Интеллектуальные системы на примере уличного освещения

Большие города в настоящее время потребляют значительные энергетические ресурсы. Для городов средних размеров 40% суммарных энергетических затрат уходит на освещение, где кроме функционально необходимого освещения автострад и улиц присутствуют элементы декоративного освещения, подсветки архитектурных памятников, коммерческого освещения. Энергоэффективное освещение улиц городов – это результат поиска инновационных решений проблем, связанных с ростом цен на электроэнергию и ухудшением экологической обстановки. Одним из путей регулирования цветосветовой среды является применение решений на базе интеллектуальных технологий, как бюджетных вариантов с минимальными вложениями [1], так и профессиональных многоуровневых систем.

Европейский Союз постоянно ужесточает экологические и энергетические стандарты, требуя сокращения использования неэкологичных материалов и неэффективных технологических решений. Одним из таких примеров служит разработка нового европейского закона, требующего использования электронных дросселей в уличном освещении для сокращения расходов электроэнергии и уменьшения вредного антропогенного воздействия.

Использование интеллектуальных систем управления уличным освещением, по нашему мнению, является оптимальным решением данной проблемы, позволяющим учитывать экономические и экологические факторы. Прогресс в области искусственного интеллекта и экспертных систем позволил реализовывать проекты с самым широким функционалом [2]. Удачным примером внедрения служит система управления уличным освещением на базе технологии LonWorks, которая предназначена для измерения, анализа и снижения потребления

электроэнергии. Сеть на базе технологии LonWorks имеет открытую расширяемую архитектуру, что позволяет обеспечить взаимодействие между всеми составляющими компонентами разных производителей. Эта технология позволяет проводить удаленный мониторинг и интеллектуальное управление системой, что заметно снижает расходы на техническое обслуживание и время проведения ремонтных работ. Например, система может рассчитать продолжительность горения светильников и вероятность выхода каждого светильника из строя, обеспечивая своевременность замены источников света и прочих компонентов.

Использование специализированного программного обеспечения (ПО), например, Streetlight Vision (рис. 1) и интеллектуального сетевого оборудования, такого, например, как сервер i.LON SmartServer, значительно расширяет потенциал интеллектуальной системы управления освещением. Специализированное ПО обрабатывает входящие пакеты данных с уличных светильников и сервисных устройств, на выходе пользователи получают многофункциональный Интернет-сервис управления уличным освещением, включающий большой набор функций, например: автоматическое распознавание ошибок, дистанционная диагностика и контроль уличных светильников, анализ расхода электроэнергии. ПО класса Streetlight.Vision имеет возможность направлять собранные данные в другие информационные системы, к примеру, в геоин-формационную систему (ГИС). В данном случае серверы будут выступать в качестве интеллектуальных контроллеров сегментов сети, собирая данные с уличных светильников и передавая их в центр мониторинга, который регистрирует и обрабатывает данные. К преимуществам сервера i.LON SmartServer относятся быстрота развертывания, простой интерфейс управления сетью и эксплуатационная надежностью в зонах с высоким уровнем помех, обеспечиваемая функцией Power Line Repeating для усиления сигнала в линии электропередачи. В дополнение к этому, i.LON SmartServer снабжен системой учета естественного освещения солнечным или лунным светом, что позволяет соответствующим образом подстраивать интенсивность искусственного освещения, повысить срок службы оборудования и светильников и снизить энергопотребление.

Применение интеллектуальных систем обеспечивает высокий уровень их функциональности и эффективности, что ведет к снижению энергопотребления до 50% и сокращению эксплуатационных расходов на 40%. В дополнение к этому, большинство неисправностей диагностируются и устраняются автоматически, что ведет к уменьшению времени простоя светильников на 75% [3]. Рассмотрим примеры внедренных интеллектуальных систем управления уличным освещением. В г. Милтон Кей-нес (Англия) в 2007 г. была использована технология LonWorks для дистанционного управления уличным освещением (рис. 2). Пилотный проект был реализован на 400 уличных светильниках, снабженных современными драйверами с интегрированными PLC-трансиверами. Интернет-сервер, связанный с данными трансиверами, управляет отдельными кластерами, связанными с центральной станцией, агрегирующей данные о каждой осветительной установке (энергопотребление, текущее состояние и информация об ошибках). В результате пользователи получили интеллектуальный Интернет-портал дистанционного управления светильниками с функциями мониторинга неисправностей и уровня энергопотребления, что позволило сократить потребление электроэнергии на 40%, повысить степень общественной безопасности и снизились расходы на ремонт и техобслуживание [3].

Другим примером интеллектуальной системы управления уличным освещением на базе подобной технологии является комплекс управления освещением улиц исторического квартала г. Квебека (Канада). В этом проекте заложена возможность сокращения потребления электроэнергии осветительной установкой в часы максимальной нагрузки по запросу энергоснабжающих предприятий. Данный результат достигается отключением декоративного освещения и диммированием уличных светильников в соответствующий период времени. Сэкономленная в итоге электроэнергия возвращается в распоряжение энергоснабжающих предприятий. Этот метод наиболее востребован во время зимнего периода при низких температурах и коротком световом периоде, когда электропотребление доходит до своего пика. Улицы со малоинтенсивным движением в ночное время также получили возможность значительного снижения энергопотребления и сопутствующих затрат. В результате город смог перераспределить сбереженные средства на другие мероприятия и программы по благоустройству внешнего вида города и совершенствованию его инфраструктуры.

В систему интегрированы трансиверы (Power Line Transceiver), что позволяет передавать управляющие данные по электрической сети. Трансиверы передают данные на Интернет-серверы, являющиеся контроллерами сегментов сети. Контроллеры, в свою очередь, управляются с центрального компьютера сервисного центра, где хранятся все данные по потреблению электроэнергии, диагностическая и тестовая информация. Внедрение данной системы в г. Квебеке обеспечило 30% экономию электроэнергии [3]. Интеллектуальная система управления освещением также позволила подчеркнуть архитектурные особенности комплекса старинных зданий исторического квартала, что повысило его привлекательность для туристов, так и для местных жителей, особенно в зимние месяцы года (рис. 3).

В г. Осло (Норвегия) также была проведена модернизация уличного освещения (55 тыс. уличных светильников) на базе интеллектуальных решений (рис. 4). Устаревшие низкоэффективные механические дроссели были заменены электронными Lon-дросселями, использующими технологию Power Line Communications (PLC) для передачи управляющих данных по силовой сети. Одно из преимуществ технологии PLC состоит в использовании существующих электрических силовых кабелей, что снижает, расходы на модернизацию.

Рис. 2. Интеллектуальная система дистанционного управления освещением

Рис. 3 . Освещение исторического центра г. Квебек (Канада)

Регулирование уличных светильников и соответствующее управление сегментами системы реализуют интеллектуальные серверы, взаимодействие которых осуществляется по беспроводной сети под управлением контрольной станции г. Осло. Система регистрирует энергопотребление, рассчитывает срок службы светильников и передает соответствующие оповещения. Кроме того, интеллектуальная система собирает поступающую от датчиков информацию о погоде и интенсивности дорожного движения. На основе анализа полученной серверами информации осуществляется автоматическое регулирование освещения, как отдельных уличных светильников, так и всей системы освещения в целом. Такой подход заметно снижает расход потребления электроэнергии, увеличивает срок службы источников света и сокращает расходы на ремонт и обслуживание светильников. Дополнительно появляется возможность удаленной диагностики и регулирования яркости светильников, а также анализа режима освещения через интерфейс контрольной станции. [3]

Выводы: применение вышеописанной технологии позволило сократить потребление электроэнергии на 62%, при этом 20% экономии электроэнергии было достигнуто за счет сокращения среднесуточного времени горения светильников, и 42% -получено за счет изменений в инсталляции. Дополнительно осуществляется поиск оптимально режима освещения, что по предварительным оценкам позволит городу сэкономить еще 10–15% энергии. Для освещения нескольких важнейших мостов и транспортных магистралей и в районе дельты реки Янцзы в Китае разработан проект первой в мире открытой управляющей системы на базе IP. Более 1 500 контрольных точек системы оснащены интеллектуальными трансиверами для контроля ее сегментов. Удаленное управление системой будет возможно через сеть Интернет средствами обычного ПК при подключении к Интернет-серверу. Вышеперечисленные примеры не охватывают всего многообразия применения интеллектуальных систем. Целый ряд городов Ирландии Франции, Германии, Норвегии, Италии, Нидерландов, Испании также применяют подобные технологии для уличного ления электроэнергии и экономии бюджетов. освещения, что способствует сокращению потреб-

Рис. 4. Уличное освещение г. Осло (Норвегия)