CN203851320U - 基于mesh网络的城市照明控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于MESH网络的城市照明控制系统，包括道路照明监控中心、监控子站和照明终端，每个监控子站与多个照明终端通形成基于MESH网络的控制子系统，每个照明终端为一个MESH节点，每个控制子系统通过GPRS网络与道路照明监控中心相连接形成星型的区域控制网络。本实用新型的基于MESH网络的城市照明控制系统将以MESH为代表的短距离无线通信技术与以GPRS为代表的公网无线通信技术的结合，使得对整个照明终端的控制精确到单灯，从而彻底摆脱电网及其它监控对象对监控目标的影响，而且实现单灯监控，可以提高节能效率，避免节能设备对电网造成二次污染，降低节能成本。

Description

基于MESH网络的城市照明控制系统

技术领域

本实用新型涉及物联网应用领域，具体而言涉及一种基于MESH网络的城市照明控制系统。

背景技术

随着无线通信技术和计算机技术的飞速发展，起源于上个世纪90年代初的城市照明监控技术也有了长足的发展，城市照明监控网俗称“三遥” 系统，其主要功能有：遥控、遥测、遥信、数据处理、报警处理。根据近年来数字化城市建设和节能需求，城市照明监控网又增加了“遥调”、“遥视” 的新功能，   其中，“遥调”就是根据城市照明电网的实际情况和各时间段不同的照明要求，自动调整电压、电流等开关量，以达到既节能又保证照明功效的目的。而“遥视” 则是通过安装现场视频监视系统的手段，以达到更直观地监控目标、防盗、展示城市形象的目的。

然而现有的城市照明监控系统方面的应用中，通常采用路灯控制箱来实现系统控制，精度不高，还远未达到单灯监控的水平，更不能体现智能化。虽然可根据所测电流量与数据库中所存标准值进行比较，从而计算出亮灯率、功率因素等参数，但由于现场状况多变，监控手段所限，仍然停留在估算的水平上。

另一方面，近年来，能源问题日趋紧张，国家大力宣传在城市照明行业发展节能新技术，采用节能新光源，倡导“绿色照明”新观念。为顺应国家能源战略的总体要求，各种路灯节能设备在城市照明行业得到普遍应用，但目前采用的节能器，大多设置在控制箱端，体积庞大，控制线路长、设备多，因而节能效果也受到一定限制。尤其引人注目的是，大批光伏照明产品在各大中城市陆续登场，太阳能路灯、太阳能景观灯在生活中已习以常见。而如何对分散分布的太阳能灯实施监控，达到“分散测控，集中管理”的要求，业已成为新光源推广使用中的迫切难题。

随着城市建设规模的迅速扩展，市政公用设施的管理已成为一个老大难问题。仅在如何防止盗失方面，各地方各行业就此想了很多办法， 比如加固设施，派专人巡查，加大处罚力度，甚至组建机构、招募人员，可以说不遗余力，想尽了方法。但公用设施被盗事件仍层出不穷，防范效果并不显著。原因主要是监控周期长，监控范围大而目标分散，单纯依靠人力毕竟不是科学和长久之计。

实用新型内容

针对现有技术中存在的一个或多个缺陷，本实用新型旨在提供一种基于MESH网络的城市照明控制系统。

为达成上述目的，本实用新型提出一种基于MESH网络的城市照明控制系统，包括道路照明监控中心、监控子站和照明终端，每个监控子站与多个照明终端通形成基于MESH网络的控制子系统，每个照明终端为一个MESH节点，每个控制子系统通过GPRS网络与道路照明监控中心相连接形成星型的区域控制网络。

进一步，每一个控制子系统形成一个多星或链型拓扑结构的控制局域网，在每一个控制局域网中包括至少一个路由节点和多个端节点。

进一步，每个照明终端包括用于监测节点电压的电压互感器和用于监测节点电流的电流互感器，并通过所述GPRS网络将节点电压、电流信息传送到道路照明监控中心。

进一步，每个照明终端配置有备用直流蓄电池。

进一步，每一个控制子系统内还设有RFID智能终端，该RFID智能终端由一智能控制模块、RFID读写模块和无线通信模块构成，所述RFID读写模块用于监测布置有RFID标签的部件的状态信息，所述智能控制模块，用于根据监测结果控制激活一巡检模块并将巡检结果通过无线通信模块传输至所述道路照明监控中心。

由以上本实用新型的技术方案可知，本实用新型的有益效果在于：

1、通过以MESH为代表的短距离无线通信技术与以GPRS为代表的公网无线通信技术的结合，使得对整个照明终端的控制精确到单灯(杆)，从而彻底摆脱电网及其它监控对象对监控目标的影响，而且实现单灯监控，可以极大提高节能效率，避免节能设备对电网造成二次污染，降低节能成本；

2、RFID和MESH技术的结合，使得对于管理随时间动态变化的市政公用设施(比如灯盏数)，各专业部门能够快速统计；对于令人头痛的盗失问题，具体监管部门也能迅速做出反应，在使用较少的人力物力基础上，尽可能减少由此造成的损失，从而获得良好的管理效益，将使管理者全面准确地掌控设备运行及故障情况，预防或减少各种事故所造成的损失；

3、采用无线监控，无需铺设专用线缆，在城市管网日益拥挤、金属材料价格日益昂贵的今天，一方面减少施工难度，另一方面节省人力、物力，将有效地降低工程成本，同时有利于长期的管理维护。

附图说明

图1为基于MESH网络的城市照明控制系统的系统结构图。

图2为控制子系统的拓扑结构示意图。

图3为基于MESH网络的城市照明控制系统的布置示意图。

图4为基于MESH网络的控制方案示意图。 

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

如图1所示，根据本实用新型的较优实施例，基于MESH网络的城市照明控制系统，包括道路照明监控中心1、监控子站2和照明终端3，每个监控子站2与多个照明终端3通形成基于MESH网络的控制子系统，每个照明终端3为一个MESH节点，每个控制子系统通过GPRS网络与道路照明监控中心1相连接形成星型的区域控制网络。

参考图2所示，每一个控制子系统形成一个多星或链型拓扑结构的控制局域网4，在每一个控制局域网中包括至少一个路由节点31和多个端节点32, 路由节点31和多个端节点32均为MESH节点，其中一个路由节点管理多个端节点的方法，用以减少路由次数，以实现快速稳定访问远端的端节点。端节点32根据与路由节点31通信的信号强度与稳定度，自动寻找最佳的链路连接到路由节点31上，形成星型的MESH网络。由于一个MESH子网(即由一个子站协调器管理的网络)的节点容量很大，理论上最大节点数为2¹⁶个，因此，本实施例中把节点间通信距离设计为1000米(节点包含功率放大)，这样在两个路由节点间可以布置多个端节点形成星形网络。由于减少了长距离转发的次数，因此由监控子站的网关(网络协调器)到最后的端节点的路由访问速度很快。另外，信号的传输速率为250kb/s，完全可以满足节点信息的传输量。在实际的应用中，50kb/s的传输速率已经足够。因此，可以配置较低的传输速率来获得较高的数据传输可靠性。

每个照明终端包括用于监测节点电压的电压互感器和用于监测节点电流的电流互感器，并通过GPRS网络将节点电压、电流信息传送到道路照明监控中心，道路照明监控中心接收节点电压、电流信息，例如节点是否工作正常以及节点上的灯具是否被盗等状态信息。

每个路由节点可管理多个端节点，路由节点的间距主要根据路段环境设定，保证路由节点与受其管理的最远端节点的距离满足稳定通信条件。

为保证路由节点的稳定性，路由节点处设计为双节点，即有2个路由节点在同一点，其中1个为备用路由节点。当主路由节点故障，备用路由节点会自动替代主路由节点，提高系统的稳定冗余。

每个节点出厂时配置唯一的MAC地址。现场安装时记录每个灯杆对应的节点MAC地址。路由节点会自动给端节点分配IP地址，实现自动路由。

每个照明终端还可配备直流蓄电池（备用），当道路照明系统出现线路被盗导致失电等意外情况下，可提供电能供照明终端将信息传送到监控中心，实现防盗报警功能。

参考图3所示，照明终端3上采用的照明灯为高频变频镇流器钠灯，每一个控制子系统内还包括RFID智能终端，该RFID智能终端由一智能控制模块、RFID读写模块和无线通信模块构成，RFID读写模块监测布置有RFID标签的部件的状态信息，智能控制模块控制根据监测结果控制激活一巡检模块5，例如一配备车载RFID标签6的巡检车，并将巡检结果通过无线通信模块传输至道路照明监控中心1，巡检模块对局域网内的设备进行检查，确认人为偷盗故障后，迅速向监控中心1报警。在一些实施例中，如有条件，可启动现场摄像系统。

RFID标签的布置应选择被盗价值和概率大的部件，例如路灯电缆和灯具设备，还需注意RFID读写装置的有效监控范围，比如对于地下管线，可考虑在管线显露出地面的位置(灯座内引上、控制箱内引上部分)设置。

RFID读写装置的电源可以和MESH合二为一，并配备必要的备用电源（UPS），以保证系统在掉电时也能正常工作。

本实施例中，参考图4所示，照明终端还可以通过电压互感器、电流互感器监测节点电压、电流信息，通过网络将终端的电压、电流数据传送到监控中心进行调控，结合闭环控制方法，实现电压正弦波输出，以实现节能控制并延长灯具使用寿命。当然，也可在节点通过芯片进行自动控制，从而达到监控和调整的目的，这样一来，只需要在重要地带安排巡检人员，当钠灯有异常情况，自动报警到监控平台，大大节约了人力成本。

综上所述，本实用新型的基于MESH网络的城市照明控制系统符合绿色照明规范的城市照明智能监控网要求，并具有多项优点：

(1)精确化

其一，以MESH为代表的短距离无线通信技术与以GPRS为代表的公网无线通信技术的结合，使得对整个照明设施的控制精确到单灯(杆)，从而彻底摆脱电网及其它监控对象对监控目标的影响。

其二，RFID和MESH技术的结合，使得对于管理随时间动态变化的市政公用设施(比如灯盏数)，各专业部门能够快速统计，摸清家底，从而做到心中有数。对于令人头痛的盗失问题，具体监管部门也能迅速做出反应，在使用较少的人力物力基础上，尽可能减少由此造成的损失，从而获得良好的管理效益。

其三，消除由于以太阳能、风能等可再生性能源为动力的新兴照明光源的产生，而出现的城市照明监控盲区，提供对面广量大的市政设施进行有效化管理的新思路。

(2)节约化

其一，采用高频变频镇流器，节电的同时，增长了灯的寿命。

其二，采用无线监控，直接免除了铺设控制线缆的费用。

其三，实现单灯监控，可以极大提高节能效率，避免节能设备对电网造成二次污染，降低节能成本。

其四，RFID和MESH技术的介入，将使管理者全面准确地掌控设备运行及故障情况，预防或减少各种事故所造成的损失。

(3)智能化

适应数字化城市的要求，现代城市照明监控网如何做到智能化，主要体现在以下三方面：

首先，在网络组建和和初始化阶段，它应该能够自发现、自组织，而MESH恰恰支持这样的网络协议。

其次，在网络运行阶段，它应该能自检测、自调节，在一系列软硬件的配合下，维持网络正常工作状态，实现故障预警、节能等目的。

最后，它还应该能自适应、自修复，这点要求较高，也是其高级阶段。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (5)

1.一种基于MESH网络的城市照明控制系统，其特征在于，包括道路照明监控中心、监控子站和照明终端，每个监控子站与多个照明终端连通，形成基于MESH网络的控制子系统，每个照明终端为一个MESH节点，每个控制子系统通过GPRS网络与道路照明监控中心相连接形成星型的区域控制网络。

2.根据权利要求1所述的基于MESH网络的城市照明控制系统，其特征在于，每一个控制子系统形成一个多星或链型拓扑结构的控制局域网，在每一个控制局域网中包括至少一个路由节点和多个端节点。

3.根据权利要求1所述的基于MESH网络的城市照明控制系统，其特征在于，每个照明终端包括用于监测节点电压的电压互感器和用于监测节点电流的电流互感器，并通过所述GPRS网络将节点电压、电流信息传送到道路照明监控中心。

4.根据权利要求1所述的基于MESH网络的城市照明控制系统，其特征在于，每个照明终端配置有备用直流蓄电池。

5.根据权利要求2所述的基于MESH网络的城市照明控制系统，其特征在于，所述路由节点为双节点，其中1个为备用路由节点。