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智慧云谷基于云计算核心的物联网智慧路灯解决方案

来源:智慧云谷发布时间:2015-02-13 01:59浏览量:19099


第一章 概述

(一)前言

      中国已确立物联网的战略性新兴产业地位,国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》明确提出“促进物联网的研发和示范应用”,而在中共中央关于十二五规划的建议中,也表示要培育发展物联网在内的战略性新兴产业。

      随着中国城市和经济的迅速发展,城市路灯照明已经成为展示城市魅力的名片和窗口,但是照明在带来绚丽和方便的同时,也遇到了诸多问题。目前,我国大部分城市的路灯照明都采用"全夜灯恒照度"的方式,控制方式仍然是简单的光控和时控等传统方式,这大大增加了城市的用电量,为此,政府承担着巨额的财政支出,而路灯照明设备的使用寿命也大大降低。目前已知的实施案例国外的包括英国采用iPAD进行控制的威斯敏斯特街道照明系统,德国的采用手机进行路灯点亮的技术,美国的基于WIFI对路灯进行控制管理的技术。所以智慧云谷公司推广基于云计算核心的物联网路灯远程节能自动化控制系统,降低电网压力及节能减排势在必行!

(二)目前路灯发展现状

1、能量浪费

      (1)高压钠灯在气体电离发光后,适当调节功率可节约30%以上的电能,而人的主观亮度丝毫不会发生变化(即人无法识别对比的两组路灯哪一组更亮)。如果调的电量过低,钠灯就会灭,达不到照明效果;

      (2)对夜深时可实行隔盏开灯,或只开马路内侧灯,可节约电能10%-20%,但由于电路结构和路段复杂性,无法达到满足照明需求的同时节能效益最大化;

      (3)白天开灯巡检,造成不必要的能源浪费,维修更换路灯时需要将整个线路的路灯点亮,造成电能的无限浪费;

      (4)高压钠灯在报废前或故障时灯管电流已经出现较大异常。此时路灯还能照常点亮,不能被及时发现,严重浪费电能;

      (5)LED灯的节能效果虽好,但是恒照度的设置,造成城市电源的大量浪费。

2、管理不便

      (1)现有的照明设施管理主要采用人工巡查模式,工作量大,且浪费物力、财力。故障依据主要来源于巡视人员上报和市民投诉,缺乏主动性、及时性和可靠性,不能实时、准确、全面地监控全城的路灯运行状况,缺乏故障预警机制;

      (2)路灯系统的工作状态不能自动随时间、季节、天气、节日灯不同情况进行亮化方案的变化,如果采用人工逐台设置费时费力;

      (3)维修路灯是需要逐条马路亮灯查询,不能快速定位故障位置,定位费时费力;

      调整路灯开关灯时间或更改整体照明方案时,需要逐配电箱人工手动操作,不仅费时费力,而且增加了认为误操作的可能性;

      (4)由于没有有效的防范措施,电缆盗窃现象时有发生,尤其在外环或城郊结合部情况更是严重,使国家蒙受巨大损失。

3、效率低下

      (1)缺乏功能强大的远程集中控制系统;

      (2)无法储存路灯电网的运行数据;

      (3)无法根据历史数据对路灯电网进行优化;

      (4)没有高效的路灯用电费用管理和查询工作,因此对路灯总体用电情况不够清晰;

      (6)无法进行灯具老化时间的分析,从而不能有效降低维护费用;

      (7)用电高峰时期有断电方案,但没有有效的执行工具;

      (8)缺乏路灯自动分析汇总系统。

(三)需求分析

      本方案研发的基于云计算核心的物联网路灯远程节能自动化控制系统将所有控制终端连接到云计算服务器,云计算中心服务器采用多端口、多进程、多线程复合通讯技术,能够支持极大量的终端同时连接,并且能够做到实时数据传输与控制。另一方面,可以通过控制中心对不同的终端设备进行协议设置,云计算服务器会将协议透传给终端设备。达到节能减排、保护环境的目的。

      1、项目建设是民生所向。施工和维护者以及行人、驾乘者需求的共性与个性,并与应用环境相适应的和谐统一,良好的道路照明为人们出行提供舒适便利,保障行车安全。

      2、项目建设是建设节约能源型社会的需要。当前我国正处于工业化、城镇化加快发展的阶段,能源资源的消耗强度较高,加大了能源资源的紧张程度。党的十六届五中全会提出,把节约资源作为基本国策,加快建设资源节约型、环境友好型社会。

      3、项目建设是行业发展趋势。对于城市的规划者与管理者来说,高效可靠的道路照明系统可保障城市动脉的安全稳定运行,降低维护时间和费用,减少对社会资源的占用;还能通过出色的节能表现,提高城市可持续发展的整体水平和后劲储备。

      4、项目建设为国家科技规划及相关政策重点支持发展领域。发改委会同环保部等部门发布的《节能环保产业发展规划》将节能环保列为七大战略性新兴产业之首。规划把高效节能技术和装备、高效节能产品、节能服务产业、先进环保技术和装备、环保产品与环保服务六大领域列为重点支持对象,在财政、税收、金融等方面提供政策支持。

(四)方案的目的及意义

      本方案采用智慧云谷云计算有限公司自主研发的基于云计算核心的物联网路灯远程节能自动化控制系统来完美取代老式的PLC系统,通过路灯远程节能自动化控制系统来实现对路灯的智能化控制,提高了路灯照明的有效性,达到节能控制的目的,促进了社会经济的可持续发展。

第二章 公司简介

(一)关于我们

      智慧云谷 (Wiscloud)成立于2007年,拥有一流的研发设计团队,始终坚持自主创新,公司拥有自主知识产权的嵌入式操作系统,Wiscloud nebula protocol(星云自动组网协议),WisOS云计算操作系统,为用户提供全球领先的物联网、云计算、游戏等软硬件产品及平台服务,主要产品有:

      物联网&云计算

      基于云计算核心的工业自动化控制设备及云计算控制平台;

      基于云计算核心的自动化节能控制设备及云计算控制平台;

      基于云计算核心的iWiscloud智慧家居控制中心;

      全球领先的无线环境及空气质量传感器;

      具有自动电流及故障检测功能的无线自组网触摸开关;

      全球领先的无插件多人实时网页/手机游戏平台。

      “云”是公司产品的“代言人”,所有产品都是基于云计算核心。

      公司网址:http://www.iwiscloud.com/

(二)硬件基础

      智慧云谷拥有功能完备的大型云计算数据中心,采用先进的网络框架设计,电信、联通、移动千兆光纤接入,目前存储能力已达PB级以上;CDN负载均衡,实现数据更快更稳定的传输;异地替换方案,保证了数据不会丢失,当一个数据中心发生故障时,异地的数据中心会立刻将工作进行替换,确保我们稳定的服务;多台在线式大功率智能UPS可提供48小时以上的后备供电设备发电机;同时数据中心有几十台小型机、大量高端服务器、大型磁盘阵列等设备。强大的硬件设施使我们拥有强大的运算能力,灾难应对和恢复力,能为用户提供高速、安全、稳定的数据服务。

第三章 系统总体设计

(一)系统设计原则

      本方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。并综合考虑施工、维护及操作因素,并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统的、完整的、全面的;设计方案具有科学性、合理性、可操作性。其具有以下 原则:

1、先进性与适应性

      系统的技术性能和质量指标达到国际领先水平;同时,系统的安装调试、软件编程和操作使用简便易行,容易掌握,适合中国国情和本项目的特点。该系统集国际众多先进技术与一身,体现了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平,适应时代发展的要求。同时系统是面向各种管理层次使用的系统。其功能和配置以能给用户提供舒适。安全、方便、快捷为准则,其操作应简便易学。

2、经济性与实用性

      充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势,根据用户现场环境,设计选用功能和适合现场情况、符合用户要求的系统配置方案,通过严密、有机的组合,实现最佳的性能价格比,以便节约工程投资,同时保证系统功能实施的需求,经济适用。

3、可靠性与安全性

      系统的设计具有较高的可靠性,在系统故障或事故造成中断后,能确保数据的准确性、完整性和一致性,并具备迅速恢复的功能,同时系统具有一整套完成的系统管理策略,可以保证系统的运行安全。

4、开放性

      以现有成熟的产品为对象设计,同时还考虑到周边信息通信环境的现状的发展趋势,可以消防、防盗、聚光系统实现联动,可实现远程控制。

5、可扩充性

      系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要,具有更新、扩充和升级的可能。并根据今后该项目工程的实际要求扩展功能,同时,本方案在设计中留有冗余,以满足今后的发展要求。

6、追求最优化的系统设备配置

      在满足用户对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下,追求最优化的系统设备配置,以尽量降低系统造价。

7、保留足够的扩展容量

      该项目设置的控制容量保留一定的余地,以便在系统中改造新的控制点;系统中还保留与其他计算机或自动化系统连接的接口;也尽量考虑未来科学的发展和新技术的应用。

8、提高监管力度与综合管理水平

      本项目系统设备控制需要高效率、准确及可靠。本系统通过中央控制系统对各子系统运行情况进行综合控制,时时动态掌握监视及报警情况。闭路电视监控大大减少劳动强度,减少设备运行维护人员;另外,系统的综合统筹管理可使设备按最优组合运行,在最佳情况下运行,既可节能,又可大大减少设备损耗,减少设备维修费用,从而提高监管力度与综合管理水平。

(二)系统结构



 



物联网路灯远程节能自动化控制系统



1、远程节能自动化控制平台

      智慧云谷基于云计算核心的物联网路灯远程节能自动化控制能够将多达几十万台的控制终端同时连接到云计算中心,可以在同一平台下对多个地区、多个控制点的路灯进行集中控制,更能够进行大范围综合计算与综合控制,实现对路灯的明暗度、开启时间、开启数量管控,故障检测,远程控制,状态回馈,应急预案等控制,实现了路段路灯的智能节能管理。







2、物联网采集控制器

      Wiscloud物联网采集控制模块集成触摸屏控制,在施工部署时不需要任何的编程,具有模糊控制算法,可以对输入输出接口进行组合控制,自身就是一台完整的小型控制终端,可以通过RS485接口级联256个模块进行扩展,并能够跨模块联动,连接Wiscloud DTU后可以进行独立运行或完美的云端控制路灯,可以与组态软件、PLC等组网。结合高阶硬件滤波及软件滤波算法,抗干扰能力强,检测精度高,在恶劣环境下输出稳定可靠!

      3路RS485 MODBUS RTU标准通讯接口

      2路RS232标准通讯接口

      16路12位A/D采集接口

      2路4-20mA输出接口

      7路开关量输出,每一路可支持100mA负载

      2路IO输入,可任意扩展使用




3、GPRS云计算数传模块

      工业级GPRS模块,通过云计算中心或短信进行简单设置后即可将路灯的数据传输到云计算中心,并可通过云计算中心下发控制指令,实现云端控制,支持Keep-Alive机制,永不掉线。

      支持RS232/RS485与GPRS网络双向透明传输,支持域名/IP地址访问,支持短信控制与密码验证,可以应用于各行各业。





      工作频段:双频900/1800MHz

      四频850/900/1800/1900MHZ

      GPRS multi-slot class 10/8

      GPRS mobile station class B

(三)系统特点

1、基于云计算核心

      Wiscloud物联网路灯远程节能自动化控制系统基于云计算核心,分组控制与用户不需要自建服务器,不需要固定IP,只要一台能够上网的电脑/平板/手机即可通过云计算平台对多个地区的多个终端进行控制,所有数据记录在云计算数据中心,数据永不丢失,可以方便的进行历史数据查询与分析;

2、最强的控制力

      Wiscloud物联网路灯远程节能自动化控制系统终端主机具有5个485及232通道以及12个专用扩展通道,核心系统支持线程模式,可同时采集多个通道的数据,通过扩展通道可以扩展大量的采集模块以及抄表模块,通过云计算中心能够对每个扩展模块的控制通道进行采集控制,单个终端主机可扩展至多达4096个A/D通道,1792个IO,1024个RS485接口以及512个12位D/A通道,具有极强的扩展及控制能力;

3、无需任何编程

      Wiscloud物联网路灯远程节能自动化控制系统终端机采用触摸屏一体化设计,在施工部署时不需要任何的编程,具有完美的模糊控制理念及控制算法,可以将所有输入输出接口进行任意组合控制,并且可以完全脱离云计算中心自动运行,也可以通过云计算中心进行极端复杂的流程控制;

4、开放

      Wiscloud开放所有控制终端、控制模块、云计算平台接口,软件企业可以用自己的软件对物联网路灯远程节能自动化控制系统进行控制,形成自己的软/硬件自动化控制产品,物联网及自动化控制企业可以将硬件接入到Wiscloud的云计算平台中,通过云计算平台进行实时通讯,实时控制,并可集合大量终端进行综合控制,并能够将历史数据保存到云计算中心,网站开发企业通过物联网路灯远程节能自动化控制系统的云计算中心及控制终端接口可以在网站上对任何的硬件进行控制。

(四)系统功能

      1、基于云计算核心,可以方便的进行历史数据查询与分析,可了解亮灯时长、灯具信息、镇流器信息、光源信息、道路信息、开关方式、调光策略等基本资料,从而可进行高效率的数据运行及运算能力,并可以在云端对所有路灯进行设定,实现了随时调用,随时监管,随时控制;

      2、全面组网,实时感控,通过云端对每条路灯线路进行实时管理,全面提升城市照明系统管理水平,在满足城市照明需求的同时,通过科学管理实现节能降耗,国内节能率最高的物联网云计算远程节能控制系统,节电高至40%;

      3、将路灯控制提升为智能控制,将各设备整合到云计算管控平台,可实现智慧路灯控制器与控制终端的无间隙通讯,以实现降低管理成本、实现无人值守并达到智能节能效果;

      4、数据报表功能,云计算管控中心可以查询任意时间段每路路灯数据信息,支持地理信息系统,触摸屏终端可随时提供动态数据,可以生成亮灯率、开关时间的分析曲线和报表,自动计算亮灯率,能根据电压、电流、功率因数的变化自动进行亮灯率估算等;

      5、在每个路口控制柜内设置GPRS云计算数传模块,检测每盏灯的亮灯情况,并响应路灯检测终端的命令,还可以适时进行降电流等节能操作,将信息反映给GPRS云计算数传模块并上传到云计算中心;

      6、系统报警功能,通信中断、亮灯率过低、未按时开关等情况出现时,监控中心皆有报警显示;

      7、系统不需要专门维护,一旦发生故障,根本不需像老式系统那样等待专业人员现场编程调试,只需请电工按照操作要求重新安装备选模块即可,傻瓜式操作,方便快捷,时效性高;

      8、在整个路灯的安装过程中,施工部署简单,无需使用控制信号线,采用通讯模块作为数据传输,大大减少了特别是旧灯改造工程的工程量。


第四章 智慧路灯解决方案

      智慧路灯通过物联网路灯远程节能自动化控制系统可以实现路灯的远程集中控制,也可以实现路灯单灯的控制。在一个路口安装一个路灯控制柜就可以对路口四个方向的路灯实现控制。通过云端可以远程全部开/关路灯;也可以通过云端对单条路段的控制,实现每一个路段、每一个路灯的电流的精确检测以及路灯的情况,实现路灯的智能化。





(一)远程控制,节约电能,延长路灯寿命

      远程路灯控制系统通过云端也可以远程对路灯定时开关、远程开关、感应开关,对单灯、街道、街区灵活控制,可自行定制任意时刻任意区域的调光值,按日、周、月、年排定调光计划。

      1、如在人流量、车流量少的路段路灯设置成19:00启动,22:00点关闭,在后半夜时间段启动感应模式,在路灯的灯具内安装感应传感器,当有移动物体即将经过时,前面光线增强,经过后传感器测不到人车就自动恢复原先设定的亮度或完全熄灭,也就是人走灯灭,人来灯亮的形式,此功能大大节约能源延长路灯使用寿命;

      2、或者在人、车流量多的路段路灯设置成后半夜将路灯电压下降10%,此时照度仅下降1%,同时夜间人眼已适应黑暗环境,瞳孔进光量变大,因此毫不影响视线;

      3、节能效果显著,通过功率的调整和路灯的控制,可以达到80%的节能率。





(二)定制照明规则,完全实现按需照明

      照明的首要目的是保障道路交通的安全,车流、人流、天气、环境光照、位置、亮化美观等因素都是实现按需照明需要综合考虑的因素,按照区域和街道和时间段分别设置路灯开启规则。

      1、如对重点防范区域路灯全部开启,安全地段、有防护栏路段、后半夜人流量很少路段则按比例开启和控制路灯(仅开道路内侧灯或外侧灯、循环式隔杆开灯、保持视觉照度的情况下调降功率);

      2、当遇到恶劣天气的时候,周围环境会提早暗下来,采用智慧云谷光照度传感器,用于对外部环境的亮度检测,及时的开启或者关闭路灯;采用温度传感器,用于检测设备的实时温度,防止出现温度过高而损坏路灯;

      3、汽车平时夜间开车,头灯是白光或淡黄光,配有黄色雾灯的车辆遇到起雾,就能靠雾灯提高能见度。智慧路灯亦可通过传感器,自动侦测起雾、光线和紧急事故时,弹性调整高速公路的路灯颜色。

(三)电脑巡视,实时监控工作状态,降低维护成本

      通过智慧云谷云管控平台实现任意终端(电脑、平板、手机)远程读取单灯、路段、片区的耗电量、功率、亮度、运行时间等工作状态。使用实时监控的方式,电子地图上可按不同颜色、图标显示每盏路灯的位置、编号、开关状态及属性信息,及时调整线路电压,使路灯电压在前半夜保持恒定,保证第一时间获取故障信息并辅助分析故障,对故障做出快速反映、减少投诉。

      1、当监控终端主动报警或调度端在巡测时发现有数据异常时(如电流电压超过上下限,白天亮灯晚上熄灯,供电线路停电时通过自备电源运行或某支路出现故障等),控制终端自动发出语音报警并在地图上显示相应的位置和故障类型,在电子地图以及大屏幕上显示相应位置,并可传送至相关人员的手机上;

      2、对路灯电流进行实时监控,对处于使用寿命后期电流异常的路灯进行预警处理,对由于灯具或电压原因处于持续启动状态的路灯及时切断等待检查和维修,当某一处路灯故障时,以至于云端系统就会检测不到电流信息,从而系统自动显示地理位置及故障信息;

      3、可防止监控终端设备被盗、线路盗电、线路破损、线缆切断,或变压器被偷盗时,系统应当立即自动发出语音报警、并在地图上显示相应的位置或设备类型,在电子地图以及大屏幕上显示相应位置,并可传送至相关人员的手机上;

      4、各控制终端的电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数等电量数据、开关信息以及各终端的其它开关量输入数据,实时控制路灯情况。

(四)系统身份登记管理

      智慧路灯云管控系统操作人员可以分等级,设定有自己的密码及值班记录,只能完成权限范围内的操作,权限范围以外的操作将被屏蔽禁止。

1、超级管理员

      超级管理员只能使用此身份登录才能完成对系统的全面设置及管理,包括系统参数设置、分站参数设置、增加及删除站点、布置灯组等。因此,超级管理员是指制造商、系统维护工作人员或高级用户,起到系统总管理及协助日常维护作用。

2、一般管理员

      一般管理员一般指用户的技术领导。系统正常运行后超级管理员随机向一般管理员授权,一般管理员可设置大部分系统参数,和分站所有的参数以及将这些参数传送到分站数据中心。

3、系统操作员

      系统操作员指一般值班人员,能够查看但不允许修改参数及下班到分站数据中心,但可以进行一般值班性操作比如受控操作、即时查询等。

      以上用户分别持有自己的密码和用户名,智慧路灯系统会把每项操作的具体内容和时间存入数据库,供以后查询和分析。

(五)国际系统,支持智慧城市拓展应用

      拓展改造太阳能路灯并入国家电网、电动车充电收费等智慧城市应用升级。

(六)更多深度应用

      可根据特殊活动例如庆典或政务活动临时改变供电方案,为特殊活动增光添彩。

      可与道路交通系统实现联动,在道路交通流量减小时,路灯的光照度会自动调低,如有交通事故发生时,事故点的光照度自动调为最高亮度。

      可与城市防爆报警系统相连,遇有抢劫等事件发生时,当事人只要在路灯上按下相应按钮,报警系统即可获知事件发生地点。

第五章 社会意义

      (一)提高城市形象,利用GPRS 无线路灯智能监控管理系统,管理部门可根据实际情况,控制路灯开关灯时间,为城市道路照明营造和谐、节能的夜景照明环境提供辅助决策手段。

      (二)统一监控(增强应急反应能力),系统可将辖区内所有的路灯照明终端集中在一个智慧云管控平台上,通过先进的监控平台,可直观的显示所有照明设施的安装位置、通讯状态、运行状态、设备开关灯状态等信息,同时系统具有定时控制和人工控制等多种控制方式,能随时调整照明设施的开/关灯时间,并通过调整功率改变亮度,实现辖区范围内路灯照明设备的自动控制,尤其在遇到特殊天气情况时,能通过GPRS 无线通讯网络由人工及时调整开关灯时间,以满足突发情况对照明的需求。

      (三)统一管理(提供科学化管理手段),系统包含了人员信息管理、设备信息管理、工作流程管理、数据分析与统计查询、照明设施的远程监控、接警处理流程管理等功能,为实现人流、物流、信息流、资金流的全面统一管理提供条件,进而降低管理成本、提高工作效率。

      (四)统一维护(提高检修效率、降低维护成本),系统具有自动报警、巡测、选测功能,所辖范围内的照明设施的状态数据,尤其是故障报警数据可实时上报,一旦设备发生故障,系统自动报警,监控人员可立刻了解故障地点和故障状态,及时调度维修人员开展检修工作,提高检修效率,减少故障持续时间,降低维护成本。

      (五)节约电能,系统可实时监测设备运行状态,可有效避免白天亮灯、晚上熄灯情况的出现,同时通过预置合理的开关灯及调光方案,在满足城市道路照明需求的同时,有效地减少了开灯时间,从而节约了大量的电能。

      (六)降低运营成本,通过减少亮灯时间,可有效延长灯具的使用寿命,降低运行成本,进一步提高经济效益。

第六章 总结

      城市路灯是一个城市精神面貌的反映,是城市是否有活力、是否有创新意识和节能意识的反映。智慧云谷路灯远程节能控制系统将根据时间、事件以及天气等情况灵活规划、控制和安排路灯的点亮和熄灭,来达到节能的目的,竭力打造一个完美的智慧城市。

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