[01283048]智慧照明系统多网协同关键技术研究及应用

在河南省高校科技创新团队和创新人才支持计划的指导下，本项目面向智慧城市，设计一款智慧照明无线监控管理系统，包括传感器网络硬件系统、终端控制硬件系统、协调器和多种无线网络等。

将大气环境质量与路灯控制相结合，将气体传感数据和路灯运行状态数据相结合，将ZigBee 无线网络和4G/GPRS 网络相结合，实现多源异构大数据的可靠传输、全面估计、有效诊断、精准控制，包括设备运行状态监控、历史数据查询、统计分析、设备管理、调光管理等功能。

本项目性能指标主要包括：1)协调器电源适应性：工作电压AC187V～253V，50Hz±1Hz;校时误差小于5s;与控制中心通信响应时间小于5s;与单灯控制器通信响应时间小于5s。2)单灯控制器电源适应性：工作电压AC187V～253V，50Hz±1Hz;交流电压测量范围：工作电压AC187V～253V，误差不超过±2%;负载电流测量范围：0A～2A，误差不超过±2%;与智能集中器（协调器）通信相应时间小于5s;工作温度：-20℃～70℃。3)管理软件平台控制中心软件用于搭建智慧照明系统的控制中心，包括服务端软件、PC客户端和Android手机客户端。

其中，服务端软件支持分布式部署，支持多实例负载分担热备运行，服务端软件应能支持10000台以上的智能集中器（协调器）实时通信，同时管理600000盏以上的路灯，数据库支持数据库集群方式运行。

大气环境质量采集器的ZigBee传输要求能满足通讯成功率＞99%的要求，GPS定位误差应小于10米。

本项目具有如下创新之处：

1)设计一种自由接入、主动上传、自主定位和自动识别的新型传输模式：基于ZigBee网络的传感器节点自主接入，主动上传数据，地理信息自主定位，数据中心自动识别传感器节点上传数据。

2)为保证时变采样、时变延时、随机丢包、带宽约束影响下的分布式网络化控制系统的稳定性，提出饱和系数概念改进量化控制策略，并基于量化数据提出一种分布式网络化控制方法。

3)针对多传感器测量情况下，局部状态和整体状态的关联与估计问题。考虑在传感器有限关联约束下，因关联矩阵因过度稀疏而出现奇异现象时，设计出一种适用于分布式状态估计的矩阵分解新方法，以保证目标的有效估计。

4)视路灯亮度为系统待控状态，大气环境质量和路灯照度为系统观测，路灯的可调变量为系统可变参数，将滤波器和控制器设计相结合，设计出一种集系统状态、可调参数与控制变量联合估计与分布式控制方法，以建立智慧照明系统的智能调光策略。

5)为实现传感器设备、路灯设备和传输网络故障和异常的实时在线检测，针对照明系统，设计出一种集传感器、执行器和控制器于一起的事件触发故障诊断方法。首先针对闭环控制系统，发展了基于权衡的最优事件触发故障检测方案，实现故障、干扰和传输误差三者之间的最优权衡。进一步发展了事件触发采样与更新检测机制、故障诊断及调节的集成设计框架，以保证故障系统的性能，同时尽可能的降低传感器、控制器、执行器三者之间的信息传输频率。

本项目所研制的智慧照明无线监控管理系统，采用十余项核心技术，发表相关的高水平论文20余篇，其中SCI检索的一区论文4篇（ESI高被引1篇），授权国家专利10余项，获得河南省科技进步奖等奖项。同时，该成果通过质检部门检验，并已进行了初步应用，所建立的高新区、金水区示范工程，已取得了政府相关部门和企业用户的一致好评。

经领域专家鉴定，该项目成果在智慧照明领域节能和安全方面具有重要意义，应用前景广阔。

在智慧照明系统多网协同关键技术研究方面达到国际先进水平。