一、城市照明監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及問題隨著無線通信技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，起源于上個世紀90年代初的城市照明監(jiān)控技術(shù)也有了長足的發(fā)展，城市照明監(jiān)控網(wǎng)俗稱“三遙”系統(tǒng)，其主要功能有：
1、遙控：對遠端的研究對象和目標進行控制，系統(tǒng)按照控制中心主控機上的各項參數(shù)和控制目標對遠端執(zhí)行機構(gòu)進行控制。
2、遙測：對被測對象的參數(shù)進行遠距離的間接測量，也就是系統(tǒng)具有實時獲取遠程現(xiàn)場的各項模擬量參數(shù)的功能。
3、遙信：把被控對象的動作結(jié)果和故障信息送回到控制端，也就是系統(tǒng)具有實時獲取遠程現(xiàn)場的各項開關(guān)量參數(shù)的功能。
4、數(shù)據(jù)處理：系統(tǒng)具有將RTU（RemoteTerminalUnit遠程控制終端）采集到的實時數(shù)據(jù)處理加工成相應的報表，提交給系統(tǒng)管理人員或上級管理機構(gòu)的能力。
5、報警處理：系統(tǒng)具有根據(jù)RTU的采集量進行聲光報警的功能。
根據(jù)近年來數(shù)字化城市建設和節(jié)能需求，城市照明監(jiān)控網(wǎng)又增加了“遙調(diào)”、“遙視”的新功能，俗稱“四遙”或“五遙”。“遙調(diào)”就是根據(jù)城市照明電網(wǎng)的實際情況和各時間段不同的照明要求，自動調(diào)整電壓、電流等開關(guān)量，以達到既節(jié)能又保證照明功效的目的。而“遙視”則是通過安裝現(xiàn)場視頻監(jiān)視系統(tǒng)的手段，以達到更直觀地監(jiān)控目標、防盜、展示城市形象的目的。
目前國內(nèi)應用的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)主要有城市路燈亮化無線監(jiān)控系統(tǒng)、城市路燈智能監(jiān)控系統(tǒng)、無線多媒體路燈監(jiān)控系統(tǒng)、路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)等，歸納起來，這些系統(tǒng)存在的主要問題在于：
1、精度不高。
只能達到基站級別（路燈控制箱），最多到回路，精度不高，還遠未達到單燈監(jiān)控的水平，更不能體現(xiàn)智能化。雖說可根據(jù)所測電流量與數(shù)據(jù)庫中所存標準值進行比較，從而計算出亮燈率、功率因素等參數(shù)，但由于現(xiàn)場狀況多變，監(jiān)控手段所限，仍然停留在估算的水平上，根據(jù)回路電流估值本身并不精確，參考價值也就大打折扣。而要達到單燈監(jiān)控，采用怎樣的通訊手段和方案、如何控制成本，都將是困擾其實現(xiàn)的難題。
2、不能適應節(jié)能及監(jiān)控新光源要求。
近年來，能源問題日趨緊張，國家大力宣傳在城市照明行業(yè)發(fā)展節(jié)能新技術(shù)，采用節(jié)能新光源，倡導“綠色照明”新觀念。為順應國家能源戰(zhàn)略的總體要求，各種路燈節(jié)能設備在城市照明行業(yè)得到普遍應用，但目前采用的節(jié)能器，大多設置在控制箱端，體積龐大，控制線路長、設備多，因而節(jié)能效果也受到一定限制。尤其引人注目的是，大批光伏照明產(chǎn)品在各大中城市陸續(xù)登場，太陽能路燈、太陽能景觀燈在生活中已習以常見。而如何對呈分散分布的太陽能燈實施監(jiān)控，達到“分散測控，集中管理”的要求，也已成為新光源推廣使用中的迫切難題。
3、盜失嚴重，管理乏術(shù)。
隨著城市建設規(guī)模的迅速擴展，市政公用設施的管理已成為一個老大難問題。僅在如何防止盜失方面，各地方各行業(yè)就此想了很多辦法，比如加固設施，派專人巡查，加大處罰力度，甚至組建機構(gòu)、招募人員，可以說不遺余力，想盡了方法。但道高一尺，“盜”高一丈，公用設施被盜事件仍層出不窮，防范效果并不顯著。原因主要是監(jiān)控周期長，監(jiān)控范圍大而目標分散，單純依靠人力畢竟不是科學和長久之計。
現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，給提高城市的管理水平提供了新的機遇，GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)已在“數(shù)字化”城市的許多領域大顯身手。而城市照明作為城市市政公用設施的一個子項，其線路復雜、節(jié)點眾多、分布范圍廣而變化頻繁的特點也迫切需要新信息技術(shù)的支持。
筆者就以上的問題進行思考，參考現(xiàn)代信息技術(shù)中的熱點：ZigBee技術(shù)、RFID（無線射頻識別）技術(shù)、GIS技術(shù)，設想在有機結(jié)合這些新技術(shù)的基礎上，仍然利用城市公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（一級主干網(wǎng)，VPN公網(wǎng)）作為現(xiàn)場基站和監(jiān)控中心的信息傳輸途徑，在照明現(xiàn)場組建微型無線監(jiān)控網(wǎng)（二級子網(wǎng)，無線局域網(wǎng)），采用“接力”方式構(gòu)建整個城市照明監(jiān)控網(wǎng)，從而克服由于現(xiàn)場環(huán)境（地理位置、供電條件、節(jié)點狀況）變化對監(jiān)控效果的干擾，達到：一、迅速而精確地采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)；二、動態(tài)監(jiān)測現(xiàn)場設備運行狀況；三、全面了解、及時更新照明設施數(shù)據(jù)庫（局部和全局）的三重目標。徹底解決“最后1公里、甚至100米、10米”的數(shù)據(jù)通信問題。
二、新一代無線通訊技術(shù)背景：
1、ZigBee技術(shù)RFID技術(shù)ZigBee技術(shù)和RFID技術(shù)在2004年就被列為當今世界發(fā)展最快，市場前景最廣闊的十大最新技術(shù)中的兩個。而這兩項技術(shù)都使用電波的方式作無線信息傳輸，二者之間有著緊密的聯(lián)系，前者是復數(shù)節(jié)點互連互通的網(wǎng)絡系統(tǒng)，而后者是一種標示和對個體的識別。把后者的電子標簽設在前者的節(jié)點上可以進行數(shù)據(jù)傳輸和控制，使兩者有機地結(jié)合在一起，可以派生出無窮的應用來。
ZigBee是個仿生學名詞，來源于蜂群中蜜蜂相互通訊時的螺旋形“Z”字舞蹈。ZigBee伴隨著短距離無線通信技術(shù)、即無線個人局域網(wǎng)（WPAN）的應用需求而迅速發(fā)展，使用免費的工業(yè)、科學、醫(yī)療專用頻段（2.4G-ISM），它是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率（20-250KB/s）、低成本、高可靠性、高容量、高安全的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。其主要特點可以概括為“三低兩高”：
?。?）近距離：傳輸范圍一般在10-100m之間，在增加RF發(fā)射功率后，也可增加到1-3km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠（2）低功耗：在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6-24個月，甚至更長。這是ZigBee的突出優(yōu)勢。相比之下藍牙只可以工作數(shù)周、WiFi只能工作數(shù)小時；（3）低成本：通過大幅簡化協(xié)議使成本很低（不足藍牙的1/10），降低了對通信控制器的要求，按預測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點需要32KB代碼，子功能節(jié)點少至4KB代碼，而且ZigBee的協(xié)議專利免費（4）高容量：ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點（設備）管理若干子節(jié)點（設備），最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)；（5）高可靠性：ZigBee技術(shù)中，由于采用網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，自動路由，動態(tài)組網(wǎng)，直序擴頻（DSSS）的方式。因而抗干擾性強，能夠很好適應工業(yè)自動化控制現(xiàn)場的復雜狀況。
1、遙控：對遠端的研究對象和目標進行控制，系統(tǒng)按照控制中心主控機上的各項參數(shù)和控制目標對遠端執(zhí)行機構(gòu)進行控制。
2、遙測：對被測對象的參數(shù)進行遠距離的間接測量，也就是系統(tǒng)具有實時獲取遠程現(xiàn)場的各項模擬量參數(shù)的功能。
3、遙信：把被控對象的動作結(jié)果和故障信息送回到控制端，也就是系統(tǒng)具有實時獲取遠程現(xiàn)場的各項開關(guān)量參數(shù)的功能。
4、數(shù)據(jù)處理：系統(tǒng)具有將RTU（RemoteTerminalUnit遠程控制終端）采集到的實時數(shù)據(jù)處理加工成相應的報表，提交給系統(tǒng)管理人員或上級管理機構(gòu)的能力。
5、報警處理：系統(tǒng)具有根據(jù)RTU的采集量進行聲光報警的功能。
根據(jù)近年來數(shù)字化城市建設和節(jié)能需求，城市照明監(jiān)控網(wǎng)又增加了“遙調(diào)”、“遙視”的新功能，俗稱“四遙”或“五遙”。“遙調(diào)”就是根據(jù)城市照明電網(wǎng)的實際情況和各時間段不同的照明要求，自動調(diào)整電壓、電流等開關(guān)量，以達到既節(jié)能又保證照明功效的目的。而“遙視”則是通過安裝現(xiàn)場視頻監(jiān)視系統(tǒng)的手段，以達到更直觀地監(jiān)控目標、防盜、展示城市形象的目的。
目前國內(nèi)應用的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)主要有城市路燈亮化無線監(jiān)控系統(tǒng)、城市路燈智能監(jiān)控系統(tǒng)、無線多媒體路燈監(jiān)控系統(tǒng)、路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)等，歸納起來，這些系統(tǒng)存在的主要問題在于：
1、精度不高。
只能達到基站級別（路燈控制箱），最多到回路，精度不高，還遠未達到單燈監(jiān)控的水平，更不能體現(xiàn)智能化。雖說可根據(jù)所測電流量與數(shù)據(jù)庫中所存標準值進行比較，從而計算出亮燈率、功率因素等參數(shù)，但由于現(xiàn)場狀況多變，監(jiān)控手段所限，仍然停留在估算的水平上，根據(jù)回路電流估值本身并不精確，參考價值也就大打折扣。而要達到單燈監(jiān)控，采用怎樣的通訊手段和方案、如何控制成本，都將是困擾其實現(xiàn)的難題。
2、不能適應節(jié)能及監(jiān)控新光源要求。
近年來，能源問題日趨緊張，國家大力宣傳在城市照明行業(yè)發(fā)展節(jié)能新技術(shù)，采用節(jié)能新光源，倡導“綠色照明”新觀念。為順應國家能源戰(zhàn)略的總體要求，各種路燈節(jié)能設備在城市照明行業(yè)得到普遍應用，但目前采用的節(jié)能器，大多設置在控制箱端，體積龐大，控制線路長、設備多，因而節(jié)能效果也受到一定限制。尤其引人注目的是，大批光伏照明產(chǎn)品在各大中城市陸續(xù)登場，太陽能路燈、太陽能景觀燈在生活中已習以常見。而如何對呈分散分布的太陽能燈實施監(jiān)控，達到“分散測控，集中管理”的要求，也已成為新光源推廣使用中的迫切難題。
3、盜失嚴重，管理乏術(shù)。
隨著城市建設規(guī)模的迅速擴展，市政公用設施的管理已成為一個老大難問題。僅在如何防止盜失方面，各地方各行業(yè)就此想了很多辦法，比如加固設施，派專人巡查，加大處罰力度，甚至組建機構(gòu)、招募人員，可以說不遺余力，想盡了方法。但道高一尺，“盜”高一丈，公用設施被盜事件仍層出不窮，防范效果并不顯著。原因主要是監(jiān)控周期長，監(jiān)控范圍大而目標分散，單純依靠人力畢竟不是科學和長久之計。
現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，給提高城市的管理水平提供了新的機遇，GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)已在“數(shù)字化”城市的許多領域大顯身手。而城市照明作為城市市政公用設施的一個子項，其線路復雜、節(jié)點眾多、分布范圍廣而變化頻繁的特點也迫切需要新信息技術(shù)的支持。
筆者就以上的問題進行思考，參考現(xiàn)代信息技術(shù)中的熱點：ZigBee技術(shù)、RFID（無線射頻識別）技術(shù)、GIS技術(shù)，設想在有機結(jié)合這些新技術(shù)的基礎上，仍然利用城市公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（一級主干網(wǎng)，VPN公網(wǎng)）作為現(xiàn)場基站和監(jiān)控中心的信息傳輸途徑，在照明現(xiàn)場組建微型無線監(jiān)控網(wǎng)（二級子網(wǎng)，無線局域網(wǎng)），采用“接力”方式構(gòu)建整個城市照明監(jiān)控網(wǎng)，從而克服由于現(xiàn)場環(huán)境（地理位置、供電條件、節(jié)點狀況）變化對監(jiān)控效果的干擾，達到：一、迅速而精確地采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)；二、動態(tài)監(jiān)測現(xiàn)場設備運行狀況；三、全面了解、及時更新照明設施數(shù)據(jù)庫（局部和全局）的三重目標。徹底解決“最后1公里、甚至100米、10米”的數(shù)據(jù)通信問題。
二、新一代無線通訊技術(shù)背景：
1、ZigBee技術(shù)RFID技術(shù)ZigBee技術(shù)和RFID技術(shù)在2004年就被列為當今世界發(fā)展最快，市場前景最廣闊的十大最新技術(shù)中的兩個。而這兩項技術(shù)都使用電波的方式作無線信息傳輸，二者之間有著緊密的聯(lián)系，前者是復數(shù)節(jié)點互連互通的網(wǎng)絡系統(tǒng)，而后者是一種標示和對個體的識別。把后者的電子標簽設在前者的節(jié)點上可以進行數(shù)據(jù)傳輸和控制，使兩者有機地結(jié)合在一起，可以派生出無窮的應用來。
ZigBee是個仿生學名詞，來源于蜂群中蜜蜂相互通訊時的螺旋形“Z”字舞蹈。ZigBee伴隨著短距離無線通信技術(shù)、即無線個人局域網(wǎng)（WPAN）的應用需求而迅速發(fā)展，使用免費的工業(yè)、科學、醫(yī)療專用頻段（2.4G-ISM），它是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率（20-250KB/s）、低成本、高可靠性、高容量、高安全的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。其主要特點可以概括為“三低兩高”：
?。?）近距離：傳輸范圍一般在10-100m之間，在增加RF發(fā)射功率后，也可增加到1-3km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠（2）低功耗：在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6-24個月，甚至更長。這是ZigBee的突出優(yōu)勢。相比之下藍牙只可以工作數(shù)周、WiFi只能工作數(shù)小時；（3）低成本：通過大幅簡化協(xié)議使成本很低（不足藍牙的1/10），降低了對通信控制器的要求，按預測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點需要32KB代碼，子功能節(jié)點少至4KB代碼，而且ZigBee的協(xié)議專利免費（4）高容量：ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點（設備）管理若干子節(jié)點（設備），最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)；（5）高可靠性：ZigBee技術(shù)中，由于采用網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，自動路由，動態(tài)組網(wǎng)，直序擴頻（DSSS）的方式。因而抗干擾性強，能夠很好適應工業(yè)自動化控制現(xiàn)場的復雜狀況。
