电力线宽带载波技术的智能路灯系统 电力线宽带载波技术的智能路灯系统
巫志平1，陈寿联2，张 伟3
（1.国网福建漳州供电公司，福建 漳州 363000；2.国网福建漳州龙海供电公司，福建 漳州 363000 3.青岛东软载波科技股份有限公司，山东 青岛 266000）
摘要：针对智能路灯新的发展需求，研究开发在路灯之间仅使用现有的电力线作为基础架构，采用电力线宽带载波技术实现数据的通信，以及路灯的智能化管理控制控方案，为照明供应商提供低成本和高可靠性的整套智能路灯应用解决方案。
关键词：智慧路灯；电力线；通信
随着物联网、智能控制技术和“互联网+”模式的发展，路灯改造的需求已不仅仅局限于路灯的简单更换，提出了智慧路灯改造方案。目前，针对路灯的智能化管理控制方案已经应用成熟，而在路灯杆上增加视频监控和无线Wi–Fi热点的方案现还只是在试点示范阶段。如杭州市西湖区的黄姑山路黄姑山横路—天目山路试点路灯杆综合利用项目，提供最基础的照明功能，还能为市民贴心地提供电动汽车智能充电、免费无线上网、视频监控、信息推送等诸多服务。
1 智能路灯系统组成
智能路灯系统主要包括工业级电力猫、Wi–Fi AP无线模块、视频监控、路灯控制中心4个部分。
1.1 工业级电力猫
工业级电力猫为电力线宽带载波模块，是智能路灯视频监控和Wi–Fi上网系统中的关键设备，在路灯之间使用现有的电力线作为基础架构，实现数据的通信，不需要重新做任何的布线和修改，对输电线也没有任何特殊的要求。
模块无需增加专用网络线，以路灯供电线路作为无线Wi–Fi的数据和监控视频流的通信信道，具有成本低，组网简单的特点，可与Internet外部网络进行交互通信，实现监控视频远程监控和提供无线Wi–Fi免费上网功能。模块可集成到灯具中，形成一体化智能路灯产品。
1.2 Wi-Fi AP无线模块
部分路灯内置宽带电力猫集成Wi–Fi AP，为用户实现覆盖范围内的Wi–Fi无线上网功能，满足多人网页浏览。通过对接入端口的管理，可以对单个用户的上网时间进行管理，以达到最大使用化的目的。通过对登录页码的管理，可以实现广告推送功能，用于企业形象宣传或获取广告收入。
1.3 视频监控
部分路灯加装高清摄像头用于监控路面。采用1080P的高清摄像头，可以提供上百米的路面的高清影像。通过以太网RJ45接口连接网络摄像头设备，在电力线上实现视频数据的传输，用于监控路面，路灯检查，公安、交警监控，视频搜索等，可作为城市的智能化管理系统的组成部分。后期将集成RJ45网口的POE供电功能，使摄像头供电方式更加灵活。满足政府相关部门对城市的管理要求，实现对城市的公共区域可视化管理。通过后续智能化图像检索软件的处理，还可以实现车牌跟踪、报警，路面异常判断报警等，为城市的智能化管理提供有利的支持。视频可以经过授权，用手机、平板、电脑通过远程登录视频网站查看实时视频、历史视频等。
1.4 路灯控制中心
路灯控制集中器负责变压器单元的PLC模块内部网控制指令的收集、传输，通过光纤与路灯控制中心进行数据的交互传输，实现对各个变压器端的路灯智能化控制；高速电力猫网关由高速电力猫和光纤路由器组成，搭起电力线内部网络和外部城域网的桥梁。电力猫的网速达到500 Mbit/s，能传输经压缩的高清视频和提供Wi–Fi免费上网。
路灯控制中心设置在路灯管理部门内，由服务器和相关软件组成。路灯管理部门通过路灯控制中心的软件可以对路灯实施远程管控和监测。路灯控制中心需满足目前路灯管理部门大部分的管理工作，通过进一步的软件功能完善，可以通过路灯控制中心软件完成管理部门更多的工作[2]。
2 智能路灯系统典型项目方案
2.1 智能路灯项目方案1介绍
本方案主要用于路灯供电线距离在2 km以内的应用场景，如图1所示，集中器和Master电力猫安装在配电室内，通过网络交互机将整个系统接入外部Internet网络中。对于工业级电力猫，为满足最大传输速率，在路的两侧分别使用两个不同“域”，由于两个“域“会发生串扰，所以需要在配电柜输出端加电感隔离。
图1 智能路灯项目方案1
以左侧路灯为例，使用单个“A域”，由于Slaver节点的传输速率与Master距离和中继次数有关，靠Master最近的Slaver–1的传输速率最高，随着距离的增加传输速率将逐渐降低，所以距Master较近的几个Slaver节点，完全可以满足传输视频和提供Wi–Fi的需求。但对于距离最远的Slaver节点,比如在1～2 km之间的Slaver节点，需要经过2～5次的中继，传输速率可能会降低到约10 Mbit/s以下，同时伴随传输延时和错报率增加，基本可以满足一路视频的传输或者有限的Wi–Fi上网需求。
综合评估，对于2 km的传输距离，可实现的最大总传输速率约为100～120 Mbit/s左右。假设路灯间距40 m，单侧路灯数量为50盏灯，单路视频的带宽需求为6 Mbit/s，可满足约10路视频传输的需求，也就是可满足每5盏灯之间一路视频的传输需求。从另一方面讲，对于距离Master节点1 km以内的Slaver节点,可同时满足传输视频和Wi–Fi上网需求，但对于距离Master节点1～2 km之间的Slaver节点,只可满足一路视频的传输或者有限的Wi–Fi上网需求。
2.2 智能路灯项目方案2介绍
本方案主要用于传输距离较远或者带宽需要比较大的应用场景，如图2所示，对于工业级电力猫，一个“域”远远不能满足传输需求。以左侧路灯为例，对于宽带载波通信系统，根据不同传输距离和带宽需求下，加入“A域”和“C域”等两个以上的“域”，这样带来的好处在于，满足传输距离的同时，多个“域”能提供更大的通信速率，比如单个“域”能提供100 Mbit/s的总传输速率，那么两个“域”，理论上能提供200 Mbit/s的总传输速率；但缺点是需要多条网线接入，另外需要在两个“域”之间加隔离电路。
2.3 设备安装分布图
在传输速率一定的情况下，为满足整个区域的视频监控和Wi–Fi覆盖，可采取如图3所示的设备安装分布图，在右侧，R–1和R–5路灯安装电力猫＋Wi–Fi和视频监控器，在左侧，L–3和L–7路灯电力猫＋Wi–Fi和视频监控器，这样可尽可能的达到Wi–Fi信号和视频监控的全覆盖。
图2 智能路灯项目方案2
图3 设备安装分布图
3 结束语
整个智慧路灯系统内的所有Wi–Fi AP提供统一的接入名称，手机和平板只要在智慧路灯的覆盖范围内都可以实现Wi–Fi的无缝接入上网。视频服务器提供海量的视频数据存储，可以为城市管理部门提供长时间、全方位的视频检索服务，提高城市的综合管理效率。路灯控制中心实行对路灯的远程开、关、调光、检查等功能。具有如下的优点。
实现智能照明、视频监控和无线上网三大功能；内部灯具连接采用高速电力猫组网，不用增加专用网络线，降低成本同时实现大批量数据传输；网络外接采用1000 M光纤，实现数据快速传输；Wi–Fi入口提供广告弹出，嵌入企业形象宣传；高效、长寿、智能控制LED灯具，实现照明管理的远程化及可视化；大容量视频数据库，实现长时间的视频保存、远程调用；采用高清摄像头，视频数据采用高压缩比、低损的压缩算法。
实施智慧路灯节能改造，将大幅度降低市政路灯电力使用成本，减少二氧化碳及二氧化硫的排放，符合国家“十二五”节能减排目标，并将会在国家“十三五”期间得到大力的推广应用。路灯智能化控制、公共道路区域视频监控和免费无线Wi–Fi将优化城市公共建设系统，从而有效提升城市整体照明功能及形象，打造智慧性城市的重要组成部分。
（责任编辑：贺大亮）
中图分类号：TM852
文献标志码：：B
文章编号：：1003-0867()03-0036-02
