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【關(guān)鍵詞】 LED路燈 GPRS技術(shù) 智能監(jiān)控系統(tǒng)

1 相關(guān)概念

1.1 LED路燈

路燈是指給道路提供照明功能的燈具，泛指交通照明中路面照明范圍內(nèi)的燈具，由燈具、電器、光源、燈桿、燈臂、法蘭盤和基礎(chǔ)預(yù)埋件組成一個整體，與交通安全、公民生命和財產(chǎn)安全息息相關(guān)。LED是發(fā)光二極管（Light～Emitting Diode）的簡稱，指能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。它利用載流子在LED內(nèi)部半導(dǎo)體間的過渡層――PN結(jié)復(fù)合時，將多余能量以光的形式釋放的原理，直接把電能轉(zhuǎn)化為光能，光色與半導(dǎo)體材料有關(guān)。

LED路燈是當(dāng)前我國城市普遍使用的路燈，即將LED作為路燈的發(fā)光組件。它使用比高壓電源更安全的低壓電源，特別適用于公共場所；能耗是同光效白熾燈的20%，功率不超過0.1W；使用壽命長，初始光衰50%的時間為10萬小時；采用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量極低；不含重金屬汞，環(huán)保無毒，可回收再利用；被完全封裝在環(huán)氧樹脂里，堅固耐用；價格也越來越市場化和平民化。

1.2 GPRS技術(shù)

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service）的簡稱，通常被稱為第2.5代移動通訊技術(shù)，GSM技術(shù)（2G）的延續(xù)。以封包為單位來傳輸數(shù)據(jù)，對GSM原有時隙進行動態(tài)分配，每個用戶均可同時占用多個信道，每個信道又可有多個用戶高效共享。

其傳輸速率最高可達171.2Kbps，連接費用僅按數(shù)據(jù)流量計算，相當(dāng)?shù)土?，建立新連接幾乎無需任何時間。它永遠在線，質(zhì)量優(yōu)良，安全可靠，技術(shù)成熟。基于上述特征，遠程監(jiān)控系統(tǒng)使用以GPRS數(shù)據(jù)傳輸為主的通信方式。

2 系統(tǒng)建設(shè)的迫切性

目前，我國路燈存量為2800萬～3000萬盞，近幾年每年新增15%～20%，約為300萬～600萬盞。隨著路燈設(shè)施數(shù)量的增加，傳統(tǒng)人工管理的弊端日趨明顯：耗費較多人力和物力，管理成本高；不能實現(xiàn)監(jiān)控路燈設(shè)施的運行狀況，造成設(shè)施故障信息的滯后性，不能及時進行維護，影響市民夜間出行安全，存在諸多安全隱患；路燈的功率不能隨電網(wǎng)電壓的變化實時控制，造成大量能源浪費，降低電能的使用效率，縮短了燈具的使用壽命。

隨著數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對路燈系統(tǒng)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化管理進行了研究，不但可以節(jié)約能源、延長燈具使用壽命，同時還能夠提高城市建設(shè)的管理水平，保障市民夜間出行的安全，降低交通事故的發(fā)生率。近年來的研究和實踐表明，雖然目前國內(nèi)的路燈監(jiān)控系統(tǒng)在功能、技術(shù)性能和工作可靠性等方面達到了一定的水平，但在穩(wěn)壓方面仍存在許多需要改進的地方。智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實時化、精確化和動態(tài)化已經(jīng)成為現(xiàn)代城市道路照明管理系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，GPRS技術(shù)在路燈監(jiān)控中的作用應(yīng)運而生。

按照每年新增路燈數(shù)量全部為LED燈具，每盞1000～2000元計算，年增量在30～60億元人民幣。LED路燈使用超過6000小時的故障率小于1%。目前照明約占全球用電量的19%，如果全球采用的照明系統(tǒng)效率比現(xiàn)有提升一倍，就相當(dāng)于減少歐洲一半的用電量和排熱量。根據(jù)一項全球性的獨立試驗，LED路燈最大可以節(jié)省85%的能源。

2011年，全國燈具及照明裝置的產(chǎn)量達25億套，同比增長 6.38%。從各省市的產(chǎn)量來看，浙江省達10.7億套，同比增長9.13%，占全國總產(chǎn)量的42.4%；廣東省產(chǎn)量達8.7億套，同比下降4.44%，占全國總產(chǎn)量的34.43%。2011年中國LED市場將從2010年的47億美元增長到58億美元，上升23%，LED已成為中國制造的熱門產(chǎn)品，而且是很有吸引力的投資領(lǐng)域。另外，政府對該產(chǎn)業(yè)的支持正在產(chǎn)生效果，預(yù)計2015年中國LED市場將達到111億美元，2010～2015年的復(fù)合年度增長率為17.7%。

綜上所述，我國LED路燈及其對使用GPRS技術(shù)監(jiān)控的依賴需求十分迫切。

3 系統(tǒng)自身優(yōu)勢

簡略概括，LED路燈GPRS智能監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

（1）安全可行。路燈設(shè)計的根本理念是保障交通安全。為了提供安全的照明環(huán)境，降低漏電、泄毒、故障、損壞、失控等事件的發(fā)生率，特地采用低壓、封閉、無毒、穩(wěn)定性高、光衰期長、體格輕小、堅固耐用的LED燈，使用技術(shù)可靠、監(jiān)控經(jīng)驗豐足、沒有時隙盲區(qū)、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量優(yōu)良的GPRS技術(shù)，保證道路夜間光線明亮、穩(wěn)定，監(jiān)控有序、正常。

由于LED和GPRS并非高、精、尖新端科技，市場普及率高，成本漸趨低廉，技術(shù)可實現(xiàn)性強，該智能系統(tǒng)具有高度可行性。

（2）環(huán)保節(jié)能。隨著我國城市化進程加快、規(guī)模擴大，需要部署的路燈照明設(shè)施也越來越多。全球能源日趨緊張，節(jié)能減排是可持續(xù)發(fā)展的重要需求，故路燈設(shè)計也要達到環(huán)保節(jié)能的目的。

LED工作電壓極低（有的僅一伏特），發(fā)光電流極?。ㄓ械膬H零點幾毫安），由此計算的發(fā)光功率更是微乎其微，極其節(jié)能。它使用壽命長、功率極小、材料環(huán)保、可回收再利用，是環(huán)保節(jié)能的理想選擇。GPRS的通信和供能資源使用也較同類業(yè)務(wù)為少。

（3）高效低廉。在交通事故中，往往只是瞬間的疏忽釀成慘禍，交通設(shè)施容不得半點怠慢和延遲。普通白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級，而LED為納秒級，響應(yīng)、檢錯調(diào)整和維修的時延都在高效范圍之內(nèi)，利于最大限度保證道路的照明和系統(tǒng)的指令執(zhí)行。GPRS數(shù)據(jù)傳輸速度極快，最高達171.2Kbps，10倍于GSM，還可以穩(wěn)定地傳送大容量高質(zhì)量音頻和視頻文件，且無需為每次數(shù)據(jù)的訪問建立新的呼叫連接，可隨時在線，實時監(jiān)控路燈情況。

一般情況下，技術(shù)普及率與市場價格成反比。LED已經(jīng)廣泛應(yīng)用于指示燈、顯示板、顯示器、彩光裝飾和照明，我國部分城市的公路、學(xué)校、廠區(qū)等場所已經(jīng)換裝完LED路燈；GPRS業(yè)務(wù)更是家喻戶曉、人盡皆用，按照使用流量計費的方式合理又低廉。

（4）模型成熟。目前，該系統(tǒng)的模型建立已經(jīng)取得一定成果。

山東樂航節(jié)能科技股份有限公司的幾名員工，在2010年發(fā)表了名為《基于GPRS的智能路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究》的科技論文，提出了系統(tǒng)模型成果。湖南省高等學(xué)校科學(xué)研究項目（11C0098）作者李悅也提出了智能監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計了完整的監(jiān)控電路、系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)、管理節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)和管理節(jié)點軟件流程。這些簡單明了可操作性強的模型，為系統(tǒng)的建設(shè)打下堅實的基礎(chǔ)。

4 政策支持

2007年，國家出臺《高效照明產(chǎn)品推廣財政補貼資金管理暫行辦法》，規(guī)定每只高效照明產(chǎn)品，中央財政按照中標(biāo)協(xié)議供貨價格的30%給予補貼。2012年2月，國家相關(guān)部門了2012年LED照明產(chǎn)品的補貼推廣的計劃，投資22億元用于LED路燈等節(jié)能燈具的補貼?！?013-2017年中國LED照明產(chǎn)業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》出臺，從目標(biāo)市場分析、資金支出等方面分析了LED路燈的前景和規(guī)劃，及時為該項目順利完成提供了戰(zhàn)略分析。這些政策結(jié)合《節(jié)約能源法》等法律法規(guī)，支持該系統(tǒng)順利進行和完成。

5 推廣及效益衡量方法

由于該系統(tǒng)為公共交通設(shè)施服務(wù)，關(guān)系到市民人身和財產(chǎn)安全，必然會引起相關(guān)企事業(yè)單位和市民的高度重視。一般情況下，技術(shù)普及率與市場價格成反比。LED已經(jīng)廣泛應(yīng)用于指示燈、顯示板、顯示器、彩光裝飾和照明，在城市的普及程度中等，還留有一定的市場空間；GPRS業(yè)務(wù)更是家喻戶曉、人盡皆用，按照使用流量計費的方式合理又低廉，可實現(xiàn)性強。該系統(tǒng)在城市路燈監(jiān)控中的應(yīng)用越來越普遍。

該系統(tǒng)運用后的效果表現(xiàn)為路燈監(jiān)控質(zhì)量明顯上升，夜間因光線問題造成的交通事故減少，夜間出行更加安全。成果衡量采用“前―后”對比分析法。使用虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)，輸入指令，控制其他變量，對系統(tǒng)進行模擬實驗。與前項數(shù)據(jù)對比，確認效果顯著后再在試點路段實際安裝新智能系統(tǒng)，進行試運行；試點路段的統(tǒng)計指標(biāo)與原系統(tǒng)相比，在其他變量變動微小的情況下，路燈監(jiān)控效率和質(zhì)量有明顯提高，夜間交通事故率有下降趨勢，即說明預(yù)期目標(biāo)得到了實現(xiàn)。

在系統(tǒng)試驗階段，這里簡述杭州電子科技大學(xué)的李立軒的結(jié)果：

信息服務(wù)平臺的采用visual studio集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)，并采用Access數(shù)據(jù)庫，集成了用戶管理、路燈管理、道路管理、操作指南等功能。實驗包括系統(tǒng)響應(yīng)時間測試，普通路燈與LED路燈耗能、發(fā)熱、完整時間段內(nèi)照度和功率的監(jiān)測等。從實驗結(jié)果可以看出，智能監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)時間段和需求來調(diào)節(jié)參數(shù)，在響應(yīng)時間、照明效果、溫度監(jiān)控和節(jié)約電熱方面達到了預(yù)期效果。

6 總結(jié)與展望

LED路燈GPRS智能監(jiān)控系統(tǒng)的社會普遍性較高，安全環(huán)保，高效節(jié)能，能夠滿足城市交通的照明及安全需要。另外，ZigBee技術(shù)在路燈監(jiān)控中的應(yīng)用的研究也越來越多，ZigBee技術(shù)、GPRS技術(shù)及LED路燈的結(jié)合，將會給城市照明設(shè)施帶來更大的效益提升，滿足社會公眾的夜間出行需求和安全，造福于市民。

參考文獻：