GPRS路灯远程监控系统

　　一、前言

　　随着社会经济的快速发展，各地城市建设特别是基础设施的建设也得到了快速发展，各地也越来越重视城市形象的建设，城市道路、景观照明系统建设成为展示城市形象的重要组成部分，因此势必对市政道路照明和景观照明提出了更高的要求，也代表着一个城市经济发展及现代化水平。

　　传统的照明控制方式通常是针对一条道路、一个片区等一个小范围内的路灯进行单独、分散控制，通过在路灯配电箱中安装定时自动控制设备，在每天设定的固定时间来控制路灯的开关，甚至有些路灯更需要人工进行手动开关控制。而对于路灯的开关状态、故障状态等的监测，只能通过人工检查的方式完成。这种控制方法，无法根据实际需要及时调整路灯的开关策略，比如不同季节开关灯的时间不同，各种重大节日、重大活动中需要临时调整开关灯时间等，而且如果需要调整需要耗费大量的人力去手工完成，费时费力，而且容易出错，对于路灯的运行状态也无法及时监测，出现故障不能及时发现，维护成本极高。

　　随着无线通信技术的发展，特别是GPRS无线通信技术的成熟，利用GPRS实现无线远程控制已应用与各种行业的各种应用领域，如冷链物流中冷藏车、冷藏箱的温度远程监控、各种环境的远程监测如PM2.5、风速、水质、水流等，也为市政照明、高速路灯系统的远程控制提供的极为方便的手段。

　　本文以广东某市政路灯的远程控制方案为例，介绍GPRS路灯远程监控方案的实现。

　　二、系统方案

　　1、基本应用场景

　　该方案主要针对现有的城市市政路灯控制系统进行升级改造，利用GPRS无线通信技术实现市政路灯系统的远程控制。

　　由于城市已经有了大量的市政路灯建设，对于这些已有的路灯系统，如果通过完全重建的方式来实现远程路灯的控制方案显然不可行，而且会造成极大的社会浪费。通过对现有系统的改造升级，并以较小的改造成本来实现路灯远程控制，才能取得较好的社会效益。本文的方案，就是针对现有市政路灯系统进行升级改造，在各路灯控制点的控制电箱中集成一个GPRS无线数据通信模块，并对电箱设备升级，用较小的成本实现整个市政路灯的远程控制，实现很好的社会效益。

　　2、系统组成

　　该系统主要包括如下几个组成部分：

　　(1)监控中心服务器(MCS)

　　该监控中心服务器是运行在路灯监控中心硬件服务器上的一套服务器软件，该软件需要7×24小时连续不间断稳定运行，提供监控所有路灯控制设备(配电箱)的功能，实时接收配电箱上报的设备运行状态数据，及时下发手动控制或自动控制路灯的开发指令及其它系统维护指令，为维护客户端软件提供管理维护的接口功能。

　　该监控中心服务器软件同时为客户定制与客户现有信息管理系统的对接功能，将系统数据及时上报到客户现有的信息管理系统，与客户现有的信息管理系统无缝对接，充分利用客户现有资源。

　　(2)远程监控维护终端(RMMC)

　　该远程监控维护终端是一套提供给运营管理人员进行系统维护、管理用的软件，为用户提供路灯配电箱设备管理、设备状态监控等功能，管理维护人员可在任何可接入internet网络的地方对路灯系统进行监控。

　　(3)路灯控制器配电箱

　　该控制器是路灯控制系统配电箱的部分功能，用于具体控制一个或多个回路的路灯系统，每个配电箱可以最多控制32个回路的路灯系统。根据配电箱的现有功能，需要对该配电箱进行软件升级或部分改造，以能够完成线路控制、状态上报灯功能。

　　(4)RDT-G500嵌入式GPRS DTU模块(或RDT-G510、511GPRS DTU终端)

　　该模块通过GPRS网络提供无线网络通信功能，实现数据的实时、远程的上传到监控中心服务器，并提供网络状态监测和自动重连功能，保证数据上传的及时性和准确性。将该数据通信模块与配电箱集成到一起，并与配电箱的电路控制模块协同工作，共同完成路灯的控制。

　　系统基本组成结构图如下：

　　路灯远程监控系统组成图

　　3、系统工作流程

　　将GPRS无线传输模块(DTU)集成到路灯控制器配电箱中，并通过UART(TTL、RS-232、RSA85)接口进行通信，通过GPRS DTU模块，监控中心可以给路灯控制器配电箱发送控制指令，路灯控制器配电箱也可以将当前线路状态、控制指令运行结果发送到监控制中心。

　　配电箱内的GPRS模块保持与监控中心服务器的通信连接，及时传送配电箱电路控制模块发出的数据，同时监测与监控中心服务器的通信连接，发现网络通信异常则定期(可设定)发起重连请求直到连接成功。

　　监控中心服务器提供7×24小时不间断稳定运行，及时接受、处理来自配电箱的状态数据等并保存到数据库系统，可至少保存最近6个月的历史数据，便于数据的信息化管理，事故的回溯查询。

　　4、维护管理

　　系统提供了维护管理客户端软件，为管理维护人员提供有效的配电箱设备管理及监控维护手段。该软件采用C/S系统结构，通过TCP/IP协议与监控中心服务器进行通信，保证维护操作的实时性。管理维护客户端软件必须通过监控中心服务器才能进行系统相关的数据库操作、设备实时状态的查询等，这样可将数据库系统与外界隔离，增强系统数据的安全性。

　　该软件对管理人员帐号施行分级权限管理，不同权限人员只有对应配电箱设备的管理维护权限，无法查看到其它用户的配电箱设备。上级帐号可分配下级帐号。同时，对帐号的登录密码实施加密策略，保证系统帐号的安全性。

　　该软件为管理人员提供了配电箱设备信息添加注册、修改，路灯自动开关控制场景设置，设备位置查询，状态监控等功能。

　　维护功能示意图

　　三、系统功能

　　1、 监控中心服务器软件

　　主要功能包括：

　　(1)服务监听

　　监控中心服务器软件启动运行后，在指定(可设定)的服务器端口启动监听服务，接收包括配电箱、维护客户端等的外部连接请求，并对连接请求的合法性进行检查，通信数据采用私有协议，对无效、不合法的数据立即丢弃，避免被无效连接攻击。同时会验证连接配电箱、维护客户端的身份合法性，如不合法的连接请求同样不予处理。

　　经过合法验证的路灯控制器配电箱、维护客户端，可正常通过服务监听端口，向服务器发送数据。

　　(2)路灯自动开关策略实施

　　根据系统设置的路灯自动开关策略，监控中心服务器自动将相应的控制指令发送到路灯控制器配电箱，控制路灯线路的自动定时开关(遥控：远程控制路灯、景观灯的开关;遥调：远程调节每盏灯的亮度)。

　　(3)数据采集

　　监控中心服务器软件实时接收路灯控制器配电箱采集数据(遥测：远程测量路灯配电柜的实际运行状态，具有三相主回路电压电流测量功能以及六条支路的电流检测;遥信：远程监测终端状态信息、电压电流过高报警信息、接触器故障信息等;遥视：远程现场视频或者照片)。

　　(4)数据保存

　　收到上报数据实时保存到数据库中，以备查询。

　　(5)维护命令处理

　　维护客户端需要连接到监控中心服务器，才能对系统进行管理、维护。监控中心服务器负责为维护客户端提供帐号登录、设备管理、路灯自动开关策略设置、状态监控、数据查询等维护接口。

　　(2) 通信接口

　　监控中心服务器提供与第三方信息系统的软件接口功能，将采集数据上报给客户已有的信息系统中。

　　2、维护客户端软件

　　主要功能包括：

　　(1)用户登录

　　为管理员提供帐号登录功能，维护管理员必须有合法的用户名和密码才能正常登录并使用维护客户端。系统登录界面如图：

　　(2)监控中心服务器参数设置

　　可以设置客户端软件需要连接的监控中心服务器的IP地址及服务端口号，支持通过域名访问监控中心服务器。服务器参数设置界面如图：

　　(3)帐号管理

　　系统帐号分三级权限，系统管理员、一级用户、二级用户，权限从高到低。权限级别的用户可分配权限低的帐号。用户分级管理，便于客户对下属单位的设备进行进行单独管理，互不干扰。下属单位的维护人员只能有权限查看自己所管理区域或道路的相关配电箱设备。

　　系统为登录用户提供密码修改功能。

　　(4)配电箱设备管理

　　不同用户可管理自己所负责的配电箱设备，并可以新增注册、修改配电箱的必要参数，包括：设备号、设备名称、设备绑定的手机号码、设备所在区域等;提供“批量导入设备”功能，可一次性将多个配电箱设备信息导入系统数据库进行注册;可查询当前配电箱设备的在线或离线状态;查询当前配电箱的位置信息等。设备管理主要界面如下：

　　配电箱GPRS模块参数配置界面如下：

　　(5)路灯自动开关策略(工作场景)设置

　　可根据需要设置路灯自动开关的工作场景如根据季节不同、重要节日、重要活动等场景设置不同的路灯自动开关策略。路灯自动开关策略的实施可具体到某个片区、道路。路灯工作场景设置界面如图：

　　工作场景配置界面：

　　为工作场景设置应用的区域、路段的电箱或电箱的特定回路开关，工作场景可应用到具体的某个回路开关。

　　(6) 设备软件远程升级

　　为系统管理员提供配电箱内DTU设备软件远程升级功能，支持一次性对所有设备进行升级或单独升级某个设备。

　　4、系统技术指标

　　(1)软件技术指标

　　项目名称 技术指标 说明

　　监控中心服务器软件 系统容量 10000配电箱设备

　　稳定性 7×24小时稳定运行

　　上报数据处理时间 1秒内

　　维护终端数 不限制

　　安全性 通信数据使用私有协议，不支持无效、不合法的配电箱、维护客户端或其它系统的连接请求

　　客户端无响应超时自动断连

　　与第三方通信接口 根据用户需要，可提供包括TCP/IP、WebService等不同数据接口

　　数据库系统 数据库系统 MySQL免费数据库，根据客户要求可更换其它数据库系统。

　　数据存储 不少于6个月，与硬件容量相关。

　　远程监控维护终端软件 安全性 用户登录密码使用MD5加密

　　帐号权限分级管理

　　性能 维护命令实时发送到监控中心服务器

　　可操作性 图形操作界面，直观易操作

　　四、使用该系统带来的好处

　　1、提高亮灯率

　　系统投运后可以随时发现路灯运行中出现的问题，随时处理，提高亮灯率。

　　2、节约能源，减少电费支出

　　在系统投入使用后，可在深夜行人稀少和交通量减少的情况下，执行“隔一亮一”或“隔二亮一”的照明方式，既给夜间出行的行人带来主便又能节约大量的电费支出。在实现单控后，由于隔盏关灯进行控制一般是通过敷设双线电缆实现的，现在最少还能节约50%的电缆成本及其施工费用。这对现有系统的改造十分方便，无须敷设额外线缆。

　　3、延长灯具寿命

　　采用路灯智能控制终端智能调压方式节能运行后，可保持每盏灯电压相对稳定，尤其是在后半夜电压升高的情况下。据测试，正常电压(220V)情况下，钠灯电压为100V，电压升高后(230V-240V)，钠灯电压可升至120V-150V;正常电压环境下降压节能运行后，钠灯电压一般为85V，电压升高环境下，钠灯电压可保持在100V左右。从理论和实际使用环境，采用调压控制节能可以延长路灯使用寿命。因此，调节电压方式具有双重节能的效果。

　　4、节约人力、物力，提高管理水平

　　由于可实时监控每盏路灯、每个路段及亮化工程点工作状态，计算机可以及时对故障进行汇总，写入数据库，以便次日进行维修;利用动态实时模拟显示屏，监视全市路灯，值班员在中央控制室就可以概览路灯现场运行情况，从而减少巡灯的维护成本和减轻巡检人员工作强度，大大提高工作效率。另外，在恶劣天气时，根据各路灯控制智能终端采集的数据情况加以分析，采取相应紧急措施，避免重大交通事故的发生。