巨川電氣城市路燈自適應故障報警方案設計      來源：http://yumanting.com/

摘  要：本文基于南通市路燈綜合管理平臺建設項目，以路燈監控數據接收、分析為基礎，兼顧路燈故障準實時報警的需要，設計了路燈自適應故障報警方案。重點闡述了方案的設計思路、關鍵技術和具體實施。經過一段時間上線運行，結果表明該方案可較好滿足路燈故障報警需要，減少路燈故障巡查人員工作量，提高報警準確率。

關鍵詞：路燈故障；自適應；數據分析

1.  引  言 

隨著我國城市現代化建設的不斷發展，城市路燈照明得到快速發展。與此同時，隨著無線通信技術和計算機技術的飛速發展，目前大多城市都建立了城市照明監控系統，俗稱“三遙”系統^[1]。該系統主要功能有：

(1) 遙控：對遠端的研究對象和目標進行控制，系統按照控制中心主控機上的各項參數和控制目標來對遠端執行機構進行控制。

(2) 遙測：對被測對象的參數進行遠距離的間接測量，也就是系統具有實時獲取遠程現場的各項模擬量參數的功能。

(3) 遙信：把被控對象的動作結果和故障信息送回到控制端，也就是系統具有實時獲取遠程現場的各項開關量參數的功能 。

通過以上系統可以較好獲取到路燈的監控數據，近年也有部分較新的系統能夠設定電流的范圍，對超出范圍的異常值進行報警，為路燈檢修提供便利^[2]。

南通市城市照明管理中心也在其路燈照明網絡采用了以上系統，為其工作帶來了較多便利。但是近年來，隨著對環境保護的要求日益提高，路燈控制系統進行了改進升級，采用了分時段開關路燈、根據照度調整降低照明亮度進行控制，以提高城市照明的質量和節能水平。采用這些手段降低能耗后，發現路燈原有故障報警機制不能及時、準確反饋路燈監測值的異常，提供故障報警，主要體現在以下兩個方面：

1、由于不能分時段對電流值設定閾值，路燈維護人員只能設定某一時段的電流閾值，各時段均以此為參考進行報警，導致大量錯報、誤報。

2、路燈線路調整以后，需要人工測量電流值后錄入到監控系統中，單次采集不能較好反映路燈運行電流范圍，故而多次測量，浪費人力。

為解決以上問題，本文設計了一套基于現有監控系統監測數據的自適應路燈故障報警方案。

2.  方案設計

2.1  現狀描述

目前南通市路燈管理中心的路燈主要分為三大類，“全夜”路燈、“半夜”路燈和“常亮”路燈（隧道）。“全夜”路燈會在傍晚亮起，清晨熄滅。“半夜”路燈會在半夜根據設定的時間熄滅。另外對于“全夜”路燈和“半夜”路燈還存在通電亮燈后的4個小時和7個小時進行降低亮度和提升亮度的設定，這就導致了路燈所處不同時間范圍的電流值是不同的。

現有無線監控系統對每處控制箱的24路分支電流進行實時監測并通過TCP/IP協議對外發布監測數據，發布的頻率約為一次每分鐘。目前南通市路燈管理中心管轄范圍內擁有五百多個控制箱，后續還有增加，每天發布的數據量約為1700多萬條。

每天路燈的通電開燈時間、半夜熄滅時間、早晨斷電熄滅時間是根據當日的光照、亮度等因素確定的，通過現有監控系統將這三個時刻實時對外發布。

2.2  數據接收、采樣、標準值計算

現有路燈監控系統對路燈控制箱各分支電壓、電流均有監測數據，并采用TCP/IP協議對外發布監測數據^[3]。本方案設計采用Windows系統服務的方式將監測電流數據接收、解析、存儲到SQL Server數據庫中，為后續提供數據計算依據。

根據后續故障報警要求，方案對接收的數據進行采樣，選取每個控制箱各支路電流白天12時到12時15分、傍晚開燈后1小時到1小時15分、開燈后4小時到4小時15分、開燈后7小時到7小時15分四個時間段的監測數值記錄到數據庫中。結合電流標準值計算要求以及數據存儲等方面的考慮，數據樣表中保留最近15天的采樣數據。

每天中午根據最近15天的采樣數據，選取控制箱同一時間段該支路電流的所有樣本值，根據萊特準則^[4]剔除粗差后取平均值作為該支路標準值。

2.3  監測報警

根據接收到的監測數據確定控制箱、所屬時間范圍、電流支路，從電流標準值表中取出電流標準值，并判斷該監測數據是否異常，決定是否報警提示。

如果接收到的數據屬于采樣時間范圍內接收到的，并且該數據屬于故障報警數據，則該數據不再記錄進采樣表中，以確保后續標準值的準確性。

2.4  流程圖

預警數據處理流程圖

3.  關鍵技術

3.1  采樣數據粗差剔除——萊特準則

萊特準則又稱為三倍標準差法，在測量數據為正態分布、且測量次數足夠多時，如果某個測量數據的剩余誤差的絕對值滿足條件（大于三倍標準差），就可以認為該測量值是可疑數據，應該剔除。

上述檢驗方法簡單、使用方便。當測量次數N 較大時，是比較好的方法。一般適用于N>10 的情況，N<10 時，萊特準則失去判別能力。本方案中設計的樣本表15天每個支路同一時間段接收到的采樣數據約為200條，能很好滿足萊特準則的使用條件。

4.  方案實現

4.1  數據庫設計

表名：Sample（采樣表）

表名：Tolerance（閾值表）

4.2  運行截圖

監測值采樣

路燈標準值

路燈異常報警

5.  結論

根據上述方案，筆者編寫了一個用于監測路燈故障的Windows系統服務，部署到故障監測電腦上。經過一段時間上線運行，目前該服務能夠準確將路燈電流波動異常情況及時反饋到南通市路燈綜合管理平臺（路燈管理中心業務平臺），并結合業務系統短信平臺及時發送短信到相關責任人，為路燈故障報警提供了便利，達到了預期效果。

參考文獻：

[1] 梁云, 賀新軍, 孔美鳳. 新一代無線通信技術在城市照明智能監控網中的介紹[J]. 照明工程學報, 2009, 20(2):63-69. DOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2009.02.013.

[2] 劉暾東, 郭敏, 陳力. 基于GIS的智能路燈監控網站設計[J]. 照明工程學報, 2007, 18(4):70-74. DOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2007.04.016.

         [3] 康建, 馬小蘭. 基于GPRS及TCP／IP的前兆觀測數據無線接收系統的開發[J]. 高原地震, 2013, 25(2):47-49. DOI:10.3969/j.issn.1005-586X.2013.02.010.

      [4] 夏卓君. 分布圖法在疏失誤差處理中的應用[J]. 實用測試技術, 2002, 28(2):33-34. DOI:10.3969/j.issn.1674-5124.2002.02.015.