李政儒
天津市路灯管理处天津市300151
摘要：城市路灯系统是城市基础设施的重要组成部分，其功能的完善性以及运行的可靠性直接影响城市居民的生活和城市生产的进行。尽管当前路灯系统建设不断完善，但是在路灯系统的管理维护过程中仍然存在许多问题，如检修人员技术素养不足、路灯系统的季节性调控等问题，严重影响了路灯系统运行的可靠性。在未来的发展过程中采取一定措施优化维护管理工作对于提升城市照明系统运行为的稳定性是必要的。
关键词：城市路灯；监控；电力载波；通信；可靠性；分析
引言
城市路灯照明系统属于城市基础设施建设中的一项重要内容，随着社会经济的不断发展进步，城市路灯照明系统也突破以往照明功能，逐步向改善城市面貌、美化城市环境等方面发展。城市路灯远程智能监控的实现，在一定程度上提高了城市路灯管理与控制的合理性和有效性，尤其是低压电力载波通信技术的应用，促进了城市路灯单灯控制的顺利实现，并鞥够自动识别单灯故障，对于路灯远程智能监控系统的稳定运行具有重要作用。
1.电力载波通信
1.1概述
电力线通信技术（PowerLineCommunication）出现于20世纪20年代初期。它是利用已有的低压配电网作为传输媒介，实现数据传递和信息交换的一种手段。应用电力线通信方式发送数据时，发送器先将数据调制到一个高频载波上，再经过功率放大后通过耦合电路耦合到电力线上。信号频带峰峰值电压一般不超过10V，因此不会对电力线路造成不良影响。电力线载波通信与一般架空线载波通信的不同点是：在同一电网内可用的频谱范围自8kHz-500kHz，只能开通有限的通道,如每个单向通道需占用标准频带4kHz,则该频带不能重复使用，否则将产生严重的串音干扰。故一般电力线载波设备均采用单路单边带体制，每条通道双向占用2×4kHz带宽,总共61条电路。如果需要开更多电路，则必须采取加装电网高频分割滤波器的隔离措施。
1.2结构
电力线载波通道的基本结构如图[电力线载波通道结构]所示。载波机的收发信端用高频电缆经结合滤波器(起阻抗匹配及工频电流接地作用)联接耦合电容器（起隔离工频高压的作用）,将载波电流传送到输电线上,阻波器用以防止载波电流流向变电所母线侧，减小分流损失。
载波电流与输电线的耦合方式分为相相耦合及相地耦合两类。相相耦合传输衰耗较小，但耦合设置投资较大。相地耦合传输衰耗较大，但耦合设置投资较小。在采用对地绝缘的架空避雷线的输电线上（雷击时通过绝缘子的放电间隙对地放电），也可以将载波电流耦合到架空地线上，称为地线载波。如果高压输电线的相导线是分裂导线，则耦合在两条子导线之间开通的载波称为相分裂载波（此时分裂导线间必须彼此绝缘起来）。
1.3发信功率限制
由于载波电流在电力线上传输时会向空间辐射电磁波，干扰该频段内的广播和飞行、航海等导航业务，所以各国政府均对发信功率加以限制，通常10瓦输出可传输几百公里，而某些大于1000公里的线路，也允许将输出功率提高到100瓦。
1.4频带复用
现代大多数电力线载波机，均采用标准4kHz频谱,其中有效传输频带为300-3400Hz。为了节约使用有效频带,采用频分复用技术，将300-2000Hz一段传送话音，2400～-3400Hz上音频段传送远动数据或高频保护信号。还有些载波机配有专用的控制接口，利用同一载波通道瞬时切换传送高频保护信号，统称为复用载波机。
信号的传输计算，耦合到输电线上的高频载波电流，随着导线排列和交叉换位的差异，以及耦合方式的不同，其传输规律非常复杂。在设计载波通道时，传输性能的计算以往多用经验公式,不够精确。70年代以后,根据模式传输理论推导了载波电流模式传输计算数学模型，所编制的通用计算程序已经提供了工程上足够精确的计算工具，供设计、制造及运行部门使用。80年代中国所开发的实用化软件，已经达到了国际先进水平。
2.城市路灯远程智能监控系统的结构原理及工作行为
通过研究分析可知，城市路程远程智能监控系统的结构具有一定特殊性，以主机和一定数量的从机单元作为主要组成部分。具体来讲，该远程智能监控系统的主机部分主要包含外围设备以及微型打印机、显示器、键盘等主单片机系统，从机部分主要包括外围设备和光电转换单位、继电器开关等从单片机系统。就城市路灯远程智能监控系统的具体情况来看，其主机与从机分别安装于城市路灯的控制室和控制箱内，在电力载波通信方式下，从机能够与电子镇流器之间实现数据交换，以满足城市路灯远程智能监控系统的运行需求。主机系统能够依照实际需求执行从机地址和待开启或待关闭状态的继电器的相关命令，并将相关信息输送至所对应的从机中。从机在接收命令后的第一时间将数据信息传送至主机，主机在获取信息后将地址及相关数据进行打印。若能够显示出来，由此可以判定该路灯受损。
3.电力线载波通信可靠性的提高方式
3.1调制方式
为提高城市路灯监控系统中电力线载波通信数据传输的可靠性，必须对电力线信道特性分析研究。高效可靠的调制编码技术是高速电力载波通信的关键，国外对电力载波通信中的各种调制技术应用进行了大量的研究和测试。现在主流的调制技术主要有针对窄带通信所采用的ASK、PSK、FSK和扩频技术，以及针对宽带开发的OFMD技术。通过采用OFMD技术大大提高了低压电力载波通信技术的抗干扰能力，从而提高城市路灯监控该系统通信的可靠性，但是载波信号在电力线上传输过程中产生的信号衰减问题仍然难以克服并且传输距离受限，这就需要采用路由中继来弥补这方面的不足，以扩大电力载波信号的传输范围。
3.2路由中继策略
城市路灯监控系统中电力线载波通信信道是一个具有频率选择性衰落的多径传输信道，载波通信距离在200m-1000m，通过采用单灯接力式中继方案可以达到远距离通信从而实现对路灯的单灯控制。每个路灯相当于１个中继，城市路灯之间的距离一般在30-50m左右。单灯接力式中继方案虽解决了传输距离的问题，可以实现对一个变压器处路灯集中器下所有路灯的数据采集与控制，但每盏灯都承担信号中继会导致通信速度较慢，特别当线路中某一路灯节损坏将导致整条线路通信中断。为此通过采用蚁群算法使通信网络实现自动中继路由不仅有效地扩展电力线通信距离，而且减少了通信时间提高电力线通信的可靠性。
总结
首先对路灯监控系统各部分作以简单介绍，路灯单灯智能控制的难点在电力载波通信上，应用低压电力载波通信技术可以减少成本但具有一定的复杂性，针对电力线信道特性进行分析与建模，为提高电力载波通信的可靠性和实时性通过采用OFMD技术和蚁群算法的路由中继方案，并通过实验验证低压电力线作为通信介质具有一定的可靠性，使的电力载波通信在城市路灯监控中具有良好的市场应用前景。
参考文献
[1]刘慧.基于物联网技术的智能路灯监控系统[J].建材与装饰,2018(36):294.
[2]周良,匡泳锦.城市路灯节能在路灯管理中的应用[J].中国战略新兴产业,2018(36):41-42.
[3]程婷婷.智慧路灯远程监控管理软件开发[D].杭州电子科技大学,2018.
[4]杨涛.基于ZigBee的路灯智能控制系统的研究与应用[D].西安科技大学,2018.
[5]欧阳再东.基于物联网技术的智能路灯远程监控系统设计[J].科技创新导报,2018,15(14):175+177.
[6]赵立新.探讨路灯维护及节能减排问题[J].科学技术创新,2018(13):156-157.