NB-Iot物联网智能路灯_物联网卡应用案例_奥凯物联

城市照明是城市基础设施的重要组成部分，是城市建设中不可或缺的基本元素，是影响着市民夜间安全出行、树立城市形象、构建和谐社会的重要元素。

现阶段，LED灯已逐步取代传统的高压钠灯成为了城市照明的核心力量。但是，目前LED路灯的调光优势还没有发挥，大多数路灯需要手动的开启或者关闭，而且灯的功率都是恒定的,没有随着周边环境的光照强度以及自身不同时段的照明需求进行自动调节功能。

而且随着城市规模日益扩大，需管理的照明设施数量在迅速增长，管理难度和工作量也成倍增长，急需通过信息化手段提高管理效率。特别是成立照明建设管理中心后，统筹管理全市城乡照明的相关规划、建设和维护管理工作，对城市照明管理提出了更高的要求。

NB-IoT相比其他短距离通信技术具备哪些优势？NB-IoT具有广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景，NB-IOT路灯控制器的几大优势大大提成了产品的竞争力，也为智慧照明提供了新的发展方向, 而在路灯控制器上的应用优势具体表现在四个方面：

一是广覆盖：NB-IoT覆盖能力强，在同样的频段下，NB-IoT比现有网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍。因此NB-Iot路灯控制器在道路照明，智能楼宇、隧道控制等领域开括的应用前景也十分广阔。

二是强链接：在 同基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。这将意味着，基于NB-IoT通信技术的FBC/ETW等智能照明控制系统，将能够管控更多的终端设备，满足未来智慧城市中大量设备联网需求。

三是低功耗：低功耗特性是智慧照明应用一项重要指标，NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，终端模块的待机时间可长达10年，特别适用于智能楼宇的应用。

四是低成本：低速率、低功耗、低带宽同样给NB-IoT芯片以及模块带来低成本优势，这对降低路灯控制器应用的成本起到关键性作用。

本方案由路灯控制平台智能路灯监控系统、LED路灯、单灯控制器、路灯灯杆、供电线路、供电设备等组成。在该方案中，LED路灯、路灯灯杆、供电设备均不需要变动，供电线路上需要一定的改动，将增加若干套单灯控制器以及智能路灯控制系统平台1套。整个控制系统的拓扑图如图所示

智能路灯监控系统的硬件配置主要包括：服务器、监控工作站、交换机、监控大屏和移动设备等。服务器主要提供数据库服务、GIS服务器和WEB服务，它们分别完成数据的存储、GIS地图的显示和WEB的发布等；移动设备支持手机及平板电脑等硬件。管理人员可以通过监控工作站或者移动设备对全市线路照明控制器以及路灯进行实时的访问和控制，监控大屏用于在路灯控制平台对路灯系统的运行状况进行全景显示。

控制系统运行监视主要实现对路灯的亮灯控制、状态监视、故障报警、运行管理、支撑服务等功能，在GIS支持之下，实现故障快速定位，路灯运行状况巡测，各类报表快速生成等。

1) 亮灯控制功能：可对区域内的任意一路或任意盏灯进行开启或关闭，可按定时、经纬度、亮度等不同控制方法，支持路灯自由编组控制，自由调光控制等不同控制策略；

2) 状态监视功能：可对照明系统进行全部运行数据的实时自动监测，支持随时手动巡测、选测，定时自动巡检等，获取路灯的开关状态、电压、电流等工作参数，便于管理方及时获取路灯系统的运行状况，实现照明统一集中管理；

3) 故障报警功能：在系统状态监测的基础上，对任意单杆路灯一旦发现有异常，立刻定位故障位置和故障类型，发出告警信息，通过监控工作站、移动终端等手段提醒管理人员处理，尽快排除故障或隐患；

4) 运行管理功能：支持故障统计、用电量统计、电参数统计等功能，并形成用户需要的曲线报表；可针对不同的对象，如任意回路或任意杆灯，不同的参数，如电能、故障率、不同年月日等生成详尽的统计报表；提供设备台账管理，便于管理方做决策参考；

5) 支撑服务功能：智能路灯监控系统采取开放架构进行设计，系统支持百度、谷歌等不同类型电子地图；支持系统参数管理、数据导入导出、操作日志等功能，为系统的安全可靠运行提供支撑。

智慧路灯满足如下几个要求：

Ø 对路灯进行实时控制，或者让其根据预先制定的策略自动开关。

Ø 查看路灯的电压、电流、功率、漏电流、漏电压等情况。

Ø 主动上报路灯的故障以及故障原因。

Ø 远程升级，减少后续维护工作。

Ø 保证路灯100%在线，允许一定的通讯丢包率。

Ø 允许一定的2-4s的通讯时延。

从上述的要求看出，路灯对于通讯数据量的要求较低，对于路灯的在线率要求较高。从路灯的通讯数据量可以看出GPRS和NB-IoT比较适合路灯控制系统，但NBIOT在信号覆盖率、接入能力以及芯片成本方面具有明显优势：

• 强链接：在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。

• 高覆盖：在偏远的地区，GPRS的信号强度不稳定，导致路灯控制器偶尔掉线，不能实时监测路灯的运行状态。NB-IoT覆盖能力强，比LTE提升20dB增益，不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。以井盖监测为例，过去GPRS的方式需要伸出一根天线，车辆来往极易损坏，而NB-IoT只要部署得当，就可以很好的解决这一难题。

• 低成本：与LoRa相比，NB-IoT无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的。以中国移动为例，900MHZ里面有一个比较宽的频带，只需要清出来一部分2G的频段，就可以直接进行LTE和NB-IoT的同时部署。低速率、低功耗、低带宽同样给NB-IoT芯片以及模块带来低成本优势。

基于NB-IoT的物联网路灯控制器原理图和实物图

该基于NB-IoT通讯的智能路灯控制器由中央控制单元、计量单元、NB-IoT通信单元、负载开关控制单元以及隔离的三路0~10V模拟输出、PWM输出、RS485通信接口等组成。

主要功能如下所示：智能调光功能 ,控制器上电后，接收主站下发调光指令，实时实现0~100%分阶调光 。可分别控制同一灯杆上的两路灯。与传感器通讯功能 ;可外接光照度传感器、红外传感器、微波传感器，实现数据、信号采集，存储并上传给主站服务器。交流采样数据（含能耗计量）控制器可以采集负载工作电流、电压、负载能耗等数据，自动上报给主站器，实现功耗统计，故障报警等功能。脱系统自主工作功能在不能与主站服务器通信的情况下，控制器可按照存储的调光策略，自行工作。

NB-IOT智慧路灯节能成本效益分析：根据道路的车流量，控制器可调节路灯的亮度，在保证正常的照明需求的前提下，将能耗降到最低。此外，控制器可根据经纬度、时间及天气情况实现精确的开关灯时点控制，由于深夜时段人车流量极低，控制器可通过调节路灯的亮度，在保证正常的照明需求的前提下，将能耗降到最低，最大程度减少电能的浪费。经过实际测算，控制器可将灯具的能耗降低20%-40%。单纯深夜降低照度的方式即可实现20%以上的节能效率，再结合日历、天气等因素的精确开关灯控制，保守估计可以实现25%以上的节能效率。下方表格以10000盏灯，每盏150w（包含灯具电源功耗）为例：

NB-IOT智慧路灯维护管理效益分析: 目前阶段，路灯的维护工作繁琐，维护人员需时刻保持现场巡检状态，维护成本高。本路灯控制系统可将所有路灯集中管理，提前发现故障灯具。工作人员可集中对所有的故障灯具进行更换，减少工作人员现场巡检以及工程车多次出车维修工作。可将运维成本减少70%以上，真正做到维护及时，成本低的高效维护方式。按照之前的惯例，一般500盏灯配备一个维护人员，以10000盏灯为例，大概需要5名管理人员以及20名现场维护人员。通过路灯智能控制系统管理平台可以将维护人员减为6人，两人负责控制系统的检测，四个人负责现场的维护工作。