GPRS路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)

　　一、前言

　　隨著社會經濟的快速發(fā)展，各地城市建設特別是基礎設施的建設也得到了快速發(fā)展，各地也越來越重視城市形象的建設，城市道路、景觀照明系統(tǒng)建設成為展示城市形象的重要組成部分，因此勢必對市政道路照明和景觀照明提出了更高的要求，也代表著一個城市經濟發(fā)展及現代化水平。

　　傳統(tǒng)的照明控制方式通常是針對一條道路、一個片區(qū)等一個小范圍內的路燈進行單獨、分散控制，通過在路燈配電箱中安裝定時自動控制設備，在每天設定的固定時間來控制路燈的開關，甚至有些路燈更需要人工進行手動開關控制。而對于路燈的開關狀態(tài)、故障狀態(tài)等的監(jiān)測，只能通過人工檢查的方式完成。這種控制方法，無法根據實際需要及時調整路燈的開關策略，比如不同季節(jié)開關燈的時間不同，各種重大節(jié)日、重大活動中需要臨時調整開關燈時間等，而且如果需要調整需要耗費大量的人力去手工完成，費時費力，而且容易出錯，對于路燈的運行狀態(tài)也無法及時監(jiān)測，出現故障不能及時發(fā)現，維護成本極高。

　　隨著無線通信技術的發(fā)展，特別是GPRS無線通信技術的成熟，利用GPRS實現無線遠程控制已應用與各種行業(yè)的各種應用領域，如冷鏈物流中冷藏車、冷藏箱的溫度遠程監(jiān)控、各種環(huán)境的遠程監(jiān)測如PM2.5、風速、水質、水流等，也為市政照明、高速路燈系統(tǒng)的遠程控制提供的極為方便的手段。

　　本文以廣東某市政路燈的遠程控制方案為例，介紹GPRS路燈遠程監(jiān)控方案的實現。

　　二、系統(tǒng)方案

　　1、基本應用場景

　　該方案主要針對現有的城市市政路燈控制系統(tǒng)進行升級改造，利用GPRS無線通信技術實現市政路燈系統(tǒng)的遠程控制。

　　由于城市已經有了大量的市政路燈建設，對于這些已有的路燈系統(tǒng)，如果通過完全重建的方式來實現遠程路燈的控制方案顯然不可行，而且會造成極大的社會浪費。通過對現有系統(tǒng)的改造升級，并以較小的改造成本來實現路燈遠程控制，才能取得較好的社會效益。本文的方案，就是針對現有市政路燈系統(tǒng)進行升級改造，在各路燈控制點的控制電箱中集成一個GPRS無線數據通信模塊，并對電箱設備升級，用較小的成本實現整個市政路燈的遠程控制，實現很好的社會效益。

　　2、系統(tǒng)組成

　　該系統(tǒng)主要包括如下幾個組成部分：

　　(1)監(jiān)控中心服務器(MCS)

　　該監(jiān)控中心服務器是運行在路燈監(jiān)控中心硬件服務器上的一套服務器軟件，該軟件需要7×24小時連續(xù)不間斷穩(wěn)定運行，提供監(jiān)控所有路燈控制設備(配電箱)的功能，實時接收配電箱上報的設備運行狀態(tài)數據，及時下發(fā)手動控制或自動控制路燈的開發(fā)指令及其它系統(tǒng)維護指令，為維護客戶端軟件提供管理維護的接口功能。

　　該監(jiān)控中心服務器軟件同時為客戶定制與客戶現有信息管理系統(tǒng)的對接功能，將系統(tǒng)數據及時上報到客戶現有的信息管理系統(tǒng)，與客戶現有的信息管理系統(tǒng)無縫對接，充分利用客戶現有資源。

　　(2)遠程監(jiān)控維護終端(RMMC)

　　該遠程監(jiān)控維護終端是一套提供給運營管理人員進行系統(tǒng)維護、管理用的軟件，為用戶提供路燈配電箱設備管理、設備狀態(tài)監(jiān)控等功能，管理維護人員可在任何可接入internet網絡的地方對路燈系統(tǒng)進行監(jiān)控。

　　(3)路燈控制器配電箱

　　該控制器是路燈控制系統(tǒng)配電箱的部分功能，用于具體控制一個或多個回路的路燈系統(tǒng)，每個配電箱可以最多控制32個回路的路燈系統(tǒng)。根據配電箱的現有功能，需要對該配電箱進行軟件升級或部分改造，以能夠完成線路控制、狀態(tài)上報燈功能。

　　(4)RDT-G500嵌入式GPRS DTU模塊(或RDT-G510、511GPRS DTU終端)

　　該模塊通過GPRS網絡提供無線網絡通信功能，實現數據的實時、遠程的上傳到監(jiān)控中心服務器，并提供網絡狀態(tài)監(jiān)測和自動重連功能，保證數據上傳的及時性和準確性。將該數據通信模塊與配電箱集成到一起，并與配電箱的電路控制模塊協(xié)同工作，共同完成路燈的控制。

　　系統(tǒng)基本組成結構圖如下：

　　路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成圖

　　3、系統(tǒng)工作流程

　　將GPRS無線傳輸模塊(DTU)集成到路燈控制器配電箱中，并通過UART(TTL、RS-232、RSA85)接口進行通信，通過GPRS DTU模塊，監(jiān)控中心可以給路燈控制器配電箱發(fā)送控制指令，路燈控制器配電箱也可以將當前線路狀態(tài)、控制指令運行結果發(fā)送到監(jiān)控制中心。

　　配電箱內的GPRS模塊保持與監(jiān)控中心服務器的通信連接，及時傳送配電箱電路控制模塊發(fā)出的數據，同時監(jiān)測與監(jiān)控中心服務器的通信連接，發(fā)現網絡通信異常則定期(可設定)發(fā)起重連請求直到連接成功。

　　監(jiān)控中心服務器提供7×24小時不間斷穩(wěn)定運行，及時接受、處理來自配電箱的狀態(tài)數據等并保存到數據庫系統(tǒng)，可至少保存最近6個月的歷史數據，便于數據的信息化管理，事故的回溯查詢。

　　4、維護管理

　　系統(tǒng)提供了維護管理客戶端軟件，為管理維護人員提供有效的配電箱設備管理及監(jiān)控維護手段。該軟件采用C/S系統(tǒng)結構，通過TCP/IP協(xié)議與監(jiān)控中心服務器進行通信，保證維護操作的實時性。管理維護客戶端軟件必須通過監(jiān)控中心服務器才能進行系統(tǒng)相關的數據庫操作、設備實時狀態(tài)的查詢等，這樣可將數據庫系統(tǒng)與外界隔離，增強系統(tǒng)數據的安全性。

　　該軟件對管理人員帳號施行分級權限管理，不同權限人員只有對應配電箱設備的管理維護權限，無法查看到其它用戶的配電箱設備。上級帳號可分配下級帳號。同時，對帳號的登錄密碼實施加密策略，保證系統(tǒng)帳號的安全性。

　　該軟件為管理人員提供了配電箱設備信息添加注冊、修改，路燈自動開關控制場景設置，設備位置查詢，狀態(tài)監(jiān)控等功能。

　　維護功能示意圖

　　三、系統(tǒng)功能

　　1、 監(jiān)控中心服務器軟件

　　主要功能包括：

　　(1)服務監(jiān)聽

　　監(jiān)控中心服務器軟件啟動運行后，在指定(可設定)的服務器端口啟動監(jiān)聽服務，接收包括配電箱、維護客戶端等的外部連接請求，并對連接請求的合法性進行檢查，通信數據采用私有協(xié)議，對無效、不合法的數據立即丟棄，避免被無效連接攻擊。同時會驗證連接配電箱、維護客戶端的身份合法性，如不合法的連接請求同樣不予處理。

　　經過合法驗證的路燈控制器配電箱、維護客戶端，可正常通過服務監(jiān)聽端口，向服務器發(fā)送數據。

　　(2)路燈自動開關策略實施

　　根據系統(tǒng)設置的路燈自動開關策略，監(jiān)控中心服務器自動將相應的控制指令發(fā)送到路燈控制器配電箱，控制路燈線路的自動定時開關(遙控：遠程控制路燈、景觀燈的開關;遙調：遠程調節(jié)每盞燈的亮度)。

　　(3)數據采集

　　監(jiān)控中心服務器軟件實時接收路燈控制器配電箱采集數據(遙測：遠程測量路燈配電柜的實際運行狀態(tài)，具有三相主回路電壓電流測量功能以及六條支路的電流檢測;遙信：遠程監(jiān)測終端狀態(tài)信息、電壓電流過高報警信息、接觸器故障信息等;遙視：遠程現場視頻或者照片)。

　　(4)數據保存

　　收到上報數據實時保存到數據庫中，以備查詢。

　　(5)維護命令處理

　　維護客戶端需要連接到監(jiān)控中心服務器，才能對系統(tǒng)進行管理、維護。監(jiān)控中心服務器負責為維護客戶端提供帳號登錄、設備管理、路燈自動開關策略設置、狀態(tài)監(jiān)控、數據查詢等維護接口。

　　(2) 通信接口

　　監(jiān)控中心服務器提供與第三方信息系統(tǒng)的軟件接口功能，將采集數據上報給客戶已有的信息系統(tǒng)中。

　　2、維護客戶端軟件

　　主要功能包括：

　　(1)用戶登錄

　　為管理員提供帳號登錄功能，維護管理員必須有合法的用戶名和密碼才能正常登錄并使用維護客戶端。系統(tǒng)登錄界面如圖：

　　(2)監(jiān)控中心服務器參數設置

　　可以設置客戶端軟件需要連接的監(jiān)控中心服務器的IP地址及服務端口號，支持通過域名訪問監(jiān)控中心服務器。服務器參數設置界面如圖：

　　(3)帳號管理

　　系統(tǒng)帳號分三級權限，系統(tǒng)管理員、一級用戶、二級用戶，權限從高到低。權限級別的用戶可分配權限低的帳號。用戶分級管理，便于客戶對下屬單位的設備進行進行單獨管理，互不干擾。下屬單位的維護人員只能有權限查看自己所管理區(qū)域或道路的相關配電箱設備。

　　系統(tǒng)為登錄用戶提供密碼修改功能。

　　(4)配電箱設備管理

　　不同用戶可管理自己所負責的配電箱設備，并可以新增注冊、修改配電箱的必要參數，包括：設備號、設備名稱、設備綁定的手機號碼、設備所在區(qū)域等;提供“批量導入設備”功能，可一次性將多個配電箱設備信息導入系統(tǒng)數據庫進行注冊;可查詢當前配電箱設備的在線或離線狀態(tài);查詢當前配電箱的位置信息等。設備管理主要界面如下：

　　配電箱GPRS模塊參數配置界面如下：

　　(5)路燈自動開關策略(工作場景)設置

　　可根據需要設置路燈自動開關的工作場景如根據季節(jié)不同、重要節(jié)日、重要活動等場景設置不同的路燈自動開關策略。路燈自動開關策略的實施可具體到某個片區(qū)、道路。路燈工作場景設置界面如圖：

　　工作場景配置界面：

　　為工作場景設置應用的區(qū)域、路段的電箱或電箱的特定回路開關，工作場景可應用到具體的某個回路開關。

　　(6) 設備軟件遠程升級

　　為系統(tǒng)管理員提供配電箱內DTU設備軟件遠程升級功能，支持一次性對所有設備進行升級或單獨升級某個設備。

　　4、系統(tǒng)技術指標

　　(1)軟件技術指標

　　項目名稱 技術指標 說明

　　監(jiān)控中心服務器軟件 系統(tǒng)容量 10000配電箱設備

　　穩(wěn)定性 7×24小時穩(wěn)定運行

　　上報數據處理時間 1秒內

　　維護終端數 不限制

　　安全性 通信數據使用私有協(xié)議，不支持無效、不合法的配電箱、維護客戶端或其它系統(tǒng)的連接請求

　　客戶端無響應超時自動斷連

　　與第三方通信接口 根據用戶需要，可提供包括TCP/IP、WebService等不同數據接口

　　數據庫系統(tǒng) 數據庫系統(tǒng) MySQL免費數據庫，根據客戶要求可更換其它數據庫系統(tǒng)。

　　數據存儲 不少于6個月，與硬件容量相關。

　　遠程監(jiān)控維護終端軟件 安全性 用戶登錄密碼使用MD5加密

　　帳號權限分級管理

　　性能 維護命令實時發(fā)送到監(jiān)控中心服務器

　　可操作性 圖形操作界面，直觀易操作

　　四、使用該系統(tǒng)帶來的好處

　　1、提高亮燈率

　　系統(tǒng)投運后可以隨時發(fā)現路燈運行中出現的問題，隨時處理，提高亮燈率。

　　2、節(jié)約能源，減少電費支出

　　在系統(tǒng)投入使用后，可在深夜行人稀少和交通量減少的情況下，執(zhí)行“隔一亮一”或“隔二亮一”的照明方式，既給夜間出行的行人帶來主便又能節(jié)約大量的電費支出。在實現單控后，由于隔盞關燈進行控制一般是通過敷設雙線電纜實現的，現在最少還能節(jié)約50%的電纜成本及其施工費用。這對現有系統(tǒng)的改造十分方便，無須敷設額外線纜。

　　3、延長燈具壽命

　　采用路燈智能控制終端智能調壓方式節(jié)能運行后，可保持每盞燈電壓相對穩(wěn)定，尤其是在后半夜電壓升高的情況下。據測試，正常電壓(220V)情況下，鈉燈電壓為100V，電壓升高后(230V-240V)，鈉燈電壓可升至120V-150V;正常電壓環(huán)境下降壓節(jié)能運行后，鈉燈電壓一般為85V，電壓升高環(huán)境下，鈉燈電壓可保持在100V左右。從理論和實際使用環(huán)境，采用調壓控制節(jié)能可以延長路燈使用壽命。因此，調節(jié)電壓方式具有雙重節(jié)能的效果。

　　4、節(jié)約人力、物力，提高管理水平

　　由于可實時監(jiān)控每盞路燈、每個路段及亮化工程點工作狀態(tài)，計算機可以及時對故障進行匯總，寫入數據庫，以便次日進行維修;利用動態(tài)實時模擬顯示屏，監(jiān)視全市路燈，值班員在中央控制室就可以概覽路燈現場運行情況，從而減少巡燈的維護成本和減輕巡檢人員工作強度，大大提高工作效率。另外，在惡劣天氣時，根據各路燈控制智能終端采集的數據情況加以分析，采取相應緊急措施，避免重大交通事故的發(fā)生。