CN115568079B - 基于隧道传感器数据的智慧照明能耗监测方法 - Google Patents

基于隧道传感器数据的智慧照明能耗监测方法 Download PDF

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CN115568079B CN202211418066.3A CN202211418066A CN115568079B CN 115568079 B CN115568079 B CN 115568079B CN 202211418066 A CN202211418066 A CN 202211418066A CN 115568079 B CN115568079 B CN 115568079B
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Abstract

本发明公开了基于隧道传感器数据的智慧照明能耗监测方法，属于物联网技术领域。包括：沿隧道长度方向布设若干灯具及网关设备，一个网关设备关联多个灯具，使用传感器感知灯具的调光状态变化，并通过无线传输设备及网关设备向监测平台上传灯具的调光状态数据：包括暗亮状态、灯具当前状态下对应的亮度等级以及灯具状态改变时的时间戳；遍历隧道内所有的网关设备，对其中在线的网关设备下的灯具进行能耗计算，离线的网关设备标记能耗为0；根据设备序列号查询T时间范围内网关设备上传的历史调光状态数据计算能耗并累加，采用本方法能够较为精确的计算出一段时间内隧道照明系统的能耗。

Description

基于隧道传感器数据的智慧照明能耗监测方法
技术领域
本发明涉及一种隧道照明能耗监测方法，具体涉及基于隧道传感器数据的智慧照明能耗监测方法。
背景技术
隧道照明系统一般考虑白天四级调光(晴天、云天、阴天、重阴)以及夜间两级调光(交通量较大、交通量较小)。在计算照明系统的能耗时一般是采取估算的方法，基于昼夜时间段设定、历史天气统计资料，得到各运营工况的工作时间统计，然后，结合各运营工况的灯具回路开启方案，估算隧道照明系统的年耗电量。然而，根据天气来统计的灯具工作时间并不准确，并且灯具调光之后的功率一般是低于额定功率的，导致计算得出的耗能也不准确。
现有技术中，专利CN108882441A公开了一种地下车库智能LED照明控制及能耗监测系统和方法。其中提到的能耗计算方案为：实时采集各个智能集成灯管瞬时电流电压值，当电流电压值出现过流、过压、欠流、欠压时，输出报警信号，生成报警记录；若电流电压值正常，则进行积分累积计算，并记录实时能耗数据，生成历史能耗曲线。
上述专利涉及到的能耗计算方案为：通过采集各个智能集成灯管瞬时电流电压值，并进行积分累计计算。而这种方式对于灯具功率的瞬间变化无法做到百分之百的感知，并且计算能耗时仅在电流电压正常时才进行积分累计计算，未考虑到照明设备的异常数据对能耗计算的影响，因此最终也会影响到能耗计算结果的准确性。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中隧道照明系统能耗计算不准确的问题，提出了基于隧道传感器数据的智慧照明能耗监测方法，通过提前布设的能耗监测系统，使用传感器采集照明系统中的灯具调光数据，对该调光数据进行处理，从而实现较为精确的隧道照明能耗监测。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
基于隧道传感器数据的智慧照明能耗监测方法，其特征在于，包括：
步骤一、沿隧道长度方向布设若干灯具及网关设备，一台网关设备关联多台灯具，灯具设置为两级调光；
步骤二、当某台网关设备下的灯具调光状态发生变化时，使用传感器采集该台网关设备下的灯具调光数据，并随该台网关设备的序列号一起打包通过无线传输设备及网关设备上传至监测平台；所述调光数据包括灯具当前的亮暗状态、灯具当前状态下对应的亮度等级以及灯具状态改变时的时间戳；
步骤三、根据网关的设备序列号查询
Figure 916012DEST_PATH_IMAGE002
时间范围内网关设备上传的历史调光状态数据，根据以下算式计算所有灯具的耗电量
Figure 301994DEST_PATH_IMAGE004
：
Figure 550573DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，
Figure 930737DEST_PATH_IMAGE008
代表
Figure 213951DEST_PATH_IMAGE002
时间范围内网关设备i下的灯具亮灯时长，
Figure 505255DEST_PATH_IMAGE010
代表
Figure 241129DEST_PATH_IMAGE011
时间范围内网关设备i下的灯具暗灯时长，即
Figure 908871DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 46591DEST_PATH_IMAGE015
代表第
Figure 508797DEST_PATH_IMAGE017
个网关亮灯时长内的总功率，
Figure 731968DEST_PATH_IMAGE019
代表第
Figure 436356DEST_PATH_IMAGE020
个网关暗灯时长内的总功率，n为在线网关设备的数量。
进一步的，若某个网关设备在线但能耗为0，则判断其为异常设备；寻找距离最近的在线网关设备，以该距离最近的在线网关设备的亮灯时长作为该异常设备的亮灯时长，再结合该异常设备最近一次上传的功率数据，计算能耗值。
进一步的，
Figure 428583DEST_PATH_IMAGE002
时间范围内网关设备i下的灯具亮、暗灯时长由网关设备i下某一台灯具的亮、暗灯时长代替。
进一步的，第
Figure 327269DEST_PATH_IMAGE021
个网关设备亮灯时长内的总功率
Figure 37736DEST_PATH_IMAGE023
的计算方式如下：
Figure 781701DEST_PATH_IMAGE025
；
其中，
Figure 894014DEST_PATH_IMAGE027
为该网关下第
Figure 698022DEST_PATH_IMAGE029
种灯具的亮灯功率，即该网关下的灯具为亮灯状态时，第
Figure 895785DEST_PATH_IMAGE030
种灯具的功率，
Figure 941976DEST_PATH_IMAGE032
为第
Figure 908795DEST_PATH_IMAGE033
种灯具数量。
进一步的，第
Figure 149283DEST_PATH_IMAGE034
个网关设备暗灯时长内的总功率
Figure 568763DEST_PATH_IMAGE036
的计算方式如下：
Figure 920110DEST_PATH_IMAGE038
；
Figure 475856DEST_PATH_IMAGE040
为该网关下第
Figure DEST_PATH_IMAGE041
种灯具的暗灯功率，即该网关下的灯具为暗灯状态时，第
Figure 356088DEST_PATH_IMAGE030
种灯具的功率，
Figure 761399DEST_PATH_IMAGE042
为第
Figure 650858DEST_PATH_IMAGE030
种灯具数量。
进一步的，若灯具采用正向调光方式，则网关设备i下每台灯具的功率
Figure 389007DEST_PATH_IMAGE044
：
Figure 971298DEST_PATH_IMAGE046
；
其中，
Figure 365370DEST_PATH_IMAGE048
为当前网关下某台灯具的满载功率；
Figure 58519DEST_PATH_IMAGE050
为灯具最暗时，其功率与额定功率的比值；
Figure 588858DEST_PATH_IMAGE052
为灯具当前亮度等级，
Figure 342050DEST_PATH_IMAGE054
为灯具最大亮度等级。
若灯具采用反向调光方式，则网关设备i下每台灯具的功率
Figure 223419DEST_PATH_IMAGE056
：
Figure 224653DEST_PATH_IMAGE058
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE059
为当前网关下某台灯具的满载功率；
Figure 78340DEST_PATH_IMAGE060
为灯具最暗时，其功率与额定功率的比值；
Figure DEST_PATH_IMAGE061
为灯具当前亮度等级，
Figure 205696DEST_PATH_IMAGE054
为灯具最大亮度等级。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明通过在隧道内布设能耗监测系统，使用传感器采集灯具调光数据，并基于调光数据精确的获取灯具调光时间以及对应的调光等级，从而实现较为精确的隧道照明能耗监测与计算，采用本方法监测到的照明能耗与实际能耗相比，误差率小于5%；
2、本发明中，根据调光数据计算能耗时，只处理在线网关设备，将离线的网关设备能耗计为0；或者当某个网关设备处于在线但能耗为0的异常状态时，采用距离较近的在线网关设备的亮灯时长来替代计算异常网关设备的能耗值；从而对采集到的异常调光数据进行修正，提高能耗计算结果的准确性；
3、本发明充分考虑了灯具的正、反向调光方式，针对灯具不同的调光方式采用不同的策略计算灯具功率，从而提高能耗计算结果的准确性。
附图说明
图1为本发明一个实施例的计算流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的属于“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或设备固有的其他步骤或单元。
实施例1
本发明提供了基于隧道传感器数据的智慧照明能耗监测方法，该方法基于提前布设在隧道内的能耗监测系统来实现。所述的能耗监测系统包括沿隧道长度方向间隔布设的若干灯具及网关设备。其中，网关设备负责上传与它关联的照明灯具的用电情况，一台网关设备可关联多台灯具，每台灯具都设置有能够采集其调光数据的传感器。假设隧道内布置了M个传感器和N个网关，则每台网关设备下管理的传感器数量为M/N。传感器通过无线传输设备将对应灯具的调光数据发送给对应的网关设备，由网关负责通过4G网络上传至监测平台。优选的，无线传输设备采用ZigBee无线模块。所述的调光数据包括灯具当前的亮暗状态、灯具当前状态下对应的亮度等级、灯具状态改变时的时间戳。本实施例中，所有灯具均设置为两级调光状态，即暗、亮两种状态，状态为亮时对应的亮度等级为10，状态为暗时对应的亮度等级为0。每台网关设备都有自己的设备编号，在上传调光数据时一并上传，且这些网关设备都记录在监测平台的设备列表中，通过查询设备序列号即可查找相应网关设备的历史调光数据。
监测平台基于传感器数据进行能耗监测的方法包括如下步骤：
步骤一、当灯具的调光状态变化时，传感器通过无线传输设备及网关设备向监测平台上传灯具的调光数据，包括灯具当前的亮暗状态、灯具当前状态下对应的亮度等级、灯具状态改变时的时间戳，如下表所示是传感器上传的设备编号为1的网关设备下灯具的原始数据表，其中，LightParam 为0XAA时，表示灯具此时为暗灯状态，亮度等级为0；LightParam为0X55时，表示灯具此时为亮灯状态，亮度等级为10。
Figure DEST_PATH_IMAGE063
如上表所示，表1为
Figure DEST_PATH_IMAGE065
时刻，网关设备1亮灯时上传的亮灯状态下的灯具原始调光数据；表2为
Figure DEST_PATH_IMAGE067
时刻，网关设备1在暗灯时上传的暗灯状态下的原始调光数据；表3为
Figure DEST_PATH_IMAGE069
时刻，网关设备1亮灯时上传的亮灯状态下的原始调光数据。由于传感器只在灯具调光状态发生改变时上传调光数据，那么
Figure DEST_PATH_IMAGE070
至
Figure DEST_PATH_IMAGE071
时段，灯具的亮灯总时长
Figure DEST_PATH_IMAGE073
；暗灯总时长
Figure DEST_PATH_IMAGE075
，其他的情况可以此类推。
步骤二、监测平台的处理器遍历设备列表中的所有网关设备，对其中在线的网关设备下的灯具进行能耗计算，离线的网关设备标记能耗为0；图1展示了本发明的能耗计算流程。
步骤三、根据网关的设备序列号查询
Figure DEST_PATH_IMAGE076
时间范围内网关设备上传的历史调光数据，并采用以下算式计算所有灯具的耗电量
Figure DEST_PATH_IMAGE077
：
Figure DEST_PATH_IMAGE078
；（1）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE079
代表
Figure DEST_PATH_IMAGE080
时间范围内的亮灯时长，
Figure DEST_PATH_IMAGE081
代表
Figure 931950DEST_PATH_IMAGE002
时间范围内的暗灯时长，即
Figure DEST_PATH_IMAGE082
，
Figure DEST_PATH_IMAGE083
代表第
Figure DEST_PATH_IMAGE084
个网关设备下所有灯具亮灯时长内的总功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE085
代表第
Figure 85677DEST_PATH_IMAGE034
个网关设备下所有灯具暗灯时长内的总功率，n为在线网关设备的数量。
进一步的，若某个网关设备在线但能耗为0，则判断其为异常设备，寻找距离最近的在线网关设备，以该距离最近的在线网关设备的亮灯时长作为该异常设备的亮灯时长，使用该异常设备最近一次上传的功率数据，计算出该台异常设备的能耗值。
本实施例中，由于车辆经过时，同一台网关设备下的灯具亮灯时长大致相同，因此，计算亮灯时长时可采用网关
Figure DEST_PATH_IMAGE086
下的某一灯具的亮灯时长代替。
第
Figure 701111DEST_PATH_IMAGE084
个网关设备下所有灯具亮灯时长内的总功率
Figure DEST_PATH_IMAGE087
的计算方式如下：
Figure 966745DEST_PATH_IMAGE025
；（2）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
为该网关下第
Figure DEST_PATH_IMAGE089
种灯具的亮灯功率，即该网关下的灯具为亮灯状态时，第
Figure 25968DEST_PATH_IMAGE041
种灯具的功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE090
为第
Figure 504092DEST_PATH_IMAGE041
种灯具数量，k为网关设备i下管理的灯具种类。
第
Figure DEST_PATH_IMAGE091
个网关设备下灯具暗灯时长内的总功率
Figure DEST_PATH_IMAGE092
的计算方式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE093
；（3）
Figure DEST_PATH_IMAGE094
为该网关下第
Figure DEST_PATH_IMAGE095
种灯具的暗灯功率，即该网关下的灯具为暗灯状态时，第
Figure 473316DEST_PATH_IMAGE030
种灯具的功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE096
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE097
种灯具数量，k为网关设备i下管理的灯具种类。
由于照明系统中的各个灯具网关当前状态下的亮度等级会跟随洞外光照度的实时变化而进行调整，以使得当前照明段可以满足国家规定的隧道设计亮度值（单位：
Figure DEST_PATH_IMAGE100
）。因此每台网关设备的功率由网关当前的灯具亮度等级、暗灯功率的比例以及调光方向(正向、反向)共同计算决定，这里的网关功率就是指网关设备下管理的。其中，亮度等级用来描述灯具当前亮度值大小以及对应的功率。
正向调光方向是指亮度等级越大，其对应的调光功率也随之增大。具体的，若灯具采用正向调光方式，则网关设备i下每台灯具的功率
Figure DEST_PATH_IMAGE101
：
Figure DEST_PATH_IMAGE102
；（4）
其中，
Figure 581955DEST_PATH_IMAGE048
为当前网关下某台灯具的满载功率；
Figure 659633DEST_PATH_IMAGE050
为灯具最暗时，其功率与额定功率的比值；
Figure DEST_PATH_IMAGE103
为灯具当前亮度等级，
Figure DEST_PATH_IMAGE104
为灯具最大亮度等级。
反向调光方向是指亮度等级越小，其对应的调光功率随之减小。若灯具采用反向调光方式，则网关设备i下每台灯具的功率
Figure DEST_PATH_IMAGE105
：
Figure DEST_PATH_IMAGE106
；（5）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE107
为当前网关下某台灯具的满载功率；
Figure DEST_PATH_IMAGE108
为灯具最暗时，其功率与额定功率的比值；
Figure DEST_PATH_IMAGE109
为灯具当前亮度等级，
Figure DEST_PATH_IMAGE110
为灯具最大亮度等级。
本实施例中，灯具的最大亮度等级由现场施工，测量灯具功率时确定，一般设置为100级。而灯具调光时的亮度等级主要是对灯具当前的功率以及灯具的亮度进行数字量化，比如额定功率100瓦对应的亮度等级就是10级，它当前状态也是最亮的，10瓦对应的亮度为0级，它的当前状态就是最暗。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于隧道传感器数据的智慧照明能耗监测方法，其特征在于，包括：
步骤一、沿隧道长度方向布设若干灯具及网关设备，一台网关设备关联多台灯具，灯具设置为两级调光；
步骤二、当某台网关设备下的灯具调光状态发生变化时，使用传感器采集该台网关设备下的灯具调光数据，并随该台网关设备的序列号一起打包通过无线传输设备及网关设备上传至监测平台；所述调光数据包括灯具当前的亮暗状态、灯具当前状态下对应的亮度等级以及灯具状态改变时的时间戳；
步骤三、根据网关的设备序列号查询
Figure QLYQS_1
时间范围内网关设备上传的历史调光状态数据，根据以下算式计算所有灯具的耗电量
Figure QLYQS_2
：
Figure QLYQS_3
；
其中，
Figure QLYQS_5
代表
Figure QLYQS_8
时间范围内网关设备i下的灯具亮灯时长，
Figure QLYQS_10
代表
Figure QLYQS_6
时间范围内网关设备i下的灯具暗灯时长，即
Figure QLYQS_9
，
Figure QLYQS_11
代表第
Figure QLYQS_12
个网关亮灯时长内的总功率，
Figure QLYQS_4
代表第
Figure QLYQS_7
个网关暗灯时长内的总功率，n为在线网关设备的数量；
若某个网关设备在线但能耗为0，则判断其为异常设备；寻找距离最近的在线网关设备，以该距离最近的在线网关设备的亮灯时长作为该异常设备的亮灯时长，再结合该异常设备最近一次上传的功率数据，计算能耗值；
Figure QLYQS_13
时间范围内网关设备i下的灯具亮、暗灯时长由网关设备i下某一台灯具的亮、暗灯时长代替。
2.根据权利要求1所述的基于隧道传感器数据的智慧照明能耗监测方法，其特征在于，第
Figure QLYQS_14
个网关设备下灯具亮灯时长内的总功率
Figure QLYQS_15
的计算方式如下：
Figure QLYQS_16
；
其中，
Figure QLYQS_17
为该网关设备i下第
Figure QLYQS_18
种灯具的亮灯功率，即该网关下的灯具为亮灯状态时，第
Figure QLYQS_19
种灯具的功率；
Figure QLYQS_20
为第
Figure QLYQS_21
种灯具数量；k为网关设备i下管理的灯具种类。
3.根据权利要求1所述的基于隧道传感器数据的智慧照明能耗监测方法，其特征在于，第
Figure QLYQS_22
个网关设备下灯具暗灯时长内的总功率
Figure QLYQS_23
的计算方式如下：
Figure QLYQS_24
；
Figure QLYQS_25
为该网关设备i下第
Figure QLYQS_26
种灯具的暗灯功率，即该网关下的灯具为暗灯状态时，第
Figure QLYQS_27
种灯具的功率；
Figure QLYQS_28
为第
Figure QLYQS_29
种灯具数量；k为网关设备i下管理的灯具种类。
4.根据权利要求2或3所述的基于隧道传感器数据的智慧照明能耗监测方法，其特征在于，若灯具采用正向调光方式，则网关设备i下每台灯具的功率
Figure QLYQS_30
：
Figure QLYQS_31
；
其中，
Figure QLYQS_32
为当前网关下某台灯具的满载功率；
Figure QLYQS_33
为灯具最暗时，其实际功率与额定功率的比值；
Figure QLYQS_34
为灯具当前亮度等级，
Figure QLYQS_35
为灯具最大亮度等级。
5.根据权利要求2或3所述的基于隧道传感器数据的智慧照明能耗监测方法，其特征在于，若灯具采用反向调光方式，则网关设备i下每台灯具的功率
Figure QLYQS_36
：
Figure QLYQS_37
；
其中，
Figure QLYQS_38
为当前网关下某台灯具的满载功率；
Figure QLYQS_39
为灯具最暗时，其实际功率与额定功率的比值；
Figure QLYQS_40
为灯具当前亮度等级，
Figure QLYQS_41
为灯具最大亮度等级。
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