1 系統方案設計

加快建設資源節約型社會，是"十二五"規劃的重要內容。經濟的繁榮加速了城市化的步伐，同時帶動了市政及公路建設快速發展，道路照明建設和管理也得到了前所未有的大發展。但是，隨著城市照明范圍的日益擴大，城市照明設施的管理煩瑣、管理費用高等問題就變得越來越突出。

①隨著城市照明設施的完善，電費也隨著成為市政財務的負擔。許多地區因用電時段變化，電壓的波動較大，電壓升高可引起照明設備損壞、電能消耗大等一系列問題。

②照明設備以及照明電纜的頻繁被盜或損壞，造成路燈亮不起來，這不但影響城市的景觀及交通，還給不法分子作案提供了有利環境，給社會帶來一系列的治安問題。

目前，市場已推出了幾款（不同原理）針對路燈線路的防盜報警設備，但是還沒有一個產品能實現大范圍的推廣，主要原因是其檢測原理有各自的局限性。

1.1 電力載波防盜報警方案

電力載波方案是行業內使用最多的方案，其局限性主要表現在：

①城市照明電路建設周期長，線路存在專用和公用變壓器并存現象，使得線路上各種雜波電信號比較強，當各種雜波信號強于載波信號時，很容易造成虛報警的產生。

②由于電力載波方案是通過測試外加載波信號的方式實現的，載波信號存在電路衰減，以及大量補償電容對中頻載波信號的吸收，因此這種方案無法適應于線路超過1 km的照明供電線路。

③方案中的電源采用2 種方式，一種線路正常供電的情況下，通過供電線路獲取，另一種當線路關閉的情況下，采用鋰電池供電，完成電力載波通訊，但是鋰電池充放電大約300 次，致使維護量、維護成本難以接受。

1.2 漏電防盜報警方案

采用檢測漏電方式進行監測，其局限性主要表現在：

將正常情況下的漏電值作為基準值，通過設定臨界值進行報警，但是照明線路的漏電值會隨線路的老化程度、周圍環境等因素而發生變化，致使報警臨界值很難確定，容易發生誤報警操作。

1.3 在燈桿末端加裝通訊設備實施報警的方案

采用在燈桿末端加裝通訊設備，其局限性主要表現在：

一方面，電路在不供電的情況下，無法進行報警操作，其適用性不強。另一方面，資金投入較大，安裝、維護困難。

針對上述問題，各級管理部門一直在尋找技術手段，來輔助達到節能、監控、電纜防盜等目的。路燈節能、監控和電纜防盜系統的優點在于：

①采取智能識別技術對視頻信息進行分析，能做到初步動作識別，提出告警。

②采用動態解析技術解決IP 地址動態解析問題。

③特殊的電池設計，使電池使用壽命大大提高。

④綜合節能、監控、無線報警技術，不僅可以實現節能、監控和電纜防盜功能，而且為路燈管理提供了高效的自動智能化管理途徑和手段，提升管理方面的效率。

2 路燈節能、監控和電纜防盜系統設計

2.1 設計原理

路燈節能、監控和電纜防盜系統集節能、監控和電纜防盜于一身，功能強大，該系統將綜合最新的無線通信、計算機網絡、現代總線、工業自動化、軟件等技術，為路燈管理提供了高效的自動智能化管理途徑和手段，提升管理方面的效率。

系統功能設計如下：

①節約用電，一方面，根據公式P = UICOSφ ,其中通過自動監測電網中的不利因素，自動消除降低無功功率和提高功率因素，大大提高用電效率；另一方面，通過遠程管理模塊可對路燈進行監控，通過對亮燈方式的控制實現節能。

②通過照明線路的冗余，提高供電傳輸的可靠性，并通過遠程管理通訊模塊提供否認多種有效方式實現故障點的快速定位，和信息傳送的實時性。

③電纜防盜功能，通過對供電線路參數的監測，自動、準確、快速發現與識別對電纜的不法破壞，并通過GSM、GPRS通道進行報警。

④通過信息的收集和監控功能模塊，將所有采集和監控數據保存至數據庫，并且可通過圖形、地圖（GIS）、報表、曲線等形式反映出來，方便管理與統計分析，為提高路燈管理工作提供了可靠有用數據，并與報警系統聯動。

2.2 系統設計

系統主要組成：中央控制單元，數據采集節能控制箱，電纜防盜報警器和無線IP 視頻監控器組成，路燈照明、監控和電纜防盜系統組成如圖1 所示。

圖1 路燈照明、監控和電纜防盜系統組成

（1）中央控制單元。

中央控制單元安裝在路燈管理中心內，由管理計算機、管理軟件部分、和中央控制臺組成，是管理人員與本系統直接交流的部分。中央控制單元通過TCP/IP 與數據采集節能控制器、電纜防盜報警器和無線IP 視頻監控器進行通訊，把3 種設備的數據進行匯總后，通過數據融合，做出相應的處理。實現數據地圖顯示、采集信息統計、視頻顯示、設備報警信息處理等功能，可單獨控制到每個路燈。

（2）數據采集節能控制箱。

數據采集節能控制箱采用先進的數據采集方法，把采集的數據（電壓、電流等參數）通過GPRS 方式把數據傳輸到中央控制器。現有的節能措施如下：

①半夜燈方式：指在照度較高的道路或城鄉結合部街道的路燈，由于下半夜人流量、車流量較少，亮度不需要太高的情況下，在23 點以后關掉一部分燈，實行一隔一的關燈辦法。其特點是：投資小、見效快、方法簡單易行、維護方便、節電率達20%以上。

②選用高效節能的照明器：最簡單的如用熒光燈、節能燈取代白熾燈或高壓汞燈。這種方法的節能效果也十分明顯。缺點是同樣照度下節能燈的價格高、壽命短③單燈節能器：它包括了單燈節能器、單燈檢測單元、在線檢測終端、設置終端和通訊模塊；它可以和城市燈光實時監控系統相兼容，組合成滿足管理，環保和節能等要求的單燈節能型智能照明系統。從根本上改變城市路燈的管理方式，但其投資較大。

④路段節能器：這首先是由西歐國家開始的，他們首先對鈉燈的工作特性和實際工作狀態作了詳細的研究，發現電網電壓高低差別太大是電能浪費的主要原因，在上半夜，電壓就經常超過220 V,到下半夜甚至超過了240 V.鈉燈在240 V 電壓下的工作電流將是220 V 電壓工作時的1.5 倍，電能消耗較大。同時鈉燈的壽命也大大下降。因此研制了該節電器。在原有的路段路燈配電箱里，加裝上路段節能器，并在目前已得到廣泛的應用。節能效果達30%~40%,取得了很好的社會效果及經濟效果。

系統設計中采用路段節能和單燈節能技術相結合，既有路段控制、又有單燈節能控制功能。能夠最大限度節約電耗、減少設備損壞。采用現有基于32 位ARM 微控制器來實現數據采集和節能控制。

（3）電纜防盜報警器。

電纜防盜報警器由電源、電池、MCU、GSM 模塊[7]、天線和外殼六部分組成其結構如圖2 所示。

圖2 電纜防盜報警器組成

設計的技術要求如下：

①40~265 V 寬輸入范圍的開關電源設計。

②電池管理電路設計。

③監控GSM 模塊運行狀態。

④SIM 卡和電池容易更換。

⑤實現低溫-20?C 和高溫50?C 工作的指標。

手機與手機之間，GSM 網絡能向主叫報告被叫的狀態，利用GSM 網絡的上述功能，做成巡檢方式，簡化了末端設計，提高了末端的可靠性，降低了末端成本。

電纜防盜報警器中的電池設計，通常情況電池一般使用鋰電池，而其壽命充放電一般為300 次，一天一次充放電只能維持10 個月左右，到時維護量、維護成本和虛警數量比較大。系統設計中采用容量比較大的充電電容代替鋰電池，使重放電壽命高達60 年，解決了電纜防盜報警器維護量大、維護成本高的難題。

（4）無線IP 視頻監控器。

無線IP 視頻監控器設計具體要求如下：

①獨立運行的嵌入式系統，自動撥號接入 Internet,確保無人值守下永不死機。

②4 路PAL 制/N 制高清晰度352 X 288 視頻輸入。

③ 根據帶寬情況， 可動態調整CIF[7]（CommonIntermediate Format,常用的標準化圖像格式，在H.323協議簇中，規定了視頻采集設備的標準采集分辨率）與QCIF（Quarter common intermediate format,常用的標準化圖像格式，在H.323 協議簇中，規定了視頻采集設備的標準采集分辨率），確保傳輸速率。

④圖像傳輸速度2 幀-8 幀/秒，可遠程錄像。

⑤2 路報警輸入，1 路報警輸出，出現警情，發短信息自動提示。

⑥ 支持RS232 接口，可提供遠程控制云臺和聯動報警功能。

⑦ 支持動、靜態IP 管理；適用CDMA 1X、GPRS 網絡。

由于視頻監控的數據量非常大，而用戶真正需要的信息只是少部分，如何通過海量數據獲取有價值的信息，或者說如何從目視解釋變為機器自動解釋是視頻監控技術發展的一個新方向。利用計算機視覺和視頻分析的方法對攝像機拍攝的圖像序列進行自動分析，實現對場景中目標的檢測、跟蹤和識別，并在此基礎上分析和判斷目標的行為，從而能完成日常管理，提供最為有效、及時的快速反應措施。系統采用現有基于32 位ARM 微控制器來實現無線視頻傳輸。軟件采用vxWorks 操作系統，實行多任務優先級管理，任務切換時間快，實時性強，各種保護機制提高穩定性，通過各種任務間的通訊手段來實現各種任務的調度時序。算法部分采用業內最新的視頻壓縮技術，使圖像的壓縮比大，而最大限度地保留關鍵信息，為后續的視頻信息處理提供關鍵數據。

3 結語

路燈節能、監控和電纜防盜系統以計算機技術為基礎，將城市的照明控制和管理實行系統化、程序化、模塊化、網絡化，使城市照明形成一個統一的智能化整體系統，該系統的主要功能是：采用時控和光控相結合，根據需要，路燈和景觀燈可以實現群控和組控；自動或手動巡測、選測各路燈終端的電壓、電流、有功功率、功率因數和接觸器狀態等技術參數；終端具有自行開、關路燈的獨立運行功能及水浸報警、線路被盜等自動報警裝置；通過移動控制分系統實現靈活的現場調度與控制，可隨時計算、統計、查詢各路段的亮燈率，實現路燈節能、監控和電纜防盜。