用于監控照明系統的方法和安排以及被監控的照明安裝與流程

本發明涉及對照明系統的監控，具體地，涉及出于對照明系統的資產管理的目的。

背景技術：

本發明對例如是道路照明網絡的覆蓋大型區域的照明系統特別感興趣。

圖1示出了典型的照明控制系統，并且示出了控制網絡的拓撲。該網絡具有控制沿著電纜的全部控制節點（即，照明單元）16的位于機柜10中的本地控制器。該本地控制器與后端12通信。電纜和機柜的位置是已知的，并且物理配置與控制拓撲之間存在對應性。因此，一旦中央控制器10已被調試，則資產（機柜和電纜）可以被容易地調試和管理。

圖2示出了單個的照明系統如何被控制。機柜中不存在本地控制器。作為代替，每個節點（即，照明單元）具有單個的控制器，并且它們是受一個或幾個中央控制器12的控制的。電力仍然從關聯的機柜和從該機柜延伸出來的電纜被傳遞。在圖2的系統中，機柜位于何處不是已知的，電纜路徑也不是已知的。從網絡角度看，可以在中央控制器12處觀察到的全部內容是離散的節點的數量。

照明控制系統正在向如圖2中所示的單個的控制系統演進。

對于圖2的單個的照明控制系統，可以實際上存在少量的中央控制器，但同樣地，甚至對于數千的照明單元16（所述數千的照明單元中的每個照明單元可以被看作單獨的控制節點）而言，可以僅存在一個控制器。網絡拓撲不再如圖1的示例中那樣由與每個機柜10相關聯的固定電力電纜安排支配。

因此，電纜和機柜信息對于后端12不是通過直接的方式可用的。后端例如僅具有與單個的照明單元相關的信息，并且所述照明單元中的全部照明單元被標識為離散的點。后端不具有關于例如照明單元之間的電纜路線或者控制照明單元的串的機柜的位置的照明單元如何被物理地連接的知識。

例如是道路照明局的終端用戶仍然具有維護這些非照明資產并且確保它們的正確的運行的責任。為向終端用戶提供關于電纜和機柜位置和配置的知識，對于系統專員來說對街道建設設計進行交叉檢查和手動地添加電纜和機柜資產信息變得有必要。

存在對于提供對照明系統的這些資產的自動化的收集和管理的需求。

wo2014/033558公開了一種出于調試的目的使用電壓測量來確定沿著軌道的燈具的位置的系統。然而，該方法假設軌道的位置是自身已知的，并且目的是找出已知的電網內的燈具的位置。

技術實現要素：

本發明由權利要求定義。

根據本發明的一個方面，提供了一種監控包括沿著至少一個供電電纜放置的多個照明單元的照明系統的方法，其中，所述方法包括：

獲取關于每個照明單元的物理位置信息；

接收關于每個照明單元的供電電壓信息；以及

基于每個照明單元的所述物理位置和所述供電電壓信息，導出標識所述照明單元之間的電纜路線的電力網絡信息。

本發明提供一種使能夠收集照明系統配置信息的方法（和系統）。利用關于每個照明單元的供電電壓測量和位置信息（諸如是gps），近似所述照明單元被物理地連接的方式，并且可以導出所述電纜的長度。利用該信息，促進對這些資產的管理。如果發生照明單元故障或者系統內的其它資產（諸如是電纜）的故障，則變得有可能迅速地給出故障隔離信息以使維護人員能夠找出故障位置。

因此,本發明提供了一種特別適于與分布式的單個照明控制系統一起操作的系統的照明系統資產管理解決方案。其使得能夠實現對非照明單元資產的自動化信息收集和管理，以及使得能夠實現例如在照明單元故障或者電力系統故障之間進行區分的故障隔離。

可以從照明單元自身或者從其它源接收物理位置信息。例如，照明單元可以具有用于獲取物理位置信息的衛星定位系統。類似地，供電電壓信息可以不直接從照明單元接收，而可以經由中間數據源間接地接收。

優選地，關于每個照明單元同時地對供電電壓信息進行采樣或者以其它方式測量。定時可以例如基于衛星系統（例如，gps）（在這樣的系統被用于提供所述位置信息時）來控制。供電電壓信息包括供電電壓值或者供電電壓值的變型，例如是如下面提到的均方根電壓值或者電壓值的多個采樣的平均絕對值等。

定時信息使得來自不同的照明單元的全部采樣信息能夠在ac主循環內處在相同的點處。通過取ac電壓的一些采樣，可以獲取均方根（rms）電壓值以提供準確的電壓信息。

照明單元可以全部被控制為同時地被激活，以使得供電電壓信息是基于在每個照明單元位置處從供電電纜拉取的電流的。每個位置處的rms電壓的采樣時間優選是相同的，其中，全部燈都被打開。這種同時采樣考慮了如果電網電壓總在波動的事實，以使得不同的采樣時間將使數據較不魯棒。因此，為了改進的準確度，同時采樣是優選的。

特別在照明單元沿著供電電纜的集合放置時，照明單元可以基于它們的物理位置被聚類成多個組。照明單元的物理位置可以反映供電電纜的數量。在每個組中，可以通過對該組中的照明單元的供電電壓信息的分析（例如基于對供電電壓的峰值和谷值的分析或者基于供電電壓的電壓降）來標識電纜路線。

照明系統可以包括道路照明系統。因而可以考慮標識道路位置的地圖獲取網絡信息。電纜路線遵循道路位置，因此這使得電纜路線能夠被標識。

系統可以包括照明機柜的集合，每個照明機柜為沿著從該照明機柜延伸出來的供電電纜的照明單元的至少一個相應的集合供電，并且其中，導出網絡信息包括標識沿著電纜路線的照明機柜位置。因此，也可以導出照明機柜的估計的位置。

照明機柜位置可以例如基于對供電電壓的峰值和谷值的分析來獲取。峰值將位于照明機柜的位置處，并且谷值概括地將位于機柜位置之間的中途。這些谷值與被鏈接到機柜的電纜的末端相對應。

在一個實施例中，電力網絡信息包括電力網絡拓撲，諸如是機柜、從機柜延伸出來的分支電纜和被電纜連接的照明單元的拓撲。在另外的實施例中，電力網絡信息進一步包括電力電纜的位置、方向和長度、機柜的所述位置、照明單元的位置以及照明單元與機柜之間的位置和電力電纜連接關系。

方法可以進一步包括提供對照明系統中的故障的診斷。方法因此適于對照明系統的調試和維護兩者。

故障的第一示例是電纜故障。這可以是基于出故障的電纜的末端處的照明單元的集合的。

故障的第二示例是照明單元故障。這可以是基于出故障的電纜的中段中的照明單元的。

故障的第三示例是照明機柜故障。這可以是基于沿著從出故障的照明機柜起的一個或多個電纜的全部照明單元的。

一旦故障的類型已被標識，則維護和修理被簡化。

可以提供一種包括計算機程序代碼器件的計算機程序產品，在所述程序在計算機上運行時，其適于執行本發明的方法。該計算機程序將在照明系統的后端服務器處操作。

根據本發明的另一方面的示例提供一種用于監控包括多個照明單元的照明系統的照明系統監控安排，其中，每個照明單元包括供電電壓監控系統，其中，所述監控安排包括：

用于接收每個照明單元的物理位置和用于從供電電壓監控系統接收供電電壓信息的接收模塊；以及

適于根據物理位置信息和供電電壓信息導出標識照明單元之間的電纜路線的電力網絡信息的控制器。

照明系統可以包括道路照明系統，其中，控制器適于考慮標識道路位置的地圖。

照明系統可以包括照明機柜的集合，每個照明機柜為沿著從該照明機柜延伸出來的供電電纜的照明單元的相應集合供電，以及控制器適于通過分析供電電壓信息的峰值和谷值導出標識沿著電纜路線的照明機柜位置的網絡信息。

監控安排可以是適于提供對以下各項的診斷的：

電纜故障，這是基于出故障的電纜的末端處的照明單元的集合的；和/或

照明單元故障，這是基于出故障的電纜的中段中的照明單元的；和/或

照明機柜故障，這是基于沿著從出故障的照明機柜起的一個或多個電纜的全部照明單元的。

本發明還提供一種被監控的照明安裝，包括：

包括多個照明單元的照明系統，其中，每個照明單元包括衛星定位系統和供電電壓測量系統；以及

本發明的照明系統監控安排。

所述照明系統可以進一步包括照明機柜的集合，每個照明機柜為沿著從該照明機柜延伸出來的供電電纜的照明單元的相應集合供電，以及所述控制器適于通過分析供電電壓信息的峰值和谷值導出標識沿著電纜路線的照明機柜位置的網絡信息。

附圖說明

現在將參考附圖詳細描述本發明的示例，其中：

圖1示出了典型的照明控制系統；

圖2示出了基于分布式的單個的控制單元的照明控制系統；

圖3示出了電纜電壓如何沿著具有分布式的照明單元的電纜改變；

圖4示出了用于實現本發明的一個示例的主要元素；

圖5示出了如被單個的照明單元實現的操作方法；

圖6示出了如被后端控制器實現的操作方法；

圖7示出了如由覆蓋在數字地圖上的用戶界面表示的基本信息；

圖8示出了被添加到圖7的圖像的峰值電壓信息；

圖9示出了被添加到圖8的圖像的機柜位置信息；

圖10示出了系統如何幫助診斷電纜或者照明單元故障問題；以及

圖11示出了系統如何幫助診斷照明機柜故障問題。

具體實施方式

本發明提供了一種監控照明系統的方法。接收關于系統中的每個照明單元的物理位置信息。還接收關于每個照明單元的供電電壓信息。基于每個照明單元的物理位置信息和供電電壓信息，導出標識照明單元之間的電纜路線和沿著電纜路線的照明機柜的位置的網絡信息。

本發明因此將照明單元的已知的物理位置與如通過電壓監控確定的沿著電纜行程的位置結合在一起。

照明單元例如由單個的機柜供電，其中，每個機柜為沿著電力電纜的串聯的照明單元的集合供電。在照明單元打開時，電流將流過電纜，并且由于銅電阻的緣故，將存在沿著電纜的電壓降。電纜上的電壓損耗不是可忽略的，例如，預期有高達10%的電壓降。電壓降將影響每個照明單元位置處的輸入電壓，因此每個照明單元處的測量的電壓包含物理電纜連接的信息。

例如，圖3涉及照明系統，該照明系統具有30個250w照明單元，其每個照明單元之間的電纜長度是30m，并且具有23mm²的電纜的橫截面積（0.75ohm/km）。每個照明單元處的電壓降被示為y軸，并且沿著x軸示出了照明單元號碼。每個照明單元具有不同的電壓降，并且照明單元與機柜之間的距離越長，則電壓降越大。

圖4示出了用于實現本發明的一個示例的主要元素。

照明單元20執行電壓采樣和通信功能。照明單元包括取輸入電壓的采樣的電壓采樣模塊22，可以根據所述輸入電壓的采樣來計算rms電壓。諸如是gps模塊24的衛星定位模塊提供照明單元的精確的地理位置。也可以從該單元獲取時間。

通信模塊26提供與系統的后端部分30的通信。可以使用任何合適的通信技術。可以經由該模塊26發射命令、電壓數據和位置數據。在一個實施例中，電壓數據和位置數據可以被成對地發射（電壓數據，位置數據）。替換地，電壓數據和位置數據可以各自與照明單元20的標識符一起被單獨地發射，以使得在后端部分30接收這些數據時它可以標識每個照明單元20的電壓數據和位置數據。

照明單元20與后端30之間的通信可以例如是基于gprs（通用分組無線服務）、3g、4g、zigbee或者plc（電力線路通信）的。后端單元30包括用于從照明單元接收信息的接收模塊31和執行數據收集和分析的控制器32。

照明單元20的主控制器單元28控制電壓采樣的定時以及數據處理和傳輸功能。

由控制器32執行的數據收集和分析單元是基于指令全部單個的照明單元執行電壓采樣操作以及然后執行數據收集的。通過對數據進行分析，其定位非照明資產（電纜和機柜），并且例如可以使用用戶界面（ui）33顯示它們。可選地，該分析可以是交互式的，這可以利用手動的輔助提升準確度。

用戶界面分析算法可以是基于基于地理信息系統（gis）的，其示出資產位置信息，并且使能夠實現人類交互的調試。

圖5示出了如被單個的照明單元實現的操作方法。

在步驟50中，后端向單個的照明單元發送調試命令，所述單個的照明單元可以被認為包括單個的控制節點。在步驟52中在照明單元中接收該命令。

如步驟54中所示，命令指示何時電壓采樣操作將開始（例如，8:00pm），并且指示需要多少個采樣。

在接收命令之后，照明單元內的控制器例如使用gps模塊或者實時時鐘（rtc）模塊對時間進行檢查，以確保全部照明單元的采樣時間被對齊。這涉及在重復的過程中在步驟56中讀時間和在步驟58中檢查時間是否是對的，直到到達所分配的時間為止。

在步驟60中，在合適的時間處，通過重復的測量來測量所指令的數量的電壓采樣，直到已作出如在步驟62中確定的正確的數量為止。步驟62檢查是否已讀了足夠的采樣。

通過在電壓采樣期間打開全部燈，電流將導致產生最大的電壓降，因此輔助檢測。這可以在調試階段處被執行，其中，后端向將被打開并且被供電到最大電平的全部節點發送命令。替換地，可以在全部節點在正常使用被調試的系統期間處于打開的情況下并且它們處在它們的最大輸出電平處時執行采樣。然而，電壓采樣也可以在不確保照明單元被打開的情況下發生，因為由電壓采樣功能引起的電壓降在任何情況下將沿著電纜長度發生。

采樣連續地對于全部不同的照明單元被執行，因此使它們全部處在ac循環中的相同的點處。定時信息因此使得來自不同的照明單元的全部采樣信息能夠處在ac主循環內的相同的點處。通過取ac電壓的一些采樣，可以獲取rms值。

通過示例，采樣可以在電壓剛好跨過零的時間處開始。然后，跟隨幾個ac循環（例如是至少3個ac循環）對數據進行采樣。采樣頻率可以例如是4800hz或者更高。

然后計算并且上傳每個循環的rms電壓。優選使用rms電壓，即使實時采樣的電壓值也可以被用于導出網絡拓撲。然而，實時采樣的電壓值可能受噪聲的干擾，并且可能不是這么準確的。為提升電壓值準確度，每個照明單元優選地基于數百個采樣的電壓值計算rms電壓。

在步驟64中，照明單元從gps模塊讀地理信息。在步驟66中，將電壓信息和gps信息兩者發送給后端。

圖6示出了如被后端控制器實現的操作方法。

在步驟70中，后端控制器發送調試命令。在步驟72中，后端等待并且接收來自照明單元中的全部照明單元的采樣的電壓信息和定位信息。

在步驟74中，后端控制器將電壓數據和gps信息中的全部電壓數據和gps信息更新到數字地圖上。可以基于不同的街道和道路對定位數據進行聚類，因為電纜路徑將跟著路邊。在步驟76中示出了對道路位置的這種使用。

電壓分析涉及在步驟78中找出電壓分布的峰值和谷值。這些峰值和谷值也可以被圖形化地表示在數字地圖上。可以假設電壓峰值在電纜的起點處出現，并且可以假設電壓谷值在電纜的終點處出現。正常說來，峰值的聚集是為多個電纜供電的機柜的位置。

電壓分析因此使電纜和機柜的位置能夠如步驟80中所示那樣被標識以及然后如步驟82中所示那樣被顯示在數字地圖上。如果需要，專員可以手動地變更自動化的結果。

通過收集全部照明單元的電壓信息和地理信息，可以定位物理電纜連接以用于在調試時使用。

可以沿著道路安裝道路照明電纜，并且后端可以基于不同的道路名稱對照明單元進行聚類。這使用地理信息和數字地圖數據庫來實現。靠近一條道路的全部點可以被聚類到一個類中，這暗示它們可能是由一個電力電纜供電的。

圖7示出了如由覆蓋在數字地圖上的用戶界面32表示的基本信息。

每個照明單元由星形符號90表示，并且對應的rms電壓電平被圖形化或者數字化地示出。由矩形92示意地示出了該信息。

接近機柜的照明單元遭受較小的電壓損耗，而遠離機柜的照明單元遭受較大的電壓損耗，因此電壓損耗是高度取決于電纜長度的。

通過找出每個照明單元處的所測量的rms電壓的峰值和谷值，可以容易得找出電纜起點和終端。

圖8示出了作為圓形94被添加到圖7的峰值電壓信息和作為正方形96的谷值電壓信息。

為找出峰值和谷值點，可以應用雙微分算法。極點電壓被命名為v1…vn。雙微分算法包括兩個微分步驟：

第一微分步驟給出：

這提供了三個水平值，其指示去往下一個極點的電壓相比于前一個極點是增大、減小還是相同的。

第二微分給出：

如果值ddvi<0，則第（i+1）個極點是峰值點，并且如果值ddvi>0，則第（i+1）個極點是谷值點。

這樣，附近的峰值和谷值點之間的照明單元中的全部照明單元被相同的電纜連接。可以在地圖上使用gps信息通過計算峰值和谷值點之間的距離容易地估計電纜長度。電纜方向（即，在其源處是遠離機柜的）是從峰值到谷值。

如果在地圖上的一個點處收集了多于一個電壓峰值，則該點可以被標識為電力機柜。在圖9中圖示了被添加到圖8中的信息的機柜98的位置。此外，電纜方向由指向遠離機柜的方向的箭頭表示，所述機柜是電纜的源。如果已知估計的位置不是正確的，則系統的用戶可以拖拽和放置這些資產，以及使用用戶界面系統編輯這些屬性。

在調試之后，可以在數據庫中管理這些非照明資產。每個照明單元將被鏈接到其電纜和機柜，例如，照明單元1被連接到道路a上的機柜2中的電纜1。

上面的描述解釋了用于對系統進行調試的系統的優點。

所述系統和方法還可以被用于故障診斷。在日常的操作和維護中，所收集的信息可以被用于在照明故障診斷中提供輔助。

圖10示出了系統如何幫助診斷電纜故障問題。如被示為100的幾個附近的照明單元出故障。通過對關聯的電纜信息進行交叉檢查，因為照明單元的位置在電纜的終止部分處，所以可以診斷電纜在位置102處被切斷。如果如由照明單元104示出的那樣出故障的照明單元在關聯的電纜的中部，則可以診斷問題與照明單元的故障有關。

路邊的照明單元包括燈具和單個的控制單元。如果控制單元仍然在運行，則燈具的故障可以經由控制單元被檢測和報告。如果這兩個部分都出故障了（由于斷電、斷裂的電纜或者機柜故障），則控制單元是離線的，并且不能對故障進行報告。在這種情況下，后端將自動地知道離線狀態，并且然后可以使用上面描述的方法來幫助診斷潛在的問題。

可以由系統自動地調查這些故障中的全部故障。

圖11示出了其中許多照明單元106已出故障的大規模照明故障。再次地，通過對關聯的機柜和電纜信息進行交叉檢查，如果一個電纜或者機柜中的全部照明單元出故障，則可以診斷該機柜中有點問題。因此，從機柜108起的兩根電纜不起作用。

該信息使得維護團隊能夠在現場找出問題并且維修照明系統。

上面的示例具有機柜和照明單元的網絡。機柜基本上表示電力電纜的起點。可以在沒有機柜或者不需要標識機柜位置的情況下將本發明應用于較大區域上的照明單元的集合。對道路地圖信息進行鏈接以解釋電纜路線也不是必要的。

上面的示例利用衛星定位系統來提供物理位置信息。然而，可以從其它源將位置信息提供給故障分析系統。例如，可以從外部的地理信息系統（gis）取得所述信息。也可以基于移動電話網絡信號而非衛星信號獲取定位信息。

在最低限度上，所述系統和方法可以被用于監控與共享的供電電纜相關聯的照明單元的集合。然而，如將是從上面的示例中顯而易見的，本發明適用于供電電纜和關聯的照明單元的整個網絡。

在后端被執行的對定位信息和電壓信息的分析可以基本上用被后端處的控制器運行的軟件來執行。后端包括出于該目的的計算機，該計算機可以包括但不限于pc、工作站、膝上型設備、pda、掌上設備、服務器、存儲裝置等。

概括地，就硬件架構來說，計算機可以包括經由本地接口被通信地耦合的一個或多個處理器、存儲器和一個或多個i/o設備。本地接口可以例如但不限于是一個或多個總線或者如本領域中已知的其它的有線或者無線連接。本地接口可以具有用于使得能實現通信的額外的元件，諸如是控制器、緩沖器（高速緩存）、驅動器、中繼器和接收器。進一步地，本地接口可以包括用于使得能實現前述部件之間的恰當的通信的地址、控制和/或數據連接。

處理器是用于執行可以被存儲在存儲器中的軟件的硬件設備。處理器幾乎可以是任何定制的或者商業可用的處理器、中央處理單元（cpu）、數字信號處理器（dsp）或者與計算機相關聯的幾個處理器中的輔助處理器，并且處理器可以是基于半導體的微處理器（采用微芯片的形式）或者微處理器。

存儲器可以包括易失性存儲器元件（例如，諸如是動態隨機存取存儲器（dram）、靜態隨機存取存儲器（sram）等的隨機存取存儲器（ram））和非易失性存儲器元件（例如，rom、可擦除可編程只讀存儲器（eprom）、電可擦除可編程只讀存儲器（eeprom）、可編程只讀存儲器（prom）、磁帶、壓縮盤只讀存儲器（cd-rom）、磁盤、磁碟、錄音帶盒、盒式磁帶等）中的任一項或者組合。此外，存儲器可以并入電子的、磁性的、光學的和/或其它類型的存儲介質。

存儲器中的軟件可以包括一個或多個單獨的程序，所述程序中的每個程序包括用于實現邏輯功能的可執行指令的有序的列表。存儲器中的軟件包括合適的操作系統（o/s）、編譯器、源代碼和一個或多個應用。每個應用可以是源程序、可執行程序（目標代碼）、腳本或者包括將被執行的指令集的任何其它實體。

i/o設備可以包括諸如例如但不限于是鼠標、鍵盤、掃描儀、麥克風、照相機等的輸入設備。此外，i/o設備還可以包括例如但不限于是打印機、顯示器等的輸出設備。

一個或多個應用可以被體現在任何計算機可讀介質中以用于通過或者結合指令執行系統、裝置或者設備來使用，所述指令執行系統、裝置或者設備諸如是基于計算機的系統、包含處理器的系統或者可以從指令執行系統、裝置或者設備取回指令并且執行指令的其它系統。在本文檔的上下文中，“計算機可讀介質”可以是任何可以存儲、傳送、傳播或者傳輸程序以用于通過或者結合指令執行系統、裝置或者設備來使用的器件。計算機可讀介質可以例如但不限于是電子的、磁性的、光學的、電磁的、紅外線的或者半導體的系統、裝置、設備或者傳播介質。

本發明可以是系統、方法和/或計算機程序產品。計算機程序產品可以包括具有其上的計算機可讀程序指令的（一個或者多個）計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀程序指令用于導致處理器實現本發明的方面。

計算機可讀存儲介質可以是可以保留和存儲指令以用于被指令執行設備使用的有形設備。計算機可讀存儲介質可以例如但不限于是電子存儲設備、磁性存儲設備、光學存儲設備、電磁存儲設備、半導體存儲設備或者前述的任何合適的組合。計算機可讀存儲介質的更多具體的示例的非窮舉的列表包括以下各項：便攜式計算機磁碟、硬盤、隨機存取存儲器（ram）、只讀存儲器（rom）、可擦除可編程只讀存儲器（eprom或者閃存）、靜態隨機存取存儲器（sram）、便攜式壓縮盤只讀存儲器（cd-rom）、數字多功能光盤（dvd）、存儲棒、軟盤、機械編碼的設備（諸如是穿孔卡片或者具有記錄在其上的指令的凹槽中的凸起結構）以及前述的任何合適的組合。

所公開的實施例的其它變型可以由本領域的技術人員在實踐所要求保護的發明時通過學習附圖、本公開內容和所附的權利要求而理解和實現。在權利要求中，單詞“包括”不排除其它的元件或者步驟，并且不定冠詞“一”或者“一個”不排除復數。事實上，在相互不同的從屬權利要求中被詳述的特定的措施不指示這些措施的組合不可以被加以利用。權利要求中的任何參考標號不應當理解為限制范圍。