NB-IoT智慧照明解决方案

毛新发

【摘 要】随着经济社会的发展，城市公共照明已不再局限于道路功能照明，而是展现城市景观、体现城市形象的重要标志，社会对公共照明的要求和期望越来越高，基于 NB-IoT 网的智慧照明，对城市路灯实现全方位感知、深度交互、广泛融合和智能控

1 项目概述

随着经济社会的发展，城市公共照明越来越重视，城市照明已不再局限于功能照明，而是展现城市景观、体现城市形象的重要标志，在智慧城市建设大潮中，充分利用城市照明设施的资源优势，采用地理信息（GIS）、单灯控制、云计算、物联网、NB-IoT等技术建设智慧照明，对解决当前城市照明管理不足，推动精细化管理，保障照明质量，促进节能减排，提高城市照明智能化水平，为一体化智慧城市打好坚实基础。

2 建设目标

根据当前照明管理现状和实际需求，采用NB-IoT窄带物联网、地理信息系统（GIS）、单灯控制和移动互联等技术，提升城市照明智能化水平，构建城市智慧照明监控管理和节能运行模式，实现城市照明资源管理精细化、集中监控智能化、运维服务主动化、节能管控精准化、安全监测常态化和协同办公移动化，推动城市照明管理与节能双发展，提升城市经济、城市环境、城市形象。

3 设计原则

3.1 安全性和可靠性

系统建设以可靠性为原则，保证系统能正常稳定运行，并实现设计功能。在此基础上，以UI设计核心理念设计和布局各子系统，方便用户操作。

监控设备长期在户外，环境恶劣，要充分考虑系统的可靠性，确保系统能长期稳定运行;同时系统在个别设备出现故障的情况下应能够继续稳定运行，不影响其他设施的按时开启、关闭。

3.2 简便性和扩展性

合理优化各系统，使其符合简便操作的原则，减少用户操作数量和次数。系统应具有较强的可扩展性，可任意搭配和增减模块，便于系统的二次开发和升级。

硬件采用模块化设计，软件采用组态化设计，使得系统扩展、升级均不必改变现有设备的状态，具体体现在：照明监控管理范围扩展、软件功能升级、通信网络扩展升级等十分便捷。

3.3 先进性和标准化

系统设计和数据优化采用先进技术，提高服务器和数据库运行效率，设计结构合理、先进，易于维护。在结构上实现开放，基于业界开放式标准，符合国家和工信部的规范。

系统及相关设备应符合相关国内、国际标准，达到国内较为先进的水平，主要体现在系统功能实用、软件操作简便性等方面。

4 技术路线

考虑到照明的业务特点，系统设计采用软硬件结合的方式，其中硬件系统部署在用户现场，软件系统部署在监控中心，实现分布部署集中管理。在系统设计实现的整个过程中，融合了最新的SCADA系统设计思想和实现元素，使系统能更好的展示业务信息，更利于用户使用操作。

4.1 NB-IoT 技术

NB-IoT构建于蜂窝网络，覆盖范围大、通信距离长;基于通信运营商公网，无需集中网关，稳定性高。在城市智慧照明中应用NB-IoT（窄带物联网）技术，可构建更为稳定、低耗的路灯物联网，同时提高单灯控制的灵活性、可靠性和实时性。

4.2 基于SOA的多层软件架构技术

软件平台采用面向服务架构（SOA）的多层设计，业务逻辑层清晰，与数据库间通过单独的数据访问层进行访问，降低了业务逻辑和数据库间的耦合度，增加了数据的安全性和事务性。

业务逻辑层通过Web Service标准接口提供服务。通过Web Service标准（包括XML数据封装、WSDL发布协议、SOAP封包协议、HTTP数据传输协议），使系统具有较强的兼容性和可扩展性。

4.3 GIS（地理信息系统）技术

采用GIS技术，将灯源、箱变、控制箱、灯杆等各类监控设备部件与地理位置、空间信息有机结合，实现位置可视化，支持动态监控管理。

对整个城市公共照明专用变压器、控制柜、灯杆、灯具等设施进行全面普查，身份编码和定位，形成方便实用、图表结合、条块结合、便于资源信息数据库管理，将设施建设管理与控制管理、节能管理、能耗监测等应用实现可视化、数据化、精细化和高效化。改变以往照明设施管理中数据不准确、难以查询、统计和数据更新滞后等现象，为照明设施维修、保养提供数据依据，为城市照明能耗分析、照明监控管理和节能提供基础支撑。

4.4 移动互联技术

融合移动通信和互联网技术，整合移动通信随时、随地、随身和互联网共享、开放、互动的优势，为城市智慧照明提供丰富的移动应用，真正实现随时随地移动办公，为城市照明管理人员及维护人员提供更大的工作便利。

5 平台总体架构

智慧照明管理平台打造运行调度和应急指挥能力，实时掌控全市照明的运行情况，统计照明设施的基本信息及能耗。同时协助照明主管部门完善信息统计制度，建立節能评价体系，加强对城市照明工作的指导和优化。

智慧照明管理平台采用物联网架构，由感知层、网络层和应用层构成。

图1

感知层主要包括智能监控终端、单灯控制器等智能化设备，针对城市照明设施的地理环境和拓扑特征进行布置，提供自动感知和执行能力。

在网络层，智能监控终端采用运营商无线公网（4G/GPRS）通信，单灯控制器采用NB-IoT通信方式，架起感知层和上层应用之间的信息桥梁，实现双向数据传输。

应用层融合照明设施基础信息、感知层监控信息和管理信息，对城市照明监控和管理业务进行计算、分析和存储等处理，实现智慧照明各项应用，包括照明设施资源管理、照明智能监控及单灯节能管理等，实现对照明设施“点、线、面”的全面实时监控管理，同时支持移动应用。应用层部署在城市照明监控管理中心，监控中心主要由服务器、交换机、防火墙、监控工作站等设备组成。