一、任务来源
近年来随着城市建设规模的不断扩大，城市景观照明设施不断增加，亮化设施种类、型号繁多，功率负荷大，安全隐患多，事故发生率高，但现有开关灯控制装置简易，大部分为人工手动现场操作，传统管控模式弊端日益暴露，景观照明系统存在以下问题：
1.开关灯无法满足分布式场景统一数字化管理执行；
2. 隐患报警模块单一且滞后，节点设备堆叠模式，安装模块增多，导致人工巡查难以实时精准监控和提前预警，预判，处置效率低成本高等情况，出现问题时仍需现场作业，不能远程及时处理安全隐患同时保障正常运行；
3.无法识别偷电漏电、恶性负载，难以达到降低能耗管理。城市景观照明提升了城市形象和城市品牌影响力，随着经济社会发展和技术的进步，景观照明面临新的发展方向，我们必须革故鼎新，照明管理工作迫切需要一套基于实时性，网络化、数字化、算法化、精确化的集中管理系统，新技术、新工艺、新产品、新设备需迅速推广和应用，基于这一目的，烟台市市政养护中心联合山东天淮智能科技有限公司自选项目研发并应用了城市智慧景观照明边缘计算控制设备（新型断路器）。
二、应用领域
城市智慧景观照明边缘计算控制设备主要是为解决现有景观照明系统中存在的一系列问题研发，现阶段已经在我中心智慧景观照明系统中实际运用。
其中智慧景观照明综合管理平台及手机APP客户端，已安装于我中心景观照明总控系统及相关工作人员手机内。对于亮化设施突发事故进行智能预警及自处理，同时监测设施运行状态调整设施参数等。
城市智慧景观照明边缘计算控制设备已经于文化宫广场配电箱内进行试点试验，并进行数据收集及算法优化。通过边缘计算控制设备收集末端用电信息以用电状态，取代原有人工巡查及消除操作盲点，提高景观照明管理的及时性、安全性及智慧性。
三、技术原理
智慧景观照明边缘计算控制设备基本原理为不需要通过传统云数据统一中央运算处理机制，而是在用电最末端管理的配电箱一级集成了处理判断逻辑MCU、边缘计算能力、传感器、通信模块、大数据算法、平台管理等多方面技术。【注：MCU将CPU、存储器等主要部件集成在同一块芯片上，形成芯片级计算机。MCU（Microcontroller Unit），又称微控制器或单片机，是把CPU的频率与规格做适当缩减，并将内存（memory）、计数器（Timer）、USB、A/D 转换、UART、PLC、DMA 等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。】

图3.1设备样式 图3.2 设备内部集成电路
本地集成的MCU计算能力，云小安基本上用了三种 MCU，一种是实时性非常好的PIC16系列 MCU，一种是 ARM M3/4 核心的 MCU，还有就是和国内计量芯片厂商合作的 MCU。还进行了算力优化，把一些隐藏的功能做了定制化的开放，拿到高频数据，主要是用于谐波分析，智能化的识别电器，打火分析。所需数据的采集和关键数据分析都可以在本地完成，大大节省了控制延时，使得各项保护功能更加精准。关键数据存储在边缘计算控制设备本地，这样可以不依赖网络状况，可靠性得到保障。

图3.3 工作原理示意图

图3.4 内置AI芯片和传感器
四、性能指标
1.计划实现的主要性能指标
电能实时监测、电气火灾故障预警及自处理、节能。
实际研发实现计划性能指标的设定，同时故障预警功能中不仅可以实现电气火灾预警还增加浪涌、短路、功率限定、电流限定等功能，监管预警故障类型更多样化、精准化。
2.主要性能指标如下
（1）智慧景观照明综合管理平台及手机APP客户端
智慧景观照明边缘计算控制设备与管控中心及手机APP客户端建立实时互访，总控中心人员及工作人员可通过电脑或者手机远程发布日常预案及设备自动监测和在线巡检、故障处理等，同时可查看各种报表和统计信息，电力管理策略制定轻松（时间、电流、功率的阈值设定等）

图4.1 智慧景观照明综合管理平台界面

图4.2 手机端APP操作界面
（2）实时监测电能变化
通过谐波分析，每秒采样12000次，形成电谐波。通过深度学习，样本分析，可以解开电的秘密，建立和识别电的指纹。

图4.3 每秒采样12000次

图4.4 设备实时数据 图4.5 APP设备能耗监测界面
（3）提前预警故障
通过实时为电气设备和线路做心电图，精准识别电气安全特性，提前预警和预防电气火灾，保障电气安全，增加远程控制、自动控制、电量统计、能耗监测、浪涌、打火、短路、功率限定、电流限定、定时控制等功能，监管预警故障类型更多样化、精准化，更加合理规划容灾备份。
（4）自处理故障问题
通过对前端设备运行进行谐波分析，精准识别设备属性，健康与运行状态。用电末端达到设定的预警值后，智慧设备自动响应，无须平台干预，无须人工现场操作，能够自主快速响应并关断电，保证人员安全及减少事故。
短路保护：实现0.04s断路保护。
漏电保护：30mA最快0.005跳闸。
过流保护：超过额定电流5%，10S断路，超过35%，5S断路，超过100%，1S断路。
过欠压保护：超过260V断路，250V预警；低于190V报警。
温度&打火保护：超过90℃断路，超过70℃预警。

图4.6 APP预警及故障自处理界面
（5）节能
通过电网质量分析与能源监测。前端智能硬件具备电量统计，远程控制 定时控制 能耗管理，可以识别空载能耗（电缆空载能耗）、恶性负载（比如外在偷电偷接）、漏电流，如果出现平台立刻报警，并做相应处理，优化管理，可节能百分之十到三十，优化降低同期使用电费10%-40%之间。

图4.7 APP电量统计界面
（6）功能集成
系统平台比传统多个独立系统组合的用电监测集成系统更简单；同时具有更加丰富、更多种类的全星电数据采集功能以及电谐波采集功能。物联网空开，可以直接替代传统空开，无须更改原有的布线设计和布局。组网简单便捷：可利用原有局域网、2G/4G/5G等网络以及电力HPLC、电力4G\RS485等。
五、与国内同类技术比较
城市智慧景观照明边缘计算控制设备相比较于传统断路器具有压倒性优势，具体优势体现如下图5.1所示：

图5.1 与传统设备相比优势
1.功能高集成
以第一梯队施耐德，ABB，西门子传统三大厂商价格为例，城市智慧景观照明边缘计算控制一套设备可实现其他12套单一设备功能，1比12传统堆叠硬件实现硬件投入为1500元 VS 4831元，平均按照一套设备可节省材料成本3331元。
系统平台比传统多个独立系统组合的用电监测集成系统更简单；同时具有更加丰富、更多种类的全星电数据采集功能以及电谐波采集功能。
2.安全性能大幅提高
设备具有了短路保护、漏电保护、过载保护、雷击保护、打火断电保护等多项安全保护，能够实现自检报警同时自处理问题隐患做到及时自动断电等操作，无须人工现场处理隐患，保障用电安全及人身安全。
3.节能降耗
通过采集用户侧全电量用电信息，可以对用电时间、电量、功率、功率因素等用电信息做到实时监测，可用以指导能源配置、加强用电安全、提高能耗，也可用于配电网运维以提高电质量和供电可靠性、大幅降低运维成本。
4.监管便捷
是物联网、云计算、大数据、人工智能等技术的典型综合应用，契合智慧景观照明的发展基于，为景观照明提供便捷的电能同时创造更好价值的技术和手段。
5.远程可控
可通过电脑端及手机APP端通过物联网与服务器连接，实现远程控制。能够对总体或每一路空开进行通断操作，动态匹配实现大电网高效安全运行。
6.成本更低
设备高度集成化、组网自由简单、施工简单方便、人工智能应用于大数据平台分析，材料成本降低，综合成本也降低。
六、成熟度
此设备已经获得了实用新型专利，并且成功运用于市政工程中，通过数字技术手段标准化解决提升安全用电综合管理效率痛点95%以上，2023年-2024年共计监测出线路漏电安全隐患336次，通过后台远程控制实现安全应急阻断网络黑客攻击景观大屏8次。以及在人工作业更换老旧线路及景观灯时，通过软件下达程序命令，提前锁死硬件手动开合闸执行机构，使其在确保人工作业人员安全更换完成撤离后方能解锁合闸痛点，规避人员未完成离开时误操作合闸后，造成触电安全伤亡事故。所以技术已经相对成熟，质量有一定保障，可以规模化应用。
七、成果的创造性、先进性
未来景观照明安全管理系统的发展方向无疑是网络化、数字化、算法化、精确化以及智慧化，传统景观照明采用的断路器只能实现单一功能，不具备预警处置、系统集成、云端管理、智慧互联等特点，城市智慧景观照明边缘计算控制技术所采用的新型断路器在用电最末端管理的配电箱一级集成了多种功能，从而使得与传统安全综合管理相比具有以下创新性和先进性：
1.更经济，将实际需要的监测漏电、断路、打火等数据，集成在一个功能模块中，减少模块堆叠，减少模块采购费用，平均一套设备可节省材料成本3331元；每套可节省安装工时1小时，减少33根信号线使用；同时减少后期运维费用。
2.更安全，设施发生故障及时报警断电，避免火灾发生。同时根据工程设施需要设置漏电时间自检，不需要人员现场操作，真正意义上的安全保护，提高安全性能95%以上；
3.更节能，识别设施中存在的空载能耗（电缆空载能耗）恶性负载（比如外在偷电偷接）漏电流，发现以上情况，平台报警，根据报警信息做处理，优化管理，节能百分之十到三十，优化降低同期使用电费10%-40%之间；
4.更智能，7*24小时实时监测，减少人力成本。做到数字化 精细化 透明化管理，故障精准定位，提高运维效率，节省人工运维费用65%以上。
八、推广应用的范围、条件和前景
1.推广应用范围
除了应用于城市照明市政公共场所亮化基础设施外还可以应用于其他老旧住宅区、工业园区、九小场所等电气照明安全隐患突出位置，电气照明设备质量参差不齐，线路绝缘老化、短路、过载、接触不良、漏电严重等对象或电源配电箱。
2.条件
城市智慧景观照明边缘计算控制设备安装简单，无须改变原有线路，可直接替换原断路器安装使用以及直接利用原网络条件共享使用，因此设备推广条件无限制，可规模化使用。
3.前景
城市智慧景观照明边缘计算控制设备在弥补了传统断路器缺陷的同时，还能提供更及时的超额用电保护和电气火灾分析数据，实现电压、电流、漏电流、温度、功率、能耗、用电量以及各种用电故障报警信息的实时采集，并通过云平台进行统计比对、大数据分析等。城市管理者和用户还可通过PC端或移动APP实现远程设置、查询、遥控或定时开关线路，以及完成漏电保护功能自动自检等功能，让产品在使用的过程中更安全、更智慧、更节能。管理者、用户可通过PC端或移动APP实现实时远程设置、查询、遥控或定时开关线路，推动城市安全防控工作由“部门监管”向政府和社会单位“齐抓共管”转变。推动电气火灾防控由“被动应付”向“主动预防”转变，具有广泛的应用前景。

一、推广应用范围
除了应用于城市照明市政公共场所亮化基础设施外还可以应用于其他老旧住宅区、工业园区、九小场所等电气照明安全隐患突出位置，电气照明设备质量参差不齐，线路绝缘老化、短路、过载、接触不良、漏电严重等对象或电源配电箱。
二、推广应用条件
城市智慧景观照明边缘计算控制设备模块化设计，安装简单，无须改变原有线路，可直接替换原断路器安装使用以及直接利用原网络条件共享使用，设备及网络维护简单，因此设备推广条件无限制，可规模化使用。
三、推广应用前景
1.当前城市建设和管理的信息化正逐步从数字化、网络化向自动化、智能化方向发展。构建“智慧城市”已经成为大势所趋。城市智慧景观照明边缘计算控制技术应用“智慧用电”是隶属于城市公共安全版块，是“智慧城市”建设中智慧公共安全应用领域的重要组成部分。我市社会经济持续快速发展，城市景观照明规模不断扩大，安全隐患日益增多，各类安全事故呈现出风险高、危害大的特点，社会公众对安全管理的需求日益增加。
2.城镇化率快速增长，用电设备老旧，电线电缆功率不达标，老旧电路保护器年久失效等，各类事故隐患和安全风险交织叠加，影响公共安全的因素也日益增多。其中，电气火灾隐患具有难发现、难定位、突发性等特点，且火灾数量呈逐年上升趋势，其造成的人员伤亡及经济损失触目惊心。而电气火灾隐患具有一定的“隐蔽性”、“潜伏期”。过去，电力监测排查都是通过人力进行，不仅浪费大量时间精力，也很难主动检测电气线路是否存在漏电、过热、老化、破损等情况。有针对性地推广电气火灾事故的主动防范技术，可有效提高防控电气火灾能力。
3.城市智慧景观照明边缘计算控制技术在弥补了传统断路器缺陷的同时，还能提供更及时的超额用电保护和电气火灾分析数据，实现电压、电流、漏电流、温度、功率、能耗、用电量以及各种用电故障报警信息的实时采集，并通过云平台进行统计比对、大数据分析等。城市管理者和用户还可通过PC端或移动APP实现远程设置，让产品在使用的过程中更安全、更智慧、更节能。管理者、用户可通过PC端或移动APP实现实时远程设置、查询、遥控或定时开关线路，推动城市安全防控工作由“部门监管”向政府和社会单位“齐抓共管”转变。推动电气火灾防控由“被动应付”向“主动预防”转变。
四、存在问题和改进意见
目前存在的问题是产品尺寸比传统的较大，影响小配电箱安装尺寸，后续需要优化1：1的尺寸。