城市道路照明智慧监控系统研究

作     者：郑瑶 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孟志强;周华安

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081304[工学-建筑技术科学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0838[工学-公安技术] 0813[工学-建筑学] 

主      题：自适应算法 节能 无线传感器网络 日出日落算法 分时段照明调光 

摘      要：在现代化城市道路照明中,只提供傍晚和早晨定时开关灯、深夜和凌晨关闭部分灯具的传统照明控制系统已不能满足需求。城市道路随着我国城镇化的不断发展,照明用电量占全国照明总用电量比重只增不减,这和实现可持续发展,实现城市绿色照明的发展规范不符合。为此,研究与开发一种新的节能型路灯照明控制系统是十分重要的。本文设计和研发一种以城市道路供配电系统为单元,划分监控子系统控制范围,并由多个监控子系统组成的城市道路照明智慧监控系统。监控子系统分为主控制柜和子控制柜两种类别,主控制柜采用工控机为控制器运行,实现对监控系统中所有路灯的开关灯、调光和主控制柜回路开关控制、回路状态和电表参数采集、路灯故障巡检等功能;子控制柜采用Lo Ra无线数据采集器作为控制器,实现子控制柜的回路开关控制、回路状态和电表参数采集等功能,同时接收来自主控制柜指令并返回相应信息。主控制柜发送指令到Lo Ra无线灯控制器,通过灯控制器完成对灯电源和输出功率的控制。以主控制柜中的Lo Ra无线协调器为中心节点、连接Lo Ra无线灯控制器和Lo Ra无线数据采集器,构成城市道路照明智慧监控网络。依据城市道路照明设计标准,提出与研究一种城市道路照明自适应节能控制算法,该算法由路灯开关灯时间自适应调整算法和夜间照明自适应调光算法组成。开关灯时间自适应算法采用路面实时平均亮度反馈,以日出日落算法计算得到的日出日落时间为基础,在日出日落时段与基于标准设计的路面需求亮度比较,自适应地调整实际开关灯时间。夜间自适应调光算法依据道路小时统计平均车流量,在夜间照明时段按小时计算对应的道路照明亮度,实现与车流量统计结果相匹配的分时段调光控制策略,即可保障行车安全,又能实现明显的节能。监控系统中,各模块之间的通信协议是保障系统可靠运行的关键之一。本文采用RS-485通信和Lo Ra无线通信两种方式,设计4G通信模块和工控机之间的通信协议。主控制柜中工控机作为监控系统的主机,运行系统监控程序,程序设计监控系统的界面和工作程序,实现系统的人机交互操作和系统状态监测、模式切换、参数配置和数据分析等功能运行。最后,该系统在江苏省某条次干道测试运行,表明系统能可靠实现区域道路路灯的远程无线开关灯与调光控制等监控功能,验证城市道路照明自适应控制算法的有效性,相比于传统控制方式节能率达38.6%。