一、智慧路燈是智慧城市最天然的物聯網平臺
智慧城市就是運用信息和通信技術手段感測、分析、整合城市運行核心系統的關鍵信息，從而對包括民生、環保、公共安全、城市服務、工商業活動在內的各種需求做出智能響應。實現城市智能、先進、有效、安全、可靠智慧式管理和運行，進而為城市中的人創造更美好的生活，促進城市的和諧、可持續發展。
本文NB-IoT路燈智能管理系統，采用互聯網、物聯 網、云計算、空間地理信息（GIS）、無線通信等先進技術，建立起一個連接整個城市照明設備的資源管理、能耗管理和運行監控系統。該系統具備遠程控制、故障報警、能耗分析等功能，可監控路燈的開關狀態、電流電壓、電量等數據，對路燈實現遙控、遙測、遙信、遙調 “四遙”功能。系統建成后，不但能解決城市照明現存不足和問題，提高城市照明基礎設施智能化水平，還為真正實現信息資源共享一體化的智慧城市打好堅實基礎。
二、傳統路燈現狀問題
2.1高額電費，當地財政的支出壓力
2.1.1部分地區因不堪電費的 負荷，亮燈時間短，無法滿足晚歸早起群體的需求，不能根據市民實際需求定點亮燈，便民工程實際無法從根本上解決便民需求；
2.1.2對一些特殊路段需要長時間亮燈的地方（如學校、醫院、市場等）、交叉路口、事故多發地段等，但因目前的設備實施和管理上局限性，無法實現，增加安全隱患。
2.1.3本為節約電而控制開燈時間，但因為統一開關燈帶來的不便和安全隱患及其他成本增 加；
2.2 傳統路燈，無法實現個性化亮燈需求
由計時器或者人工控制，節假日，或因特殊情況下，需要調整亮燈時間，只能靠人力現場解決，增加人員調配和管理壓力。
2.3 依靠人工為主，付高額的人員和管理成本
2.3.1管理者無法及時監管轄區內的應急事件的發生，信息反饋時間長，無法做到預防和及時 處理，帶來隱患。
2.3.2報修檢修需開車現場巡查、市民上報故障等。
2.3.3對用電損耗無法做統計，無法得知工作時間或確切的電能消耗。
2.3.4不能及時發現問題，帶來安全隱患。
2.3.5隨著城市的發展，路燈增加，工作量不斷加大，成本不斷增加。
2.3.6無法在低峰期把能耗降到最小，實現二次節能。
2.3.7無法遠程控制或檢索重要信息，需靠人員現場采集數據。
2.3.8異常開關燈無法控制，縮短燈具使用時間，增加相關成本。
2.3.9勞動強度大，工作效率低，開關燈較麻煩，需要人員近距離開關，特別遇大雨、臺風等惡劣天氣難以安全開關燈；
三、智慧系統所產生的效益
3.1降低電費成本，增加亮燈時間和 路段，減少隱患
3.1.1使用單燈管理系統，使得各開關箱，準確開燈、關燈；克服原分散式有早開，、晚關的誤控制而造成的浪費，達到節能目的。
3.1.2采用了城市智慧照明監控系統，可以根據每天的日出日落時間、光照強度來實現對路燈的統一開關，真正實現精確開關燈。通過單燈調光控制技術，根據人流、車流來實現按需照明減少過度照明，從而實現節能減排，減少資源浪費，實現二次節能。
3.1.3設置科學合理的亮燈模式、調光模式和組合模式，使得燈具工作在交替照明、非滿功率照明模式下，有效延長照明設施、燈具壽命。
3.2降低人力成本
系統建成后，照明設施發生故障會主動告警，不需要管理單位派遣人員進行巡邏排查。由“人找故障”轉化為“故障找人”大大減少人員車輛等運維開支。提高維護效率，減少財政支出。
3.3降低管理成本
使用單燈管理系統， 由“巡燈查找故障”改為“值班等待報警”方式，減少了“巡燈”人員和車輛勞動，機械的損耗，提高工作效率，從而減少運營、管理等費用，同時還提高了管理水平。
3.4降低車輛行駛安全隱患
根據行車時間，進行分組或者降功率使用，避免完全滅燈，降低車禍等事故發生幾率。
3.5提升和諧社會的促進作用
在路燈上裝上攝像頭，有效監控街道狀況，降低罪案發生率，在社會和諧方面起到了一定程度的促進作用。
3.6提升應用系統在管理精細化方面的作用
3.6.1.應用系統可對每盞燈、每條街道、每個區域、每個分組進行按小時、天、周、月、季度、年或任意時間周期進行監測分析并形成相應的曲線，為理方提供了實時、可靠的數據，減少了工作中的盲目性，降低了管理成本，為轄區各領域的智能管控決策提供了科學依據。
3.6.2讓管理方直觀、形象、全面的看到每盞燈的負載、驅動及控制器情況，并且對能源使用情況進行監測分析。
3.6.3系統建成后，可在地圖上直接顯示：配電柜的數量、配電柜的回路數量、安裝位置、管理燈桿的范圍、走向；顯示每個燈桿的位置、燈頭數量、燈具功率等信息。
3.7 可擴展性及前瞻性
3.7.1完善智慧城市網絡信息化建設
路燈覆蓋面積廣：城市智慧照明系統建設利用遍布城市各個角落的路燈、路燈桿來實現：城市無線WIFI無死角覆蓋、充電樁便于綠色節能汽車技術的推廣、電子信息發布平臺便于民生信息的發布。
3.7.2實現城市環境空氣質量實時監控及多點數據采集
城市智慧照明系統建設以配電柜作為每個環境監測的數據采集點，通過GPRS技術將城市各個區域的環境、氣象信息進行實時監測和采集。
3.8供電線纜故障提前預判
監控系統可以對以控制柜為單位的線路進行線路老化、接點松動、外皮破損等故障引起的漏電進行監測并報警，可以使用戶提前知道線纜存在的潛在危險，進行預防。
3.9系統兼容性高，后期易于接入智慧城市云控制
3.10會效益分析
3.10.1提升城市品牌形象
城市照明系統既是一種公益性事業，也是城市形象工程，城市燈光監控系統的建成，將使城市的燈光管理水平與現代化的大都市相適應，營造出現代城市科學和藝術完美結合的照明效果，提升城市品牌形象。
3.11 改善人居環境
通過系統的場景切換功能，能夠根據實際情況進行不同組合的亮燈，更可將城市建筑物照明統一管理，使平常日期和節假日、周末的燈光具有不同效果，充分改善人居環境。
3.12 改善投資環境
通過系統的改造，使得整個城市的亮化、美化和安全照明都能夠得到提高，充分改善投資環境，吸引外地客商來城市考察、投資，促進城市的發展
四、智慧系統的改造方案
智慧照明軟件平臺采用 B/S 架構，以城區智慧照明“一張網”和“一朵云”為建設原則，系統軟件以大數據、云平臺為設計基礎，并且采用模塊化結構。該系統主要應用于城市智能照明，實現遠程監控，是為照明管理和維護工作量身定做的一套智能監控和管理軟件，它集通訊、信息管理、電氣組態控制為一體。
4.2系統采用三層架構：
4.2.1應用層：即系統監控中心。運 用計算機系統構建數據庫、數據處理、控制、WEB服務。中心通過光纖以及NB-IOT網絡，實現對前端設備的控制，監控中心將現場情況、數據報表進行反應和顯示，以供用戶進行管理和決策，用戶還可通過Internet訪問監控中心系統軟件，進行遠程操作與控制。
4.2.2通訊層：由移動或聯通等運行商的光纖和無線網絡組成，實現前端設備與應用層的數據傳輸。
4.2.3執行層：照明前端由單燈控制器以及配套的LED驅動電源組成，實現對路燈的控制、運行數據的采集、故障查詢等功能。
4.3 系統功能說明
4.4遙測功能
定時或實時遙測燈具的工作狀態。監測的數據主要有電流、電壓、功率、功率因數、用電量、故障情況等照明設施的運行參數及三相電壓三相電流、功率因數、支路電流等。
4.5遙控功能
系統可結合當地經緯度，對任一燈具自由組合，設定控制策略，通過監控中心合理分設來實現單盞、多盞，分組、分區、多時間段、自定義模式不同時間段對應不同的亮度值、環境自適應亮度與當前環境的亮度值比較，自動開關燈的遙控。
4.6遙調功能
可對單盞、多盞，分組、分區、多時間段、經緯度和照度要求遠程調光，實現一次節能， 二次節能調光管理。
每個控制點可根據實際需要設置各自的報警類型和報警內容，當終端達到報警設置條件時，在監控管理中心及監控終端之間建立數據信息通道， 24小時實時監控各終端當前運行狀態，當終端達到報警設置條件時會在第一時間將異常信息發送給監控中心。
通過燈具上感應器件對空氣PM值、能見度…等實時監控并在視屏監控中心顯指各區塊監控數據。
4.9遙視功能
通過路燈外加監控攝像頭時監控畫面影象（需通過光纖現實）并在視屏監控中心實時記錄。
4.10無線回路控制功能
4.10.1控制箱中物聯網智能空氣開關對三相電壓、三相總電流、有功功率、功率因數、三相分時段電度和總有功電度采集。
4.10.2具有完善的故障狀態監測（ 過載、短路、過欠壓、缺相、相間不平衡）并實時上報和給與告警提示。
4.10.3無線通訊：具有本地的 RS485 通訊以及 GPRS/NB-IoT的無線通訊，可實現遠程分 合閘控制、故障查詢以及計量數據的定時上報。
4.10.4集中控制箱中的光控利用光照度傳感器控制回路的開關，可設定光線強度閾值進行自動開關。
4.11報警維修功能
故障報警管理，可同時進行聲光報警和短信報警；報警內容包括但不限于：電源停電、缺相、交流接觸器失效、交流接觸器反饋失效、通信失敗、異常亮燈、異常 滅燈、過/欠電壓、過/欠電流、回路斷路、配電箱門開等；報警可自動、手動解除，并通過短信或郵箱來通知維修人員。
按區域或組設定維修人員，系統將故障信息自發負責區域或組人員手機號碼或郵箱中。
4.14數據匯總及分析
系統可以對各終端任意時間的數據按照年、月、日進行查詢、統計，并存盤保留。
4.15地理信息系統（GIS）
系統提供實時網絡技術的Google地圖GIS系統，實現息信查詢、地圖信息維護、實時信息顯示、圖層編輯、縮放、比例切換以及單燈故障報警定位、單燈定位、數據統計、設施添加、修改、刪除、拖動、條件查詢等功能。
4.16移動設備遠程接入
系統采用B/S工作，通過因特網，支持智能手機、IPAD或便攜式筆記等移動設備通過瀏覽器方式遠程接入，實時查詢和控制，查詢內容包括各終端的最新以及歷史數據和故障情況，實現異地遠程接入訪問。
4.17歷史報表查詢打印
系統對所有數據能夠按照操作人員的要求進行查詢和打印，并且能夠按照Excel等格式進行保存或打印。
系統具有合理的分級權限設定，可在同一服務器上，對不同的用戶劃分不同權限角色， 角色所具有的權限可動態修改分配。
通過態勢感知大屏了解資產概覽及路燈、燈桿在地圖中的大致分布，故障位置、用電量排名， 用統計展示月用電量跟故障設備實時數量。
4.20監控中心
特征
? 通訊模式: LoRaWAN / NB-ioT
5.1調光接口: 0~10V 和PWM,DALI;
5.2手機APP和電腦遠程遙控;
5.3遠程讀取電流,電壓,功率,功率因數,功耗;
5.4遠程讀取照明時間統計,故障時間統計,電力消耗累計數據;
5.5多種故障檢測智能報警系統:燈具故障,電源故障,補充能源故障,燈 桿漏電等。
5.6 AC 輸入: 96 – 264 V
5.7頻率范圍: 50 -60 Hz
5.8工作溫度: -40~85°C
5.9相對濕度: ≤95%
5.10防水: IP67
5.11尺寸: 146*56*40 (mm)
5.12外殼材料: 防火 PA (nylon6) + 35% 玻璃纖維
六、設計標準
本系統建設嚴格遵循和執行國家關于智能化監控系統軟件硬件集成的規范和標準，方案的依據是系統實施所涉及的技術標準和規范；產品標準和規范；工程標準和規范；驗收標準和規范等必須符合中華人民共和國有關條例及規范：
《城市照明管理規定》住建部令第4號
《城市夜景照明設計規范》（JGJ/T 163-2008）
《信息技術開放系統互連網絡層安全協議》（GB/T 17963-2000）
《智能建筑工程質量驗收規范》 (GB 50339-2013)
《電子信息系統機房設計規范》(GB 50174-2008)
《建筑物電子信息系統防雷技術規范》(GB 50343-2012)
《智能建筑設計標準》(GB 50314-2015)
《防盜報警控制器通用技術條件》(GB 12663-2001)
《民用建筑電氣設計規范》(JGJ 16-2008)
《綜合布線系統工程設計規范》(GB 50311-2007)
《供配電系統設計規范》(GB 50052-2009)
