电气自动化智能监控系统在城市照明中的应用和发展_周小萍.pdf

光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 智能照明57电气自动化智能监控系统在城市照明中的应用和发展周小萍江苏省江阴中等专业学校，江苏 无锡 214433摘要：在城市管理过程中，照明系统对维持城市的运行秩序具有十分重要的作用。城市照明具有普遍性，照明覆盖范围较大，管理控制内容较多，控制过程较烦琐，导致城市照明系统面临较多的问题。为了解决城市照明系统面临的问题，在城市照明中应用电气自动化智能监控系统，可以进一步利用电气自动化的控制手段，提升城市照明的智能水平，使城市照明系统能够朝着智慧化、精细化、多样化的方向发展，在发挥城市照明系统作用的同时，进一步保障城市照明系统的绿色节能水平。关键词：电气自动化；智能监控系统；城市照明；GIS技术分类号：TM76；TU113.6+660引言城市照明系统的控制范围较广，既包括保障城市正常运行秩序的道路、住宅、广场的照明，也包括景观、建筑等功能性照明，整个系统用电量较大，对城市的正常运营带来巨大的成本压力。因此，在城市照明系统的改造过程中，通过智能控制降低成本压力、进一步减少城市照明系统中的能源浪费现象是改造的重点与主题1。总体上来讲，现阶段城市照明系统面临的问题较多，且主要集中在照明控制和照明系统维护两方面。一方面，城市照明系统接入的设备较多，管理控制比较复杂；另一方面，现阶段多数城市照明系统较为分散，不利于系统的改造和发展，从而导致城市照明系统中存在相关的问题。1城市照明系统面临的主要问题1.1 照明控制方式死板现阶段，我国城市照明系统的控制方式相对死板，大多数照明控制采用时间控制、手动控制等方式，缺乏良好的实时控制手段，很难在照明需求变化的情况下快速响应照明需求。例如，在天气变化、重大庆典、节日活动中，很难针对相应的照明需求进行单独控制，导致城市照明系统无法充分发挥效用，照明质量有待提升。1.2 信息反馈能力差在缺乏智能监控系统的情况下，城市照明系统无法对系统中的各个设备进行全过程监控，从而无法了解系统运行过程中的关键数据，如设备的电流、电压和整流器的谐振等2。相关部门无法快速了解城市照明系统的工作现状，也无法对城市照明系统的突发问题进行有效的处理。1.3 电能浪费严重城市照明系统简单的照明控制方式会导致严重的电能浪费现象，如在夜间照明的过程中，没有车辆或者行人时，路灯依然长时间保持较高的照度运行，从而导致较为严重的电能浪费现象。在缺乏精细化管理控制的情况下，城市照明系统无法根据实际的照明需求进行微调，在需要关闭照明的情况下也无法及时关闭，从而导致较高的电能浪费量，对城市的发展带来不利的影响。1.4 故障诊断处理难度大城市照明系统维护多采用定期维护的方式，检查照明系统的设备，发现故障后交给专人修理。这种方式的弊端在于巡检时间较长、处理难度较大，故障信息也无法及时反馈给管理部门，在影响照明系统工作效果的同时，也会带来严重的安全隐患。同时，该诊断维护方式需要花费大量的人力进行处理，从而导致维护成本较高，进一步对城市照明系统的运行带来严重影响3。2电气自动化智能监控系统在城市照明中的应用2.1 需求分析（1）基于 GIS 的地图管理。城市照明监控系统管理内容较为复杂，为了确保城市照明系统范围内的设作者简介：周小萍，女，本科，高级讲师，研究方向为电子电工教学。文章编号：2096-9317（2023）01-0057-03 智能照明 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明58备能够得到系统化的管理，可以利用 GIS 地图信息系统，在查看详细的设备信息和网络信息的同时，标记线路的行进路线和分布。在此基础上，建立路灯后台管理系统，对不同区域的照明系统进行管理。通过明确每一个照明设备和线路的位置，进一步明确管理的内容，从而便于后续功能的开发与维护。同时，可以管理用户信息、管理权限、设备的地理位置等。为了确保信息描述的准确性，需要明确地图管理系统的监控范围和监控管理的具体内容。（2）监控模式管理。不同照明设备的监控内容和方式有较大的不同，为了确保对城市照明系统各个设备的统一管理，需要针对设备的特点进行有效的监控。同时，在实现智慧照明管理的过程中，还需要采集与照明系统相关的信息数据，如人流量、车流量、自然照度等信息。具体的监控模式需要根据信息采集的需求针对性地建立，在统一的规划下，展开硬件和软件的设计，以提升系统的可靠性与可行性。（3）远程监控。远程监控管理是确保电气自动化智能监控系统发挥作用的重要基础，为此需要使用物联网技术，通过有线或者无线的方式，对远程监控的数据、信息进行统一的收集和上传。并在传统通信的基础上，通过异构模式接入城市照明监控系统，以便于用户收集相关的信息，并对系统进行有效的控制。2.2 系统架构（1）底层硬件终端。底层硬件终端是保障城市照明监控展开的基础部分，涉及对城市照明系统中各个设备和硬件，如配电箱、灯具、网络、开关等设备的监控。利用电气自动化传感器与无线、有线通信模块，可以在收集相关数据的同时，向服务器反馈当前的监控数据，这是智能监控系统的功能执行与系统建设的基础。为了确保硬件终端建设的经济性，应当采用模块化的设计方式，以便于未来进一步扩充监控的范围。如在路灯监控的过程中，需要对配电系统、灯具的运行情况进行监控，在设计管理模块时，可以进一步拓展对环境照度的监测、车/人流量的监测功能，以实现不同的照明监测目的。（2）中间数据交互平台。为了确保数据传输的可靠性，应当设计统一的通信通道，在全面收集数据的同时，根据城市照明设备的客观工作环境，采取有线、无线等方式采集传感器的数据并执行上传工作。例如，在采用 5G 通信模块的情况下，可以通过 TCP/IP 协议传输数据，并使用对应的 Socket 端口来保证数据传输的保密性与安全性，确保监控数据能够及时上传。（3）上层监控管理平台。在底层硬件端口采集数据进行上传后，需要对相关的数据进行处理，并通过远程监控、管理，确保各项数据能够真实反映城市照明系统、设备的工作状态，并在此基础上，执行城市照明系统的业务逻辑，以保障城市照明系统的管理、服务功能的充分实现。2.3 系统设计方案（1）Web GIS 地理信息系统。首先，需要利用 GIS技术，根据城市照明系统的设备位置，将相关的数据输入系统。在建设过程中可以利用现有的 GIS 系统，以减少系统建设的难度。如使用百度地图、高德地图等的 API 结构，利用互联网上传城市照明系统的设备的位置，将其编辑成特定的格式，并输入到系统中，从而建立基础的地理信息系统。在此基础上，使用动态 Web 技术生成设备的数据，然后对其进行定义，以确保属性的分配符合监控传感器、设备的要求，同时确保监控传感器与相关设备的匹配，以避免其在使用过程中可能出现的问题。其次，需要使用 REST 格式建立 Web 系统，利用互联网和 Web 系统对应的 URL 访问地图服务器。在具体的设计中，需要确保访问权限、管理权限的合理性，并利用 Web 系统中独立的请求来确保城市照明系统、监控系统能够显示在 Web 地图中，以便于工作人员及时调取、查看相关的信息。最后，需要使用 Web 地图服务公司提供的 API 接口搭建 Web GIS 系统。明确需要实现的电气自动化智能监控系统功能，并根据地图标记、地理信息进行第三方监控系统的开发，使监控系统的管理、操作人员能够通过浏览器、App、软件等对相关信息进行增、查、删、减等管理操作。（2）城市照明监控数据服务系统。为了确保硬件采集的数据能够及时传回服务器，并通过人机交互端口进行显示或者报警，需要建立城市照明监控数据服务系统，利用 Socket Server 展开数据通信。系统在对网络通信终端进行控制的过程中，可以接受客户端发来的信息、数据，并通过相关的协议解析成监控系统可用的数据，存入监控管理平台。首先，终端监控设备在运行的过程中，利用配套的 Socket 通信模块向服务器确认当前的时间，以避免时间不匹配带来的信息失真现象。传感器检测的数据会传送给服务层展开通信，完成服务器端和客户端之间的数据通信。其次，在传感器检测到监控数据变化或者记录相关数据的过程中，系统会自动向 Socket 光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 智能照明59Server 发送相关数据，服务器在接收到信息的同时，会自动将信息录入相关的数据库，并返回确认信息，然后执行下一次数据通信。此外，管理系统是基于 Web技术设计的，在展开通信的过程中需要采用 TCP/HTTP协议，并使用 XML 进行封装，以保证数据传输的安全性。通过互联网远程获取监控传感器数据的同时，Socket Server 与 GIS 地图系统都能通过接口获得监控的数据信息，并执行城市照明管理系统的控制指令。（3）地图监控平台。不同的 GIS 地图服务商采用的交互语言有较大的差别，研究采用百度公司提供的 GIS地图 API 接口，使用 JavaScript 语言，在编辑的过程中可以根据事先录入的地图数据，使用相关的信息窗口添加信息，从而实现传感器监控数据与地图数据的交互。首先，利用 Overlay 明确数据类型，如设备名称、监控数据、监控设备等，再使用百度地图 API 创建设备的位置、数据的属性，然后使用 AJAX 请求，将服务端获取的监控数据在进行 Servlet 处理后显示到地图中。需要获取所有的设备、监控信息，并使设备的位置和传感器监控的数据相互匹配。其次，基于 B/S 架构设计监控系统的业务逻辑层。例如，在设备故障、报警信息的设计过程中，要求对监控设备持续发送 3 s一次的 AJAX 请求，以获取监控数据，并将返回的监控数值与标准值进行比较，当数值超过正常阈值的情况下，使用 info Windows 发出警告，并展示详细的数据。同时可以进一步添加故障分析程序，在 info Windows中显示可能导致故障的原因，并推荐相关的处理方式。最后，利用 J2EE 技术进一步设计监控系统业务逻辑层，确保地图监控平台能够实时访问、显示数据库中记录的监控信息。例如，使用 JDBC 技术可以实现多种数据库，如 Oracle、MySQL 等数据库的访问，并通过对静态网页的调整与优化，进一步提升数据访问、显示的速度，以便于工作人员及时通过智能监控系统了解城市照明的具体情况。3城市照明系统的发展趋势3.1 GIS 技术的深入应用GIS 技术在城市、地理规划中发挥了巨大的作用，在城市照明系统中 GIS 技术可以实现对照明控制、监控的整合，避免系统碎片化带来的管理、运维难题。同时，在深入应用 GIS 技术的同时，可以进一步实现对单独和全部设备的精准化、可视化、动态化管理。在此基础上，进一步利用大数据技术，可以提升数据的分析、整理、处理效率，进一步保障智能监控系统与城市照明系统能够发挥节能、高质量照明的作用。3.2“三遥”监控管理的发展遥控、遥测、遥信（“三遥”）是现代城市照明系统监控管理的重点，一方面，可以提升监控数据的采集效率，并通过远程管理的方式，快速诊断城市照明系统中个别设备的故障，从而提升管理、运维的水平。另一方面，利用无人机、电气自动化系统，可以进一步实现对故障的远程处理，减少对人力资源的使用，提升工作的效率，在实现城市照明系统集中、智能管理的同时，进一步保障管理的效果，降低运维的成本。3.3 精准智能控制的应用精准智能控制是实现城市照明节能减耗的重要基础，在实现“按需照明”的过程中，可以使城市照明系统根据不同的控制要求展开精准、智能的控制。例如，在路灯使用过程中，可以根据时间、照度、人/车流量、车祸等因素进行智能控制，在提升照明质量的同时，进一步降低系统运行的电能消耗。同时，精准、智能的控制，可以用于对灯具故障、问题的诊断，提升系统运行的可靠性。3.4 专家系统的建立在利用人工智能技术的过程中，通过建立专家系统，可以进一步保障故障诊断、运行状态监测的准确率，并进一步提高运维、故障处理的反馈速度，提升运维管理的水平，针对城市照明系统可能发生的故障和问题采取措施，避免问题的进一步扩大。同时，可以利用手机、平板等终端设备实时查看