Интелигентно управление на улично осветление

Основната задача на уличното осветление доскоро беше да осветява в тъмната част на денонощието за постигане на безопасна, удобна и красива среда. Тенденциите обаче са уличните лампи да изпълняват много повече функции в бъдеще. Следващото поколение улично осветление ще бъде свързано с елементи от концепцията Smart City. Някои градове по света вече са експериментирали с интелигентни системи за осветление, които могат да се управляват дистанционно. Те понижават общинските разходи за електричество, давайки възможност за включване, изключване и регулиране интензивността на осветление според специфичните нужди на всяко място в зависимост от посещаемостта и дейностите в различни интервали от денонощието. Това свежда до минимум и влиянието на осветлението върху околната среда. Текущи проекти са стигнали една крачка напред. В тях експерти оприличават свързаните в мрежа лампи с мрежови възли от многофункционални комуникационни мрежи в интелигентния град.

В публичния сектор вече се признават възможностите при по-висока степен на свързване на различни функции в селищната инфраструктура в обща мрежа. Решенията за интелигентен град се разглеждат като ключови за намаляване на разходите за енергия и поддръжка, отговарящи на законовите изисквания за защита на климата и осигуряване на по-добри услуги за гражданите. Интелигентното улично осветление играе централна роля в това. В действителност, в много градове около 20% от всички жалби на гражданите сигнализират за повреди в уличното осветление. Интелигентните системи могат да автоматизират процеса на инвентаризация. Комбинацията на светодиодни лампи с програмируема система за управление на уличното осветление намалява градските разходи за електроенергия и поддръжка с около 70% спрямо традиционните системи.

В концепцията Smart City осветлението на градската среда е свързано не само с типичните за него функции, а изпълнява и редица други задачи, като например да уведомява службата за събиране на боклука, когато кварталните контейнери за отпадъци трябва да бъдат изпразнени, или да регистрира промени в трафика и да подава тези данни към интелигентна транспортна система (ИТС). Уличното осветление вече няма да бъде изолирана система, а част от мрежовата градска инфраструктура.

В основата на тази визия e една от най-бързо развиващите се днес технологии – Internet of Things (IoT), наричана на български Интернет на нещата или Интернет на вещите, и концепцията за свързаност в интелигентния град. Всеки възможен обект и място ще бъдат свързани: леки автомобили, товарни контейнери, улично осветление и паркинги, дори ръчни часовници, гривни, очила и други мобилни и стационарни устройства. С тях ще се измерват различни параметри в средата и ще се дигитализират ежедневни предизвикателства, като например намиране на място за паркиране и информираност за замърсяването на въздуха. В центъра на тази идея е комуникацията Machine-to-Machine (M2M), т.е. автоматичен обмен на данни между мрежови устройства и с контролен център.

В М2М технологиите чрез кабелни или безжични комуникации се обменят данни между устройства „на общ език”. Когато един сензор отчете промяна в температура, ниво или нещо друго, той подава данните към друго устройство, което чрез съответния софтуер ги анализира и да ги превръща в използваема информация, а също може да се върне отговор като команда. Всички тези устройства са свързани и са част от Internet of Things, но ефектът който постигат се нарича Internet of Everything.

Когато говорим за такива напреднали технологии е важно да отбележим, че у нас те са не само бъдеще, а и реална настояща действителност. От 13 септември 2016г. София стана шестият град в Европа, и един от първите в света, разполагащ с IoT мрежа, базирана на три протокола – BLE (bluetooth low energy) за мрежи от много близко разстояние; 802.15.4 за мрежи от средно разстояние и LoRaWAN за мрежи на големи разстояния, и първият, който ще използва изцяло IPv6/6LowPAN хетерогенна технология. Мрежата има 15км покритие от базовата станция. Използва се за IoT приложения в градски условия.

Ползи от интелигентното управление на уличното осветление
Резултатите от работата на интелигентно управлявани системи за улично осветление показват, че енергийните разходи са намалени с около 35% чрез интелигентно включване, изключване и димиране на осветлението, а общите оперативни разходи се понижават с около 42% при по-обстойна поддръжка и превантивни интервенции въз основа на генерирани от системата доклади за състоянието и работата на мрежата. Тук се набляга на интелигентния контрол, пестенето на енергия и автоматичното регулиране на базата на регионалния график за изгрев и залез. Освен до намаляване на разходите, това води и до по-малко емисии CO2 и ограничаване на светлинното замърсяване.

Правят се наблюдения и анализи на тока, напрежението и консумацията на енергия, като се събира информация от различни сегменти на уличното осветление. Инсталацията на допълнителните устройства за връзка с мрежата се прави лесно върху стълбовете на уличните лампи. Възможна е гъвкава интеграция на устройства с различни функции – видео камери за наблюдение, сензори за околната среда, обществени системи за информация (информационни табла), елементи от смарт грид и други.

Несравнимата, прецизна и точна информация за потреблението на електроенергия помага да се планира профилактика и да се намалят разходите за поддръжка със значително ниво. Системата използва безжичен режим на предаване на данни и спестява разходите и труда за полагане на кабели по натоварените пътища.

Характеристики на управлението
По-голямата част от решенията за интелигентни осветители предлагат уеб-базирани портали, чрез които се програмират и управляват свързаните лампи. Тук могат да се посочат циклите, в които лампите са включвани и изключвани. След като се комбинират със сензори за осветеност и движение, е възможно получаването на сложни модели на управление. Когато става по-тъмно, светлините светят по-ярко. В рядко посещавани райони, лампите ще се включат само когато техните сензори за движение откриват минаващите хора.

За да се поддържат повече приложения за интелигентния град, софтуерът за управление на градското осветление не трябва да остава изолиран. Той трябва да бъде отворен за разширяване с помощта на приложения. В идеалния случай порталът за управление ще предоставя точки за скачване за правителствените агенции, гражданите и частния сектор.

Системата използва най-новите тенденции в безжичните технологии като RF/GSM технология за програмиране, наблюдение и контрол на географски разпределени отдалечени улични лампи. Осветителните тела са оборудвани с контролери, които съдържат модули за комуникация и мониторинг, осигуряващи редовни актуализации на състоянието на уличните лампи в главната станция за управление (MCS). Системата за управление разполага с пет режима на управление на електрическите лампи, които могат да бъдат програмирани дистанционно от уеб базиран софтуер. Лампите могат да се управляват дистанционно, на базата на потребителски конфигурируем график за включване и изключване, който може да бъде програмиран за дневна, месечна или годишна работа, а също така може да се контролира локално въз основа на астро-часовник, който изчислява точно часа на залеза и изгрева на слънцето, използвайки данните за местоположението и часовата зона по време на годината. Така уличното осветление продължава да работи, дори когато липсва комуникационна връзка.

Осигурен е обширен мониторинг на повредите, въз основа на интелигентна корелация на данните от доклада за състоянието на лампите, липсата на комуникация и други. Всички грешки се изпращат на MCS, която генерира аларми за визуализация и поправка на повредите. Системата може да бъде програмирана да затъмни уличните лампи през нощта, за да се намали консумацията на енергия. Все пак, това е възможно само в случай, че уличните лампи са способни да бъдат затъмнявани. Като алтернатива тя също така предлага възможност за програмиране на контролера за включване/изключване на групи от улични лампи. Системата може да следи работните часове на лампата, които могат да бъдат използвани за прогнозна поддръжка, позволяваща да се планира предварително смяната на лампата. Тя може лесно да се разшири и да включва нови места и улични лампи.