城市LED灯具照明系统智能无线监控.doc

1、城市LED灯具照明系统智能无线监控项目建议书项目名称：城市LED灯具照明系统智能无线监控 承担单位（签章）： 郑州市城市照明灯饰管理处 协作单位（签章）： 生茂光电科技股份有限公司 填报时间： 2010 年 月 日项目建议书提纲一、项目概述二、项目的目标与任务1项目确定的项目目标与任务需求分析2项目分年度目标进度安排及各项考核指标三、现有工作基础与优势1国内外现有技术、知识产权和技术标准现状及预期分析2项目申请单位研究基础（已有的研究开发经历，科技成果、科研条件与研究开发队伍现状等）四、任务分解与考核指标1项目研究内容、技术路线和创新点2主要技术指标（如形成的知识产权、技术标准、新技术、新产品

2、新装置、论文专著等数量、指标及其水平，与国内外同类技术或产品的竞争分析）3主要经济、社会、环境效益（如技术及产品应用产业化前景，在项目实施期内能够形成的市场规模与效益，对促进社会可持续发展及提升我省相关产业竞争力的作用等）4项目实施中可能形成的示范基地、中试线、生产线及其规模五、经费预算1项目总投资预算、各项任务经费分配及分年度经费需求2资金筹措方案及配套资金落实措施六、实施机制1项目的组织管理措施2知识产权与成果管理及权益分配七、有关附件1、申请单位的营业执照2相关科研成果、专利等知识产权证明材料；3项目相关技术领域的专利检索，知识产权与技术标准分析报告；4项目资金来源（如贷款等）的证明材

3、料；5中试或产业化所需相关产品生产的许可证明文件；6与项目相关的其他证明材料或文件等。一、项目概述道路照明不是简单的灯光排列，作为城市管理的重要一环，道路照明展示着城市形象。随着城市建设的迅速发展，为了满足城市照明多样化的要求，更为了响应国家关于建立节能型城市的要求，城市照明监控管理的现代化和智能化是发展的必然趋势。现有的城市照明监控管理系统由于缺乏灵活的智能化控制手段，花费大量经费建设起来的各类照明设施，难以充分发挥应用的效能和造成大量电量浪费。路灯管理工作的难点及现状 开关灯时间更改困难。目前，路灯开关灯控制方法多为钟控和光控。二者均不能实现控制开关灯的合理化、科学化。从而会出现：开灯早、

4、关灯晚；或者开灯晚、关灯早的现象。前者会造成巨大的电能浪费，后者会损害城市形象、影响社会治安和交通安全，从而影响城市的投资环境。 及时、准确了解路灯设备的安全工作状态困难。路灯是否安全运行，目前基本是依靠工作人员夜间巡视和群众举报的方式。此管理方式发现故障的时间长，工作人员劳动强度大、效率低，已远远不能满足城市灯饰工程发展与管理的需要。 实现路灯的精细节能困难。由于技术的原因，以往在路灯的控制上比较粗糙，往往是以路段为控制单位，在满足照度和节能上两难取舍。综上所述，为了提升城市形象与管理水平，应对更高的节能要求，对城市路灯监控管理系统的升级改造势在必行。为确保城市照明的质量，本项目旨在开发一套

5、完善的信息开发系统和设施管理系统。信息开发系统在保障城市照明获得最佳的经济投资效益的同时，也增加了工作透明度，通过系统，管理部门可以对所管理的城市照明状况了如指掌。二、项目的目标与任务1.项目确定的项目目标与任务需求分析本项目通过采用Zigbee技术的智能路灯远程控制管理系统的建设实现如下目的和任务： 自动巡测功能：系统中心可以自动巡测每路路灯的开关状态。 数据采集功能：采集电流电压、电量、功率因素等数据。 节能评估：方便客户进行有功功率，无功功率的计算,为节能评估打下数字基础。 过载保护：通过采集到的数据进行处理判断，保证负载处于合理范围内。 空载保护：如果采集到电流小于门限值，则不允许进行

6、开灯操作。 控制功能：系统中心可以随意开关任何一路路灯或开关自定义群组的路灯。 自动控制功能：现场按预先设计好的时间计划自动调节路灯开关时间。 报警功能：将过去的巡逻式维护报警改为预防式等待报警，这样系统中心可以得到第一手资料从而迚行调度协调。故障出现后，系统中心可以准确获取故障灯的位置信息，工作人员可以在最短时间内赶到现场迚行维护。通过采集电力线的电流、电压值，通知系统中心，从而迚行防盗处理。 显示功能：可以根据GIS电子地图上显示每路路灯的开关状态及其它重要信息。 数据存储功能：可对路灯安装和时间、地点、运行参数、工作时间等用户关心的信息进行记录存储。 数据查询功能：系统中心可以通过互联网

7、查询任意时间段每路路灯数据信息。 报表功能：可以生成电流、电压、功率因素、亮灯率、开关时间的分析曲线和报表。 远程维护功能：进程网络维护，控制模块具备远程参数设置和维护功能。 拓展功能：如调光控制，配合LED调节灯光亮度，在不影响照明前提下，达到最大节能效果。系统可自由增减路灯控制器的数量；路灯控制器可以扩展其它功能，配合其他节电控制技术进一步降低路灯能耗。上述目的的实现对我们的城市具备重要的意义： 提高城市形象，创造良好的投资环境； 降低维护成本，提高维护速度和准确性； 节约电能，响应中央倡导，打造能效经济； 降低运行成本，节约人员开支； 实现照明系统的管理现代化，装扮美丽城市夜景； 提高设

8、备和线路的安全性，确保道路交通安全； 使照明管理水平达到国内先进，满足城市国际化要求；2.项目分年度目标进度安排及各项考核指标整个项目包括硬件开发、软件调试、示范基地建设和成套设备提供四个阶段，具体进度如下： 2011年3月2011年8月 完成路灯终端节点和控制节点的硬件开发及软件调试工作； 2011年8月2011年12月 完成上位机软件的开发和调试； 2012年1月2012年6月 实现终端节点、控制节点和监控中心间通讯调试； 2012年6月2012年12月 完成节能照明控制系统示范基地的建设并调试系统实现良好运行。 2012年12月以后 具备节能照明控制系统成套设备的提供能力。阶段考核指标

9、第一阶段：实现50100米距离多个终端节点的数据传输，结果以可见形式显示； 第二阶段：上位机能够与控制节点有效双向通讯，结果以可见形式显示； 第三阶段：上位机、控制节点、终端节点间通讯畅通，初步以系统要求形式实现所有功能； 第四阶段：在示范基地实现系统运行，功能完备，运行状态良好。 第五阶段：该系统能够服务于我市照明系统建设并取得良好的效果。三、现有工作基础与优势1国内外现有技术、知识产权和技术标准现状及预期分析城市照明的监控方法随着城市照明和现代科学技术的发展经历了分散时控和集中监控阶段。最初的路灯控制方法以分散控制方式为主，人工对路灯线路进行开关操作，有的城市在每个开关箱内放置一个定时器，

10、使得该路段的路灯到预定的时间自行开关。定时器分散控制方法既不能根据不同季节的变化及时调整开关灯的时间，更无法及时反映路灯的运行情况，并且故障率高、维修实时性差，维修工作十分被动，运行过程中的故障只有等待巡视人员到达现场才能发现，或者被动地等待市民的电话反映，因此难以做到及时维修。在遇到一些接待首长、迎接国宾等特殊任务时，由于缺乏灵活的控制手段，必须临时派出大量的人员到现场手动操作路灯开关箱;在时间十分紧迫的情况下，无法满足应急调度的要求。此外，由于缺乏灵活有效的控制手段，花费大量经费建设起来的景观灯，也难以充分发挥应有的效能。由于分散控制方式存在很多缺点，有些城市采用了集中控制的方式，主要分为

11、有线方式和无线方式。有线方式即在控制中心与开关箱之间拉一条控制线，通过手拉手的方式将整个城市的控制箱串联起来统一控制开关灯。缺点是由于需要拉线，所以建设费用大;由于是采用有线手拉手的方式，中间一点有问题，这点后面所有的控制箱都会受影响;无法获知现场是否有故障，只能靠平时的巡灯的方式来查找故障。在一些经济比较发达的地区，如广东等地也曾经对无线通信监控做过些研究和应用，但受通信条件和其他因素的影响，多数采用的是寻呼机遥控。缺点是无法获知现场是否有故障，只能靠平时巡灯的方式来查找故障。而且随着通信事业不断的发展，寻呼机这种通信方式也在被淘汰的边缘。目前关于智能路灯控制管理系统的研究所采用的技术主要集

12、中在三个方面。一是采用GRPS无线通信模块，每个路灯对应一个路灯控制器终端。该终端通过GPRS与城市照明中心的服务器相连，实现终端的实时通信。这种方式的缺点是其能耗及通讯费都不符合低成本的要求；第二种是GPRS与电力线载波技术相结合的方式。它是将第一种方式中增加了集中控制器，而且用电力载波模块替代了方式一中的GPRS模块。多个带载波模块的路灯控制器终端经过电力线与集中控制器相连，而集中控制器再由本节点的GPRS模块与城市照明中心的服务器相连。相比第一种方式，能耗及通讯费用都有所降低，而且其最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。但是电力线载波通讯因为本身所具备的缺点如配电变

13、压器对电力载波信号有阻隔作用、电力线本身存在脉冲干扰、电力线对载波信号造成高削减等导致 “电力上网”未能大规模应用。第三种是GPRS与基于ZigBee的无线传感器网络相结合的方式。以ZigBee模块代替第二种方式中的载波模块。多个带有载波模块的路灯控制器终端以无线方式与集中控制器相连。集中控制器再经GPRS模块与照明中心的服务器相连。这种方式中的ZigBee无线网络技术具有省电、简单、成本低的优点，更突出的是其高可靠性，使其被认为是当前最适合传感器网络的技术形式，预期在诸如军事、生活、医疗、交通等领域获得广泛应用。ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂的的无线网络技

14、术。采用了IEEE802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本低。除了低功耗、价格便宜外，ZigBee技术的突出优点是可靠性高：ZigBee的可靠通信机制：采用了CSMA-CA的碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；明细的信道检测；MAC采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动、节点发生故障等等，网络都能够进行自我修复，并对

15、网络拓扑结构进行相应的调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。本系统方案特点： 节省成本：安装施工简易快捷，无需铺设专线；不用改变既有的电力线架设和配电控制网络，一方面节省了人力物力；一方面自动组网的ZigBee模块不受天气和地形的影响，也保证了通讯的可靠性。 每天可进行自动通、断电操作；可保证工作日、节假日按不同的时间自动通、断电；可对用电设备进行分区、分线路管理。 控制灯具的开/关和亮度，从而可以显著延长灯具的有效寿命，减少灯具更换次数，节约资源，减少有害气体污染环境。可以远程设置节点控制参数，实现节点的灵活控制。在后半夜车稀人少时，则控制路灯保持较低照度的照明（或者实行“半夜灯”

16、调节控制）。这样做主要优点就是在调光的同时，也大幅降低了电耗，节约用电，同时还可以延长灯源寿命。 根据天气情况和实际光的照度，自动控制灯具的开/关和灯具的亮度，如在不好的天气时及时打开路灯，对于安装在桥下或隧道的路灯，路据实测光强，来自动以最佳的亮度打开路灯，提高公众满意度，在灾害天气使路灯更人性化。 通过系统中心设置，防止非授权人操作，确保系统控制安全可靠。依据采集数据情况，可判断终端设备运行状态情况。所有运行参数（自动通断电时间，区域划分）可在管理终端随时设置，随时启用，管理方便采用该技术，是本项目的研制成果不仅适用于路灯照明控制系统，而且具备在其他系统推广应用的价值，例如广场照明、学校教

17、室照明、停车场照明、商场照明等公共场所照明集中监控等等。2项目申请单位研究基础（已有的研究开发经历，科技成果、科研条件与研究开发队伍现状等）本项目由依托郑州市城市照明灯饰管理处与生茂光电科技股份有限公司联合开发。2.1协作单位：生茂光电科技股份有限公司是一家专业从事智能交通及LED系列产品开发、生产、销售的高新技术企业。公司成立于2000年9月，注册资本7580万元。公司现已在智能交通、LED器件封装、LED信息显示、LED照明等领域形成开发、生产和系统集成、实施的一体化。公司拥有丰富的封装及应用经验。生茂光电本部自2000年开始专业从事LED应用产品的研发及生产，公司主导产品LED交通设施以

18、其先进的技术、稳定的质量，覆盖了全国二十余个省市区。公司下属的深圳公司自1995年开始，就专业从事LED器件封装，是国内较早从事LED器件封装三大点阵器件封装厂家之一，技术团队稳定，生产经验丰富。由于半导体照明在LED路灯等功能性照明领域与LED交通设施具有紧密的相关性，生茂光电在LED智能交通和LED灯具方面具备这一得天独厚的优势，一直在进行相关课题研究，已经取得阶段性成果。公司已建立“河南省LED光源工程技术研究中心”，并被列为“发光材料产业基地”。公司正在筹建郑州固态照明产业基地。董事长总经理财务总监财务部审计监察部副总经理总工程师企业发展部行资中心品管部PMC部制造部工程安装部客户服务

19、部市场管理部销售部LED照明研发部LED照明部工程技术部研发一部生产技术部公司职能部门较齐全，职责明确，分工合理，体系健全；管理层次适当，运行效率高。公司拥有工业用房超过10000平方米；公司已建成河南省企业技术中心以及河南省LED光源工程技术研究中心，拥有科研基地650平方米，中试基地860平方米，中试生产线2条，仪器及设备超过1000万元，基础设施设备较齐全。公司现有人员281人，其中大专以上学历人员178人，专职研发人员58人。人员学历层次高，专业结构合理，技术人员队伍强大，创新能力突出，已申报知识产权30项（其中专利24项，软件著作权6项），已获授权及公示的发明专利4项、实用新型专利9

20、项、外观设计专利10项，软件著作权6项。公司资信及财务状况良好，近三年财务状况如下表： 单位（人民币）：万元 年份指标2009年2008年2007年销售收入286512074815120利润431332191958税金1143768664总资产612653674733226固定资产777865717451负债422112206921583资产负债率68%60%65%银行信用等级AAAAAAAAA四、任务分解与考核指标1项目研究内容、技术路线和创新点研究内容 实现路灯控制器终端的可靠运行，并尽量缩小其尺寸； 照明灯具的节能措施研究； 控制系统本身的节能研究； 集中控制节点多任务功能的实现； 上位

21、机软件的编写。技术路线 本系统主要由路灯管理中心系统、GPRS/CDMA终端、Zigbee骨干模块、Zigbee路灯控制终端等部分构成。路灯管理中心系统是整个系统的神经中枢，负责各种控制指令的下发与各种检测状态的显示；GPRS/CDMA终端与Zigbee骨干模块构成了系统的神经网络，负责系统中各种数据的传输；Zigbee路灯控制终端是系统的执行部分，负责由中心下发的各种控制指令的执行，与各种参数的检测。 照明灯具的节能措施包括多种，一是对一个灯杆上多个灯具的情况的非全亮模式；二是针对LED灯具的电流控制；三是针对后半夜电网负荷小而电压升高的降压模式。针对不同的需要，设置合适的节能措施。 以Zi

22、gBee无线通信技术实现路灯控制器终端与集中控制器间的互连，实现系统对低功耗、低成本、组网便利、运行可靠的要求。创新点该项目基于ZigBee无线传感器网络和GPRS对路灯进行具体到每个路灯状态的检测和控制，研制成功后对城市照明系统的控制可以达到国内先进水平，实现节能和高可靠性运行的目标。先进性具体体现为： 路灯控制器终端采用传感器模块与控制器模块分开设计制作的形式，从而为系统推广应用于其他功能提供了灵活性的基础。该系统只需要更换传感器模块及上位机界面，就可以用于其它需求。 采用ZigBee技术实现路灯控制器终端之间、与集中控制器之间的低功耗无线可靠通讯，其可靠通讯机制、自组织能力和自愈功能为传

23、感器组网带来极大的便利。 基于单灯运行状态的可检测和可控制的智能网络将为提升我市城市形象与管理水平，应对更高的节能要求做出卓越的贡献。2主要技术指标（如形成的知识产权、技术标准、新技术、新产品、新装置、论文专著等数量、指标及其水平，与国内外同类技术或产品的竞争分析）系统主要技术指标 遥控命令响应时间 60 秒 遥控正确率 99.99% 报警响应时间 65536 工作温度范围 -20-65申请专利13项，发表3篇以上高水平的学术文章。3主要经济、社会、环境效益（如技术及产品应用产业化前景，在项目实施期内能够形成的市场规模与效益，对促进社会可持续发展及提升我省相关产业竞争力的作用等）从投资费用和效

24、能费用回报两方面来看，按照5万盏LED路灯的规模进行计算。5万盏LED路灯累计投资在1.5亿到3亿之间，在节能费用方面，按每盏LED灯平均功耗100瓦计算，每天的平均照明时间是10小时，每天每盏LED路灯的消耗是1.0度电，全年的耗电是：。如果启用本系统，按保守节能30%估算，每年节省电能消耗547.5万度，相应节省电费开支4106万元左右。同时在节省人员开支费用方面，减少了维护人员和出巡的交通费用，每年可以节省200-500万元。通过以上分析，实现本项目的建设所带来的社会效益和经济效益都是相当显著的。若将该系统推广于其他场合照明，如学校教室、广场、居民校区、写字楼等等，根据相关调查资料显示照

25、明用电占楼宇用电量的30%以上，该系统需求市场以及可节约的能源就更为可观。本项目研制系统的组网便利性和更换传感器模块的灵活性使它成为一个一劳永逸的开发平台，从这个意义上讲，无论是该系统本身各级模块的需求所产生的市场规模与效益，还是由该系统的应用所产生对我们研究和生活方式的改变都具有重大的意义。4项目实施中可能形成的示范基地、中试线、生产线及其规模在本项目实施中可以建成城市照明智能控制系统示范基地。五、经费预算1项目总投资预算、各项任务经费分配及分年度经费需求项目总投资预计在500万元，第一年投入350万元，第二年投入150万元。2资金筹措方案及配套资金落实措施六、实施机制1项目的组织管理措施采用项目主持人负责制，对项目进度进行严格规划统筹安排，对项目资金专款专用。2知识产权与成果管理及权益分配七、有关附件1申请单位的营业执照2. 近年来所主持及参与项目列表；3近年来所发表的部分相关论文及复印件；4拟合作生产企业概况5与项目相关的其它证明材料或文件等；