巨川电气城市路灯自适应故障报警方案设计      来源：http://www.jckbocps.com/

摘  要：本文基于南通市路灯综合管理平台建设项目，以路灯监控数据接收、分析为基础，兼顾路灯故障准实时报警的需要，设计了路灯自适应故障报警方案。重点阐述了方案的设计思路、关键技术和具体实施。经过一段时间上线运行，结果表明该方案可较好满足路灯故障报警需要，减少路灯故障巡查人员工作量，提高报警准确率。

关键词：路灯故障；自适应；数据分析

1.  引  言 

随着我国城市现代化建设的不断发展，城市路灯照明得到快速发展。与此同时，随着无线通信技术和计算机技术的飞速发展，目前大多城市都建立了城市照明监控系统，俗称“三遥”系统^[1]。该系统主要功能有：

(1) 遥控：对远端的研究对象和目标进行控制，系统按照控制中心主控机上的各项参数和控制目标来对远端执行机构进行控制。

(2) 遥测：对被测对象的参数进行远距离的间接测量，也就是系统具有实时获取远程现场的各项模拟量参数的功能。

(3) 遥信：把被控对象的动作结果和故障信息送回到控制端，也就是系统具有实时获取远程现场的各项开关量参数的功能 。

通过以上系统可以较好获取到路灯的监控数据，近年也有部分较新的系统能够设定电流的范围，对超出范围的异常值进行报警，为路灯检修提供便利^[2]。

南通市城市照明管理中心也在其路灯照明网络采用了以上系统，为其工作带来了较多便利。但是近年来，随着对环境保护的要求日益提高，路灯控制系统进行了改进升级，采用了分时段开关路灯、根据照度调整降低照明亮度进行控制，以提高城市照明的质量和节能水平。采用这些手段降低能耗后，发现路灯原有故障报警机制不能及时、准确反馈路灯监测值的异常，提供故障报警，主要体现在以下两个方面：

1、由于不能分时段对电流值设定阈值，路灯维护人员只能设定某一时段的电流阈值，各时段均以此为参考进行报警，导致大量错报、误报。

2、路灯线路调整以后，需要人工测量电流值后录入到监控系统中，单次采集不能较好反映路灯运行电流范围，故而多次测量，浪费人力。

为解决以上问题，本文设计了一套基于现有监控系统监测数据的自适应路灯故障报警方案。

2.  方案设计

2.1  现状描述

目前南通市路灯管理中心的路灯主要分为三大类，“全夜”路灯、“半夜”路灯和“常亮”路灯（隧道）。“全夜”路灯会在傍晚亮起，清晨熄灭。“半夜”路灯会在半夜根据设定的时间熄灭。另外对于“全夜”路灯和“半夜”路灯还存在通电亮灯后的4个小时和7个小时进行降低亮度和提升亮度的设定，这就导致了路灯所处不同时间范围的电流值是不同的。

现有无线监控系统对每处控制箱的24路分支电流进行实时监测并通过TCP/IP协议对外发布监测数据，发布的频率约为一次每分钟。目前南通市路灯管理中心管辖范围内拥有五百多个控制箱，后续还有增加，每天发布的数据量约为1700多万条。

每天路灯的通电开灯时间、半夜熄灭时间、早晨断电熄灭时间是根据当日的光照、亮度等因素确定的，通过现有监控系统将这三个时刻实时对外发布。

2.2  数据接收、采样、标准值计算

现有路灯监控系统对路灯控制箱各分支电压、电流均有监测数据，并采用TCP/IP协议对外发布监测数据^[3]。本方案设计采用Windows系统服务的方式将监测电流数据接收、解析、存储到SQL Server数据库中，为后续提供数据计算依据。

根据后续故障报警要求，方案对接收的数据进行采样，选取每个控制箱各支路电流白天12时到12时15分、傍晚开灯后1小时到1小时15分、开灯后4小时到4小时15分、开灯后7小时到7小时15分四个时间段的监测数值记录到数据库中。结合电流标准值计算要求以及数据存储等方面的考虑，数据样表中保留最近15天的采样数据。

每天中午根据最近15天的采样数据，选取控制箱同一时间段该支路电流的所有样本值，根据莱特准则^[4]剔除粗差后取平均值作为该支路标准值。

2.3  监测报警

根据接收到的监测数据确定控制箱、所属时间范围、电流支路，从电流标准值表中取出电流标准值，并判断该监测数据是否异常，决定是否报警提示。

如果接收到的数据属于采样时间范围内接收到的，并且该数据属于故障报警数据，则该数据不再记录进采样表中，以确保后续标准值的准确性。

2.4  流程图

预警数据处理流程图

3.  关键技术

3.1  采样数据粗差剔除——莱特准则

莱特准则又称为三倍标准差法，在测量数据为正态分布、且测量次数足够多时，如果某个测量数据的剩余误差的绝对值满足条件（大于三倍标准差），就可以认为该测量值是可疑数据，应该剔除。

上述检验方法简单、使用方便。当测量次数N 较大时，是比较好的方法。一般适用于N>10 的情况，N<10 时，莱特准则失去判别能力。本方案中设计的样本表15天每个支路同一时间段接收到的采样数据约为200条，能很好满足莱特准则的使用条件。

4.  方案实现

4.1  数据库设计

表名：Sample（采样表）

表名：Tolerance（阈值表）

4.2  运行截图

监测值采样

路灯标准值

路灯异常报警

5.  结论

根据上述方案，笔者编写了一个用于监测路灯故障的Windows系统服务，部署到故障监测电脑上。经过一段时间上线运行，目前该服务能够准确将路灯电流波动异常情况及时反馈到南通市路灯综合管理平台（路灯管理中心业务平台），并结合业务系统短信平台及时发送短信到相关责任人，为路灯故障报警提供了便利，达到了预期效果。

参考文献：

[1] 梁云, 贺新军, 孔美凤. 新一代无线通信技术在城市照明智能监控网中的介绍[J]. 照明工程学报, 2009, 20(2):63-69. DOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2009.02.013.

[2] 刘暾东, 郭敏, 陈力. 基于GIS的智能路灯监控网站设计[J]. 照明工程学报, 2007, 18(4):70-74. DOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2007.04.016.

         [3] 康建, 马小兰. 基于GPRS及TCP／IP的前兆观测数据无线接收系统的开发[J]. 高原地震, 2013, 25(2):47-49. DOI:10.3969/j.issn.1005-586X.2013.02.010.

      [4] 夏卓君. 分布图法在疏失误差处理中的应用[J]. 实用测试技术, 2002, 28(2):33-34. DOI:10.3969/j.issn.1674-5124.2002.02.015.