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智慧云谷基于云計算核心的物聯網智慧路燈解決方案

來源:智慧云谷發布時間:2015-02-13 01:59瀏覽量:37130


第一章 概述

(一)前言

      中國已確立物聯網的戰略性新興產業地位,國務院《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》明確提出“促進物聯網的研發和示范應用”,而在中共中央關于十二五規劃的建議中,也表示要培育發展物聯網在內的戰略性新興產業。

      隨著中國城市和經濟的迅速發展,城市路燈照明已經成為展示城市魅力的名片和窗口,但是照明在帶來絢麗和方便的同時,也遇到了諸多問題。目前,我國大部分城市的路燈照明都采用"全夜燈恒照度"的方式,控制方式仍然是簡單的光控和時控等傳統方式,這大大增加了城市的用電量,為此,政府承擔著巨額的財政支出,而路燈照明設備的使用壽命也大大降低。目前已知的實施案例國外的包括英國采用iPAD進行控制的威斯敏斯特街道照明系統,德國的采用手機進行路燈點亮的技術,美國的基于WIFI對路燈進行控制管理的技術。所以智慧云谷公司推廣基于云計算核心的物聯網路燈遠程節能自動化控制系統,降低電網壓力及節能減排勢在必行!

(二)目前路燈發展現狀

1、能量浪費

      (1)高壓鈉燈在氣體電離發光后,適當調節功率可節約30%以上的電能,而人的主觀亮度絲毫不會發生變化(即人無法識別對比的兩組路燈哪一組更亮)。如果調的電量過低,鈉燈就會滅,達不到照明效果;

      (2)對夜深時可實行隔盞開燈,或只開馬路內側燈,可節約電能10%-20%,但由于電路結構和路段復雜性,無法達到滿足照明需求的同時節能效益最大化;

      (3)白天開燈巡檢,造成不必要的能源浪費,維修更換路燈時需要將整個線路的路燈點亮,造成電能的無限浪費;

      (4)高壓鈉燈在報廢前或故障時燈管電流已經出現較大異常。此時路燈還能照常點亮,不能被及時發現,嚴重浪費電能;

      (5)LED燈的節能效果雖好,但是恒照度的設置,造成城市電源的大量浪費。

2、管理不便

      (1)現有的照明設施管理主要采用人工巡查模式,工作量大,且浪費物力、財力。故障依據主要來源于巡視人員上報和市民投訴,缺乏主動性、及時性和可靠性,不能實時、準確、全面地監控全城的路燈運行狀況,缺乏故障預警機制;

      (2)路燈系統的工作狀態不能自動隨時間、季節、天氣、節日燈不同情況進行亮化方案的變化,如果采用人工逐臺設置費時費力;

      (3)維修路燈是需要逐條馬路亮燈查詢,不能快速定位故障位置,定位費時費力;

      調整路燈開關燈時間或更改整體照明方案時,需要逐配電箱人工手動操作,不僅費時費力,而且增加了認為誤操作的可能性;

      (4)由于沒有有效的防范措施,電纜盜竊現象時有發生,尤其在外環或城郊結合部情況更是嚴重,使國家蒙受巨大損失。

3、效率低下

      (1)缺乏功能強大的遠程集中控制系統;

      (2)無法儲存路燈電網的運行數據;

      (3)無法根據歷史數據對路燈電網進行優化;

      (4)沒有高效的路燈用電費用管理和查詢工作,因此對路燈總體用電情況不夠清晰;

      (6)無法進行燈具老化時間的分析,從而不能有效降低維護費用;

      (7)用電高峰時期有斷電方案,但沒有有效的執行工具;

      (8)缺乏路燈自動分析匯總系統。

(三)需求分析

      本方案研發的基于云計算核心的物聯網路燈遠程節能自動化控制系統將所有控制終端連接到云計算服務器,云計算中心服務器采用多端口、多進程、多線程復合通訊技術,能夠支持極大量的終端同時連接,并且能夠做到實時數據傳輸與控制。另一方面,可以通過控制中心對不同的終端設備進行協議設置,云計算服務器會將協議透傳給終端設備。達到節能減排、保護環境的目的。

      1、項目建設是民生所向。施工和維護者以及行人、駕乘者需求的共性與個性,并與應用環境相適應的和諧統一,良好的道路照明為人們出行提供舒適便利,保障行車安全。

      2、項目建設是建設節約能源型社會的需要。當前我國正處于工業化、城鎮化加快發展的階段,能源資源的消耗強度較高,加大了能源資源的緊張程度。黨的十六屆五中全會提出,把節約資源作為基本國策,加快建設資源節約型、環境友好型社會。

      3、項目建設是行業發展趨勢。對于城市的規劃者與管理者來說,高效可靠的道路照明系統可保障城市動脈的安全穩定運行,降低維護時間和費用,減少對社會資源的占用;還能通過出色的節能表現,提高城市可持續發展的整體水平和后勁儲備。

      4、項目建設為國家科技規劃及相關政策重點支持發展領域。發改委會同環保部等部門發布的《節能環保產業發展規劃》將節能環保列為七大戰略性新興產業之首。規劃把高效節能技術和裝備、高效節能產品、節能服務產業、先進環保技術和裝備、環保產品與環保服務六大領域列為重點支持對象,在財政、稅收、金融等方面提供政策支持。

(四)方案的目的及意義

      本方案采用智慧云谷云計算有限公司自主研發的基于云計算核心的物聯網路燈遠程節能自動化控制系統來完美取代老式的PLC系統,通過路燈遠程節能自動化控制系統來實現對路燈的智能化控制,提高了路燈照明的有效性,達到節能控制的目的,促進了社會經濟的可持續發展。

第二章 公司簡介

(一)關于我們

      智慧云谷 (Wiscloud)成立于2007年,擁有一流的研發設計團隊,始終堅持自主創新,公司擁有自主知識產權的嵌入式操作系統,Wiscloud nebula protocol(星云自動組網協議),WisOS云計算操作系統,為用戶提供全球領先的物聯網、云計算、游戲等軟硬件產品及平臺服務,主要產品有:

      物聯網&云計算

      基于云計算核心的工業自動化控制設備及云計算控制平臺;

      基于云計算核心的自動化節能控制設備及云計算控制平臺;

      基于云計算核心的iWiscloud智慧家居控制中心;

      全球領先的無線環境及空氣質量傳感器;

      具有自動電流及故障檢測功能的無線自組網觸摸開關;

      全球領先的無插件多人實時網頁/手機游戲平臺。

      “云”是公司產品的“代言人”,所有產品都是基于云計算核心。

      公司網址:http://www.enmxs.tw/

(二)硬件基礎

      智慧云谷擁有功能完備的大型云計算數據中心,采用先進的網絡框架設計,電信、聯通、移動千兆光纖接入,目前存儲能力已達PB級以上;CDN負載均衡,實現數據更快更穩定的傳輸;異地替換方案,保證了數據不會丟失,當一個數據中心發生故障時,異地的數據中心會立刻將工作進行替換,確保我們穩定的服務;多臺在線式大功率智能UPS可提供48小時以上的后備供電設備發電機;同時數據中心有幾十臺小型機、大量高端服務器、大型磁盤陣列等設備。強大的硬件設施使我們擁有強大的運算能力,災難應對和恢復力,能為用戶提供高速、安全、穩定的數據服務。

第三章 系統總體設計

(一)系統設計原則

      本方案設計遵循技術先進、功能齊全、性能穩定、節約成本的原則。并綜合考慮施工、維護及操作因素,并將為今后的發展、擴建、改造等因素留有擴充的余地。本系統設計內容是系統的、完整的、全面的;設計方案具有科學性、合理性、可操作性。其具有以下 原則:

1、先進性與適應性

      系統的技術性能和質量指標達到國際領先水平;同時,系統的安裝調試、軟件編程和操作使用簡便易行,容易掌握,適合中國國情和本項目的特點。該系統集國際眾多先進技術與一身,體現了當前計算機控制技術與計算機網絡技術的最新發展水平,適應時代發展的要求。同時系統是面向各種管理層次使用的系統。其功能和配置以能給用戶提供舒適。安全、方便、快捷為準則,其操作應簡便易學。

2、經濟性與實用性

      充分考慮用戶實際需要和信息技術發展趨勢,根據用戶現場環境,設計選用功能和適合現場情況、符合用戶要求的系統配置方案,通過嚴密、有機的組合,實現最佳的性能價格比,以便節約工程投資,同時保證系統功能實施的需求,經濟適用。

3、可靠性與安全性

      系統的設計具有較高的可靠性,在系統故障或事故造成中斷后,能確保數據的準確性、完整性和一致性,并具備迅速恢復的功能,同時系統具有一整套完成的系統管理策略,可以保證系統的運行安全。

4、開放性

      以現有成熟的產品為對象設計,同時還考慮到周邊信息通信環境的現狀的發展趨勢,可以消防、防盜、聚光系統實現聯動,可實現遠程控制。

5、可擴充性

      系統設計中考慮到今后技術的發展和使用的需要,具有更新、擴充和升級的可能。并根據今后該項目工程的實際要求擴展功能,同時,本方案在設計中留有冗余,以滿足今后的發展要求。

6、追求最優化的系統設備配置

      在滿足用戶對功能、質量、性能、價格和服務等各方面要求的前提下,追求最優化的系統設備配置,以盡量降低系統造價。

7、保留足夠的擴展容量

      該項目設置的控制容量保留一定的余地,以便在系統中改造新的控制點;系統中還保留與其他計算機或自動化系統連接的接口;也盡量考慮未來科學的發展和新技術的應用。

8、提高監管力度與綜合管理水平

      本項目系統設備控制需要高效率、準確及可靠。本系統通過中央控制系統對各子系統運行情況進行綜合控制,時時動態掌握監視及報警情況。閉路電視監控大大減少勞動強度,減少設備運行維護人員;另外,系統的綜合統籌管理可使設備按最優組合運行,在最佳情況下運行,既可節能,又可大大減少設備損耗,減少設備維修費用,從而提高監管力度與綜合管理水平。

(二)系統結構



 



物聯網路燈遠程節能自動化控制系統



1、遠程節能自動化控制平臺

      智慧云谷基于云計算核心的物聯網路燈遠程節能自動化控制能夠將多達幾十萬臺的控制終端同時連接到云計算中心,可以在同一平臺下對多個地區、多個控制點的路燈進行集中控制,更能夠進行大范圍綜合計算與綜合控制,實現對路燈的明暗度、開啟時間、開啟數量管控,故障檢測,遠程控制,狀態回饋,應急預案等控制,實現了路段路燈的智能節能管理。







2、物聯網采集控制器

      Wiscloud物聯網采集控制模塊集成觸摸屏控制,在施工部署時不需要任何的編程,具有模糊控制算法,可以對輸入輸出接口進行組合控制,自身就是一臺完整的小型控制終端,可以通過RS485接口級聯256個模塊進行擴展,并能夠跨模塊聯動,連接Wiscloud DTU后可以進行獨立運行或完美的云端控制路燈,可以與組態軟件、PLC等組網。結合高階硬件濾波及軟件濾波算法,抗干擾能力強,檢測精度高,在惡劣環境下輸出穩定可靠!

      3路RS485 MODBUS RTU標準通訊接口

      2路RS232標準通訊接口

      16路12位A/D采集接口

      2路4-20mA輸出接口

      7路開關量輸出,每一路可支持100mA負載

      2路IO輸入,可任意擴展使用




3、GPRS云計算數傳模塊

      工業級GPRS模塊,通過云計算中心或短信進行簡單設置后即可將路燈的數據傳輸到云計算中心,并可通過云計算中心下發控制指令,實現云端控制,支持Keep-Alive機制,永不掉線。

      支持RS232/RS485與GPRS網絡雙向透明傳輸,支持域名/IP地址訪問,支持短信控制與密碼驗證,可以應用于各行各業。





      工作頻段:雙頻900/1800MHz

      四頻850/900/1800/1900MHZ

      GPRS multi-slot class 10/8

      GPRS mobile station class B

(三)系統特點

1、基于云計算核心

      Wiscloud物聯網路燈遠程節能自動化控制系統基于云計算核心,分組控制與用戶不需要自建服務器,不需要固定IP,只要一臺能夠上網的電腦/平板/手機即可通過云計算平臺對多個地區的多個終端進行控制,所有數據記錄在云計算數據中心,數據永不丟失,可以方便的進行歷史數據查詢與分析;

2、最強的控制力

      Wiscloud物聯網路燈遠程節能自動化控制系統終端主機具有5個485及232通道以及12個專用擴展通道,核心系統支持線程模式,可同時采集多個通道的數據,通過擴展通道可以擴展大量的采集模塊以及抄表模塊,通過云計算中心能夠對每個擴展模塊的控制通道進行采集控制,單個終端主機可擴展至多達4096個A/D通道,1792個IO,1024個RS485接口以及512個12位D/A通道,具有極強的擴展及控制能力;

3、無需任何編程

      Wiscloud物聯網路燈遠程節能自動化控制系統終端機采用觸摸屏一體化設計,在施工部署時不需要任何的編程,具有完美的模糊控制理念及控制算法,可以將所有輸入輸出接口進行任意組合控制,并且可以完全脫離云計算中心自動運行,也可以通過云計算中心進行極端復雜的流程控制;

4、開放

      Wiscloud開放所有控制終端、控制模塊、云計算平臺接口,軟件企業可以用自己的軟件對物聯網路燈遠程節能自動化控制系統進行控制,形成自己的軟/硬件自動化控制產品,物聯網及自動化控制企業可以將硬件接入到Wiscloud的云計算平臺中,通過云計算平臺進行實時通訊,實時控制,并可集合大量終端進行綜合控制,并能夠將歷史數據保存到云計算中心,網站開發企業通過物聯網路燈遠程節能自動化控制系統的云計算中心及控制終端接口可以在網站上對任何的硬件進行控制。

(四)系統功能

      1、基于云計算核心,可以方便的進行歷史數據查詢與分析,可了解亮燈時長、燈具信息、鎮流器信息、光源信息、道路信息、開關方式、調光策略等基本資料,從而可進行高效率的數據運行及運算能力,并可以在云端對所有路燈進行設定,實現了隨時調用,隨時監管,隨時控制;

      2、全面組網,實時感控,通過云端對每條路燈線路進行實時管理,全面提升城市照明系統管理水平,在滿足城市照明需求的同時,通過科學管理實現節能降耗,國內節能率最高的物聯網云計算遠程節能控制系統,節電高至40%;

      3、將路燈控制提升為智能控制,將各設備整合到云計算管控平臺,可實現智慧路燈控制器與控制終端的無間隙通訊,以實現降低管理成本、實現無人值守并達到智能節能效果;

      4、數據報表功能,云計算管控中心可以查詢任意時間段每路路燈數據信息,支持地理信息系統,觸摸屏終端可隨時提供動態數據,可以生成亮燈率、開關時間的分析曲線和報表,自動計算亮燈率,能根據電壓、電流、功率因數的變化自動進行亮燈率估算等;

      5、在每個路口控制柜內設置GPRS云計算數傳模塊,檢測每盞燈的亮燈情況,并響應路燈檢測終端的命令,還可以適時進行降電流等節能操作,將信息反映給GPRS云計算數傳模塊并上傳到云計算中心;

      6、系統報警功能,通信中斷、亮燈率過低、未按時開關等情況出現時,監控中心皆有報警顯示;

      7、系統不需要專門維護,一旦發生故障,根本不需像老式系統那樣等待專業人員現場編程調試,只需請電工按照操作要求重新安裝備選模塊即可,傻瓜式操作,方便快捷,時效性高;

      8、在整個路燈的安裝過程中,施工部署簡單,無需使用控制信號線,采用通訊模塊作為數據傳輸,大大減少了特別是舊燈改造工程的工程量。


第四章 智慧路燈解決方案

      智慧路燈通過物聯網路燈遠程節能自動化控制系統可以實現路燈的遠程集中控制,也可以實現路燈單燈的控制。在一個路口安裝一個路燈控制柜就可以對路口四個方向的路燈實現控制。通過云端可以遠程全部開/關路燈;也可以通過云端對單條路段的控制,實現每一個路段、每一個路燈的電流的精確檢測以及路燈的情況,實現路燈的智能化。





(一)遠程控制,節約電能,延長路燈壽命

      遠程路燈控制系統通過云端也可以遠程對路燈定時開關、遠程開關、感應開關,對單燈、街道、街區靈活控制,可自行定制任意時刻任意區域的調光值,按日、周、月、年排定調光計劃。

      1、如在人流量、車流量少的路段路燈設置成19:00啟動,22:00點關閉,在后半夜時間段啟動感應模式,在路燈的燈具內安裝感應傳感器,當有移動物體即將經過時,前面光線增強,經過后傳感器測不到人車就自動恢復原先設定的亮度或完全熄滅,也就是人走燈滅,人來燈亮的形式,此功能大大節約能源延長路燈使用壽命;

      2、或者在人、車流量多的路段路燈設置成后半夜將路燈電壓下降10%,此時照度僅下降1%,同時夜間人眼已適應黑暗環境,瞳孔進光量變大,因此毫不影響視線;

      3、節能效果顯著,通過功率的調整和路燈的控制,可以達到80%的節能率。





(二)定制照明規則,完全實現按需照明

      照明的首要目的是保障道路交通的安全,車流、人流、天氣、環境光照、位置、亮化美觀等因素都是實現按需照明需要綜合考慮的因素,按照區域和街道和時間段分別設置路燈開啟規則。

      1、如對重點防范區域路燈全部開啟,安全地段、有防護欄路段、后半夜人流量很少路段則按比例開啟和控制路燈(僅開道路內側燈或外側燈、循環式隔桿開燈、保持視覺照度的情況下調降功率);

      2、當遇到惡劣天氣的時候,周圍環境會提早暗下來,采用智慧云谷光照度傳感器,用于對外部環境的亮度檢測,及時的開啟或者關閉路燈;采用溫度傳感器,用于檢測設備的實時溫度,防止出現溫度過高而損壞路燈;

      3、汽車平時夜間開車,頭燈是白光或淡黃光,配有黃色霧燈的車輛遇到起霧,就能靠霧燈提高能見度。智慧路燈亦可通過傳感器,自動偵測起霧、光線和緊急事故時,彈性調整高速公路的路燈顏色。

(三)電腦巡視,實時監控工作狀態,降低維護成本

      通過智慧云谷云管控平臺實現任意終端(電腦、平板、手機)遠程讀取單燈、路段、片區的耗電量、功率、亮度、運行時間等工作狀態。使用實時監控的方式,電子地圖上可按不同顏色、圖標顯示每盞路燈的位置、編號、開關狀態及屬性信息,及時調整線路電壓,使路燈電壓在前半夜保持恒定,保證第一時間獲取故障信息并輔助分析故障,對故障做出快速反映、減少投訴。

      1、當監控終端主動報警或調度端在巡測時發現有數據異常時(如電流電壓超過上下限,白天亮燈晚上熄燈,供電線路停電時通過自備電源運行或某支路出現故障等),控制終端自動發出語音報警并在地圖上顯示相應的位置和故障類型,在電子地圖以及大屏幕上顯示相應位置,并可傳送至相關人員的手機上;

      2、對路燈電流進行實時監控,對處于使用壽命后期電流異常的路燈進行預警處理,對由于燈具或電壓原因處于持續啟動狀態的路燈及時切斷等待檢查和維修,當某一處路燈故障時,以至于云端系統就會檢測不到電流信息,從而系統自動顯示地理位置及故障信息;

      3、可防止監控終端設備被盜、線路盜電、線路破損、線纜切斷,或變壓器被偷盜時,系統應當立即自動發出語音報警、并在地圖上顯示相應的位置或設備類型,在電子地圖以及大屏幕上顯示相應位置,并可傳送至相關人員的手機上;

      4、各控制終端的電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數等電量數據、開關信息以及各終端的其它開關量輸入數據,實時控制路燈情況。

(四)系統身份登記管理

      智慧路燈云管控系統操作人員可以分等級,設定有自己的密碼及值班記錄,只能完成權限范圍內的操作,權限范圍以外的操作將被屏蔽禁止。

1、超級管理員

      超級管理員只能使用此身份登錄才能完成對系統的全面設置及管理,包括系統參數設置、分站參數設置、增加及刪除站點、布置燈組等。因此,超級管理員是指制造商、系統維護工作人員或高級用戶,起到系統總管理及協助日常維護作用。

2、一般管理員

      一般管理員一般指用戶的技術領導。系統正常運行后超級管理員隨機向一般管理員授權,一般管理員可設置大部分系統參數,和分站所有的參數以及將這些參數傳送到分站數據中心。

3、系統操作員

      系統操作員指一般值班人員,能夠查看但不允許修改參數及下班到分站數據中心,但可以進行一般值班性操作比如受控操作、即時查詢等。

      以上用戶分別持有自己的密碼和用戶名,智慧路燈系統會把每項操作的具體內容和時間存入數據庫,供以后查詢和分析。

(五)國際系統,支持智慧城市拓展應用

      拓展改造太陽能路燈并入國家電網、電動車充電收費等智慧城市應用升級。

(六)更多深度應用

      可根據特殊活動例如慶典或政務活動臨時改變供電方案,為特殊活動增光添彩。

      可與道路交通系統實現聯動,在道路交通流量減小時,路燈的光照度會自動調低,如有交通事故發生時,事故點的光照度自動調為最高亮度。

      可與城市防爆報警系統相連,遇有搶劫等事件發生時,當事人只要在路燈上按下相應按鈕,報警系統即可獲知事件發生地點。

第五章 社會意義

      (一)提高城市形象,利用GPRS 無線路燈智能監控管理系統,管理部門可根據實際情況,控制路燈開關燈時間,為城市道路照明營造和諧、節能的夜景照明環境提供輔助決策手段。

      (二)統一監控(增強應急反應能力),系統可將轄區內所有的路燈照明終端集中在一個智慧云管控平臺上,通過先進的監控平臺,可直觀的顯示所有照明設施的安裝位置、通訊狀態、運行狀態、設備開關燈狀態等信息,同時系統具有定時控制和人工控制等多種控制方式,能隨時調整照明設施的開/關燈時間,并通過調整功率改變亮度,實現轄區范圍內路燈照明設備的自動控制,尤其在遇到特殊天氣情況時,能通過GPRS 無線通訊網絡由人工及時調整開關燈時間,以滿足突發情況對照明的需求。

      (三)統一管理(提供科學化管理手段),系統包含了人員信息管理、設備信息管理、工作流程管理、數據分析與統計查詢、照明設施的遠程監控、接警處理流程管理等功能,為實現人流、物流、信息流、資金流的全面統一管理提供條件,進而降低管理成本、提高工作效率。

      (四)統一維護(提高檢修效率、降低維護成本),系統具有自動報警、巡測、選測功能,所轄范圍內的照明設施的狀態數據,尤其是故障報警數據可實時上報,一旦設備發生故障,系統自動報警,監控人員可立刻了解故障地點和故障狀態,及時調度維修人員開展檢修工作,提高檢修效率,減少故障持續時間,降低維護成本。

      (五)節約電能,系統可實時監測設備運行狀態,可有效避免白天亮燈、晚上熄燈情況的出現,同時通過預置合理的開關燈及調光方案,在滿足城市道路照明需求的同時,有效地減少了開燈時間,從而節約了大量的電能。

      (六)降低運營成本,通過減少亮燈時間,可有效延長燈具的使用壽命,降低運行成本,進一步提高經濟效益。

第六章 總結

      城市路燈是一個城市精神面貌的反映,是城市是否有活力、是否有創新意識和節能意識的反映。智慧云谷路燈遠程節能控制系統將根據時間、事件以及天氣等情況靈活規劃、控制和安排路燈的點亮和熄滅,來達到節能的目的,竭力打造一個完美的智慧城市。

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