GPRS路燈監控系統應用分析
關鍵字：GPRS DTU；GPRS網絡系統；無線網絡通信
一、概述
隨著時代的發展，城市現代化建設步伐不斷加快，對城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源的供需矛盾也越來越突出，節電節能、綠色照明的要求越來越迫切，越來越高。現在再采用那些傳統的手控、鐘控城市照明系統的方法已不能滿足要求。如何充分利用高科技手段解決上述矛盾也就成為當前照明控制領域一個新的和緊要的課題。城市道路照明自動化控制和智能化管理作為城市現代化的標志之一，它所帶來的經濟和社會效益是十分顯著的，它的推廣和實施也將是市政工程建設中的一項重要內容。
照明自動監控與管理系統能夠靈活開/關燈，隨時了解運行參數，及時發現故障，將傳統的人工“巡燈”制度改為“值班”制度，極大地提高照明系統的管理效率。系統能將采集到的數據自動進行存儲、統計，并能隨時進行查詢和打印，極大地提高管理水平，同時還能通過全夜燈、半夜燈和智能調壓等手段，降低能耗，提高設備使用壽命，獲得良好的經濟效益。
二、GPRS傳輸方案優點
中國移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建油井數據采集傳輸系統，實現路燈的無線遠程監測和控制具有可充分利用現有網絡，縮短建設周期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。經過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統作為環保信息采集傳輸系統的數據通信平臺。
GPRS路燈監控系統具備如下特點：
1、可靠性高：
與SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向連接的TCP協議通信，避免了數據包丟失的現象，保證數據可靠傳輸。中心可以與多個監測點同時進行數據傳輸，互不干擾。GPRS網絡本身具備完善的頻分復用機制，并具備極強的抗干擾性能，完全避免了傳統數傳電臺的多機頻段“碰撞”現象。
2、實時性強：
GPRS具有實時在線的特性，數據傳輸時延小，并支持多點同時傳輸，因此監控中心可以多個監控點之間快速，實時地進行雙向通信，很好地滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。目前GPRS實際數據傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿足系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
3、監控范圍廣：
GPRS網絡已經實現全國范圍內覆蓋，并且擴容無限制，接入地點無限制，能滿足城市路燈的監控需求。
4、系統建設成本低：
由于采用GPRS公網平臺，無需建設網絡，只需安裝設備就即可，建設成本低；也免去了網絡維護費用。
5、系統運營成本低：
采用GPRS公網通信，全國范圍內均按統一費率計費，省去昂貴的漫游費用, GPRS網絡可按數據實際通信流量計費，(1分-3分/1K字節)，也可以按包月不限流量收費，從而實現了系統的低成本通信。
6、可實現集中控制：
通過GPRS數據監控中心，可實現對路燈的遠程控制，例如：遠程開關控制，遠程狀態查詢等。
7、系統的傳輸容量，擴容性能好：
路燈監控中心要和每一個路燈監控器實現實時連接。由于路燈監控器數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要；由于系統采用成熟的TCP/IP通信架構，具備良好的擴展性能，一個監控中心可輕松支持幾千個路燈監控器的通信接入。
三、解決方案介紹
由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網絡，因此監測中心計算機需要一個固定的IP地址或固定的域名，各個數據采集點采用GPRS模塊通過IP地址或域名來訪問該主機，從而進行數據通信。
（一）系統結構
路燈監控器通通過RS232或RS485接口與GPRS DTU終端相連，監控中心的控制命令通過GPRS DTU終端的傳送給路燈監控器，實現遠程控制，路燈監控器采集的信息通過GPRS DTU內發送到GPRS無線網絡。
2、控制中心站：
公網接入方案：服務器采用公網方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專線寬帶上網等，申請公網固定IP地址；可以實現中小容量的數據采集應用。
專網接入方案：服務器采用省移動通信公司提供的DDN專線, 申請配置固定IP地址，與GPRS網絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當監控點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求，可實現大容量數據采集應用。
監控中心RADIUS服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后先進行AAA認證，后傳送到監控中心計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理，這樣進一步增強了系統數據通信安全性能。
3、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡：
路燈監控器的數據經GPRS/GSM網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監控中心IP地址。
（二）系統方案
各路燈監控點使用GPRS透明數據傳輸終端，通過移動GPRS網絡與監控中心相連。各監控點使用移動通信公司的GPRS普通數據卡或APN專用數據卡，同時監控中心對各點GPRS終端編號進行登記, 并與路燈點信息進行關聯，以便識別和維護處理。路燈控制中心運行監控軟件，實現路燈信息監控。
經授權的監控點均可以使用本系統：
1、監控點必須使用移動統一的APN卡，用戶使用本卡只能用于與路燈監控中心通信。
2、終端設備使用成都眾山科技有限公司提供的GPRS移動數據通信終端。
3、用戶登記：符合市政管理部門的規定。
（三）產品特性
系統采用ZSD3120 GPRS DTU無線透明數據傳輸終端。產品基于中國移動的GPRS網絡，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準RS232/RS485接口, 可直接與PC、單片機系統、RTU測控終端、PLC、GPS接收機、數據集中器等連接，具有遠程診斷、測試、監管功能，滿足各行業調度或控制中心與眾多遠端站點之間的數據采集和控制。
1、內置TCP/IP協議棧，針對GPRS網絡優化
2、提供GPRS無線數據雙向傳輸功能
3、提供RS232/RS485/RS422接口
4、符合ETSI GSM Phase 2+標準
5、支持自動心跳，保持永久在線
6、透明數據傳輸：為用戶的數據設備提供雙向100K大容量數據緩沖區，支持大數據包傳輸
7、自動撥號連接：DTU上電自動撥號上網、連接網絡，支持用戶端發起命令連接或遠程喚醒連接
8、提供短信通道，內置Unicode國際編碼轉換表
9、支持遠程短信/電話喚醒
10、實時監測網絡連接情況，掉線自動重撥功能
11、支持中心為固定IP或動態域名
12、心跳報告時間間隔用戶可設定
13、支持點對點、點對多點、多點對多點對等 數據傳輸
14、支持APN數據專網業務
15、安裝靈活、使用方便、可靠
16、支持多數據中心，自動切換
17、適應低溫和高溫工作環境
18、EMC抗干擾設計，適合電磁惡劣環境應用
19、復合式看門狗技術，永不當機
20、整機低功耗技術，在線待機電流<20mA
（四）安全措施
本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。
數據中心可通過公網接入,或者到移動專網接入，采用公網接入方式成本比較低，企業不用租用專線，而使用數據專線接入時，GPRS數據傳輸設備要經過Radius服務器的認證, 整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。
1、APN數據專網模式：企業內部網絡中配置APN服務器，移動終端使用APN數據專網，由于采用數據專網,服務器與公網Internet隔離,可以有效避免非法入侵。
2、用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的范圍,只有屬于指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、可以為每個GPRS數據傳設備單獨配置 DTU ID號和密碼，通過數據中心在其登陸時進行應用層認證，其他沒有數據中心分配的DTU ID號和密碼的GPRS的設備將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。
4、數據加密：可對整個數據傳送過程進行加密保護。
5、網絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網絡鑒權和安全防范功能，保障系統安全。
四、使用該系統帶來的好處
1、提高亮燈率
系統投運后可以隨時發現路燈運行中出現的問題，隨時處理，提高亮燈率。
2、節約能源，減少電費支出
在系統投入使用后，可在深夜行人稀少和交通量減少的情況下，執行“隔一亮一”或“隔二亮一”的照明方式，既給夜間出行的行人帶來主便又能節約大量的電費支出。在實現單控后，由于隔盞關燈進行控制一般是通過敷設雙線電纜實現的，現在最少還能節約50%的電纜成本及其施工費用。這對現有系統的改造十分方便，無須敷設額外線纜。
3、延長燈具壽命
采用路燈智能控制終端智能調壓方式節能運行后，可保持每盞燈電壓相對穩定，尤其是在后半夜電壓升高的情況下。據測試，正常電壓（220V）情況下，鈉燈電壓為100V，電壓升高后（230V-240V），鈉燈電壓可升至120V-150V；正常電壓環境下降壓節能運行后，鈉燈電壓一般為85V，電壓升高環境下，鈉燈電壓可保持在100V左右。從理論和實際使用環境，采用調壓控制節能可以延長路燈使用壽命。因此，調節電壓方式具有雙重節能的效果。
4、節約人力、物力，提高管理水平
由于可實時監控每盞路燈、每個路段及亮化工程點工作狀態，計算機可以及時對故障進行匯總，寫入數據庫，以便次日進行維修；利用動態實時模擬顯示屏，監視全市路燈，值班員在中央控制室就可以概覽路燈現場運行情況，從而減少巡燈的維護成本和減輕巡檢人員工作強度，大大提高工作效率。另外，在惡劣天氣時，根據各路燈控制智能終端采集的數據情況加以分析，采取相應緊急措施，避免重大交通事故的發生。
一、概述
隨著時代的發展，城市現代化建設步伐不斷加快，對城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源的供需矛盾也越來越突出，節電節能、綠色照明的要求越來越迫切，越來越高。現在再采用那些傳統的手控、鐘控城市照明系統的方法已不能滿足要求。如何充分利用高科技手段解決上述矛盾也就成為當前照明控制領域一個新的和緊要的課題。城市道路照明自動化控制和智能化管理作為城市現代化的標志之一，它所帶來的經濟和社會效益是十分顯著的，它的推廣和實施也將是市政工程建設中的一項重要內容。
照明自動監控與管理系統能夠靈活開/關燈，隨時了解運行參數，及時發現故障，將傳統的人工“巡燈”制度改為“值班”制度，極大地提高照明系統的管理效率。系統能將采集到的數據自動進行存儲、統計，并能隨時進行查詢和打印，極大地提高管理水平，同時還能通過全夜燈、半夜燈和智能調壓等手段，降低能耗，提高設備使用壽命，獲得良好的經濟效益。
二、GPRS傳輸方案優點
中國移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建油井數據采集傳輸系統，實現路燈的無線遠程監測和控制具有可充分利用現有網絡，縮短建設周期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。經過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統作為環保信息采集傳輸系統的數據通信平臺。
GPRS路燈監控系統具備如下特點：
1、可靠性高：
與SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向連接的TCP協議通信，避免了數據包丟失的現象，保證數據可靠傳輸。中心可以與多個監測點同時進行數據傳輸，互不干擾。GPRS網絡本身具備完善的頻分復用機制，并具備極強的抗干擾性能，完全避免了傳統數傳電臺的多機頻段“碰撞”現象。
2、實時性強：
GPRS具有實時在線的特性，數據傳輸時延小，并支持多點同時傳輸，因此監控中心可以多個監控點之間快速，實時地進行雙向通信，很好地滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。目前GPRS實際數據傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿足系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
3、監控范圍廣：
GPRS網絡已經實現全國范圍內覆蓋，并且擴容無限制，接入地點無限制，能滿足城市路燈的監控需求。
4、系統建設成本低：
由于采用GPRS公網平臺，無需建設網絡，只需安裝設備就即可，建設成本低；也免去了網絡維護費用。
5、系統運營成本低：
采用GPRS公網通信，全國范圍內均按統一費率計費，省去昂貴的漫游費用, GPRS網絡可按數據實際通信流量計費，(1分-3分/1K字節)，也可以按包月不限流量收費，從而實現了系統的低成本通信。
6、可實現集中控制：
通過GPRS數據監控中心，可實現對路燈的遠程控制，例如：遠程開關控制，遠程狀態查詢等。
7、系統的傳輸容量，擴容性能好：
路燈監控中心要和每一個路燈監控器實現實時連接。由于路燈監控器數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要；由于系統采用成熟的TCP/IP通信架構，具備良好的擴展性能，一個監控中心可輕松支持幾千個路燈監控器的通信接入。
三、解決方案介紹
由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網絡，因此監測中心計算機需要一個固定的IP地址或固定的域名，各個數據采集點采用GPRS模塊通過IP地址或域名來訪問該主機，從而進行數據通信。
（一）系統結構
路燈監控器通通過RS232或RS485接口與GPRS DTU終端相連，監控中心的控制命令通過GPRS DTU終端的傳送給路燈監控器，實現遠程控制，路燈監控器采集的信息通過GPRS DTU內發送到GPRS無線網絡。
2、控制中心站：
公網接入方案：服務器采用公網方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專線寬帶上網等，申請公網固定IP地址；可以實現中小容量的數據采集應用。
專網接入方案：服務器采用省移動通信公司提供的DDN專線, 申請配置固定IP地址，與GPRS網絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當監控點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求，可實現大容量數據采集應用。
監控中心RADIUS服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后先進行AAA認證，后傳送到監控中心計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理，這樣進一步增強了系統數據通信安全性能。
3、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡：
路燈監控器的數據經GPRS/GSM網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監控中心IP地址。
（二）系統方案
各路燈監控點使用GPRS透明數據傳輸終端，通過移動GPRS網絡與監控中心相連。各監控點使用移動通信公司的GPRS普通數據卡或APN專用數據卡，同時監控中心對各點GPRS終端編號進行登記, 并與路燈點信息進行關聯，以便識別和維護處理。路燈控制中心運行監控軟件，實現路燈信息監控。
經授權的監控點均可以使用本系統：
1、監控點必須使用移動統一的APN卡，用戶使用本卡只能用于與路燈監控中心通信。
2、終端設備使用成都眾山科技有限公司提供的GPRS移動數據通信終端。
3、用戶登記：符合市政管理部門的規定。
（三）產品特性
系統采用ZSD3120 GPRS DTU無線透明數據傳輸終端。產品基于中國移動的GPRS網絡，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準RS232/RS485接口, 可直接與PC、單片機系統、RTU測控終端、PLC、GPS接收機、數據集中器等連接，具有遠程診斷、測試、監管功能，滿足各行業調度或控制中心與眾多遠端站點之間的數據采集和控制。
1、內置TCP/IP協議棧，針對GPRS網絡優化
2、提供GPRS無線數據雙向傳輸功能
3、提供RS232/RS485/RS422接口
4、符合ETSI GSM Phase 2+標準
5、支持自動心跳，保持永久在線
6、透明數據傳輸：為用戶的數據設備提供雙向100K大容量數據緩沖區，支持大數據包傳輸
7、自動撥號連接：DTU上電自動撥號上網、連接網絡，支持用戶端發起命令連接或遠程喚醒連接
8、提供短信通道，內置Unicode國際編碼轉換表
9、支持遠程短信/電話喚醒
10、實時監測網絡連接情況，掉線自動重撥功能
11、支持中心為固定IP或動態域名
12、心跳報告時間間隔用戶可設定
13、支持點對點、點對多點、多點對多點對等 數據傳輸
14、支持APN數據專網業務
15、安裝靈活、使用方便、可靠
16、支持多數據中心，自動切換
17、適應低溫和高溫工作環境
18、EMC抗干擾設計，適合電磁惡劣環境應用
19、復合式看門狗技術，永不當機
20、整機低功耗技術，在線待機電流<20mA
（四）安全措施
本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。
數據中心可通過公網接入,或者到移動專網接入，采用公網接入方式成本比較低，企業不用租用專線，而使用數據專線接入時，GPRS數據傳輸設備要經過Radius服務器的認證, 整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。
1、APN數據專網模式：企業內部網絡中配置APN服務器，移動終端使用APN數據專網，由于采用數據專網,服務器與公網Internet隔離,可以有效避免非法入侵。
2、用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的范圍,只有屬于指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、可以為每個GPRS數據傳設備單獨配置 DTU ID號和密碼，通過數據中心在其登陸時進行應用層認證，其他沒有數據中心分配的DTU ID號和密碼的GPRS的設備將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。
4、數據加密：可對整個數據傳送過程進行加密保護。
5、網絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網絡鑒權和安全防范功能，保障系統安全。
四、使用該系統帶來的好處
1、提高亮燈率
系統投運后可以隨時發現路燈運行中出現的問題，隨時處理，提高亮燈率。
2、節約能源，減少電費支出
在系統投入使用后，可在深夜行人稀少和交通量減少的情況下，執行“隔一亮一”或“隔二亮一”的照明方式，既給夜間出行的行人帶來主便又能節約大量的電費支出。在實現單控后，由于隔盞關燈進行控制一般是通過敷設雙線電纜實現的，現在最少還能節約50%的電纜成本及其施工費用。這對現有系統的改造十分方便，無須敷設額外線纜。
3、延長燈具壽命
采用路燈智能控制終端智能調壓方式節能運行后，可保持每盞燈電壓相對穩定，尤其是在后半夜電壓升高的情況下。據測試，正常電壓（220V）情況下，鈉燈電壓為100V，電壓升高后（230V-240V），鈉燈電壓可升至120V-150V；正常電壓環境下降壓節能運行后，鈉燈電壓一般為85V，電壓升高環境下，鈉燈電壓可保持在100V左右。從理論和實際使用環境，采用調壓控制節能可以延長路燈使用壽命。因此，調節電壓方式具有雙重節能的效果。
4、節約人力、物力，提高管理水平
由于可實時監控每盞路燈、每個路段及亮化工程點工作狀態，計算機可以及時對故障進行匯總，寫入數據庫，以便次日進行維修；利用動態實時模擬顯示屏，監視全市路燈，值班員在中央控制室就可以概覽路燈現場運行情況，從而減少巡燈的維護成本和減輕巡檢人員工作強度，大大提高工作效率。另外，在惡劣天氣時，根據各路燈控制智能終端采集的數據情況加以分析，采取相應緊急措施，避免重大交通事故的發生。
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