障统计、开关灯统计等功能，帮助客户完成系统参数设置、管理权限参数设置、数据查询、远程手动命令等需求。

　　系统软件--Windows操作系统为操作平台，在设计上采用了面向用户的视窗化编程语言。用户界面友好，内容丰富，操作人员只需运用鼠标即可完成相关操作，简便快捷。

      1.4.1遥控 

      远程自动/手动控制开关箱通电或断电；单灯监控可按需要，自定义设置控制任意一盏灯；对任一盏灯可分区、分组、隔盏亮灯以及分时段等情景模式进行控制，做到了真正意义上的按需照明，实现管理节能。

     通过遥控，对于季节的突然变化或应急的亮灯需求，无须派工作人员到现场修改开关灯时间，而是能在办公室轻点监控系统软件的界面即可立即解决，使城市更加人性化和满足政务或其它特殊需要。

     各模式控制图展示:

     全开全关模式：此模式用于道路车辆与人流最高峰时段，或全开启或全关闭全部路灯。

     左亮右关模式：此种模式主道路灯先开灯，等到人多时再开启辅道路灯，如：刚开灯时，车与人流量不是很多，而且天尚很亮，可先开启主道的路灯。待到车辆与人流高峰时段，再开启辅道灯，实现全开模式；分时开启和关闭不同的路灯：下半夜后，车辆与人流处于低峰时段，可以根据需要关闭辅道灯，或隔一盏关灯。既照顾到机动车通行，也照顾到辅道的行人。

      更灵活的控制可选择--品字形隔盏亮模式：下半夜后，车辆与人流处于低峰时段，对亮度的要求有所下降，品字形隔盏亮灯这种的控制，既节约电费，又能极大地解决路面照度的平均值，保障车辆和行人晚间出行的安全。

      1.4.2遥信

      通过高可靠性的通讯协议，在监控管理中心及监控终端之间建立数据信息通道，可查询当前单灯监控末端的开关状态及报警信息。随机手动巡检各终端的工作情况，实时监控各终端当前运行状态。

通过遥信，实行24小时安全监测，及时报警和信息反馈；全方位的监控，实现了管理现代化和科学化。

     1.4.3遥测  

     远程自动/手动测量配电箱及每盏路灯的电气参数，如：开关状态、电流、电压、功率因素等。

通过遥测，将传统的“巡灯查找故障”改为“值班等待报警”，不仅减少了“巡灯”人员和车辆损耗，降低了维修成本，而且在检修车出所之前已准确知道故障的地点和基本状态，因而缩短了维修时间、提高了检修效率，减少市民的投诉。

       1.4.4遥调

       具有PWM调光接口的LED路灯可根据时间、经纬度和照度要求远程调光，实现节能最大化。

       系统对单灯进行智能控制和精细管理，确保每天的开关灯时间准确，避免浪费，可以实现节能5%的电能；对单灯实行分时段调光管理，实现二次节能。

　　1.4.5报警处理功能

　　每个监控点可根据实际需要设置各自的报警类型和报警内容在系统界面设置各种报警条件，当前端设备发现达到报警设置条件时，操作人员可通过界面查看具体的警报信息。可在系统设定短信报警手机号码，系统收到报警信息后马上向设定的手机发送报警短信。

　　报警内容：灯具异常、过流过压、终端设备非法操作、白天意外亮灯、夜晚意外熄灯（包括接触器断路和粘连）等需要引起操作员注意的情况；

　　1.4.6故障维护导航功能

　　当系统收到警报信息后，管理人员可通过监控APP软件界面查看具体的警报信息，并通过定位寻找故障设备的具体位置，使得管理人员第一时间知道故障地点，及时维修，提高工作效率。

　　1.4.7数据统计查询功能

　　可对城市控制范围内的路灯任意时间的数据按照年、月、日进行统计、查询，并存盘保留；

　　可定时将各监控终端的电压、电流、亮灯率、电能耗等运行情况进行统计、查询，并存盘保留；

　　可对历史故障、登陆信息进行统计、查询；

　　产生故障处理及时率、设施完好率、清保洁率报表。

　　可对当前系统统计所得的数据进行分析，提供各种图表，为管理决策提供科学依据。

　　具有灵活自定义报表的能力，满足统计报表变化、新增的要求。

　　1.4.8多平台远程监控功能

　　系统能实现不定点监控，如领导或工作人员在外地出差，或在户外工作时，随时随地能访问监控情况，对路灯进行控制，支持手机、平板电脑（PDA）远程登录，支持C/S架构与BS架构（支持WEB版监控）,支持手机短信设置监控参数，从而实现不同操作权限的工作人员通过网络连接到系统主机，查询系统主机实时运行状况及运行参数，进行系统画面显示。也可实现异地远程接入访问，远程访问人员获取控制权限后，可对系统终端设备进行在线巡查、控制等操作。

　　1.4.9短消息报警功能

　　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 SMS短消息方式，按照预先设定的告警模式，把故障报警的时间、地点、内容等相关信息发送至各相关人员的手机上。系统也可以根据用户具体要求通过短消息发送用户所需要了解系统运行的相关信息，如每天的实际开关灯具体时间，照明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，包括短信接受、发送、短信定时发送等相关功能。

　　1.4.10 GIS照明地理信息系统功能

　　系统提供实时网络技术的百度的GIS系统，实现全国范围的照明监控和地理信息有机结合。

　　通过电子地图，完成相应的地理图形的显示、放大、缩小及查询，实时监控照明设施的运行状态，在事故发生时，直观反映出事故发生地点和周围的交通情况，方便进行统一指挥和调度，加快救援的速度。用户在系统界面能够显示出城区结构地图，并可随意放大缩小、漫游到任意一点，需随意切换百度卫星地图，网格卫星图等多种地图观察无关灯情况。

　　1.4.11能耗监测与分析功能

　　针对不同的监控终端，采集、统计详尽的系统数据，对全部用电量进行统计，对各种用电量、能耗质量、电表数据、亮灯率等数据信息进行全面而准确的统计分析，进行多样化的横向、纵向比较，并形成可视直观的图表，实现对能耗全面的统计和管理。

　　1.4.12预测趋势分析功能

　　根据能耗监测与分析的数据，计算出年、月、日所需要消耗的电能。根据经纬度原理，不同季节开关灯时间差异，可以预知每天开关时间，并计算电能消耗数据，为科学用电提供依据。

　　1.4.13专家分析及领导决策功能

　　监控中心对照明运行状态及能耗进行实时监测，以图表等方式按需提供给专家，专家通过提供的数据提供专业的意见及建议。

　　领导经过预测趋势分析和专家分析，为今后城市道路改造、灯具选型、道路照度等提供数据依据，以保障城市公共安全、 实现照明节约用电， 提高城市照明设施现代管理水平和科学手段。

　　1.4.14资产管理功能

　　对全部照明设施(配电箱、监控终端、灯杆、光源等)进行电子录入，对它们的全部属性进行标注，管理人员可非常快捷直观地了解下属照明资产设施的建设、使用乃至寿命情况。

　　1.4.15工单管理功能

　　系统具备生产管理功能，并可无缝接入数字城管、智慧城市等系统的业务案卷流程中去， 一旦系统发生故障、 告警或其他维护需要， 系统端可向相关职能单位发出派工单，指定其工作内容、地点和交付时间，敦促其完成工单指定任务。

　　1.4.16权限设置功能

　　系统具有合理的用户分级权限设定，可在同一服务器上，对不同的用户划分不同权限角色，角色所具有的权限可动态修改分配，包括用户的浏览、添加、删除、修改等操作权限。设置不同的权限等级，以便快速管理相应访问操作权限。

　　1.5前端执行层

　　1.5.1单灯监控终端

　　单灯监控终端是作为监控管理中心和单灯监控末端的联系纽带，安装在路灯开关控制箱内。监控终端主要负责远程控制命令转发，单灯监控末端信息的采集，本地异常情况告警等。监控终端与监控管理中心是使用NB-IOT来进行传输，每月会产生一定的营运费。监控终端可独立运作，当监控管理中心出现故障时，保证照明系统正常运行。

　　具体功能：

　　具备远程在线升级功能；

　　在上位机系统失效时，能通过手机短信方式操控单灯集中控制及修改参数；

　　上位机电脑平台通信；

　　采集各相电流电压，运行状态并向上位机发送采集量；

　　接受、执行自动报警设置；

　　按预先设定参数单端运行；

　　接收并执行遥控命令及返校；

　　接收并执行遥调命令；

　　至少有以下报警功能:门禁报警,三相缺相，停电，输出交接异常；

　　根据需要可以随时远程修改开关灯时间；

　　有经纬调节开关灯时间功能，能根据当地的经纬值自动调节每天的开关灯时间；

　　能设置相关的电压、电流参数值，及各类报警参数值；

　　采集相关的电压、电流值，开关量值，设置参数值和各类报警门限值；

　　故障记录功能，能通过液晶面板的故障记录菜单查找到故障与故障发生的时间，并提供至少存储30条故障记录的功能。便于现场维修人员查找故障原因；

　　留有485接口便于与电缆防盗，路灯节能仪通讯的功能和远程抄表功能；

　　能通过外接线的方式连接液晶操作面板,现场工作人员能在现场对路灯的各种参数及状态进行修改与查询；

　　1.5.2单灯监控末端

　　单灯监控末端是实现单灯监控的具体操作单元，安装在每条电灯杆内，负责灯具的开启、关闭，采集灯具电压、电流，开关状态等信息，还可实现对灯具的调光功能（对于具有PWM调光接口的灯具）。监控终端与下属的各单灯监控末端之间采用NB-IOT无线技术等手段，单灯监控末端可脱离监控主机和监控终端独立运行,在监控主机或监控终端不能正常运行时，会根据单灯监控末端本地保存的运行参数保证照明系统的正常工作；

　　具体功能：

　　具备远程在线升级功能；

　　协议支持NB-IOT无线通讯网络；

　　在上位机系统失效时，能通过单灯监控终端下发参数进行开关灯，确保能够开灯；

　　采集各相电量，运行状态并向上位机发送采集量；

　　按预先设定参数单端运行；

　　收并执行遥控命令及返校；

　　根据需要可以随时远程修改开关灯时间；

　　远程控制路灯开关，确保按需照明；

　　能设置相关的电压、电流参数值，及各类报警参数值；

　　采集相关的电压、电流值，开关量值，设置参数值和各类报警门限值；

　　亮度调节，支持10V PWM调光；

　　二、系统设计依据

　　GB998-82低电压电器基本试验方法

　　GBJ42-81 工业通信设计规范

　　GB 4798.4-90电工电子产品应用环境条件无气候防护场所使用

　　GB 2425.10-89 电工电子产品基本环境试验规程

　　GB 11606.n-89 分析仪器环境试验方法

　　GB 3482-83 电子设备雷击试验

　　GB9254-88 信息技术设备无线电干扰极度限值和测量方法

　　GB/T 1326.n-92 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性

　　GB/T 15464-95 仪器仪表包装用通用技术条件

　　ZB Y002-82仪器仪表运贮存基本环境条件及试验方法

　　G.703 脉冲编码调制通信网络数字接口参数标准

　　DL 476-92 电力系统实时数据通信应用层协议

　　IEC 60870-5 远动设备及系统-传输规约

　　GB/T13730-1992 地区电网数据采集与监控系统通用技术条件

　　JB3336-1983 电站设备自动化装置通用技术条件

　　GA/T 安全防范工程程序与要求

　　DL408-91 电业安全工作规程

　　三、系统设计原则

　　3.1 系统先进性

　　采用目前最先进的计算机控制技术、最先进的软件组合和模块化组件架构，使系统开关更加可靠、合理并具有良好的兼容性，而且使系统升级、扩展、维护更容易。

　　设备符合相关国内、国际标准，整个系统是目前国内最先进的，并长期处于国内较为先进的水平。

　　3.2 设备实用性

　　系统各项功能和技术均根据城市照明运行控制、通信、数据采集及管理的实际需要和适用来配置与设计，以保证系统的实用性。

　　应以实用为原则，不可脱离实用性而盲目追求先进性，从而造成华而不实、浪费资金。其主要体现在系统功能实用、软件操作简便性等方便。

　　3.3 设备的安全、稳定可靠性

　　系统采用标准化、网络化、免维护式的系统结构，具有高度的可靠性和安全性，同时符合ISO/OSI开放系统互联标准

　　必须充分考虑系统的可靠性，要求监控系统能够长期稳定地运行；同时要求监控系统在个别设备出现故障的情况下仍能稳定运行，不影响或者少影响路灯的按时开启和关闭。切实解决信号盲点的通讯可靠性，实时反馈现场（终端）的指令执行情况。具体体现在监控中心安全可靠性、监控点安全可靠性、数据安全可靠性、灯具安全可靠性等。

　　3.4 可扩展性

　　系统各项功能和运行状态不受扩展影响，另每个控制点均独立工作，因此，控制点之间不相互影响，并且可不断增加新的控制点；且各控制终端是有相同的技术标准属性，因此，控制终端的增加不影响系统功能。

　　硬件采用模块化设计，软件采用组态化设计，使得系统扩展、升级均不必改变现有设备的状态。

　　3.5 可维修性

　　系统的设备模块化设计，并且各单元部件具有故障定位指示，便于设备维修。保证充足及时的备品更换。

　　3.6 通用性

　　硬件设备具有通用性，通过不同的软件参数设置，实现不同的功能。

　　3.7 经济性

　　尽可能采用成熟的先进技术，选择性价比高的方案和设备，既要考虑初期建设费用，也要降低今后的运行维修费用。

　　符合经济适用原则，本监控系统目标是做成国内领先、功能齐全、系统稳定、运行高度可靠、经济实用的照明自动化监控管理系统。

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