1 系統(tǒng)方案設計

加快建設資源節(jié)約型社會，是"十二五"規(guī)劃的重要內容。經(jīng)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(fā)展，道路照明建設和管理也得到了前所未有的大發(fā)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(qū)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(huán)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(chǎn)品能實現(xiàn)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(yè)內使用最多的方案，其局限性主要表現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)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(jiān)測，其局限性主要表現(xiàn)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(huán)境等因素而發(fā)生變化，致使報警臨界值很難確定，容易發(fā)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(xiàn)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(jié)能、監(jiān)控、電纜防盜等目的。路燈節(jié)能、監(jiān)控和電纜防盜系統(tǒng)的優(yōu)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(tài)解析技術解決IP 地址動態(tài)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(jié)能、監(jiān)控、無線報警技術，不僅可以實現(xiàn)節(jié)能、監(jiān)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(jié)能、監(jiān)控和電纜防盜系統(tǒng)設計

2.1 設計原理

路燈節(jié)能、監(jiān)控和電纜防盜系統(tǒng)集節(jié)能、監(jiān)控和電纜防盜于一身，功能強大，該系統(tǒng)將綜合最新的無線通信、計算機網(wǎng)絡、現(xiàn)代總線、工業(yè)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(tǒng)功能設計如下：

①節(jié)約用電，一方面，根據(jù)公式P = UICOSφ ,其中通過自動監(jiān)測電網(wǎng)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(jiān)控，通過對亮燈方式的控制實現(xiàn)節(jié)能。

②通過照明線路的冗余，提高供電傳輸?shù)目煽啃裕⑼ㄟ^遠程管理通訊模塊提供否認多種有效方式實現(xiàn)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(shù)的監(jiān)測，自動、準確、快速發(fā)現(xiàn)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(jiān)控功能模塊，將所有采集和監(jiān)控數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)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(tǒng)計分析，為提高路燈管理工作提供了可靠有用數(shù)據(jù)，并與報警系統(tǒng)聯(lián)動。

2.2 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)主要組成：中央控制單元，數(shù)據(jù)采集節(jié)能控制箱，電纜防盜報警器和無線IP 視頻監(jiān)控器組成，路燈照明、監(jiān)控和電纜防盜系統(tǒng)組成如圖1 所示。

圖1 路燈照明、監(jiān)控和電纜防盜系統(tǒng)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(tǒng)直接交流的部分。中央控制單元通過TCP/IP 與數(shù)據(jù)采集節(jié)能控制器、電纜防盜報警器和無線IP 視頻監(jiān)控器進行通訊，把3 種設備的數(shù)據(jù)進行匯總后，通過數(shù)據(jù)融合，做出相應的處理。實現(xiàn)數(shù)據(jù)地圖顯示、采集信息統(tǒng)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(shù)據(jù)采集節(jié)能控制箱。

數(shù)據(jù)采集節(jié)能控制箱采用先進的數(shù)據(jù)采集方法，把采集的數(shù)據(jù)（電壓、電流等參數(shù)）通過GPRS 方式把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂破鳌，F(xiàn)有的節(jié)能措施如下：

①半夜燈方式：指在照度較高的道路或城鄉(xiāng)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(jié)電率達20%以上。

②選用高效節(jié)能的照明器：最簡單的如用熒光燈、節(jié)能燈取代白熾燈或高壓汞燈。這種方法的節(jié)能效果也十分明顯。缺點是同樣照度下節(jié)能燈的價格高、壽命短③單燈節(jié)能器：它包括了單燈節(jié)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(jiān)控系統(tǒng)相兼容，組合成滿足管理，環(huán)保和節(jié)能等要求的單燈節(jié)能型智能照明系統(tǒng)。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(jié)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(tài)作了詳細的研究，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)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(jīng)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(jié)電器。在原有的路段路燈配電箱里，加裝上路段節(jié)能器，并在目前已得到廣泛的應用。節(jié)能效果達30%~40%,取得了很好的社會效果及經(jīng)濟效果。

系統(tǒng)設計中采用路段節(jié)能和單燈節(jié)能技術相結合，既有路段控制、又有單燈節(jié)能控制功能。能夠最大限度節(jié)約電耗、減少設備損壞。采用現(xiàn)有基于32 位ARM 微控制器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和節(jié)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(jiān)控GSM 模塊運行狀態(tài)。

④SIM 卡和電池容易更換。

⑤實現(xiàn)低溫-20?C 和高溫50?C 工作的指標。

手機與手機之間，GSM 網(wǎng)絡能向主叫報告被叫的狀態(tài)，利用GSM 網(wǎng)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(shù)量比較大。系統(tǒng)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(jiān)控器。

無線IP 視頻監(jiān)控器設計具體要求如下：

①獨立運行的嵌入式系統(tǒng)，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(jù)帶寬情況， 可動態(tài)調整CIF[7]（CommonIntermediate Format,常用的標準化圖像格式，在H.323協(xié)議簇中，規(guī)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(xié)議簇中，規(guī)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(xiàn)警情，發(fā)短信息自動提示。

⑥ 支持RS232 接口，可提供遠程控制云臺和聯(lián)動報警功能。

⑦ 支持動、靜態(tài)IP 管理；適用CDMA 1X、GPRS 網(wǎng)絡。

由于視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)獲取有價值的信息，或者說如何從目視解釋變?yōu)闄C器自動解釋是視頻監(jiān)控技術發(fā)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(xiàn)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(tǒng)采用現(xiàn)有基于32 位ARM 微控制器來實現(xiàn)無線視頻傳輸。軟件采用vxWorks 操作系統(tǒng)，實行多任務優(yōu)先級管理，任務切換時間快，實時性強，各種保護機制提高穩(wěn)定性，通過各種任務間的通訊手段來實現(xiàn)各種任務的調度時序。算法部分采用業(yè)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(xù)的視頻信息處理提供關鍵數(shù)據(jù)。

3 結語

路燈節(jié)能、監(jiān)控和電纜防盜系統(tǒng)以計算機技術為基礎，將城市的照明控制和管理實行系統(tǒng)化、程序化、模塊化、網(wǎng)絡化，使城市照明形成一個統(tǒng)一的智能化整體系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要功能是：采用時控和光控相結合，根據(jù)需要，路燈和景觀燈可以實現(xiàn)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(shù)和接觸器狀態(tài)等技術參數(shù)；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(tǒng)實現(xiàn)靈活的現(xiàn)場調度與控制，可隨時計算、統(tǒng)計、查詢各路段的亮燈率，實現(xiàn)路燈節(jié)能、監(jiān)控和電纜防盜。