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面向智慧城市建设的道路照明监控管理系统研究与开发.doc


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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。1绪论本章主要介绍在智慧城市建设背景下,城市道路监控管理与智慧城市建设的关系,并提道路照明监控管理所面临的问题。针对问题,研究了智慧城市建设、道路照明节能、道路照明监控、道路照明监控策略等相关领域的研究现状,根据研究现状提出课题研究的目的、意义、内容和论文研究框架。,城市规模在迅速扩张,城市化建设在广度上飞速忙展;同时科学技术的进步也在促使城市化建设在向深度发展,如城市化建设提出智慧城市的理念?。城市化建设发展对城市道路照明系统数量需求越来越大、质量需求也越来越高。城市道路照明系统建设的好坏不仅直接关系人们的生产和也关系到城市的形象,不合理的道路照明系统更是造成了大量的资源和能生活,源的浪费。在资源能源日趋紧缺的今天,城市道路照明系统的大量电能消耗和频繁改造造成的浪费已经引起众多学者和相关职能部门的注意[2]。在众多研究成果中,道路照明技术的研究已经颇为成熟,道路照明监控技术也有一定的成果,但和监控相融合的管理技术以及管理策略研究成果相对滞后。面对快速发展的城市化建设,特别是面向信息化浪潮推动的智慧城市建设,如何快速开发和进一步改进出智慧、高效、节能、高质量、低成本的城市道路照明管理系统是一项迫切的研发任务。针对这一任务,本课题提出面向智慧城市建设开展道路照明监控管理系统,并建立路灯监控策略和评估体系,在满足不同照明需求的基站上最大限度的节约能源,并让广大市民参与到道路照明监控中来。,我国城市化水平不断提高。1980年,城镇人口占全国总人口的比例仅约20%,到2011年这一比例达到45%。根据国家统计局2012年1月17日发布的统计数据,%。然而随着城市建设规模和深度的发展,在城市定位、规划、建设、运行、管理、维护、改造等过程出现了诸多问题:(1)电能等能源资源消耗过大,节能减排压力日益加剧。(2)日益增多的路灯、公共自行车等公共基础设施维护与管理难度增大。(3城市交通尤其是公共交通等公共秩序管理的难度在增大。(4)城市治安、食品安全等公共安全问题突出。(5)人们对公共服务的要求越来越高,如人们对日益复杂的行政审批、看病治疗等服务过程希望更短更快的处理。(6)城市物流供应滞后于人们需求。(7)环境污染和废弃物处理难度在增大。(8)突发性紧急事件,如地震、火灾等灾难以及重大安全事故的处理难度在增大。随着城市化建设日益深入,前述城市问题使用传统技术和管理方法来解决已经越来越难。为了更好的进行城市化建设,如何用信息技术、知识工程、管理方法来解决城市的定位、规划、建设、运行、管理、维护、改造中的关键问题,尤其是节能、环保等问题,已经成为很多国家政府和大型科技企业研究的重点。“智慧城市”就是在这样的背景下提出的。2007年,欧盟首先提出智慧城市的设想,但智慧城市真正广泛引起关注是开始于IBM公司2008年11月在年度论坛首次提出“智慧地球”的理念智慧地球就是用互联网、物联网、云计算等技术手段把城市里分散的、相互隔离的信息化系升级成为一个有较好协同调控能力的有机整体。该理念迅速被世界统整合起来,各国政府和学者所接受,并被认为该理念所引导的智能项目是应对2008年国际金融危机和振兴经济的重点领域。2009年2月,IBM公司在北京的一次“点亮智慧的城市、建设智慧的中国”主题论坛上,进一步推广智慧地球的理念并建议优先建设智慧电力、智慧医疗、智慧城市、智慧交通、智慧供应链和智慧银行等,智慧城市被正式提出并迅速在国内掀起热潮。,各类城市道路如同城市的血脉,均匀分布于城市所能延伸到的地方,将城市连接成一个有机整体。随着社会和城市的发展,城市道路越来越多样化,目前城市道路照明主要包括城市各类街道、一般公路、各级高速公路、桥梁、隨道、地铁、广场和城市景观等。道路照明(RoadLighting)是指在道路上设置照明器具,在光照不足的情况下,为道路上的车辆和行人提供必要的视觉能见度。道路照明的作用主要有以下几点:(1)道路照明能改善交通条件,使道路能像在白天光照充足条件下使用;(2)减轻驾驶员疲劳,使交通更安全,降低事故率;(3)道路照明具有一定的诱导性,为车辆和行人指明道路范围和方向;(4)道路照明能为人民提高安全感,照明能降低犯罪发生率;(5)道路照明是城市照明的一部分,是城市夜景的重要组成部分,能为人民提供美的享受。像人完成工作离不开大脑和神经系统的控制一样,道路照明系统正常提供照明服务离不开道路照明监控管理系统的监控和管理。道路照明监控系统是典型的分布式测控、集中式管理的系统。照明监控主要有以下几个方面的目的:(1)分类管理各类照明设施;(2)管理照明系统运行数据,如照明运行参数等数据的记录与处理;(3)道路照明控制,通过控制特定照明器的开关、亮度等为道路提供合理的照明;(4)照明异常检测,检测道路照明中的异常情况,如控制结果异常、照明设施故障、设施被损、线路被盗等;(5)支持故障维修等日常管理等。在这几个目道路照明控制和照明异常检测最为重要,现有的道路照明控制系统很多都的中,是以这两点为主要目的,实现控制与检测的手段也随着技术手段的发展越来越向自动化、信息化、智能化、网络化、人性化等方向发展。随着IBM“智慧地球”和“智慧城市”等概念的提出,智慧理念被迅速用到其他领域,如“智慧交通”、“智慧旅游”、“智慧课堂”、“智慧制造工厂”等概念,在照明领域,也有学者提出智慧照明(SmartLighting)。关于智慧照明国内外尚没有统一的定义,普遍认为智慧照明是照明监控系统智能化、网络化和人性化等进一步发展与综合,是将互联网、物联网和云计算等信息化和智能化技术手段融入照明系统,使照明系统具有智慧的特征,在智能人性地识别人们照明需求基础上为用户提供照明服务。作为城市有机组成部分的道路照明,实现智慧的道路照明,即是自身发展的需要,又为智慧城市建设做贡献。智慧城市建设和道路照明系统监控管理有着密切的关系:一方面智慧城市离不开道路照明智慧化,道路照明的智慧化离不开道路照明监控管理系统的智能化改造,所以道路照明监控系统的改造升级是智慧城市建设的内容之一;另一方面道路照明监控管理,需要考虑城市建设背景,智慧城市是未来城市的发展方向,所以道路照明监控管理需要考虑智慧城市建设的内容和方向。城市道路照明监控管理智能化改造对智慧城市建设有以下方面的意义:(1)道路照明设施属于城市公共基础设施,公共基础设施监控管理智能化能推动智慧城市建设;(2)照明系统节能化管理对城市节能减排有重大意义,并且一般道路照明系统使用城市电网做电源,道路照明系统的节能化管理和智能化管理对智能电网和智慧城市建设有重大意义;(3)道路照明服务于城市交通,合理的道路照明监控管理能为道路提供需要的光环境并有一定道路引导作用,对智慧交通建设有重大意义;(4)道路照明系统在监控管理下,照亮特定区域,能够减少交通事故率、减少犯罪发生率,对于平安城市建设有重大的意义;(5)城市道路照明系统在城市中分布均匀,能延伸到城市的每一个角落,智慧城市建设中,能以道路照明监控管理系统的通信网络和能源网络为基础构建智慧城市的物联网,学者提出基于路灯进行智慧城市信息化建设;(6)道路照明监控管理系统所提供的各种数据如电能、路灯编号与位置、照明参数等数据能与城市其他信息系统一起构建智慧城市,如电能提供给电网、路灯编号和位置提供给公安等作为报警定位、照明参数提供给城市交通和景观管理部门等。智慧城市建设对道路照明的监控管理有也有重大影响:(1)智慧城市为同时,道路照明监控管理提供相关技术和数据,如智慧城市建设能够获取传统获取不到的信息,如数字城市、电子地图、路况信息等,这些能帮助获取道路照明需求和提供道路照明监控管理的效率和质量;(2)智慧城市建设为道路照明监控管理定位了方向,智慧城市等概念和场景促使和要求道路照明监控管理的智慧化;(3)智慧城市建设的理念为道路照明监控管理提供问题解决思路,针对道路照明监控管理出现的各种问题,换用智慧城市建设的理念能根本性的解决一些问题,比传统道路照明头痛医头脚痛医脚的解决方式有效而彻底;(4)智慧城市建设要求城市的各信息系统不但自身要实现智慧化升级改造,还有用物联网和云计算等技术联系成一个有机整体,道路照明监控管理要朝这一方向发展。:(1)道路照明监控管理精细化程度不高,实现单灯控制成本高;(2)智能化程度不高,且同一城市不同路灯智能化水平差异大;(3)能耗大;(4)旧路灯设备很难使用新监控方式;(5)亮灯率不高;(6)集中监控程度不高,仍是小范围监控;(7)提供照明和照明需求匹配度不高,需要照明时没有及时开灯或亮度低,不需要照明时开灯或亮度高;(8)异常天气照明难以满足;(9)设备故障多、寿命短;(10)设备维修不及时;(11)线路和设备被盗严重等等。这些问题的解决传统的解决方式是针对问题现象采用先进技术去解决,例如为解决道路照明能耗过大的问题,采用半夜灯、斑马灯灯方式降耗,解决老问题还不够明显反而带来较为严重的新问题,如斑马灯使道路照明亮度均句度下降,降低照明质量,造成交通事故率升高。这种解决道路照明问题的方式是由于对道路照明监控本质没有认清,对理想道路照明监控没有清晰定义和分析。智慧城市建设的快速发展,使道路照明监控管理本身问题没解决的情况下,又对其提出了新的挑战:(1)道路照明灯具和设备增多,监控对象在大范围大规模方向发展;(2)道路照明监控管理要朝智能化、智慧化、节能化方向发展;(3)道路照明要以人为本,要从行人照明需求出发去管理和监控;(4)智慧城市要求更高更可靠的照明质量;(5)智慧城市技术的快速发展造成加快了监控管理设备和技术造成监控成本上升等等;(6)智慧城市建设和道路照明监控的复杂关的淘汰速度,系,使道路照明监控管理必须考虑智慧城市建设的现状和趋势。所以智慧城市建设背景下,解决道路照明监控问题要转变传统的道路照明监控管理问题的思考角度,这既是道路照明监控自身发展的需要、也是智慧城市建设的要求。在这种背景下,本文将以下几个问题作为本文要解决的问题:1)智慧城市建设为道路照明监控管理提供了那些条件,又提出了哪些要求,道路照明监控该如何利用这些条件并满足这些要求;2)什么样的道路照明监控模型符合道路照明本质,较为全面系统而理想地解决道路照明问题;3)根据现有技术条件,如何开发实现一套支持面向智慧城市建设道路照明监控管理模型的道路照明监控管理系统;4)现有的各种道路照明监控系统,多以技术条件开发实现为主,对道路照明监控策略研究不足,针对面向智慧城市建设的道路照明监控系统如何设计道路照明监控策略。,需要了解前人的研究基础,针对问题需要对智慧城市建设、道路照明监控、道路照明加快策略进行研究和分析。,智慧城市起源于城市信息化和数字城市,是釆用新的信息技术、知识工程、智能技术等,如物联网、云计算新兴技术,把城市里多年来积累的分散的、各自隔离的信息化系统、通信系统、管理系统等整合成为一个能够较好协同和调控的有机整体,来解决城市发展面临的深层次的问题,如节能减排、产业结构调整、安全监控、交通服务等一系类公共服务问题,是城市信息化和数字城市的升华。这里以IBM公司对智慧城市的定义和理念为主,综合相关研究文献,对智慧城市的概念,内涵、特征,策略模式,方案框架、作用价值、评价等主要内容进行综述。智慧城市就是运用信息技术和通信技术等手段感测、分析以及整合城市管理和运行核心系统的各项关键信息,并根据分析所采集的信息对包括政务、民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种城市和居民的需求做出智能响应。智慧城市的实质就是以人为本,运用先进的信息技术,实现城市的智慧化管理和运行,为城市居民创造个性、多元、美好的生活,促进城市的和谐、可持续发展。智慧城市的主要特征有:信息互联共享更充分、关联应用协同更流畅、管理更加智慧、运行更加高效、发展更加合理、环境更加和谐等。智慧城市的建设模式主要有:政府引导下企业与科研院校配合、企业或通信组织投资主导下政府配合、政府和企业共建[19][2^。建设途径一般有创新驱动型、产业驱动型、管理服务驱动型、可持续发展型、多目标发展型。智慧城市理念与远景的实现,离不开有效可行的智慧城市方案和架构。智慧城市的核心系统一般由关系到城市主要功能的几个不同网络、基础设施和环境组成:商务系统、政务系统、公共组织系统(主要由安全、安防、健康、教育、医疗等)、通讯系统、交通系统、水和能源系统等。智慧城市的智慧模型架构一般分为三个层次:1)最底层的基础架构层,又称知识云端层。这一层主要是汇聚为城市发展提供知识和智慧支撑的科学家、艺术家、企业家以及广大人民群众等。2)中间一层是组织云端层。这一层主要是将云端层的知识整合和商业化,主要包括风险投资商、技术转移中心、创业与创新企业、知识产权保护组织、咨询公司等。3)最顶层是技术云端层。这一层主要依靠知识云端层的知识智慧和组织云端层的社会资源来开发数字化的运营系统,主要有电子商务、电子政务、智能服务等。智慧城市的技术架构一般也是三层:1)最底层的是数据感知层。这一层借助物联网和传感技术,以及智能手机等移动计算设备来和物理终端釆集和交换相关数据。2)中间一层是数据处理层。主要有通信网络和云计算等,这一层实现对数据感知层获得数据进行处理和互联共享。3)最顶层是业务应用层。这一层和具体的城市业务过程想结合,通过一定的智能系统来实现系统的决策分析。智慧城市主要能提供基础服务、行政业务、智慧服务和智慧城市运行管理。基袖业务包括数字城管、平安城市等。行政业务包括并联审批、虚拟政务等。智慧服务包括智慧交通、智慧能源管理、智慧医疗、智慧城市规划等。智慧城市运行管理主要包括城市日常管理和城市应急管理。智慧城市不但具有经济价值、还具有社会价值和服务价值。智慧城市评价以城市信息化评价为基础,主要有信息产业测评法和信息社会测度法目前国内已经有10余个省市制定了建设智慧城市的规划,以宁波、南京、成都、沈阳在内的国内许多城市与IBM公司合作,开展智慧城市建设,智慧城市的技术基础之一的物联网也正式被列为国家五大新兴战略性产业并被写入政府工作报告。2010年上海世博会以“城市让生活更美好”为主题,展示了诸多智慧城市的研究成果与愿景。,主要是指节约道路照明运行中电能消耗,道路照明节电技术主要有:1)选用更高效光源;2)选用更高效灯具;3)降低照明线路电能损耗;4)安装节电设备;5)选用可再生清洁的能源;6)用更优的节电控制方式。1)选用更高效的光源。道路照明的光源种类众多,常见光源的分类如表1-1。表1-1常见道路照明光源的种类不同的城市道路照明对照明光源的要求标准不同,但是有一些通用的要求,比如要求在烟雾中有良好的能见度,要求使用寿命长、成本较低等,要求有一定光效、光通量、光衰减、光色。白欢灯寿命短、热福射能耗大,道路照明已经极少使用;焚光灯透雾性差,在隧道、紧急停车道、人行道有少量是使用;低压纳灯,显色差寿命短,现有产品在道路照明中使用较少;高压***灯光效不高且吸引岐虫且不能调光,道路照明中也已经很少使用。LED白光灯有省电、寿命长、耐震动、闪烁小、冷光源、响应速度快等优点,但功率低、光效低、光照面小、透雾差、价格昂贵等缺点,虽然在太阳能路灯中有一定应用,但离道路照明大规模应用还有一定距离,还需要进一步发展。高压纳灯透雾强、寿命长、光效高、能调光、成本较低,是目前道路照明中使用最广泛的光源,但也有启动慢、不耐震、闪烁等不足。2)选用更高效灯具。常见的道路照明灯具分类如表1-2。光源的利用效率和灯具有关,选用不合理的灯具会造成光源的浪费。为了提高照明效率,应该根据道路性质、道路功能、道路宽度等,来选用合适的灯具、合适的灯间距和灯高。道路灯具选择的原则是选用光利用高效率的灯具,选用系数高的灯具,选用高光通量维持率的灯具,尽可能选用不带光学附件的灯具。例如,快速路和主干道必须采用截光型或半截光型灯具,次干道选用半截光型灯具等等。另外从考虑维护,环境污染严重和不便维护的道路,灯具光源腔的防护等级不应低于IP65。表1-2道路照明灯具分类3)降低照明线路损耗。照明线路上的电能损耗不产生照明效果,属于浪费。现阶段还无法消除照明线路上的电能损耗,智能通过各种手段降低。照明线路上的电能损耗的原因有线路布局不合理、输电线路老化、线路电压不合理等。所以降低照明线路的能够需要了解照明输电线路的状态,优化线路布局、更新老化线路、根据负荷情况调节电路电压和在零负荷时切断电源。

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