CN110740546B - 一种基于智能物联网的夜晚照明感知系统 - Google Patents

Abstract

一种基于智能物联网的夜晚照明感知系统,其特征在于，包括：智能数据采集模块、智能数据汇总模块和智能数据监视模块；本发明应急照明的现场部署可利用BIM三维建模技术结合现场场景情况，合理配置各类型探照灯，并部署在合适的点位上，为现场提供最优的应急照明部署方案，并实现实时可视化监控管理；利用MESH自组网技术，使各升降式照明设备自组网互联，快速构建现场通信网络，为现场提供通信网络保障；同时实时将各照明设备应用状态反馈指挥中心统一监测平台进行状态展示，方便指挥中心对照明设备的应用状态、组网情况进行监控与管理，同时便于指挥中心对应急照明装备进行统一的资源调拨、现场部署等。

Description

一种基于智能物联网的夜晚照明感知系统

技术领域

本发明属于电力照明监控管理，具体地应用于夜晚电力应急处置场景现场， 请求保护一种基于智能物联网的夜晚照明感知系统。

背景技术

在夜晚电力应急处置现场过程中，需要快速部署应急照明装置，对照明装置 的现场部署策略及应用状态无法感知，不能有效进行合理调拨与保障监控。针对 在电力各应急处置场景，尤其是夜晚保电场景下需要各种应急照明设备快速调拨 并为现场处置构建可视光照工作环境，为现场处置提供照明。但第一应急照明设 备的状态无法判断，另外现场的应用情况也无法显示。

电力照明是对夜景照明的大规模的提升工程，工程规模大，实施区域跨度大， 控制要求高，无论从技术上、工程实施以及管理上上都对电力照明控制提出了很 高的要求。例如在城市举办重大活动时，在保障夜景亮化可靠运行的同时，在 发生局部地区电力故障时，通过图像联网，智能识别以及数据分析于段，自动对 当前电力设备运行情况进行分析，便于管理部门调整电力照明方案及模式，避 免事故隐患。涉及对运行数据、照度数据、电能数据、开灯亮灯率数据以及电 力数据进行多元分析，适时调整电力照明方案，并根据使用情况和趋势，适当调 整照明资源，能源资源，通信流量的使用占比，提高资源使用效率及服务品质。

BIM技术,全称Building Information Model,即建筑信息模型。它是指以 建筑工程项目的各项相关数据作为模型的基础,进行建筑模型的建立,通过数字 信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息；电能监控系统监控层监控单元(采集的 数据通过网络层的一种或多种传输方式与监控中心数据层或应用层联络，而目前 针对电力系统领域并没有基于BIM技术和组网技术针对物联网连接设备进行相关 改进的技术方案，进而准确地监控电力夜间照明设备，提高应急处理效率。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地 解决上述问题的一种基于智能物联网的夜晚照明感知系统。

本发明请求保护一种基于智能物联网的夜晚照明感知系统,其特征在于，包 括：

智能数据采集模块：具体为设置在建筑集群内部、机房场所的用于采集汇总 中继器节点设备自身工作状态信息以及通过传感器芯片采集的周围环境信息，并 能智能感知节点周围的故障险情情况，主要包括中继器节点、转发器节点和夜晚 照明节点三种网络节点类型，同时，借助GPS和BIM系统的位置信息，采集交通数 据信息；

智能数据汇总模块：设置于监控机房或者保安值班办公室PC及运行的上位机 监控软件，结合GPS和BIM系统的位置信息,对智能数据采集模块所收集的周围环 境信息和交通数据进行分析和处理,并归纳为电力状态档案，基于3D GIS地图， 结合实时采集数据，进行设定的重点区域电力照明的可视化管理，呈现电力照 明开关状态、运行场景、综合工况以及统计数据，其中，所述实时采集数据包 括媒体展示数据、视频监控数据中的任一种或任多种数据，实现对智能数据采集 模块采集的参数的收集；

利用MESH自组网技术，使各升降式照明设备自组网互联，快速构建现场通信 网络，标准接口可接入便携卫星或汇聚通信点设备回传通道，MESH提供2个E1接 口及多个异步串口,MESH中也接入设备提供2个E1接口,和与智能数据监视模块 通信的IP接口，多个MESH与一个智能数据监视模块中也接入设备通过E1链路首尾 相连地串联起来,使每个被监控设备与智能数据监视模块之间具有一条双向透明 的数据通道，当一侧链路故障时,MESH将自行启动环保护,把业务数据切换到另 一侧备用链路上,确保业务数据传输正常，在增加或删除MESH时,不需要对监控系 统进行设置或调整,业务数据能自行恢复正常传输；

通过串口或者其它方式与应急照明系统采集端进行双向数据通信，收集并分 析应急周明系统采集端发送的数据，发送相应的控制命令或者巡检命令给应急照 明系统的中继器节点，中继器节点再根据命令中的段地址，将命令发送给系统中 相应的节点；

智能数据监视模块：分为机械系统和环境系统两大类；按被监控设各本身的 特性可分为智能设备和非智能设备，智能设备可纳入电能监控系统，而非智能设 备则需通过数据采集器将其智能化后才可接入电能监控系统，当设置于场所的整 个照明区域中任意一个照明区域的故障探测器的故障判别信号被判别为最初的 故障发生时，实时将各照明设备应用状态反馈指挥中心统一监测平台进行状态展 示，包括位置、开启时间、使用时间、电池续航时间及设备的相关状态信息，向 设置于建筑物的整个照明区域的应急开关用中继器传送应急照明通电信号，使 LED照明灯的应急用LED组亮灯，并且向管理员终端及使用者终端传送故障警报提 示信息而产生故障警报。

本发明为了为应急保障现场提供智能、可靠的照明应用，利用泛在电力物 联网、人工智能识别、视频识别技术，提高应急照明组网及应用智能化水平。 应急照明的现场部署可利用BIM三维建模技术结合现场场景情况，合理配置各 类型探照灯，并部署在合适的点位上，为现场提供最优的应急照明部署方案， 并实现实时可视化监控管理。利用MESH自组网技术，使各升降式照明设备自组 网互联，快速构建现场通信网络，标准接口可接入便携卫星或汇聚通信点设备 回传通道，快速与指挥中心互联，为现场提供通信网络保障。同时实时将各照 明设备应用状态反馈指挥中心统一监测平台进行状态展示，包括位置、开启时 间、使用时间、电池续航时间及设备的相关状态信息，方便指挥中心对照明设 备的应用状态、组网情况进行监控与管理，同时便于指挥中心对应急照明装备 进行统一的资源调拨、现场部署等。利用探照灯加摄像头视频识别技术，实现 在夜晚情况下几百米范围内的可视及可见的高清视频采集与回传，让指挥中心 在夜晚情况下对现场抢修、应急处置情况及时了解。

本发明利用应急照明设备升降部署的特点，顶端具备各种外接挂件及提供 统一供电及网路互联接口，配合应急照明，可方便外接一体化高清摄像头、环 境监测采集设备、自组网设备等，具备应用方便、部署快捷、扩展灵活等特点， 为应急处置现场提供支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使 用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例， 因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创 造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明所涉及的一种基于智能物联网的夜晚照明感知系统的系统结 构图；

图2为本发明所涉及的一种基于智能物联网的夜晚照明感知系统智能数据 采集模块的工作流程图；

图3为本发明所涉及的一种基于智能物联网的夜晚照明感知系统智能数据 汇总模块的工作流程图；

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示 了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不 应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻 地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照附图1，本发明请求保护一种基于智能物联网的夜晚照明感知系统,其特 征在于，包括：

智能数据采集模块、智能数据汇总模块和智能数据监视模块；

其中智能数据采集模块：具体为设置在建筑集群内部、机房场所的用于采集 汇总中继器节点设备自身工作状态信息以及通过传感器芯片采集的周围环境信 息，并能智能感知节点周围的故障险情情况，主要包括中继器节点、转发器节点 和夜晚照明节点三种网络节点类型，同时，借助GPS和BIM系统的位置信息，采集 交通数据信息；

智能数据汇总模块：设置于监控机房或者保安值班办公室PC及运行的上位机 监控软件，结合GPS和BIM系统的位置信息,对智能数据采集模块所收集的周围环 境信息和交通数据进行分析和处理,并归纳为电力状态档案，基于3D GIS地图， 结合实时采集数据，进行设定的重点区域电力照明的可视化管理，呈现电力照 明开关状态、运行场景、综合工况以及统计数据，其中，所述实时采集数据包 括媒体展示数据、视频监控数据中的任一种或任多种数据，实现对智能数据采集 模块采集的参数的收集；

利用MESH自组网技术，使各升降式照明设备自组网互联，快速构建现场通信 网络，标准接口可接入便携卫星或汇聚通信点设备回传通道，MESH提供2个E1接 口及多个异步串口,MESH中也接入设备提供2个E1接口,和与智能数据监视模块 通信的IP接口，多个MESH与一个智能数据监视模块中也接入设备通过E1链路首尾 相连地串联起来,使每个被监控设备与智能数据监视模块之间具有一条双向透明 的数据通道，当一侧链路故障时,MESH将自行启动环保护,把业务数据切换到另 一侧备用链路上,确保业务数据传输正常，在增加或删除MESH时,不需要对监控系 统进行设置或调整,业务数据能自行恢复正常传输；

通过串口或者其它方式与应急照明系统采集端进行双向数据通信，收集并分 析应急周明系统采集端发送的数据，发送相应的控制命令或者巡检命令给应急照 明系统的中继器节点，中继器节点再根据命令中的段地址，将命令发送给系统中 相应的节点；

智能数据监视模块：分为机械系统和环境系统两大类；按被监控设各本身 的特性可分为智能设备和非智能设备，智能设备可纳入电能监控系统，而非智 能设备则需通过数据采集器将其智能化后才可接入电能监控系统，当设置于场 所的整个照明区域中任意一个照明区域的故障探测器的故障判别信号被判别为 最初的故障发生时，实时将各照明设备应用状态反馈指挥中心统一监测平台进 行状态展示，包括位置、开启时间、使用时间、电池续航时间及设备的相关状 态信息，向设置于建筑物的整个照明区域的应急开关用中继器传送应急照明通 电信号，使LED照明灯的应急用LED组亮灯，并且向管理员终端及使用者终端 传送故障警报提示信息而产生故障警报。

进一步地，参照附图2，所述智能数据采集模块中采集到的数据,基于TCP/IP 协议,通过局域网加密上传至数据库中进行储存,以便后续调用，运用MySQL建立 平台数据库,MySQL是一种开放源代码的关系型数据库管理系统,采用标准化SQL 语言进行编写,基于的服务器为塔式服务器；

整个建筑物配置一个网关，建筑物内每一个用电、用水系统配置一个分项集 中器，各种智能计量表计采集的各个用能设备，包括照明类、空调类、用水类设 备的电能数据首先传输至各类用能系统的分项集中器，再由分项集中器将数据传 输至网关；

在数据库中,以采集的设备号作为最小记录单位,逐时记录设备的电量、三相 电流、三相电压、电功率数据；

系统的上层网络采用Internet以太网络技术构建传输网络，下层网络传 输的各类电能数据经上层网络传输至数据中心，进行存储并供服务器分析处理。

优选的，所述智能数据采集模块借助GPS和BIM系统的位置信息，采集交通数 据信息，具体包括：

将二维地图的数据导入地图，形成地图数据；其中所述二维地图的数据包 括shp、mif、瓦片图、卫星影像中的任一种或任多种数据，实时动态交通信息 的收集和处理工作，通过光纤、无线广播和导航卫星方式与遍布整个区域的的 交通信息收集系统相连,并将收集到的各种实时交通信息做分类处理；

通过服务端的地图服务程序提供地图数据发布服务，根据客户端的请求， 自动获取对应空间的地图数据并发布；

对地图数据进行处理。

目标建筑实际运行工况与设计工况之间往往存在差异,需要对己建立的初始 电能模型进行一定的参数调整。模型中的一些建筑信息,诸如:建筑围护结构、建 筑高度、建筑面积、房间功能等都是固定的,无需调整；但是,对于像人员密度、 人员活动规律、设备运行规律等这一类的信息,实际值与设计值之间存在一定的 差异,需对建筑模型相关参数进行调整。

电能模型调整方法，首先,依据现场调研及经验对初始电能模型的可变信息 进行一定的参数调整,并对调整后的电能模型进行电能模拟。接着,依次对目标建 筑中的各分项电能,如照明电能、设备电能等进行模拟值与计量值(计量值来自于 能源管理平台记录)的对比,判断两者是否一致。若两者不一致,则将该次优化的 电能模型进行储存,作为新的初始电能模型进行优化。循环该方法,直至模拟电能 与实测电能基本一致时,输出模型作为调整后的电能模型。

照明系统的照明效率主要受照明温度与场内温度的影响,在实际运行中,关 系较为复杂,以Nikano循环效率公式分析照明系数:

式中,ε为Nikano循环照明系数；T₀为照明温度；T_e为场内温度。

将ε对T₀、T_e分别求偏导,可得:

由于T_e＞T₀，所以

即

由此可知:在照明循 环中,照明温度对照明系数的影响大于场内温度对照明系数的影响；既照明剂的 照明温度对照明系数的影响更大,与其对应的场内温度值的合理设定便显得尤为 重要。因此,在对照明系统的运行进行优化时,假定机组照明灯照明温度为定值, 选取照明场所场内温度为优化变量。

进一步地，参照附图3，所述智能数据采集模块中的夜晚照明节点主要功能 为采集夜晚照明外部和周围的参数并将数据包发送到中继器节点；

转发器节点和夜晚照明节点有相同的硬件构成，不同的是转发器节点除了具 有夜晚照明节点具有的功能外还负责路由发现和数据转发；

中继器节点负责整个网络的组建、转发夜晚照明整个采集端和上位机的数 据，它仅包含CC2640射频部分不含有采集参数的传感器。

优选的，所述智能数据汇总模块，还包括：

用户根据子系统的运行状态信息对协同联动预案进行灵活配置，其支持自定 义预案，即根据子系统及其所属设备相关的属性或事件自行配置联动预案的内 容，并将联动预案通过数据库接口存储到数据库中，设置好触发条件后，即可作 为一个协同联动预案进行调用；

对目标建筑中安装的数据采集器,运用远程传输手段将采集到的电能数据汇 总到自建的数据库之中,通过前端网页的不同逻辑指令调用数据,以图表的形式 展现数据及其变化趋势,从而实现目标建筑电能的实时监测和动态分析；

收集系统的运行信息并将其存储到数据库中，对整个建筑群的多个子系统的 运行状态进行综合分析，为多个子系统之间的协同联动策略提供数据分析基础；

将智能数据采集模块送过来的原始电能数据包进行接收、校验、解析、归一 化处理、拆分计算，从而得到分类分项电能数据，并通过调用函数库接口函数写 入到数据库中，进行永久保存，将所有过程记录至日志记录；

收集包括系统运行日志、操作日志及设备日志在内的数据信息，以对子系 统的运行状态进行监控，并记录业务处理模块对其发出的操作指令信号，以及 设备状态监控。

优选的，所述智能数据监视模块，具体还包括：

选择SYNCE2000型智能网关,MCU微控制单元(Microcontroller Unit)，加 入智能算法，采用物联网技术，集成网络通信模块与核心控制器关联；

选用分布式结构，通过网关、ZigBee网络和TCP/IP传输协议，将采集到 的电能数据实时传输至本监测系统的数据中心，再通过多种通讯协议及方式，实 现向下兼容其他系统数据的接入，同时也支持将数据顺利上传至地区、国家的数 据中心网关支持IEC60850、IEC61870-5-101/103/104、Modebus协议及SPA总线和 Courier专有协议；

ARM微处理器的体系结构支持8/16/32位数据宽度的读、写,对应的可以构 建8/16/32位的Flash存储器系统；SRAM存储控制器支持访问8/16位存储设 备,可完成8/16位的ROM和SRAM访问；SDRAM控制器可以支持多达4组的16 位SDRAM的访问与控制。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技 术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所 作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (1)

1.一种基于智能物联网的夜晚照明感知系统，其特征在于，包括：

智能数据采集模块：具体为设置在建筑集群内部、机房场所的用于采集汇总中继器节点设备自身工作状态信息以及通过传感器芯片采集的周围环境信息，并能智能感知节点周围的故障险情情况，包括中继器节点、转发器节点和夜晚照明节点三种网络节点类型，同时，借助GPS和BIM系统的位置信息，采集交通数据信息；

智能数据汇总模块：设置于监控机房或者保安值班办公室PC及运行的上位机监控软件，结合GPS和BIM系统的位置信息，对智能数据采集模块所收集的周围环境信息和交通数据进行分析和处理，并归纳为电力状态档案，基于3D GIS地图，结合实时采集数据，进行设定的重点区域电力照明的可视化管理，呈现电力照明开关状态、运行场景、综合工况以及统计数据，其中，所述实时采集数据包括媒体展示数据和/或视频监控数据中，实现对智能数据采集模块采集的参数的收集；

利用MESH自组网技术，使各升降式照明设备自组网互联，快速构建现场通信网络，标准接口可接入便携卫星或汇聚通信点设备回传通道，MESH提供2个E1接口及多个异步串口，MESH中心接入设备提供2个E1接口，和与智能数据监视模块通信的IP接口，多个MESH与一个智能数据监视模块中心接入设备通过E1链路首尾相连地串联起来，使每个被监控设备与智能数据监视模块之间具有一条双向透明的数据通道，当一侧链路故障时， MESH将自行启动环保护，把业务数据切换到另一侧备用链路上，确保业务数据传输正常，在增加或删除MESH时，不需要对监控系统进行设置或调整，业务数据能自行恢复正常传输；

通过串口方式与应急照明系统采集端进行双向数据通信，收集并分析应急照明系统采集端发送的数据，发送相应的控制命令或者巡检命令给应急照明系统的中继器节点，中继器节点再根据命令中的段地址，将命令发送给系统中相应的节点；

智能数据监视模块：按被监控设备本身的特性可分为智能设备和非智能设备，智能设备可纳入电能监控系统，而非智能设备则需通过数据采集器将其智能化后才可接入电能监控系统，当设置于场所的整个照明区域中任意一个照明区域的故障探测器的故障判别信号被判别为最初的故障发生时，实时将各照明设备应用状态反馈指挥中心统一监测平台进行状态展示，包括位置、开启时间、使用时间、电池续航时间，向设置于建筑物的整个照明区域的应急开关用中继器传送应急照明通电信号，使LED照明灯的应急用LED组亮灯，并且向管理员终端及使用者终端传送故障警报提示信息而产生故障警报；

所述智能数据采集模块中采集到的数据，基于TCP/IP协议，通过局域网加密上传至数据库中进行储存，以便后续调用，运用MySQL建立平台数据库，MySQL是一种开放源代码的关系型数据库管理系统 ，采用标准化SQL语言进行编写，基于的服务器为塔式服务器；

整个建筑物配置一个网关，建筑物内每一个用电、用水系统配置一个分项集中器，各种智能计量表计采集的各个智能设备，包括照明类、空调类、用水类设备的电能数据首先传输至各类用能系统的分项集中器，再由分项集中器将数据传输至网关；

在数据库中，以采集的设备号作为最小记录单位，逐时记录设备的电量、三相电流、三相电压、电功率数据；

系统的上层网络采用 Internet 以太网络技术构建传输网络，下层网络传输的各类电能数据经上层网络传输至数据中心，进行存储并供服务器分析处理；

所述智能数据采集模块借助GPS和BIM系统的位置信息，采集交通数据信息，具体包括：

将二维地图的数据导入地图，形成地图数据；其中所述二维地图的数据包括shp、mif、瓦片图、卫星影像中的任一种或任多种数据，实时动态交通信息的收集和处理工作，通过光纤、无线广播和导航卫星方式与遍布整个区域的交通信息收集系统相连，并将收集到的各种实时交通信息做分类处理；

通过服务端的地图服务程序提供地图数据发布服务，根据客户端的请求，自动获取对应空间的地图数据并发布；

对地图数据进行处理；

依据所述智能数据采集模块获取的数据获取初始电能模型；

对初始电能模型的可变信息进行参数调整，并对调整后的电能模型进行电能模拟；

依次对目标建筑中的各分项电能，包括照明电能、设备电能，进行模拟值与计量值的对比，所述计量值来自于能源管理平台记录，判断两者是否一致，若两者不一致，则将该次优化的电能模型进行储存，作为新的初始电能模型进行优化；

循环所述模拟值与计量值的对比，直至模拟值与计量值一致时，输出模型作为调整后的电能模型；

照明系统的照明效率主要受照明温度与场内温度的影响，以Nikano循环效率公式分析照明系数:

式中，

为Nikano循环照明系数；

为照明温度；

为场内温度；

将

对

分别求偏导，可得:

由于

，所以

，即

，由此可知:在照明循环中，照明温度对照明系数的影响大于场内温度对照明系数的影响；

在对照明系统的运行进行优化时，假定机组照明灯照明温度为定值，选取照明场所场内温度为优化变量；

所述智能数据采集模块中的夜晚照明节点功能为采集夜晚照明外部和周围的参数并将数据包发送到中继器节点；

转发器节点和夜晚照明节点有相同的硬件构成，不同的是转发器节点除了具有夜晚照明节点具有的功能外还负责路由发现和数据转发；

中继器节点负责整个网络的组建、转发夜晚照明整个采集端和上位机的数据，仅包含CC2640 射频部分不含有采集参数的传感器；

所述智能数据汇总模块，还包括：

用户根据子系统的运行状态信息对协同联动预案进行灵活配置，其支持自定义预案，即根据子系统及其所属设备相关的属性或事件自行配置联动预案的内容，并将联动预案通过数据库接口存储到数据库中，设置好触发条件后，即可作为一个协同联动预案进行调用；

对目标建筑中安装的数据采集器，运用远程传输手段将采集到的电能数据汇总到自建的数据库之中，通过前端网页的不同逻辑指令调用数据，以图表的形式展现数据及其变化趋势，从而实现目标建筑电能的实时监测和动态分析；

收集系统的运行信息并将其存储到数据库中，对整个建筑群的多个子系统的运行状态进行综合分析，为多个子系统之间的协同联动策略提供数据分析基础；

将智能数据采集模块送过来的原始电能数据包进行接收、校验、解析、归一化处理、拆分计算，从而得到分类分项电能数据，并通过调用函数库接口函数写入到数据库中，进行永久保存，将所有过程记录至日志记录；

收集包括系统运行日志、操作日志及设备日志在内的数据信息，以对子系统的运行状态进行监控，并记录业务处理模块对其发出的操作指令信号，以及设备状态监控；

所述智能数据监视模块，具体还包括：

选择SYNCE2000型智能网关， MCU微控制单元(Microcontroller Unit)，加入智能算法，采用物联网技术，集成网络通信模块与核心控制器关联；

选用分布式结构，通过网关、ZigBee 网络和 TCP/IP 传输协议，将采集到的电能数据实时传输至本监测系统的数据中心，再通过多种通讯协议，实现向下兼容其他系统数据的接入，同时也支持将数据顺利上传至地区、国家的数据中心网关，支持IEC60850、IEC61870-5-101/103/104、Modebus协议及SPA总线和Courier专有协议；

ARM微处理器的体系结构支持8/16/32位数据宽度的读、写，对应的可以构建8/16/32位的Flash存储器系统；SRAM存储控制器支持访问8/16位存储设备，可完成8/16位的ROM和SRAM访问；SDRAM控制器可以支持多达4组的16位SDRAM的访问与控制。

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