1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

加快建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)，是"十二五"規(guī)劃的重要內(nèi)容。經(jīng)濟(jì)的繁榮加速了城市化的步伐，同時(shí)帶動(dòng)了市政及公路建設(shè)快速發(fā)展，道路照明建設(shè)和管理也得到了前所未有的大發(fā)展。但是，隨著城市照明范圍的日益擴(kuò)大，城市照明設(shè)施的管理煩瑣、管理費(fèi)用高等問(wèn)題就變得越來(lái)越突出。

①隨著城市照明設(shè)施的完善，電費(fèi)也隨著成為市政財(cái)務(wù)的負(fù)擔(dān)。許多地區(qū)因用電時(shí)段變化，電壓的波動(dòng)較大，電壓升高可引起照明設(shè)備損壞、電能消耗大等一系列問(wèn)題。

②照明設(shè)備以及照明電纜的頻繁被盜或損壞，造成路燈亮不起來(lái)，這不但影響城市的景觀及交通，還給不法分子作案提供了有利環(huán)境，給社會(huì)帶來(lái)一系列的治安問(wèn)題。

目前，市場(chǎng)已推出了幾款（不同原理）針對(duì)路燈線路的防盜報(bào)警設(shè)備，但是還沒(méi)有一個(gè)產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)大范圍的推廣，主要原因是其檢測(cè)原理有各自的局限性。

1.1 電力載波防盜報(bào)警方案

電力載波方案是行業(yè)內(nèi)使用最多的方案，其局限性主要表現(xiàn)在：

①城市照明電路建設(shè)周期長(zhǎng)，線路存在專用和公用變壓器并存現(xiàn)象，使得線路上各種雜波電信號(hào)比較強(qiáng)，當(dāng)各種雜波信號(hào)強(qiáng)于載波信號(hào)時(shí)，很容易造成虛報(bào)警的產(chǎn)生。

②由于電力載波方案是通過(guò)測(cè)試外加載波信號(hào)的方式實(shí)現(xiàn)的，載波信號(hào)存在電路衰減，以及大量補(bǔ)償電容對(duì)中頻載波信號(hào)的吸收，因此這種方案無(wú)法適應(yīng)于線路超過(guò)1 km的照明供電線路。

③方案中的電源采用2 種方式，一種線路正常供電的情況下，通過(guò)供電線路獲取，另一種當(dāng)線路關(guān)閉的情況下，采用鋰電池供電，完成電力載波通訊，但是鋰電池充放電大約300 次，致使維護(hù)量、維護(hù)成本難以接受。

1.2 漏電防盜報(bào)警方案

采用檢測(cè)漏電方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其局限性主要表現(xiàn)在：

將正常情況下的漏電值作為基準(zhǔn)值，通過(guò)設(shè)定臨界值進(jìn)行報(bào)警，但是照明線路的漏電值會(huì)隨線路的老化程度、周圍環(huán)境等因素而發(fā)生變化，致使報(bào)警臨界值很難確定，容易發(fā)生誤報(bào)警操作。

1.3 在燈桿末端加裝通訊設(shè)備實(shí)施報(bào)警的方案

采用在燈桿末端加裝通訊設(shè)備，其局限性主要表現(xiàn)在：

一方面，電路在不供電的情況下，無(wú)法進(jìn)行報(bào)警操作，其適用性不強(qiáng)。另一方面，資金投入較大，安裝、維護(hù)困難。

針對(duì)上述問(wèn)題，各級(jí)管理部門一直在尋找技術(shù)手段，來(lái)輔助達(dá)到節(jié)能、監(jiān)控、電纜防盜等目的。路燈節(jié)能、監(jiān)控和電纜防盜系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：

①采取智能識(shí)別技術(shù)對(duì)視頻信息進(jìn)行分析，能做到初步動(dòng)作識(shí)別，提出告警。

②采用動(dòng)態(tài)解析技術(shù)解決IP 地址動(dòng)態(tài)解析問(wèn)題。

③特殊的電池設(shè)計(jì)，使電池使用壽命大大提高。

④綜合節(jié)能、監(jiān)控、無(wú)線報(bào)警技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、監(jiān)控和電纜防盜功能，而且為路燈管理提供了高效的自動(dòng)智能化管理途徑和手段，提升管理方面的效率。

2 路燈節(jié)能、監(jiān)控和電纜防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原理

路燈節(jié)能、監(jiān)控和電纜防盜系統(tǒng)集節(jié)能、監(jiān)控和電纜防盜于一身，功能強(qiáng)大，該系統(tǒng)將綜合最新的無(wú)線通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代總線、工業(yè)自動(dòng)化、軟件等技術(shù)，為路燈管理提供了高效的自動(dòng)智能化管理途徑和手段，提升管理方面的效率。

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如下：

①節(jié)約用電，一方面，根據(jù)公式P = UICOSφ ,其中通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)中的不利因素，自動(dòng)消除降低無(wú)功功率和提高功率因素，大大提高用電效率；另一方面，通過(guò)遠(yuǎn)程管理模塊可對(duì)路燈進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)對(duì)亮燈方式的控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

②通過(guò)照明線路的冗余，提高供電傳輸?shù)目煽啃?，并通過(guò)遠(yuǎn)程管理通訊模塊提供否認(rèn)多種有效方式實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的快速定位，和信息傳送的實(shí)時(shí)性。

③電纜防盜功能，通過(guò)對(duì)供電線路參數(shù)的監(jiān)測(cè)，自動(dòng)、準(zhǔn)確、快速發(fā)現(xiàn)與識(shí)別對(duì)電纜的不法破壞，并通過(guò)GSM、GPRS通道進(jìn)行報(bào)警。

④通過(guò)信息的收集和監(jiān)控功能模塊，將所有采集和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，并且可通過(guò)圖形、地圖（GIS）、報(bào)表、曲線等形式反映出來(lái)，方便管理與統(tǒng)計(jì)分析，為提高路燈管理工作提供了可靠有用數(shù)據(jù)，并與報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要組成：中央控制單元，數(shù)據(jù)采集節(jié)能控制箱，電纜防盜報(bào)警器和無(wú)線IP 視頻監(jiān)控器組成，路燈照明、監(jiān)控和電纜防盜系統(tǒng)組成如圖1 所示。

圖1 路燈照明、監(jiān)控和電纜防盜系統(tǒng)組成

（1）中央控制單元。

中央控制單元安裝在路燈管理中心內(nèi)，由管理計(jì)算機(jī)、管理軟件部分、和中央控制臺(tái)組成，是管理人員與本系統(tǒng)直接交流的部分。中央控制單元通過(guò)TCP/IP 與數(shù)據(jù)采集節(jié)能控制器、電纜防盜報(bào)警器和無(wú)線IP 視頻監(jiān)控器進(jìn)行通訊，把3 種設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總后，通過(guò)數(shù)據(jù)融合，做出相應(yīng)的處理。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)地圖顯示、采集信息統(tǒng)計(jì)、視頻顯示、設(shè)備報(bào)警信息處理等功能，可單獨(dú)控制到每個(gè)路燈。

（2）數(shù)據(jù)采集節(jié)能控制箱。

數(shù)據(jù)采集節(jié)能控制箱采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集方法，把采集的數(shù)據(jù)（電壓、電流等參數(shù)）通過(guò)GPRS 方式把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂破鳌，F(xiàn)有的節(jié)能措施如下：

①半夜燈方式：指在照度較高的道路或城鄉(xiāng)結(jié)合部街道的路燈，由于下半夜人流量、車流量較少，亮度不需要太高的情況下，在23 點(diǎn)以后關(guān)掉一部分燈，實(shí)行一隔一的關(guān)燈辦法。其特點(diǎn)是：投資小、見(jiàn)效快、方法簡(jiǎn)單易行、維護(hù)方便、節(jié)電率達(dá)20%以上。

②選用高效節(jié)能的照明器：最簡(jiǎn)單的如用熒光燈、節(jié)能燈取代白熾燈或高壓汞燈。這種方法的節(jié)能效果也十分明顯。缺點(diǎn)是同樣照度下節(jié)能燈的價(jià)格高、壽命短③單燈節(jié)能器：它包括了單燈節(jié)能器、單燈檢測(cè)單元、在線檢測(cè)終端、設(shè)置終端和通訊模塊；它可以和城市燈光實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)相兼容，組合成滿足管理，環(huán)保和節(jié)能等要求的單燈節(jié)能型智能照明系統(tǒng)。從根本上改變城市路燈的管理方式，但其投資較大。

④路段節(jié)能器：這首先是由西歐國(guó)家開(kāi)始的，他們首先對(duì)鈉燈的工作特性和實(shí)際工作狀態(tài)作了詳細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)電壓高低差別太大是電能浪費(fèi)的主要原因，在上半夜，電壓就經(jīng)常超過(guò)220 V,到下半夜甚至超過(guò)了240 V.鈉燈在240 V 電壓下的工作電流將是220 V 電壓工作時(shí)的1.5 倍，電能消耗較大。同時(shí)鈉燈的壽命也大大下降。因此研制了該節(jié)電器。在原有的路段路燈配電箱里，加裝上路段節(jié)能器，并在目前已得到廣泛的應(yīng)用。節(jié)能效果達(dá)30%~40%,取得了很好的社會(huì)效果及經(jīng)濟(jì)效果。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用路段節(jié)能和單燈節(jié)能技術(shù)相結(jié)合，既有路段控制、又有單燈節(jié)能控制功能。能夠最大限度節(jié)約電耗、減少設(shè)備損壞。采用現(xiàn)有基于32 位ARM 微控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和節(jié)能控制。

（3）電纜防盜報(bào)警器。

電纜防盜報(bào)警器由電源、電池、MCU、GSM 模塊[7]、天線和外殼六部分組成其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 電纜防盜報(bào)警器組成

設(shè)計(jì)的技術(shù)要求如下：

①40~265 V 寬輸入范圍的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)。

②電池管理電路設(shè)計(jì)。

③監(jiān)控GSM 模塊運(yùn)行狀態(tài)。

④SIM 卡和電池容易更換。

⑤實(shí)現(xiàn)低溫-20?C 和高溫50?C 工作的指標(biāo)。

手機(jī)與手機(jī)之間，GSM 網(wǎng)絡(luò)能向主叫報(bào)告被叫的狀態(tài)，利用GSM 網(wǎng)絡(luò)的上述功能，做成巡檢方式，簡(jiǎn)化了末端設(shè)計(jì)，提高了末端的可靠性，降低了末端成本。

電纜防盜報(bào)警器中的電池設(shè)計(jì)，通常情況電池一般使用鋰電池，而其壽命充放電一般為300 次，一天一次充放電只能維持10 個(gè)月左右，到時(shí)維護(hù)量、維護(hù)成本和虛警數(shù)量比較大。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用容量比較大的充電電容代替鋰電池，使重放電壽命高達(dá)60 年，解決了電纜防盜報(bào)警器維護(hù)量大、維護(hù)成本高的難題。

（4）無(wú)線IP 視頻監(jiān)控器。

無(wú)線IP 視頻監(jiān)控器設(shè)計(jì)具體要求如下：

①獨(dú)立運(yùn)行的嵌入式系統(tǒng)，自動(dòng)撥號(hào)接入 Internet,確保無(wú)人值守下永不死機(jī)。

②4 路PAL 制/N 制高清晰度352 X 288 視頻輸入。

③ 根據(jù)帶寬情況， 可動(dòng)態(tài)調(diào)整CIF[7]（CommonIntermediate Format,常用的標(biāo)準(zhǔn)化圖像格式，在H.323協(xié)議簇中，規(guī)定了視頻采集設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)采集分辨率）與QCIF（Quarter common intermediate format,常用的標(biāo)準(zhǔn)化圖像格式，在H.323 協(xié)議簇中，規(guī)定了視頻采集設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)采集分辨率），確保傳輸速率。

④圖像傳輸速度2 幀-8 幀/秒，可遠(yuǎn)程錄像。

⑤2 路報(bào)警輸入，1 路報(bào)警輸出，出現(xiàn)警情，發(fā)短信息自動(dòng)提示。

⑥ 支持RS232 接口，可提供遠(yuǎn)程控制云臺(tái)和聯(lián)動(dòng)報(bào)警功能。

⑦ 支持動(dòng)、靜態(tài)IP 管理；適用CDMA 1X、GPRS 網(wǎng)絡(luò)。

由于視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)量非常大，而用戶真正需要的信息只是少部分，如何通過(guò)海量數(shù)據(jù)獲取有價(jià)值的信息，或者說(shuō)如何從目視解釋變?yōu)闄C(jī)器自動(dòng)解釋是視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)和視頻分析的方法對(duì)攝像機(jī)拍攝的圖像序列進(jìn)行自動(dòng)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景中目標(biāo)的檢測(cè)、跟蹤和識(shí)別，并在此基礎(chǔ)上分析和判斷目標(biāo)的行為，從而能完成日常管理，提供最為有效、及時(shí)的快速反應(yīng)措施。系統(tǒng)采用現(xiàn)有基于32 位ARM 微控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線視頻傳輸。軟件采用vxWorks 操作系統(tǒng)，實(shí)行多任務(wù)優(yōu)先級(jí)管理，任務(wù)切換時(shí)間快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，各種保護(hù)機(jī)制提高穩(wěn)定性，通過(guò)各種任務(wù)間的通訊手段來(lái)實(shí)現(xiàn)各種任務(wù)的調(diào)度時(shí)序。算法部分采用業(yè)內(nèi)最新的視頻壓縮技術(shù)，使圖像的壓縮比大，而最大限度地保留關(guān)鍵信息，為后續(xù)的視頻信息處理提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

路燈節(jié)能、監(jiān)控和電纜防盜系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，將城市的照明控制和管理實(shí)行系統(tǒng)化、程序化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化，使城市照明形成一個(gè)統(tǒng)一的智能化整體系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要功能是：采用時(shí)控和光控相結(jié)合，根據(jù)需要，路燈和景觀燈可以實(shí)現(xiàn)群控和組控；自動(dòng)或手動(dòng)巡測(cè)、選測(cè)各路燈終端的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)和接觸器狀態(tài)等技術(shù)參數(shù)；終端具有自行開(kāi)、關(guān)路燈的獨(dú)立運(yùn)行功能及水浸報(bào)警、線路被盜等自動(dòng)報(bào)警裝置；通過(guò)移動(dòng)控制分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)靈活的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度與控制，可隨時(shí)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、查詢各路段的亮燈率，實(shí)現(xiàn)路燈節(jié)能、監(jiān)控和電纜防盜。