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唐钢国际工程技术有限公司，河北 唐山 063000

0 引言

城市道路多联动照明装置是确保交通安全的重要条件之一，而在实际运行过程中，受多种因素的影响，照明出现异常的情况难以避免[1]。对其实施有效的监控对于及时发现和解决问题具有重要的现实意义[2]。在现代信息技术不断发展的时代背景下，以监控系统代替人工监控方式不仅可以提高监控效果，也可大大降低成本[3]。

与其他类型的照明装置相比，多联动照明装置的整体稳定性更高[4]，但是一旦出现异常，其影响范围也更大[5]，因此对其实施有效的监控显得尤为重要[6]。为此，文章进行城市道路多联动照明监控系统设计，从硬件和软件两个角度分别进行了详细的设计，并通过试验测试的方式验证其应用效果，希望可以为相关城市照明管理工作的开展提供有价值的参考。

1 硬件设计

1.1 通信装置

为了实现对城市道路多联动照明装置状态的有效监控，文章采用飞速品牌的QSFP-40G-SR4 作为系统的通信模块。该装置的封装类型为QSFP+，额定传输速率可以达到42 Gbps（4×10.5 Gbps），可覆盖的传输距离可以达到150 m，可以满足多联动模式下的照明装置数据传输需求[7]；装置的接口类型为MTP/MPO-12 公头，不会受道路多联动照明差异性影响[8]；其对应的光纤类型为多模MMF，发射器和接收器的类型分别为VCSEL 和PIN，在额定工作状态下收发光的功率可以达到-7.60～1.00 dBm，因此，其对信号的接发灵敏度也较高，可以达到＜-11.10 dBm。QSFP-40G-SR4的功率预算为3.50 dBm，内部搭载模块直连解决方案，当接收功率达到2.40 dBm 时，认定存在过载，此时直接对数据进行诊断。运行环境的温度为0～70 ℃（DDM/DOM），额定功耗为1.30 W，自带EMC（抗电磁干扰）装置，因此传输过程中的误码率仅为10-12，可以实现对监控数据的准确传输。支持IEEE 802.3ba、QSFP+MSA、SFF-8436 及SFF-8636 协议，确保其适用于不同环境。QSFP-40G-SR4 的使用寿命为600 000 h，可以为系统提供长期稳定的传输服务。

1.2 光感应装置

要实现对多联动照明装置状态的准确监控，可靠的信号采集装置也必不可少。选择FOLS-201 光源感应装置实现对照明装置运行状态数据的采集。FOLS-201可以提供1 310.00 nm 和1 550.00 nm 的双波长激光输出感应模式，在检测光源功率时可以与其他装置结合使用。其可以检测光功率和端到端的光损耗，也被叫作光损耗测试仪。FOLS-201 配置的接口为标准2.50 mm通用型接口，可以满足SC 适配器与FC、SC 型连接器的直接连接需求。配置的发射器类型为FF，额定输出功率为-6 dBm，在1 310 nm 和1 550 nm 波长模式下，对应的稳定率分别为+0.05 dB/1 h 和+0.10 dB/8 h，支持270 Hz/1 KHz/2 KHz 三种调制频率。当长期处于待机状态时，其自动关机功能可以最大限度降低无效电能的浪费，提高运行时间。FOLS-201 使用2 块AA 电池，在相对湿度不高于90%的条件下可以实现稳定运行，可适应的工作温度范围为-40.00～50.00 ℃，完全可以适应城市道路照明环境的应用需求。

2 软件设计

2.1 系统运行逻辑构建

在上述硬件环境的基础上，采用模块化的方式设计系统软件，以功能为基础将系统划分为初始化模块、数据采集模块、数据传输模块、数据分析模块、数据存储模块及信息反馈模块，如图1 所示。

图1 监控系统运行逻辑

初始化模块的主要作用是在完成一次监控循环之后，对系统的硬件和软件进行初始化。对硬件的初始化主要是将QSFP-40G-SR4 的端口状态参数恢复到原始状态；对软件的初始化主要是将监控系统数据传输模块及数据分析模块都恢复到初始状态，这样做的目的是避免监控数据交叉带来监控异常。在设计阶段，将初始化模块与其他模块隔开，避免模块间交互关系对初始化模块的影响。

以此为基础，系统在执行城市道路多联动照明监控的过程中，FOLS-201 利用接口与QSFP-40G-SR4的VCSEL 建立联通关系，并将采集到的数据传输到QSFP-40G-SR4 中，按照数据的大小，PIN 选择可以满足传输需求的传输功率执行传输任务。为了实现对状态参数的实时监控，将传输时间设置为1 s。监控中心接收到城市道路多联动照明监控数据后，对其进行分析。当分析结果在正常运行阈值范围内，则反馈模块输出的结果为正常；当分析结果超出正常运行阈值范围，则反馈模块输出的结果为异常。将该部分数据保存到数据存储模块，按照数据与装置之间的对应关系，对其进行管理。通过这样的方式，实现对城市道路多联动照明的监控。

2.2 道路照明状态判定

通过构建的系统运行逻辑可以看出，系统主要在监控中心的数据分析模块实现对道路照明状态的判定。考虑到环境亮度和照明装置照度成反比，首先以采集数据对应的时间设置对应的照明异常判定参数阈值范围。假设对任一路段n在t时刻环境的亮度为Eh（t），此时路段照明的最低照度Emin(t)可以表示为

式中：E为道路交通规定下的交通运输环境亮度值。在多联动照明环境下，在n路段联动照明装置的作用下，其亮度值可以表示为

式中：L(t)为实际联动照明装置作用下道路的亮度值，L1(t),L2(t),…,Li(t)为FOLS-201 采集到的实际亮度数据，i为参与联动的照明装置数量。

对比Emin(t)与L(t)之间的关系,即可实现对照明状态的判定。考虑到数据波动的影响，文章设置异常判定参数阈值范围为[-0.2,0.2]，判定条件如下：

当式（3）成立时，判定照明系统存在异常，监控系统反馈模块输出结果为异常；当式（3）不成立时，判定照明系统正常，监控系统反馈模块输出结果为正常。

3 应用测试

为了进一步分析监控系统的实际应用效果，进行了系统测试。

3.1 测试环境

在文章测试对应的开发环境中，使用的计算机型号为Dell Vostro 220，设备的CPU 型号为Inter(R) Pentium(R)Dual CPU E2420@64 GHz，内存为128 GB，硬盘大小为1.0 T。使用IIS5.0（Intemet 信息服务）实现路灯监测数据的分发。当访问远程数据库时，IIS5.0 与Microsoft ActiveSync 4.5 同步工具之间建立虚拟连接，以此实现对目标数据的获取。对于监控到的照明设备状态数据，利用SQL Server2005 Express&Manager 执行对系统开发阶段的调试。在此基础上，在测试端设置多联动模式的路灯环境，其中共包含10 个照明设备，分别对其照明状态进行差异化设置，利用系统对其进行监控，通过分析监控结果与实际设置结果的一致性，分析设计系统的应用效果。

3.2 测试结果

在上述基础上，对设计系统的监控结果与设置值进行对比，如表1 所示。文章设计的系统可以实现对40%以上亮度异常照明装置的有效监控，当闪烁频率达到5 次/s 以上时，对应的监控效果较理想；但是对于亮度变化低于20%，和闪烁频率低于1 次/s 的异常状态，其监控效果不理想。这是因为系统对异常判定参数的设置阈值范围超过上述故障参数范围。为此，文章将异常判定参数阈值调节到可覆盖故障参数的范围，进行了二次测试，并实现了对所有照明装置状态的准确监控。表明文章设计系统可以根据多联动照明装置的实际情况，实现对其状态的有效监控。

表1 系统测试结果统计表

4 结束语

城市道路多联动照明装置的稳定运行是保障城市道路交通安全的重要基础之一，对其运行状态进行准确监控离不开可靠的数据采集和稳定的数据传输。文章设计了城市道路多联动照明监控系统，针对多联动照明装置数据的属性特征，对采集和传输环节进行了针对性设计，并结合实际情况设置异常判定参数阈值，实现了对城市道路多联动照明状态的有效监控，可以为相关监控研究工作提供新的思路。