城市LED照明系统的远程监控软件平台研发

城市LED照明系统的远程监控软件平台研发

盛誉满

深圳市金达照明有限公司广东深圳518000

摘要：相对发达国家而言，我国城市照明监控还不够智能，主要以人力巡查以及大众反映等方式来实现对路灯的控制和故障检测，夜晚无人行走的路段，路灯依旧照常开关。不但造成人力、物力及财力的浪费，且实时性较差，故障的发现及处理概率较低，且路灯控制方式不灵活，无法做到单灯控制以及按需开关灯，导致能源的浪费，因此实现智能化照明监控刻不容缓。基于此，本文将着重分析探讨城市LED照明系统的远程监控软件平台，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

关键词：城市；LED照明；远程监控软件

1、城市LED照明系统的远程监控系统工作原理

LED照明远程监控系统采用传统的Ｃ／Ｓ架构，采用三层结构，包括监控中心，远端灯控制器与单灯控制器。首先通过单灯控制器采集LED路灯的实时数据，并对这些数据进行简单处理，然后将采集到的数据通过远端灯控制器传送到监控中心对数据包进行处理，达到实时监控的目的。监控中心即城市LED照明系统的远程监控软件平台，结构如图１所示，由通信服务器、数据库服务器、用户控制终端组成，具备实时监测和控制LED路灯的功能。管理人员通过监控中心来管理控制整个照明系统的正常、稳定的运行。

城市LED照明系统以节约能源为目的，主要用于对多路段的LED路灯进行监控，除了可以满足基本的道路照明需要外，还能实时发现与定位出现故障的LED路灯，即具备自我监测功能。系统包括监管中心、远端路灯控制器、单灯控制器三部分。监管中心由数据库服务器、通信服务器以及用户控制终端构成，也就本文所述的城市LED照明系统的远程监控软件平台。

2、城市LED照明系统的远程监控软件平台关键技术

2.1、多线程与线程池技术

线程由线程的内核对象和线程堆栈两部分组成，每个线程只有一个内核对象和一个堆栈。多线程即在单个程序中为完成不同的工作同时运行多个线程。在进行系统开发时，为了提高其资源使用率进而提高系统效率，通常会将多线程技术应用于其中。在普通并发服务器架构中，通常采用单线程模型，先创建一个监听线程等待新的客户端连接服务器，当新的请求到来时，服务器会为每个客户端创建一个线程进行服务，当客户端达到一定数量时，系统将浪费大量的时间和资源在开辟和销毁线程上。为此实际开发中通常采用线程池的方法来避免这种开销，首先服务器会创建一定数量的线程并运行，当一个新的客户端请求到来时，按一定的算法选出一个线程为该连接服务，服务完毕后，线程再次投递到空闲的线程池中等待下一个连接请求。这样大大降低了创建和销毁线程对象时带来的资源开销，提高了新连接的响应时间，从而提高服务器的整体性能。采用线程池模型的服务器的程序流程如下所述[25]：（1）创建监听套接口；（2）绑定服务器端口；（3）调用listen()函数，使socket处于监听状态；（4）以监听socket为参数创建多个服务线程，主线程挂起。服务器线程的流程如下：（1）接受外来的连接请求，accept()函数返回服务socket；（2）处理Client的服务请求，关闭服务socket，并返回步骤(1)。

2.2、IOCP技术

IOCP是一个效率高且复杂的winsock2内核对象，利用预先已创建好的若干线程，处理重叠的I/O操作。重叠I/O，当I/O功能被调用时无论是否完成即刻返回，由系统底层对其实际过程进行，完成后再通知主程序，不影响进程继续其他工作，能够更有效的利用系统资源。

IOCP的核心思想是将所有用户请求全部投递于一个消息队列中，利用预先创建好的若干个线程从消息队列中逐一取出消息并进行处理，减少线程资源，并大大提高线程的利用率。完成端口模型如图1所示：

要满足城市照明监控需求，同时处理多并发连接，监控中心服务器需连接多个远端灯控制器或用户控制终端，这就必须提高监控系统网络的性能，才能避免各客户端之间在访问服务器时产生冲突，确保系统可以高较运行。完成端口机制最大优点是利用为数不多的的几个线程，对大量的远程连接进行服务。

2.3、数据库访问技术

软件平台在VC++6.0平台上进行开发，因此，论文仅对VC6.0提供的数据库访问技术进行简要介绍，包括ODBC(开放数据库存互连)、MFC的DAO（数据访问对象）、ADO（ActiveX数据对象）、MFC的OLEDB、以及MFC的ODBC类。ODBC是Windows系统提供的一组对数据库访问的标准API。DAO仅支持Access数据库，应用范围相对固定。ADO与OLEDB类似，但接口更简单，具有更广泛的特征数组和更高程度的灵活性。OLEDB在数据提供程序和用户之间提供了灵活的组件对象模型（COM）接口。MFC的ODBC类对较复杂的ODBCAPI进行了封装，提供了简化的调用接口，从而大大方便了数据库应用程序的开发。

2.4、GIS技术

GIS即地理信息系统，它是一种非常重要的空间信息技术系统，也可以将其看作是一门对空间信息进行分析处理的“科学技术”，具有对相关地理分布数据信息进行采集、储存、管理、运算、分析和显示等功能。GIS（地理信息系统）与GPS（全球定位系统）、RS（遥感系统）合称3S系统。GIS主要应用于表达或模拟现实空间世界，是一种对空间数据进行处理分析的“工具”。在城市LED照明系统中，可以利用GIS技术将所有LED路灯的布局和开关状态以及故障情况准确地在电子地图进行显示，从而实现对LED路灯的实时监控和管理。

3、网络通信时遇到的主要问题及解决办法

LED照明系统监控平台的关键功能是实时数据的接收和控制命令的传输，因此在对网络传输功能模块进行设计开发时，保证数据包传输的实时性准确性，可行性，以及快速性是整个系统的关键。经分析研究，监控平台数据包传输采用TCP协议。TCP协议即传输控制协议，是一种可靠的传输层协议，具有重传机制与拥塞控制功能，采用该协议对数据包进行传输，可确保其完整无损的传输至目的地址。表1中罗列了网络通信测试时遇到的问题及解决办法。

总而言之，LED是一种高效、节能、环保的新光源，能进行智能调光，打破了传统路灯只能进行小范围控制的局限，实现了连续调光，它可以参照四周照明环境以及交通情况来灵活调整灯光亮度，提升照明质量的同时还降低了能源消耗，因此，本课题采用LED智能灯作为光源。此外，随着社会的不断发展，人们对城市照明的智能、环保以及节能需求不断提高。因此，研发新型城市LED照明管理系统是非常必要的。这就要求我们在以后的实际工作中必须对其实现进一步研究探讨。

参考文献

[1]王川.基于无线通信的城市小区LED路灯监控系统设计[D].南京师范大学，2014.

[2]邝俊斌.基于GIS的市政照明无线监控系统的管理软件研发[D].华南理工大学，2012.

[3]王志宇.基于.NET/GPRS/GIS技术的城市照明监控管理系统设计与实现[D].南京农业大学，2013.

[4]李维嘉.城市照明无线监控系统的设计与实现[D].复旦大学，2009.

[5]陈青山.城市照明监控管理系统的设计与实现[D].山东大学，2009.