TRANG BÌA PHỤ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LÊ THÁI HIỆP

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GSM/GPRS TRONG ĐIỀU
KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC HỆ THỐNG CHIẾU
SÁNG

Chuyên ngành: Thiết bị điện – Điện tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. LÊ VĂN DOANH

Hà Nội - 2010


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Lê Thái Hiệp


MỞ ĐẦU

14

1. Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................14
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài..........................................................15
3. Mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của đề tài.............15
3.1. Mục đích....................................................................................................15
3.2. Đối tượng nghiên cứu................................................................................15
3.3. Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................15
3.4. Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................15
4. Kết cấu của luận văn .........................................................................................16
Chương I

18

CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ ĐIỀU KIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CHIẾU
SÁNG CÔNG CỘNG

18

1.1. Hiện trạng hệ thống chiếu sáng công cộng của thành phố Quy Nhơn ..........18
1.1.1. Đơn vị quản lý vận hành hệ thống chiếu sáng công cộng thành phố
Quy Nhơn .........................................................................................................18
1.1.2. Chiếu sáng tại một số khu vực chính trong thành phố Quy Nhơn .........19

3


1.1.3. Công tác điều khiển và vận hành hệ thống chiếu sáng công cộng tại

nghệ hiện đại .........................................................................................................41
2.1.1. Điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng thông qua đường dây
điện thoại kết hợp với mạng điện cung cấp......................................................41

4


2.1.2. Điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng thông qua mạng Internet
kết hợp với mạng điện cung cấp.......................................................................42
2.1.3. Điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng thông qua mạng
GSM/GPRS ......................................................................................................43
2.1.4. So sánh các công nghệ hiện có trong nước ............................................44
2.2. Tổng quan về công nghệ GSM/GPRS ...........................................................46
2.2.1. Tổng quan về GSM: ...............................................................................47
2.2.2. Tổng quan về GPRS ...............................................................................53
2.2.3. Tương quan của công nghệ GSM/GPRS trong mạng viễn thông ..........58
2.3. Các thiết bị kỹ thuật hỗ trợ truyền thông theo công nghệ GSM/GPRS.........59
2.4. Các giải pháp ứng dụng công nghệ GSM/GPRS trong giám sát và điều
khiển chiếu sáng công cộng ..................................................................................61
2.4.1. Điều khiển và giám sát theo khu vực .....................................................61
2.4.2. Điều khiển và giám sát theo điểm sáng..................................................62
2.5. Mô hình chung về hệ thống chiếu sáng công cộng ứng dụng công nghệ
GSM/GPRS...........................................................................................................63
Kết luận chương 2 ............................................................................................64
Chương III

65

XÂY DỰNG ỨNG DỤNG DỰA VÀO CÔNG NGHỆ GSM/GPRS ĐỂ ĐIỀU
KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG TRÊN ĐỊA


82

1. Kết luận.............................................................................................................82
2. Đóng góp mới và kiến nghị về sử dụng kết quả của luận văn..........................82
2.1. Các đóng góp mới......................................................................................82
2.2. Kiến nghị về sử dụng kết quả luận văn .....................................................82
3. Hạn chế, hướng phát triển.................................................................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO

84

PHỤ LỤC

88

6


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1. Ký hiệu
Ký hiệu
I
Iđèn
U
Uđèn
Ulv
P
Wh

Dòng điện xoay chiều
Đường thuê bao số không đối
xứng
Bộ xử lý gắn thêm
Chế độ truyền không đồng bộ
Trung tâm nhận thực

Border Gateway
Base Station Controler
Base Station Subsystem
Base Tranceiver Station

Cỗng đường biên
Bộ điều khiển trạm gốc
Phân hệ trạm gốc
Trạm thu phát gốc

Common
Communication
Services
Code Division Multiple Access
Charging Data Records
Committee of European Post
and Telecommunication
Circuit Switch Public Data

Các dịch vụ truyền thông chung

B
BG

FTP
G
G (2G;3G...)
GGSN
GMSC
GPRS
GSM
GSN

Network

cộng
Công ty trách nhiệm hữu hạn

Direct Curent

Dòng điện một chiều
Điều khiển
Điều khiển chiếu sáng

Enhanced Data rate for GSM
Evolution
Equipment Identity Register
European Telecommunications
Standard Institute

Mạng thông tin di động toàn cầu
có tốc độ truyền dẫn cao
Thanh ghi nhận dạng thiết bị
Viện tiêu chuẩn viễn thông

Thanh ghi định vị thường trú
Giao diện người máy
Đèn Sodium cao áp
Hệ thống chiếu sáng công cộng
Giao thức Truyền Siêu văn bản

Internet Protocol
Industrial PC
Integrated
Servive
Network
InterWorking Function

Chức năng tương tác mạng

Nút hỗ trợ GPRS

H
HLR
HMI
HPS
HTCSCC
HTTP
I
IP
IPC
ISDN
IWF
K
KT


and

Switching Mạng phân hệ chuyển mạch

O
OMC

Operations and Maintenance
Center
Application
Programming
Interface
Open System Interconnection
Operation
and
Support
Subsystem

OPC
OSI
OSS

Trung tâm khai thác và bảo
dưỡng
Giao diện khả trình ứng dụng
Liên thông các hệ thống mở
Phân hệ khai thác và hỗ trợ

P

Thiết bị điều khiển khả trình
Công nghệ truyền thông qua
đường dây cung cấp điện
Power Line Communication – Thiết bị đầu cuối điều khiển từ
Remote Terminal Unit
xa theo công nghệ truyền thông
qua đường cung cấp điện
Public Land Mobile Network
Mạng di động mặt đất công
cộng
Packet Switch
Bộ chuyển mạch gói
Public Switched Packet Data Mạng chuyển mạch gói dữ liệu
Network
công cộng
Public Switched Telephone Mạng chuyển mạch thoại công
Network
cộng

Q
QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

Session Control
Serving GPRS Support Node
Subscriber Identity Module



Dịch vụ thông báo ngắn
Giao thức chuyển thư tín đơn
giản
Phân hệ chuyển mạch

Transmission Control Protocol/ Giao thức điều khiển truyền dữ
Internet Protocol
liệu/Giao thức mạng Internet
Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời
gian
Current Transformers
Máy biến dòng điện
Thành phố
Transcoder/Rate Adaption Unit Khối mã hoá và giải mã – thích
nghi tốc độ
Số thứ tự
Voltage Transformers
Máy biến điện áp

V
VLR
VAS
W
WCDMA

Visitor Location Register
Value – Added Service
Wideband
Code

Hình 1 - 5: Đồ thị biểu diễn công suất tiêu thụ trên đèn khi không điều chỉnh ........26
Hình 1 - 6: Chấn lưu hai mức công suất ...................................................................27
Hình 1 - 7: Lắp chấn lưu 2 mức công suất trong bộ đèn...........................................28
Hình 1 - 8: Đồ thị biểu diễn công suất tiêu thụ trên đèn khi sử dụng chấn lưu 2
mức công suất...................................................................................................29
Hình 1 - 9: Tủ điều chỉnh tiết kiệm điện QPS sản xuất ở Malaysia..........................31
Hình 1 - 10: Sơ đồ quá trình giảm điện áp qua 7 bước (20s/bước) của tủ QPS........32
Hình 1 - 11: Sơ đồ điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng thông qua đường
dây mạng điện thoại và mạng điện cung cấp ...................................................34
Hình 1 - 12: Sơ đồ điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng thông qua mạng
Internet kết hợp với mạng điện cung cấp .........................................................38
Hình 2 - 1: Mô hình điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng thông qua đường
dây điện thoại kết hợp với mạng điện cung cấp ...............................................41
Hình 2 - 2: Mô hình điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng thông qua mạng
Internet kết hợp với mạng điện cung cấp .........................................................42
Hình 2 - 3: Mô hình điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng thông qua mạng
di động GSM/GPRS .........................................................................................43

12


Hình 2 - 4: Mô hình hệ thống GSM ..........................................................................49
Hình 2 - 5: Mô hình tổng quan mạng GPRS.............................................................53
Hình 2 - 6: Cấu trúc mạng GPRS..............................................................................54
Hình 2 - 7: Cấu trúc BSC trong GPRS......................................................................57
Hình 2 - 8: Vị trí của GPRS trong sự phát triển của hệ thống thông tin di động......59
Hình 2 - 9: Cấu trúc mạng viễn thông.......................................................................59
Hình 2 - 10: Sơ đồ hình cây mô tả tương quan giữa các thiết bị kỹ thuật hỗ trợ
truyền thông theo công nghệ GSM/GPRS .......................................................60
Hình 2 - 11: Mô hình điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng theo khu vực

nguồn điện còn có tác dụng bảo vệ môi trường, vì loài người đã và đang tác động
vào thiên nhiên quá mức nên đã gây ra các hậu quả như sự nóng lên của trái đất,
thủng tầng Ozon, ô nhiễm môi trường, thảm họa thiên tai…
Trong khi đó, các đô thị ngày càng phát triển và hoàn thiện về cơ sở vật chất hạ
tầng, trong đó hệ thống chiếu sáng công cộng giữ vai trò quan trọng trong quá trình
phát triển ấy. Thành phố có huy hoàng, rực rỡ về đêm hay không cũng do hệ thống
chiếu sáng công cộng. Xe cộ lưu thông có an toàn hay không, an ninh trật tự có đảm
bảo hay không cũng nhờ hệ thống chiếu sáng công cộng.
Hệ thống chiếu sáng có vai trò quan trọng như thế, nhưng lại là một hệ thống
phân tán trên toàn địa bàn của đô thị, nên để quản lý, điều khiển và giám sát chúng
là một vấn đề không dễ. Hiện tại vấn đề điều khiển và giám sát chúng ở hầu hết
thành phố, thị xã, thị trấn ở Việt Nam đều làm thủ công do các công nhân vận hành
đến tận nơi đặt tủ điều khiển để cài đặt thông số, giám sát và quản lý, nên không
linh hoạt, không kịp thời do đó không tiết kiệm điện năng và không kinh tế.

14


Không ngoài các vấn đề trên, thành phố Quy Nhơn là một đô thị loại một, đang
trên tiến trình phát triển thành một thành phố trọng điểm về kinh tế, văn hóa, du lịch
của miền Trung, nên cũng đòi hỏi sự hoàn thiện hệ thống chiếu sáng công cộng sao
cho tôn vinh vẻ đẹp của thành phố mà vừa khoa học và tiện lợi trong quản lý, đồng
thời đảm bảo an toàn về giao thông, an ninh về xã hội mà tiết kiệm năng lượng.
Để đáp ứng được các yêu cầu trên và giải quyết được khó khăn trong quản lý
một hệ thống phân tán, luận văn đưa ra giải pháp “Ứng dụng công nghệ
GSM/GPRS trong điều khiển và giám sát các hệ thống chiếu sáng”.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Hệ thống chiếu sáng là một hệ thống phân tán cần được quản lý và giám sát tự
động, từ xa dựa trên công nghệ mới.
3. Mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của đề tài

4. Kết cấu của luận văn
Luận văn bao gồm:
+ Trang bìa phụ;
+ Lời cam đoan;
+ Mục lục;
+ Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt;
+ Danh mục các bảng;
+ Danh mục các hình vẽ và đồ thị;
+ Mở đầu;
+ Các nội dung nghiên cứu của luận văn:
Chương I: Các vấn đề chung về điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng
công cộng;
Chương II: Giải pháp công nghệ cho điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng
công cộng;
Chương III: Xây dựng ứng dụng dựa vào công nghệ GSM/GPRS để điều khiển
và giám sát hệ thống chiếu sáng công cộng trên địa bàn thành phố Quy Nhơn;
16


+ Kết quả và bàn luận;
+ Kết luận và kiến nghị;
+ Tài liệu tham khảo;
+ Phụ lục.

17


Chương I
CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ ĐIỀU KIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CHIẾU
SÁNG CÔNG CỘNG

2
3
4

Tên hạng mục
Quản lý vận hành hệ thống
chiếu sáng
Sửa chữa điện chiếu sáng
công cộng
Quản lý nút đèn tín hiệu
giao thông
Quản lý đèn pháo hoa điện
tử, khung đèn màu

Kế hoạch Kết quả
%
(KH) thực hiện KH/TH
Đơn vị
2009
(TH)
2009

% so
với
năm
2008

Bộ

8.747


206

100

100

Nguồn dữ liệu theo [7].

1.1.2. Chiếu sáng tại một số khu vực chính trong thành phố Quy Nhơn
1.1.2.1. Tuyến đường Quy Nhơn – Sông Cầu
Quốc lộ 1 D, hay còn gọi là đường Quy Nhơn - Sông Cầu (nối liền 2 tỉnh Bình
Ðịnh - Phú Yên) bắt đầu từ cầu Sông Ngang, cửa ngõ vào trung tâm TP Quy Nhơn,
và kết thúc tại xã Xuân Hải, huyện Sông Cầu (Phú Yên), có tổng chiều dài 33,15
km trong đó 19 km nằm ở đất Bình Ðịnh, đoạn còn lại thuộc về Phú Yên. Việc xây
dựng con đường này không chỉ nhằm mục đích tránh đèo Cù Mông nguy hiểm trên
quốc lộ 1, mà còn nhằm phá vỡ thế độc đạo ra vào TP Quy Nhơn.
Trên tuyến đường này đoạn số 1 là đoạn từ ngã ba Quang Trung đến ngã tư Lam
Sơn (km 0+0 ÷ km 7+400).
Hệ thống chiếu sáng trên đoạn đường này được xây dựng với những thông số
chính sau:

19


1.1.2.1.1. Thiết bị chiếu sáng
Đèn chiếu sáng đường phố Solair 250W. Lắp trên cột thép liên cần TC – 11m :
247 bộ.
Đèn pha P02 Son 205W lắp trên cột thép TC – 17m (12 đèn trên 1 vị trí cột).
Cột đèn:

B
1A
đi TP. Hồ Chí Minh

1A
đi Hà Nội

Đ. Quy Nhơn – Sông Cầu

đi TP. Hồ Chí Minh

Đ. Trần Hưng Đạo
đi Cảng Quy Nhơn
Đ. Tây Sơn
Đ. Nguyễn Thái Học

Hình 1 - 1: Bố trí chiếu sáng trên đường Quy Nhơn – Sông Cầu đoạn
km0+0÷km7+400

1.1.2.2. Tuyến đường Quy Nhơn – Nhơn Hội
Đầm Thị Nại là một đầm nước lớn và sâu, có hình như một cái dạ dày, ra vào
đầm bằng một lối duy nhất là cửa cảng Quy Nhơn, nơi trú ngụ lý tưởng của tàu
thuyền khi gặp bão. Cầu Thị Nại là chiếc cầu vượt biển dài nhất Việt Nam được thi
công bằng công nghệ hiện đại. Cầu được khởi công xây dựng vào tháng 11 năm
2002 và khánh thành vào ngày 12-12 năm 2006, nối liền thành phố Quy Nhơn và
bán đảo Phương Mai (khu kinh tế Nhơn Hội).

21




Đ. Đống Đa

Đ. Trần Hưng Đạo
đi Phú Tài
Đ. Trần Hưng Đạo
đi Cảng Quy Nhơn

Đ. Nguyễn Tất Thành

Hình 1 - 2: Bố trí chiếu sáng trên đường Quy Nhơn – Nhơn Hội

1.1.2.3. Một số đường nội thành
Đường An Dương Vương, đường Nguyễn Tất Thành, đường Xuân Diệu, đường
Nguyễn Huệ, đường Trần Hưng Đạo …

23


Đ. Quy Nhơn – Nhơn Hội
đi Nhơn Hội

T

B

Đ. Đống Đa

Đ. Tây Sơn


Hình 1 - 4: Cấu trúc của tủ điều khiển chiếu sáng thông thường
Tại các thành phố hiện nay, toàn bộ hệ thống chiếu sáng công cộng vẫn chủ yếu
sử dụng phương pháp tắt đèn xen kẽ, giảm số bộ đèn sáng vào giờ thấp điểm hoặc
khi có mật độ giao thông thấp. Việc này được thực hiện tại tủ điều khiển chiếu sáng
nhờ hai contactor. Sơ đồ đấu nối tủ điều khiển như hình 1-4 cho phép tắt mở đèn
theo hai nhánh contactor khác nhau qua đó có thể cho hoạt động ở chế độ tiết giảm
bằng cách tắt đèn ở một nhánh contactor.
25