基于GIS的路燈控制管理系統的實(shí)施策略

　　1 問(wèn)題的提出

　　隨著(zhù)城市現代化建設的高速發(fā)展，市政設施的自動(dòng)化控制和管理越來(lái)越重要。本文提出基于GIS的城市路燈自動(dòng)化控制管理系統關(guān)鍵技術(shù)的設計和實(shí)施策略。

　　傳統的路燈控制方法是由人工或定時(shí)時(shí)鐘來(lái)控制開(kāi)關(guān)。由于各路段實(shí)行分段獨立控制，且各定時(shí)器之間存在誤差，導致路燈開(kāi)啟和關(guān)閉不統一，且由于缺乏相應的檢測手段，不能監控其工作狀態(tài)。為改變這一落后現狀，實(shí)現城市路燈自動(dòng)化控制管理就提上了議事日程。

　　2 系統設計目標

　　2. 1 終端控制器的智能化

　　我們把控制一個(gè)路段燈開(kāi)關(guān)的控制設備稱(chēng)為終端控制器。要實(shí)現路燈的控制和管理，必須首先對現有控制器實(shí)施智能化改造。

　　2. 2 對分散的終端智能控制器實(shí)施遠程控制

　　為實(shí)現路燈整齊劃一的開(kāi)啟和關(guān)斷，需有一套中央控制機制，負責統一的控制和管理。由于終端控制器分散在各個(gè)街區，因此需要建立遠程控制系統。

　　2. 3 建立基于GIS 的控制和管理系統

　　為了使系統成為一套集控制和管理功能為一體的綜合性系統，同時(shí)也為了便于直觀(guān)地操作、檢測、顯示和查詢(xún)有關(guān)路燈的各種信息，需建立一套基于GIS 的控制和管理系統。

　　3 系統的功能設計及實(shí)施策略

　　3. 1 終端控制器的功能設計

　　終端控制器要實(shí)現的主要功能有如下三個(gè)方面：根據指令實(shí)行路燈開(kāi)關(guān)控制；完成路燈的燈況檢測；實(shí)現與中央控制管理系統的數據通訊。如圖1所示：

圖1 終端控制器功能圖

　　3. 1. 1 根據指令實(shí)行路燈開(kāi)關(guān)控制。

　　路燈的開(kāi)關(guān)由控制單元控制。其控制依據主要取決兩個(gè)方面，一是通過(guò)遠程數據通訊接收從中央控制系統發(fā)來(lái)的控制指令，二是在控制單元測定超過(guò)預期設定值后，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉路燈。后者主要用于中央控制系統或通訊出故障時(shí)，控制單元自動(dòng)強制實(shí)現路燈的開(kāi)關(guān)。此外，它同時(shí)對工作狀況的異常情況作出相應判斷和處理。

　　3. 1. 2 完成路燈的燈況檢測。

　　燈況檢測的主要目的在于測試路燈的工作狀況。

　　3. 1. 3 終端控制器的遠程通訊。

　　遠程通訊是與中央控制管理系統對各個(gè)終端控制器實(shí)施統一集中控制的信息傳輸手段，是實(shí)現本系統的技術(shù)關(guān)鍵之一。有關(guān)遠程通訊將在后面的"系統遠程通訊設計與實(shí)施策略"中詳細討論。

　　3. 2 中央控制管理系統的功能設計

　　構造GIS 可視化城市路燈自動(dòng)化地理信息系統，內容包括創(chuàng )建城市基礎地理信息、街區、路燈分布等可視化失量圖形，為路燈控制管理提供可視化查詢(xún)、動(dòng)態(tài)顯示以及監控的支撐平臺。

　　構造路燈資料數據庫。路燈資料數據庫包括兩個(gè)方面，一是靜態(tài)資料數據庫，二是動(dòng)態(tài)資料數據庫。靜態(tài)資料數據庫的主要內容有：路燈安裝的地理位置、架設日期、改造日期，所用材料規格（燈桿、燈罩、燈泡等） 、功率大小、額定光照度指標等有關(guān)數據，動(dòng)態(tài)資料數據庫主要內容有：路燈工作狀況、路燈參數、額定值、報警值、當前工作電流和工作電壓等。

圖2 中央控制管理系統

　　構造中央控制管理模塊。中央控制管理模塊是基于GIS 可視化和LAN 操作平臺的一套控制管理功能模塊。其主要功能包括：系統初始化工作參數的設定；數據庫管理和網(wǎng)絡(luò )數據庫的共享管理；中央通訊設備的管理和數據通訊（關(guān)于數據通訊將在后面的"系統遠程通訊設計與實(shí)施策略"中詳細討論） ;通過(guò)中央通訊設備與終端路燈控制器的數據通訊，實(shí)現終端控制器的參數設定、時(shí)鐘校正、開(kāi)關(guān)指令的下達、工作狀況的檢測等功能；照度檢測。如圖2。

　　4 系統遠程通訊設計與實(shí)施策略

　　系統的遠程通訊是實(shí)現遠程控制的手段?？刹捎糜芯€(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種方式，前者由于涉及長(cháng)距離線(xiàn)路鋪設、信號中繼等諸多問(wèn)題，實(shí)際操作中有一定難度。本文著(zhù)重介紹無(wú)線(xiàn)方式，采用一個(gè)主站對多個(gè)從站的主站呼叫方式。主站和從站采用帶數據通訊接口的數字調制電臺，主站電臺由中央計算機控制，從站電臺由終端控制器控制，電臺功率的大小需視控制的最大半徑的長(cháng)短和地理環(huán)境而定。由于主站具有較大的發(fā)射功率和較高的接收靈敏度，從站功率通常設定為主站功率的四分之一到三分之一。

　　4. 1 通訊方式

　　通訊方式需有兩種，一是主站廣播方式，二是主-從點(diǎn)對點(diǎn)方式。第一種方式主要用于公共控制指令發(fā)展發(fā)送，如開(kāi)關(guān)燈、公共參數，時(shí)鐘校正等。第二種方式主要用于主站與特定從站的數據傳輸。從站采用地址編碼來(lái)唯一標識。從站發(fā)送數據是被動(dòng)握手方式，需主站呼叫某從站后，該從站在終端控制器的控制下，向主站發(fā)送數據。其數據內容主要為燈況信息、系統測試等。在中央計算機控制下，主站通過(guò)與從站的的輪流通訊傳輸，從而實(shí)現各段路燈的燈況數據實(shí)時(shí)采集。

　　4. 2 通訊的數據格式定義

　　任何數據通訊都必須定義數據的格式。因此一般意義下的數據格式在此就不作過(guò)多描述，但要指出的是，在這種通訊方式中，主站一旦發(fā)出信息，所有從站都同時(shí)接收，邏輯上是否接收是通過(guò)廣播標識或地址編碼來(lái)確定的。為提高系統效率，地址編碼段的長(cháng)度應是動(dòng)態(tài)的，可以包括多個(gè)地址編碼，這樣可以實(shí)現在非廣播方式下的主-多從站。

　　5 軟件設計策略

　　本系統的軟件分為兩個(gè)部分，一是中央控制管理，二是終端控制器控制檢測。

　　5. 1 終端控制檢測軟

　　終端控制檢測軟件是一套基于單片機上的軟件包?？刂坪蜋z測部分并無(wú)多少技術(shù)難度。其重點(diǎn)主要是與從站數字調制電臺的數據通訊以及與中央控制管理系統的數據通訊上。其主要流程如圖3。

圖3 流程圖

　　5. 2 中央控制管理部分

　　中央控制管理除需完成對系統的控制、檢測等主要前臺功能外，另一個(gè)重要功能就是提供一套基于GIS 的可視化路燈工作狀況的動(dòng)態(tài)顯示功能。動(dòng)態(tài)數據庫的刷新依據的是實(shí)時(shí)燈光信息的檢測，便于通過(guò)圖形直觀(guān)地監控燈況動(dòng)態(tài)信息，同時(shí)也提供基于GIS 的燈況數據庫的可視化查詢(xún)和數據庫管理。如果使用單位已建立內部LAN ,則可以通過(guò)數據共享，向其它相關(guān)部門(mén)提供可視化燈況信息查詢(xún)，從而大大提高了路燈管理的效率和水平。實(shí)現上述功能的主要技術(shù)關(guān)鍵：

　　GIS、DBMS 和應用控制模塊的無(wú)縫集成；動(dòng)態(tài)數據的實(shí)時(shí)可視化刷新；多任務(wù)并發(fā)的系統效率以及系統資源較低占用。

　　5. 2. 1 GIS、DBMS 和應用控制模塊的無(wú)縫集成。

　　由于GIS、DBMS 和應用控制模塊面向三個(gè)不同的應用環(huán)境，如果分別構造，勢必造成整個(gè)系統不能在同一界面上協(xié)同工作，從而使系統不能成為一個(gè)統一體。為