曹建澤 黃建民

一、智能照明的發(fā)展及現(xiàn)狀

在我國，20世紀80年代就開始了“城市路燈監(jiān)控及管理”方面的研究，隨后，路燈監(jiān)測技術(shù)水平有了很大的進展，理論水平及實際的應用得到了多方面的驗證及提高，而今已逐步形成了一整套較為完整的技術(shù)理論[1]。

進入20世紀90年代，北京、上海、南京等地的高等院校及科研機構(gòu)陸續(xù)對城市道路照明的智能控制的可實用性的進行了多方面的論證，為以后的城市道路智能照明系統(tǒng)的發(fā)展積累了許多寶貴的經(jīng)驗，也奠定了一定的技術(shù)基礎及理論基礎。發(fā)展到21世紀，國家對城市建設中節(jié)能減排的高度重視，又再次實質(zhì)性地促進了城市道路照明的智能控制系統(tǒng)的發(fā)展，及市場的應用[2]。

隨著計算機、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)高速發(fā)展，計算機技術(shù)、嵌入式微處理技術(shù)、電子通訊技術(shù)的應用也取得了顯著成效。通過嵌入式微處理技術(shù)及計算機技術(shù)[3]來實現(xiàn)城市道路照明的智能控制，進行科學、智能化的管理的時機到了，因此研發(fā)出一套城市道路照明智能控制的集成系統(tǒng)，實現(xiàn)對城市道路照明的科學管理，融入智慧城市概念[4]，具有非常重要的應用價值及意義。

面對城市道路照明范圍廣及道路線路的復雜性等，特別是二線、三線城市，就要充分利用GSM/GPRS遠程無線通信技術(shù)[5]、ZigBee無線通信技術(shù)、電力線載波有線通信技術(shù)等。GSM/GPRS遠程無線通信技術(shù)的功能主要是利用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)將路燈燈具控制器的各種指令及采集的各類運行數(shù)據(jù)，無線通信ZigBee技術(shù)是能實現(xiàn)短距離進行數(shù)據(jù)及信號傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡通信技術(shù)，具有低功耗、低速率、低成本的特點[6]，其功能是采集和控制單燈的電流來實現(xiàn)對路燈進行智能控制開關(guān)及亮度調(diào)節(jié)，并將采集到的信息通過上傳給ZigBee協(xié)調(diào)器，夠成網(wǎng)絡傳輸。有線的電力線載波通信（Power Line Communication，PLC），是利用電力線進行載波信號的傳輸來實現(xiàn)指令信息及數(shù)據(jù)的傳輸。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，電力載波PLC技術(shù)也開始向數(shù)字化發(fā)展。

以后，城市道路照明遠程管理系統(tǒng)的發(fā)展方向：首先是監(jiān)控系統(tǒng)的遠程化智能控制。在新型的城市道路照明的遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，中央控制室是采用TCP/IP標準協(xié)議的公共通信設施GPRS/CDMA來進行通信，實現(xiàn)了Internet無線網(wǎng)絡和城市道路照明的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的連接。在接入到無線Internet網(wǎng)絡之后，就可以實現(xiàn)工作人員在任意時間、任意地點獲取路燈的現(xiàn)場工作狀況并對其進行智能控制[7]。其次就是節(jié)能控制。利用節(jié)能技術(shù)融入城市道路照明的遠程監(jiān)控系統(tǒng)里，使系統(tǒng)發(fā)展成為將節(jié)能控制及監(jiān)控功能相結(jié)合的城市道路照明遠程監(jiān)控系統(tǒng)。最后就是管理控制的系統(tǒng)化。單燈控制器監(jiān)控路燈及采集數(shù)據(jù)，并把每個路燈的工作運行狀況傳送到集中控制器，最后傳輸?shù)降街醒肟刂剖襕8]，反之亦然。

二、智能照明系統(tǒng)介紹

從照明系統(tǒng)的二次節(jié)能、信息管理、數(shù)據(jù)報表與故障維護分析，都需要高度的智能照明控制技術(shù)，以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)間的相互感知，與對照明設施的運行、維護與搶修模式實行遠程集中控制與管理，并執(zhí)行及時、準確的響應。

智能照明控制系統(tǒng)主要包括：①節(jié)能模式。對于服務對象城市道路照明來說，不同的地理位置、不同的時間段（點）對照度的需求是不同的。對應于智能控制下的道路照明管理，除了要考慮不同的地理位置、不同的片區(qū)。還要考慮不同的燈型、不同的光源、不同的控制線路以及電壓的情況。②運營管理模式。集遠程控制、數(shù)據(jù)采集、報警提示與處理的3個系統(tǒng)，來實現(xiàn)對城市道路照明、燈光管理部門系統(tǒng)的信息共享。通過遙控、遙信、遙測三遙系統(tǒng)使得整個系統(tǒng)更加人性化的服務，提高城市管理水平及形象。③維修模式。利用GIS技術(shù)的空間分析能力，再根據(jù)線路連通關(guān)系及實時電氣參數(shù)，判斷距離故障地點，及時、高效地應急搶修。

多源感知、處理與決策的城市LED路燈智能照明控制系統(tǒng)技術(shù)研究的系統(tǒng)設計框架是在分層管理體系架構(gòu)的基礎上設計了一種層級式控制結(jié)構(gòu)，主要由單燈（雙燈）控制終端、路燈監(jiān)控子站、路燈管理中心3層結(jié)構(gòu)組成。

1.單燈（雙燈）控制終端（器）

以單個路燈（雙燈）節(jié)點控制器為基礎，根據(jù)城市道路分布情況劃分不同的控制區(qū)域，在每個區(qū)域設立區(qū)域控制終端（器）。在同一個區(qū)域里，即同一個區(qū)域控制終端下，所有的節(jié)點（單燈、雙燈）控制器都是對等的，各個路燈（單燈、雙燈）節(jié)點控制器都是半自治的，對路燈具有實時控制的能力。也可以根據(jù)道路環(huán)境對照度的需求及節(jié)能需求實現(xiàn)有效的、靈活的控制，保持每個路燈的電壓穩(wěn)定；同時將檢測到的電流、電壓等數(shù)據(jù)信息發(fā)送給路燈監(jiān)控子站（區(qū)域控制終端），并對子站的指令進行響應與執(zhí)行操作。

2.路燈監(jiān)控子站（區(qū)域控制終端）

路燈監(jiān)控子站（區(qū)域控制終端）主要是區(qū)域路燈控制終端（器）。區(qū)域控制終端屬于分層管理體系中的應用型智能體，它高路燈（單燈、雙燈）控制器一個層次。區(qū)域控制終端（器）作為路燈一個區(qū)域的控制和管理單元，與本區(qū)域內(nèi)的每一個節(jié)點（路燈）控制器實現(xiàn)通信，負責整個區(qū)域的統(tǒng)籌管理與控制，同時也與同一個系統(tǒng)中其他區(qū)域的路燈控制終端互相通信，以協(xié)調(diào)同一條道路上的照明。

3.路燈管理中心

路燈管理中心就是常說的監(jiān)控中心。它相當于管理體系中的管理型與工具型智能體的結(jié)合。監(jiān)控中心是整個道路照明控制系統(tǒng)的管理及控制中心，通過通信網(wǎng)絡與各個區(qū)域路燈控制終端通信，并通過人機交互操作界面，實現(xiàn)遠程控制并實時反應各區(qū)域各個路燈的運作情況，當出現(xiàn)異常、故障時提供異常顯示及自動報警等。

智能照明技術(shù)能夠有效推動二次節(jié)能，數(shù)據(jù)流動和共享，提高故障診斷和搶修能力，從而幫助用戶及城市管理者實現(xiàn)真正的按需照明、節(jié)能減排、主動感知、精細管理。

三、智能照明系統(tǒng)的意義及應用前景

國家制定的“7大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”指出，要加強城市建設和管理，加快建設綠色城市、低碳城市、智慧城市、文明城市，推行城市網(wǎng)格化管理模式，提高城市節(jié)能化、智能化、精細化管理水平。融合多源感知、處理與決策的城市路燈智慧照明技術(shù)研究，能夠?qū)崿F(xiàn)城市按需照明、節(jié)能減排、主動感知、精細管理。它的具體意義在于：

1.大幅提升節(jié)能效率

通過按需照明并結(jié)合持續(xù)節(jié)能潛力挖掘，與可調(diào)光燈具的結(jié)合將能產(chǎn)生最大的節(jié)能效益。

2.減少維護費用

減少人工巡查和提升維修效率，使得日常的維護費用大幅度降低；信息的及時交互也同時保證了更安全、準確、科學的現(xiàn)場作業(yè)。

3.延長燈具壽命

通過更精細化的管理，節(jié)能的同時使得燈具避免了過度和無效照明現(xiàn)象，燈具的使用時限得以延長。

4.更好的評估與預測

建立更科學的產(chǎn)品及服務跟蹤評估體系，使得產(chǎn)品、服務商的選擇更加準確；燈具壽命在線跟蹤也能知道更好的更換計劃。

5.提升城市道路照明的水準

為了加快城市道路照明實現(xiàn)智能化、系統(tǒng)化及科學管理，推行城市網(wǎng)格化管理模式，提高城市的管理效能和運營質(zhì)量。

四、智能照明系統(tǒng)的應用實例

在路燈燈桿、或者路燈外罩內(nèi)安裝控制器實現(xiàn)對路燈的實時控制，可以實現(xiàn)路燈開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)（二次節(jié)能）、資產(chǎn)管理、環(huán)境監(jiān)測、故障報警、動態(tài)導航、能耗數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽_到城市管理自動感知智能控制的效果（圖1）。

區(qū)域控制器控制一定數(shù)量的路燈（最好在200盞以內(nèi)），實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及傳輸指令作用，一般安置于路燈的配電柜內(nèi)，方便工作及安置。

路燈控制中心，即監(jiān)控中心整個道路照明控制系統(tǒng)的管理及控制中心，通過通信網(wǎng)絡與各個區(qū)域路燈控制終端通信，并通過人機交互操作界面，實現(xiàn)遠程控制并實時反應各區(qū)域各個路燈的運作情況。一般建設于路燈管理所，方便管理人員的操作及監(jiān)控，也可以應用手機APP功能，通過監(jiān)控系統(tǒng)對路燈進行監(jiān)控及操作。

實際的布局及安置，可能要根據(jù)道路實際情況，避免道路情況對信號及指令傳輸?shù)母蓴_，因地制宜做些調(diào)整，達到預期效果。

總之，隨著我國經(jīng)濟及城市的高速發(fā)展，城市道路照明的智能控制系統(tǒng)成為很重要的一個內(nèi)容，而且隨著其內(nèi)容內(nèi)涵的不斷拓展，在交通安全、社會治安、環(huán)境監(jiān)測、資產(chǎn)管理等方面都將承擔著非常重要的作用和地位。

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