浅谈LED路灯GPRS智能监控系统

2014-07-08王园姚颖洲

中国科技纵横 2014年9期

关键词：路灯监控智能

王园姚颖洲

(北京邮电大学经济管理学院,北京 100876)

浅谈LED路灯GPRS智能监控系统

王园姚颖洲

(北京邮电大学经济管理学院,北京 100876)

随着《道路交通法》的颁布实施,我国城市居民的道路出行安全得到了法律保障。然而,夜间天色昏暗,能见度低,人们警惕性较弱,道路情况复杂,交通事故发生频仍,各类路灯系统由此应运而生。本文试图阐述LED路灯GPRS智能监控系统的建立背景、意义和运行方式,希望增进公众对现代路灯监控系统的了解,为城市夜间交通安全提供参考。

LED路灯 GPRS技术智能监控系统

1 相关概念

1.1 LED路灯

路灯是指给道路提供照明功能的灯具，泛指交通照明中路面照明范围内的灯具，由灯具、电器、光源、灯杆、灯臂、法兰盘和基础预埋件组成一个整体，与交通安全、公民生命和财产安全息息相关。LED是发光二极管(Light～Emitting Diode)的简称，指能发光的半导体电子元件。它利用载流子在LED内部半导体间的过渡层——PN结复合时，将多余能量以光的形式释放的原理，直接把电能转化为光能，光色与半导体材料有关。

LED路灯是当前我国城市普遍使用的路灯，即将LED作为路灯的发光组件。它使用比高压电源更安全的低压电源，特别适用于公共场所；能耗是同光效白炽灯的20%，功率不超过0.1W；使用寿命长，初始光衰50%的时间为10万小时；采用冷发光技术，发热量极低；不含重金属汞，环保无毒，可回收再利用；被完全封装在环氧树脂里，坚固耐用；价格也越来越市场化和平民化。

1.2 GPRS技术

GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称，通常被称为第2.5代移动通讯技术，GSM技术(2G)的延续。以封包为单位来传输数据，对GSM原有时隙进行动态分配，每个用户均可同时占用多个信道，每个信道又可有多个用户高效共享。

其传输速率最高可达171.2Kbps，连接费用仅按数据流量计算，相当低廉，建立新连接几乎无需任何时间。它永远在线，质量优良，安全可靠，技术成熟。基于上述特征，远程监控系统使用以GPRS数据传输为主的通信方式。

2 系统建设的迫切性

目前，我国路灯存量为2800万～3000万盏，近几年每年新增15%～20%，约为300万～600万盏。随着路灯设施数量的增加，传统人工管理的弊端日趋明显：耗费较多人力和物力，管理成本高；不能实现监控路灯设施的运行状况，造成设施故障信息的滞后性，不能及时进行维护，影响市民夜间出行安全，存在诸多安全隐患；路灯的功率不能随电网电压的变化实时控制，造成大量能源浪费，降低电能的使用效率，缩短了灯具的使用寿命。

随着数字技术和网络技术的飞速发展，人们对路灯系统的数字化和网络化管理进行了研究，不但可以节约能源、延长灯具使用寿命，同时还能够提高城市建设的管理水平，保障市民夜间出行的安全，降低交通事故的发生率。近年来的研究和实践表明，虽然目前国内的路灯监控系统在功能、技术性能和工作可靠性等方面达到了一定的水平，但在稳压方面仍存在许多需要改进的地方。智能化、网络化、实时化、精确化和动态化已经成为现代城市道路照明管理系统发展的必然趋势，GPRS技术在路灯监控中的作用应运而生。

按照每年新增路灯数量全部为LED灯具，每盏1000～2000元计算，年增量在30～60亿元人民币。LED路灯使用超过6000小时的故障率小于1%。目前照明约占全球用电量的19%，如果全球采用的照明系统效率比现有提升一倍，就相当于减少欧洲一半的用电量和排热量。根据一项全球性的独立试验，LED路灯最大可以节省85%的能源。

2011年，全国灯具及照明装置的产量达25亿套，同比增长6.38%。从各省市的产量来看，浙江省达10.7亿套，同比增长9.13%，占全国总产量的42.4%；广东省产量达8.7亿套，同比下降4.44%，占全国总产量的34.43%。2011年中国LED市场将从2010年的47亿美元增长到58亿美元，上升23%，LED已成为中国制造的热门产品，而且是很有吸引力的投资领域。另外，政府对该产业的支持正在产生效果，预计2015年中国LED市场将达到111亿美元，2010～2015年的复合年度增长率为17.7%。

综上所述，我国LED路灯及其对使用GPRS技术监控的依赖需求十分迫切。

3 系统自身优势

简略概括，LED路灯GPRS智能监控系统具有以下优势：

(1)安全可行。路灯设计的根本理念是保障交通安全。为了提供安全的照明环境，降低漏电、泄毒、故障、损坏、失控等事件的发生率，特地采用低压、封闭、无毒、稳定性高、光衰期长、体格轻小、坚固耐用的LED灯，使用技术可靠、监控经验丰足、没有时隙盲区、网络质量优良的GPRS技术，保证道路夜间光线明亮、稳定，监控有序、正常。

由于LED和GPRS并非高、精、尖新端科技，市场普及率高，成本渐趋低廉，技术可实现性强，该智能系统具有高度可行性。

(2)环保节能。随着我国城市化进程加快、规模扩大，需要部署的路灯照明设施也越来越多。全球能源日趋紧张，节能减排是可持续发展的重要需求，故路灯设计也要达到环保节能的目的。

LED工作电压极低(有的仅一伏特)，发光电流极小(有的仅零点几毫安)，由此计算的发光功率更是微乎其微，极其节能。它使用寿命长、功率极小、材料环保、可回收再利用，是环保节能的理想选择。GPRS的通信和供能资源使用也较同类业务为少。

(3)高效低廉。在交通事故中，往往只是瞬间的疏忽酿成惨祸，交通设施容不得半点怠慢和延迟。普通白炽灯的响应时间为毫秒级，而LED为纳秒级，响应、检错调整和维修的时延都在高效范围之内，利于最大限度保证道路的照明和系统的指令执行。GPRS数据传输速度极快，最高达171.2Kbps，10倍于GSM，还可以稳定地传送大容量高质量音频和视频文件，且无需为每次数据的访问建立新的呼叫连接，可随时在线，实时监控路灯情况。

一般情况下，技术普及率与市场价格成反比。LED已经广泛应用于指示灯、显示板、显示器、彩光装饰和照明，我国部分城市的公路、学校、厂区等场所已经换装完LED路灯；GPRS业务更是家喻户晓、人尽皆用，按照使用流量计费的方式合理又低廉。

(4)模型成熟。目前，该系统的模型建立已经取得一定成果。山东乐航节能科技股份有限公司的几名员工，在2010年发表了名为《基于GPRS的智能路灯远程监控系统的研究》的科技论文，提出了系统模型成果。湖南省高等学校科学研究项目(11C0098)作者李悦也提出了智能监控系统，设计了完整的监控电路、系统拓扑结构、管理节点硬件结构和管理节点软件流程。这些简单明了可操作性强的模型，为系统的建设打下坚实的基础。

4 政策支持

2007年，国家出台《高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法》，规定每只高效照明产品，中央财政按照中标协议供货价格的30%给予补贴。2012年2月，国家相关部门发布了2012年LED照明产品的补贴推广的计划，投资22亿元用于LED路灯等节能灯具的补贴。《2013-2017年中国LED照明产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》出台，从目标市场分析、资金支出等方面分析了LED路灯的前景和规划，及时为该项目顺利完成提供了战略分析。这些政策结合《节约能源法》等法律法规，支持该系统顺利进行和完成。

5 推广及效益衡量方法

由于该系统为公共交通设施服务，关系到市民人身和财产安全，必然会引起相关企事业单位和市民的高度重视。一般情况下，技术普及率与市场价格成反比。LED已经广泛应用于指示灯、显示板、显示器、彩光装饰和照明，在城市的普及程度中等，还留有一定的市场空间；GPRS业务更是家喻户晓、人尽皆用，按照使用流量计费的方式合理又低廉，可实现性强。该系统在城市路灯监控中的应用越来越普遍。

该系统运用后的效果表现为路灯监控质量明显上升，夜间因光线问题造成的交通事故减少，夜间出行更加安全。成果衡量采用“前—后”对比分析法。使用虚拟现实(VR)技术，输入指令，控制其他变量，对系统进行模拟实验。与前项数据对比，确认效果显著后再在试点路段实际安装新智能系统，进行试运行；试点路段的统计指标与原系统相比，在其他变量变动微小的情况下，路灯监控效率和质量有明显提高，夜间交通事故率有下降趋势，即说明预期目标得到了实现。

在系统试验阶段，这里简述杭州电子科技大学的李立轩的结果：

信息服务平台的采用visual studio集成开发环境开发，并采用Access数据库，集成了用户管理、路灯管理、道路管理、操作指南等功能。实验包括系统响应时间测试，普通路灯与LED路灯耗能、发热、完整时间段内照度和功率的监测等。从实验结果可以看出，智能监控系统可以根据时间段和需求来调节参数，在响应时间、照明效果、温度监控和节约电热方面达到了预期效果。