Xây dựng giải pháp và hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng công cộng thông minh cho thành phố Phủ Lý, Hà Nam

Hiện có tổng cộng khoảng 304 triệu đèn đường trên thế giới, con số này sẽ tăng lên 352 triệu vào năm 2025. Như vậy năng lượng cung cấp cho hệ thống chiếu sáng công cộng khá lớn và ngày càng tăng. Bài viết này đưa ra giải pháp thiết kế điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng công cộng trên nền tảng IoT, kết quả nghiên cứu được áp dụng trên một tuyến phố của thành phố Phủ Lý, Hà Nam.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng giải pháp và hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng công cộng thông minh cho thành phố Phủ Lý, Hà Nam Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải XÂY DỰNG GIẢI PHÁP VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG THÔNG MINH CHO THÀNH PHỐ PHỦ LÝ, HÀ NAM Lê Hùng Lân1, Cồ Như Văn1*, Nguyễn Thanh Hải1, Nguyễn Văn Tiềm1 Lê Hoàng Nam2 1 Trường Đại học Giao thông vận tải, 2 Viện Ứng dụng công nghệ *Tác giả liên hệ: Email: vancn@utc.edu.vn; Tell: 0987959637 Tóm tắt: Hiện có tổng cộng khoảng 304 triệu đèn đường trên thế giới, con số này sẽ tăng lên 352 triệu vào năm 2025. Như vậy năng lượng cung cấp cho hệ thống chiếu sáng công cộng khá lớn và ngày càng tăng. Do đó yêu cầu nghiên cứu các công nghệ tiên tiến áp dụng cho hệ thống chiếu sáng công cộng nhằm tiết kiệm nguồn điện năng, giảm khí thải CO2, đem lại hiệu quả trong vận hành và chất lượng ánh sáng đô thị đã và đang trở nên cấp bách. Bài viết này đưa ra giải pháp thiết kế điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng công cộng trên nền tảng IoT, kết quả nghiên cứu được áp dụng trên một tuyến phố của thành phố Phủ Lý, Hà Nam. Từ khóa: Mạng vô tuyến, IoT, Lora, giám sát, điều khiển. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, phát triển các đô thị thông minh là xu hướng chung trên thế giới và đồng thời cũng là chủ trương của Đảng và Nhà nước. Hầu hết các thành phố của Việt nam đã có đề án xây dựng đô thị thông minh. Thành phố Phủ lý là đô thị lõi của tỉnh Hà nam đã được Thủ tướng Chính phủ công nhận là đô thị loại II năm 2018 và đang phấn đấu trở thành trung tâm của khu vực về thương mại dịch vụ, y tế, giáo dục; đô thị thông minh vào năm 2025. Trong bất cứ mô hình đô thị thông minh nào, hệ thống chiếu sáng thông minh cũng là một cấu phần không thể thiếu vì nó liên quan đến nhiều yếu tố như văn hóa, xã hội và đặc biệt là vấn đề tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường. Năng lượng đang trở thành mối quan tâm lớn của toàn nhân loại, là vấn đề được đặc biệt quan tâm không chỉ của riêng quốc gia nào. Các nguồn năng lượng không tái tạo như than, dầu mỏ, khí đốt đã dần cạn kiệt và trở nên khan hiếm, trong khi đó tình trạng lãng phí năng lượng đã và đang xảy ra đáng báo động ở nhiều quốc gia. Số liệu ước tính của Tổ chức Bảo vệ bầu trời đêm quốc tế cho thấy, chỉ riêng nước Mỹ đã có đến 38% năng lượng chiếu sáng ngoài trời bị lãng phí, làm tiêu tốn 2 triệu thùng dầu mỗi năm (khoảng 1,5 tỷ USD) và đóng góp khoảng 300 triệu tấn khí CO2; lượng ánh sáng ô nhiễm hàng năm gây lãng phí được ước tính tương đương với lượng tiêu thụ 4,9 triệu lít xăng. Như vậy, ô nhiễm ánh sáng đang có tác động xấu đến nền kinh tế toàn cầu [1-3]. -231- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải Nghiên cứu các giải pháp, áp dụng các công nghệ tiên tiến vào hệ thống chiếu sáng công cộng đang ngày càng được quan tâm đặc biệt đối với mỗi quốc gia trên thế giới nhằm tiết kiệm năng lượng, thúc đẩy sự phát triển của cách mạng 4.0 vào cuộc sống, xây dựng thành phố thông minh. Tuy nhiên, việc ứng dụng các thiết bị của nước ngoài vào nước ta hiện gặp nhiều khó khăn do chi phí cao, chưa phù hợp với điều kiện vận hành trong nước và do không làm chủ về công nghệ nên việc nâng cấp hệ thống, duy tu sửa chữa sẽ gặp khó khăn trong quá trình vận hành hệ thống. Trong những năm vừa qua, ở các thành phố trên cả nước đã và đang áp dụng những biện pháp tiết kiệm điện trong chiếu sáng công cộng như cắt bớt chế độ ban đêm, giảm ½ lượng đèn chiếu sáng, dùng bộ điện tiết giảm công suất (dimming),… Tuy nhiên những phương pháp này chưa phải là tối ưu vì vẫn làm giảm chất lượng chiếu sáng, thiếu đi tính đảm bảo an toàn trong giao thông và tính thẩm mỹ đô thị. Đồng thời xét về toàn bộ hệ thống thì chưa phát huy hết hiệu quả, giá thành hệ thống còn cao nên việc ứng dụng thực tế vẫn chỉ dừng ở mức thí điểm trên một vài tuyến đường. Ứng dụng IoT vào hệ thống chiếu sáng công cộng để điều khiển và giám sát tập trung hệ thống đèn từ xa nhằm tiết kiệm năng lượng và kịp thời khắc phục được những hỏng hóc của đèn và của hệ thống là việc rất cần thiết để thực hiện nhiệm vụ tiết kiệm điện và là xu hướng phát triển một thành phố thông minh- ứng dụng công nghệ thông tin- internet vạn vật; 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH VÀ GIÁM SÁT TẬP TRUNG ĐÈN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 2.1. Xây dựng mô hình và các thành phần chức năng của hệ thống Trên cơ sở khảo sát đánh giá các hệ thống chiếu sáng thông minh trên thế giới cũng như đặc thù chiếu sáng trong nước, mô hình tổng quát của hệ thống điều khiển và giám sát đèn chiếu sáng công cộng được đề ra trên hình 1 [4]. Hình 1. Mô hình tổng quan hệ thống điều khiển và giám sát đèn chiếu sáng công cộng. Các thành phần chức năng cơ bản trong hệ thống gồm các phần mềm điều khiển và giám sát trên server, hệ đo lường đèn, điều khiển đèn và truyền thông từ các đèn -232- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải đến tủ điều khiển, bộ điều khiển trung tâm tại tủ điện, màn hình HMI và hệ xử lý ảnh. Các phần mềm điều khiển và giám sát trên server bao gồm phần mềm kết nối để điều khiển và thu thập dữ liệu từ các tủ điều khiển đèn, phần mềm giao diện người dùng cho phép cài đặt các chế độ hoạt động của hệ thống và giám sát được trạng thái hoạt động của hệ thống, lưu trữ, truy xuất cơ sở dữ liệu, phần mềm lưu trữ, phân tích cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc đánh giá chất lượng của phân đoạn và của hệ thống giúp cho việc chẩn đoán sớm sự cố của hệ thống, nhằm khắc phục kịp thời khi xảy ra lỗi. Ngoài ra có thể bổ sung giao diện bản đồ google maps hiển thị vị trí tủ, đèn. Khi click chuột vào thì hiển thị thông tin về thông số hoạt động. Hệ đo lường đèn, điều khiển đèn ...