张 振

上海建筑设计研究院有限公司，上海 200041

0 引言

当前城市夜景照明工程发展迅速，从一、二线大城市，到三、四线城市和小县城，政府都投入了大量的资金发展夜景照明，不仅提升了城市形象，增加人民群众的生活幸福感，也切实促进了当地夜经济的发展[1]。城市夜景照明方式不再局限于建筑照明，也涵盖了山体照明、景观绿化照明、建筑媒体屏、灯光秀、水舞秀、投影秀等各式各样的照明方式。丰富的夜景照明形态给城市的夜晚带来了质的改变，但也暴露了一些问题。例如，部分城市在夜景照明的整体运维管理中没有实现统筹管理，基本还是沿用过去道路照明管控的“三遥”控制方式来进行监管，导致照明灯具出现故障后不能被及时发现，影响了夜景照明的整体效果和可持续运行[2]。

对此现状，基于物联网技术构建一套可以统筹管理整个城市的夜景灯光的智能管理平台就显得十分必要。该智能管理平台需要满足监、管、控、保、检的基本功能诉求，通过网络远程控制各受控节点，并搭建视频监控平台远程监视亮化节点，发现问题后能对故障数据进行统计、分析与报警。同时，所有灯光节点的运行数据，包括状态、能耗、故障等均可以实现数字化记录与存储。应用智能管理平台可以实现对城市夜景照明的集控管理，解决传统控制方式存在的运维不利、管理不便的难题，为夜景照明的远程统一管理带来极大便利，其必将逐步成为未来夜景照明管理的通用办法[3]。

1 城市夜景照明总控管理平台概述

城市夜景照明总控管理平台是将远程管理控制、视频监控、智能化照明控制技术、多媒体动态灯光演示技术、灯光艺术等有机地结合在一起，并采用VPN专线+4G 无线+光纤组网等技术实现分级控制的智能控制架构体系。城市夜景照明总控管理平台一般由顶端总控中心控制层、中间通信网络层、末端节点应用层3 层架构组成（见图1），根据实际需求有时会增设分控中心控制层[4]。在这一框架体系下，总控中心（或云端总控入口）可以远程管理控制各个楼栋，实现一键亮灯、远程场景切换、远程更换节目内容或动态效果、远程监管能耗统计，远程视频实时监控，故障报警等。同时，该体系还具有极好的扩展性，可以根据实际需要不断扩容，更好地实现了夜景照明建设短期、长期、中长期的规划目标。

图1 城市夜景照明总控管理平台架构图

2 总控中心控制层建设

城市夜景照明总控管理平台的总控中心是整套控制体系的核心，所有控制命令均由此发出，末端节点的所有信息也汇聚至此。一般情况下，总控中心设置在独立房间，可在控制区、操作区、显示区3 个独立区域进行布置（见图2），亦可以根据需要增设参观区。

图2 总控中心区域划分图

2.1 控制区

控制区是总控中心的中枢控制大脑所在区域，主要包含网络通信设备（光纤终端、核心交换机、路由器等）、强弱电控制设备（服务器、同步器、网关等）、视频监控处理设备（服务器、磁盘阵列、主干网桥等）以及大屏控制设备、UPS 备用电源、独立配电柜等。考虑到核心控制设备均集中放置于此，建议对该区域进行隔离设置，采用玻璃隔断设置独立机房，将此区域与其他区域隔离，并设置进出门磁权限，非专业技术人员不得入内。这样既保护了设备安全，又可以控制设备产生的噪声，使总控中心的布局更为合理[5]。

（1）服务机柜。控制区内所有通信设备、控制设备、存储设备等均有序安装于服务器机柜内，机柜前后门可开启，并预留检修通道，方便后续的操作检修。根据设备的数量，可以设置多台服务器机柜或标准机柜，并排放置。（2）独立配电柜。总控中心应设置独立配电柜，用于整个总控中心的用电管理。配电柜应为控制区、操作区、显示区的用电分别设置独立分回路，条件允许时应考虑双电源备份，确保系统的安全性与稳定性。（3）备用电源。为保障总控中心的可靠运行，应考虑设置备用电源，有条件的情况下可以设置双电源供电回路，其余条件建议标配UPS 电源。UPS 电源主要用于保障控制区、操作区设备在断电后可以在一定时间内正常运行，显示区如采用用电量较大的小间距屏可以不设置备用电源[6]。

2.2 操作区

操作区主要是值班操作人员对控制情况、监控情况、显示情况进行实时操作的管理操作台。管理人员可以通过操作台电脑，对强弱电进行远程的实时管理控制、调用监控画面、了解监管亮化运行情况、查询数据分析统计情况等。

操作区根据使用需求可以设置单排或多排操作台，操作电脑根据需求可以采用一体式电脑或分体式电脑，亦可采用定制触屏式电脑。根据具体功能的不同，配置多台操作电脑，并对不同电脑设置不同功能，分设不同权限，将总控中心的管理功能细分。

2.3 显示区

显示区是所有控制信息的集中展示窗口，通常设置于主视角墙面上，工作人员可以直观地看到所有控制信息。显示区可以为值班操作人员直观地显示运行数据、视频监控效果等，也可以作为夜景照明成果集中展示的形象窗口。

显示区一般可采用液晶拼接屏、投影机、LED 小间距屏等屏幕。通过综合比较显示亮度、显示效果、显示区域设置灵活度等，建议在显示区采用LED 小间距屏。

2.4 总控管理平台软件

总控管理平台软件是总控中心的操作核心，主要采用可视化平台软件、模块化平台软件或移动端总控平台软件，通过主软件实现对所有强弱电设备以及网络通信、数据管理统计、故障报警显示、视频监控等功能模块的统一管理和控制[7]。

总控管理平台软件链接的子项功能模块如下。（1）网络设备管理模块，可以监控在线设备数量、设备信号情况，可以判断所有节点是否可靠联网。（2）强电管理模块，主要用于管理配电，定时自动启闭或手动启闭亮化设施，组合场景等。（3）弱电场景管理模块，实现弱电场景的设定、场景手动或定时启闭切换等功能。（4）弱电内容编辑模块，主要用于动态灯光效果的制作、编辑、导入、上传和下载至节点端。（5）灯光秀管理模块，用于常规灯具动态灯光场景秀、投影秀、水雾秀、激光秀、互动灯光秀等灯光秀的统一启闭管理，以及场景节目同步控制调用等。（6）视频监控管理模块，对所有视频监控节点的监控画面进行管理、控制、调用、存储等。（7）GIS 位置管理模块，基于GIS 地图显示所有受控强弱电节点、视频监控节点、灯光秀节点的位置及状态。（8）能耗管理模块，实时统计整套系统的能耗状况。（9）运维管理模块，实现对系统运行情况的实时监控、防盗报警、故障报警、实时数据记录、数据分析统计等。

2.5 总控中心的建设

总控中心的建设除了考虑软硬件的均衡配置，在整体装修方面可参考《安全防范工程程序与要求》（GA/T 75—1994）[8]、《控制室设计规范》（HG/T 20508—2014）[9]等相关规定与要求。在装修时地面宜采用静电地板，在全屋铺设防雷网，并做单独接地处理。所有强弱电桥架应沿静电地板底部敷设。房间内建议设置独立空调及排风系统，保障房间的恒温、恒湿环境，避免过热、过潮影响设备的正常使用。房间建议设置门禁及监控系统，设定人员进出权限及操作使用权限，减少非必要人员的进入及误操作。

3 网络层建设

城市夜景照明总控管理平台的建设基础是在总控中心与各节点端之间实现稳定、可靠的物理链接，这需要搭建一套安全的网络通信层，构建上下游的通信渠道。由于城市夜景照明范围大、节点多、使用情形复杂，因此独立建设有线或无线通信网络的可行性不高。基于这种情况，网络层的建设考虑采用通用商业网络通信，以有线或无线的方式实现通信链接[10]。网络通信层的建设分为上游端和下游端，上游端是总控中心的专线入网，下游端是节点端的稳定入网。

3.1 上游端总控中心

上游端总控中心是所有节点数据与总控中心通信链接的入口，是数据集中汇聚点，对通信的安全性、稳定性及带宽要求非常高，一般要求安装的高带宽VPN 专线不少于两条。上游端总控中心连上VPN 之后，所有的节点数据获得的出口IP 是唯一的。VPN 涵盖了跨共享网络或公共网络的封装、加密和身份验证链接的专用网络的扩展。VPN 主要采用了隧道技术、加解密技术、秘钥管理技术和使用者与设备身份认证技术。VPN 专线的最大优点是安全性更高。

3.2 下游端总控中心

城市夜景照明的控制节点数量庞大，多数下游节点端无法通过光纤直接接入，因此一般考虑采用4G 互联网的无线方式接入，根据当地网络建设情况，有条件的亦可采用5G 网络。

4G 互联网是基于运营商4G 网络组成的局域网络。4G 互联网的最大优点是控制范围极大、灵活度高、应用范围广、适用于大部分城区环境。节点端通信设备一般选用工业级4G 无线路由器或具有网卡的边缘网关等通信设备作为通信入口。因节点端与总控中心链接的主要需求是数据通信，故一般考虑采用物联网卡，更为经济方便。

3.3 商业网络运营商的选择

选择商业网络运营商时，一般是比较在区域移动网络全覆盖方面哪一家运营商更具有优势，同时应考虑有线网络的覆盖度。因各地的不同运营商的网络覆盖水平不一，建议根据不同区域运营商网点分布情况进行选择。

4 节点端应用层建设

城市夜景照明节点端是指受控的各个楼宇、景观公园、桥梁、广场、山体等，一般分为强电节点端、弱电节点端及独立视频监控节点端。强弱电节点端主要采用工业级4G 路由器接入无线网络，可共用一张网卡，通过有线连接方式覆盖强电配电箱和弱电控制箱，建议将强电配电箱及弱电控制箱就近并排安装于楼顶或其他信号良好位置，4G 路由器建议安装在强电配电箱内。视频监控节点端独立接入网络，不与强弱电控制节点共用网络。

4.1 强电节点端设备

强电节点端设备一般由多功能智能网关、多功能智能电表、回路监测单元、智能控制模块等组成，集成安装于强电配电箱内，主要作用是实现远程灯光的分回路开关、分回路测量、计量抄表、防盗报警等。考虑到协议对接的统一性、便利性，一般要求以上节点模块间通信协议采用MODBUS 协议或其他标准开放协议。

4.2 弱电节点端设备

弱电节点端设备主要由DMX 主控设备（嵌入式主控器或工业级计算机）、DMX 分控器、同步控制器、光电转换模块等组成。弱电节点端设备统一安装于主控制箱内，且主控制箱就近安装于强电配电箱附近，两者之间除供配电路由外，需要1 根网线互联。如一个项目中涉及多台分控器，则分控器一般就近分箱分散安装于灯具附近。如采用了信号放大器，将信号放大器安装在灯具位置附近。

4.3 视频监控节点端

视频监控节点端一般考虑独立搭建网络，因视频监控为实时监控，数据量大、实时流量大，采用无线通信的稳定性较差，且成本较高。一般采用有线宽带方式接入，从经济性考虑，可以采用家庭宽带。对于没有条件采用家庭宽带的区域，需要使用独立专线接入。对于不具备有线网络条件或建设成本过高的区域，可以考虑采用通用无线通信方式接入，或采用自主无线网桥方式建设独立无线网络。

5 结束语

随着各个城市对夜景照明建设的重视，各级亮化管理单位开始投入更多的资金、技术、人员来保障夜景照明的稳定性。在此需求的促发下，以智能化运维管理为目标的城市夜景照明总控管理平台建设就显得非常必要，其发展前景也非常明朗。

在照明行业人员和地方政府职能管理部门的共同努力下，城市夜景照明总控管理平台建设框架已经初步形成，具备了监、管、控、保、检的基本功能，解决了大面积亮化管理维护难的问题。随着5G 技术、物联网技术、VR/AR 技术、元宇宙技术等新兴技术的迅猛发展以及各类集成化智能芯片技术的发展，城市夜景照明总控管理平台一定会有更多发展机遇。