探讨智慧城市建设中的智能照明应用

【摘要】：本文从智慧城市建设及发展现状、智能道路照明的发展应用出发，介绍了城市照明运行管理架构及智能道路照明系统功能，论述了智能照明发展方向，指出智能照明巨大的附加价值必将改变行业的格局。

【关键字】：智慧城市；互联网 + 物联网；智能照明；道路照明；

1 智慧城市建设发展现状

1.1 背景

随着人类社会的不断发展，未来城市将承载越来越多的人口。目前，我国正处于城镇化加速发展的时期，部分地区“城市病”问题日益严峻。为解决城市发展难题，实现城市可持

续发展，建设智慧城市已成为当今世界城市发展不可逆转的历史潮流。智慧城市的建设在国内外许多地区已经展开，并取得了一系列成果，国内的如智慧上海、智慧双流；国外如新加坡的“智慧国计划”、韩国的“U-City 计划”等。

1.2 概念

智慧城市：就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。其实质是利用**的信息技术，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长。

1.3 体系架构

智慧城市体系架构自上而下分为：感知层、通讯层、数据层、应用层。智慧城市建设需要打造一个统一平台，设立城市数据*，构建三张基础网络，通过分层建设，达到平台能力及应用的可成长、可扩充，创造面向未来的智慧城市系统框架。智慧城市体系架构见图 1。

1.4 关注点

在**经济转型升级的过程中，大数据及互联网＋等将成为重要手段，**在顶层已经出台相应政策引导大数据及互联网＋战略实施，而在我国经济互联网化率不断提升的大背景下，维护网络安全、建立良好网络生态将成为重要根基，我们应密切关注二个方面。一是信息安全、自主可控。*关注自主可控软硬件产品及其他安全产品；二是大数据及云计算。数据已成为生产要素，云计算已成为新型基础设施。*关注大数据及云服务解决方案提供商。

1.5 发展现状

1.5.1 智慧城市相关政策密集出台

**发改委、住建部、工信部等相关部门在智慧城市推进中发挥了积*作用，但角色各有不同。**发改委作为协调部门，主要以智慧城市推进城镇化发展；住建部作为城市建设主管部门，侧重从城市规划、市政基础设施、建筑节能以及城市运行角度推进智慧城市建设；工信部作为推进城镇信息化建设的主管部门，着重从信息技术支撑角度推进智慧城市建设。

1.5.2 城市信息基础设施*升级

伴随着“宽带中国”战略的落实，我国宽带网络覆盖范围不断扩大，传输和接入能力不断增强，无线通信网络覆盖率显著提升，三网融合取得显著进展，为智慧城市建设奠定了坚实的基础。

1.5.3 城市管理和公共服务向精细化发展

伴随着智慧城市建设，城市管理模式进一步升级，呈现网格化管理模式。一是“互联网 +”便捷交通爆发式增长，移动互联网与城市出行服务继续加速融合；二是涌现一批“互联网 +”教育服务典型，在教育部的推动下，各地开展了教育信息化“三通两平台”建设，即基础教育“宽带网络校校通、*资源班班通、网络学习空间人人通”以及“教育资源公共服务平台、教育管理公共服务平台”；三是“互联网+”医疗成为医疗行业发展方向。各地卫计部门和医疗服务机构积*运用移动互联网、云计算等新技术新应用，部署探索互联网医疗，优化医疗资源配置，提升群众就医效率。

1.5.4 “互联网 +”催生智慧产业

主要表现在四个方面：一是“互联网 +”制造步伐加快。二是制造业与 O2O 融合成为应用亮点。三是“互联网 +”开放平台助推创业创新。四是电子商务持续快速增长。

1.5.5 大数据产业初步发展

在我国智慧城市的建设中，大数据市场已经得到初步开发。虽然在整个智慧城市中的占比还不大，但是发展非常迅速。2015 年中国大数据应用市场规模为 32.4 亿元，未来三年的年复合增速将高达 95.0%，2017 年的市场规模有望达到 167亿元。大数据在各垂直领域的应用和运营将成为未来智慧城市发展的一个重要驱动力。交通、安防、医疗*智慧城市大数据应用发展。在智慧城市的各细分领域中，目前大数据应用渗透率比较高、市场规模比较大的主要集中在交通、安防、医疗等民生领域。

1.5.6 智慧城市标准体系初步形成

在**标准化管理委员会和**发改委的指导和协调下，多个部委联合起来积*开展了智慧城市标准化工作，并取得了重要成果。智慧城市标准体系由总体框架、支撑技术与平台、基础设施、建设与宜居、管理与服务、产业与经济、安全与保障等七个类别的标准组成。截至到目前，**标准化管理委员会正式立项开展标准研制的智慧城市标准有15项，基本上是以技术要求类标准为主，关注更多的是智慧城市建设过程中所需用到的技术和所需建设的基础设施。

2 智能照明

随着智慧城市概念的日趋深入，物联网、云计算、大数据、空间地理信息等信息技术的应用，照明行业未来如何切入智慧城市？智能照明在里面能做些什么呢 ?如何参与？如何通过控制系统实现城市景观的物联，提高城市管理智慧 ?我们说城市照明是智慧城市建设中*部分，可先从城市公共设施、公共景观、智能建筑等方面切入智慧城市 ,目前*便捷的是从道路照明系统参与智慧城市建设，实现从智能到智慧的转变、升级。

2.1 概念

智能照明是运用电子、计算机、通信、传感器等技术，实现照明灯具及支路的有效控制与管理，保证照明系统的节能、*、可靠、安全及舒适。智能照明可进行分布式遥测、遥控。具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能，并达到预定的要求。

智能照明系统主要分为城市照明系统和家庭照明系统。城市智能照明系统作为智慧城市的核心子系统，运用无线Zigbee、WiFi、GPRS 等多种物联网和 IT 技术，实现远程单灯开关、调光、检测等管控功能。也可对路灯、隧道灯、景观灯、商业照明、学校**照明等照明系统，用一个统一的平台来进行管理。实现城市智慧照明。

2.2 几种常用技术

2.2.1 红外感应开关：利用人体发出的红外线，通过红外感应器进行开关灯控制。

2.2.2 微波感应开关：利用多普勒效应原理设计的移动物体探测器。以非接触方式探测物体的位置是否发生移动，继而产生相应的开关操作。

2.2.3 光控开关：利用光敏电阻来进行自然光的检测，光线强时电阻会变小，光线弱时电阻会变大，光敏电阻与电子电路结合可组成光控开关。

2.2.4 声光控开关：利用声音和光照度共同控制的开关，当环境的亮度达到某个设定值以下或环境的噪音超过某个值，进行开关操作。

2.2.5 无线和红外遥控开关：利用无线技术或红外技术与电子技术结合，进行控制信号的发射、接收与解码，进行功能控制。

2.2.6 定时节能控制系统：利用单片计算机控制技术，进行分时段节能控制。

2.2.7 基于总线控制的智能照明系统：利用总线进行各种调光的系统。

2.2.8 基于无线局域网的智能照明：利用无线局域网（WIFI/ 蓝牙 /ZigBee）网络技术，进行智能控制。目前好的解决方案为通过 WiFi转 ZigBee，既拥有 WiFi的通用兼容性，又具有 ZigBee 的低功耗，低成本等优势。

2.3 智能路灯应用

2.3.1 概念

智能路灯或智慧路灯，是通过应用可靠的电力线载波通信技术和无线 GPRS/CDMA 通信技术等，实现对路灯的远程集中控制与管理，也可以实现根据车流量自动调节亮度、远程照明控制、故障主动报警、灯具线缆防盗、远程抄表等功能，能够大幅节省电力资源，提升公共照明管理水平，节省维护成本。

2.3.2 智能道路照明应用

在广州南沙，智能道路照明得到了应用推广，只要视频监控到路面有来车，就可以实时根据车流量来调节路灯亮度，并且可以自由编组控制路灯，经过测试节电率*高可以达到80.5%。主要由节点控制器、集中控制器、视频车辆检测器和云控制*四部分组成。这类智慧照明平台具有*节能、管理优化、稳定可靠、配置灵活的特点。可实现远程监控和可视化操作，可以对任意一盏、一路或任意自定义组的路灯进行开关灯、调光；允许在地图上对每盏灯进行操作，可以完成关、开灯、调光灯功能，每个单灯的故障报警信息可以在地图上动态显示。同时还具备来车来人检测、智慧调光、主动报警、设备信息维护、系统管理等众多人性化功能。智慧公共照明管理平台见图 2。

2.4 智能道路照明控制方式

2.4.1 单灯路灯控制方案：每一盏灯具有独立的控制单元，控制单元对照明灯具进行调光控制，达到节能的目的。

2.4.2 独立系统路灯控制方案：主要通过独立组网的控制柜，对每一盏灯进行参数设置，达到节能的目的。系统从信号传播的途径可分为三种类型：（1）无线传送方式：每一盏灯的控制信号由控制柜通过无线通讯，与每一盏灯进行信号传输，从而达到节能控制的目的。（2）总线控制方式：每一盏灯的控制信号由控制柜通过总线，与每一盏灯进行通讯，达到节能控制的目的。（3）电力载波控制方式：每一盏灯的控制信号由控制柜通过电力载波，与每一盏灯进行通讯，达到节能控制的目的。（4）高压直流电力载波方式：每一盏灯的控制信号由控制柜通过高压直流电力载波，与每一盏灯进行通讯，达到节能控制的目的。

2.5 智能道路照明系统整体架构

智能道路照明系统架构分为 3 层。系统层：主要包括城市照明运行管理系统和相关业务集成，是系统的控制*。通信层：采用多种方式，实现系统通信，满足路灯运行需要的同时，为增值服务提供预留控制。设备层：由路灯综合控制柜（供电、控制、通信）、单灯控制器、路灯、景观灯、灯杆、导线等设备构成。智能道路照明系统整体架构见图 3。

2.6 智能道路照明系统功能实施

城市道路照明运行管理通过系统集成，可以实现智能监控、运行管理、抢修管理、资产管理、辅助决策、增值服务等一系列功能。

2.6.1 全景监视

基于GIS的状态监视：通过图形、报表、单据等信息展示，搭配摄像头，实现对路灯 /景观灯全过程信息监视。包括运行参数监视、告警状态监视、现场作业参数监视等。

2.6.2 智能控制

可以通过手控、时控、经纬度控制、线控、自由分组控制、自定义控制等多种控制方式，实现智能控制。

2.6.3 智能报警

可以实现设备故障、运行参数异常、设备超龄等故障报警；也可以通过配置对不同报警类型进行报警分级或通过报警窗、颜色变化、语音、短信、视频联动等方式进行多种报警方式。

2.6.4 统计分析

实现电力参数统计、设备状态统计、亮灯率、故障率统计、运行时间统计、电量统计、线路参数统计等功能。

2.6.5 运行管理

实现运行巡检、各类运行计划、运行中各类异动状况、运行排班、运行管理的考核、系统运行、照明保障及特殊情况下照明任务的保障等的运行管理。

2.6.6 抢修管理

告别过去被动巡查检修的方式，采用智能故障报警，迅速定位故障定点以及故障内容，合理迅速进行车辆、人员及材料调度，减少人力资源成本。图 4 为路灯系统抢修管理功能一览图。

2.6.7 全寿命管理

通过运行、仓储、安装、养护及报废状态，实现路灯全寿命管理，再通过辅助决策功能，支撑生产管理。实现城市路灯系统的自动化监控、运维管理、生产管理的*集成。图 5 为路灯系统全寿命管理功能一览图。

智能道路照明系统还可以实现资产管理、资源管理、并通过数据进行辅助决策和一系列增值服务功能，也就是基于这个一体化支撑平台，可以通过定制流程和工单，满足客户不同需求，同时通过多类终端应用，方便用户操作使用。

2.7 智能照明发展趋势

2.7.1 注重家居领域应用

随着国内智能照明研发生产技术的发展和智能产品推广力度的加大，智能照明应用领域将从办公、公共设施领域，酒店、会展场馆、市政工程、道路交通领域向家居领域拓展。绿色、便捷、*、节能的家居智能照明应用有望得以普及，智能技术和 LED 等新光源的结合，将构筑崭新的家居照明技术应用平台。

2.7.2 注重实际需求

一切科技的成果都应为人类服务。智能照明在发展的初级阶段，往往陷入对技术的盲目追求和功能的叠加上，导致很长时间消费者对智能产品持怀疑态度，无法推广。随着智能照明技术发展渐趋成熟，围绕人的体验的智能化研究成为主流，以人的行为、视觉功效、视觉生理心理研究为基础，开发具有科学含量的、以人为本的*、舒适、健康的智能化照明产品得到推广。智能技术与照明的结合使照明更进一步地满足不同个体、不同层次群体的照明需求，使照明从满足一般人的需求到满足个体、个性需求的*的技术手段。

2.7.3 注重便捷适用

智能照明产品因其系统的技术性较高、关联性较强，出现问题的几率相比传统照明较高，再加上市面上很多智能照明产品不能直接安装使用，售后维护的不足都是影响推广使用的因素。因此，智能照明产品开发要有其统一性，便捷适用的产品才能在终端市场获得更大范围的普及，变成消费照明产品。

2.7.4 注重个性化、多样化、附加值化

现今消费者性格喜好各式各样，单一的功能是无法满足的，产品的个性化设置无疑会是吸引消费者的一大亮点。根据用户的个性喜好，提供个性化的智能照明产品服务将成为未来消费的主流趋势。与此同时，智能照明不会仅仅作为一盏灯、一个开关而存在，它将会和家居、城市连成一块，成为一个家居系统，一个城市管理平台，*的为用户提供舒服的环境和服务，随着智慧城市的建设发展和物联网的加入，智能一体化解决方案将不同智能单品连成一片智能的海洋。

3安科瑞智能照明控制系统

3.1概述

ALIBUS智能照明产品采用RS485总线技术，技术成熟可靠，安全稳定。开关驱动器具备独立工作的能力，适用于一些中小型的项目；模块化设计，可以任意拼接扩展，同时预留I/O口以及Modbus接口，还可以满足与AcrelEMS企业微电网管理云平台进行数据交换。

3.2应用场所

适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明控制需求。

3.3系统结构

3.4系统功能

1）实时检测并显示各个模块的在线状态，反馈现场受控回路的开关状态，监控界面按照楼层各分区的布局和回路列表来浏览。

2）当发生模块离线、网关设备掉线或者状态反馈和下发控制命令不一致时会发生故障报警，并将故障报警信息记录并显示在界面中。

3）可以对单个照明回路实现开关控制；每个模块、楼层都有相应的模块控制开关和楼层控制开关，也可以一个模块或者整个楼层实现开关控制。

4）开关驱动器支持过零触发功能，负载（灯具）的分合操作仅在交流电过零时进行；可有效减少电磁干扰以及对电网的冲击，延长灯具与控制装置的寿命。

5）对每个照明回路可以预设掉电状态，当照明电源掉电时，开关驱动器会自动切换到预设的掉电状态；确保重新上电时灯具的开关状态是确定与可控的。

6）拖动调光控件，照明设备从0%到进行调光，可以对单个照明回路实现调光控制，调光总控可以对一个模块的照明回路实现调光控制，也可以对多个照明回路实现调光控制，通过图标的亮灭状态反馈现场开关的状态。

7）点击场景控件，打开或者关闭对应场景设置，软件界面上显示不同的场景模式和场景功能，通过图标的亮灭显示对应的场景状态是打开还是关闭。

8）设置定时时间，确认时间点后，对该事件点执行的动作进行设置，设置灯在设定的时间点亮或者灭。

9）系统可以通过预设的当地经纬度信息，自动计算每天的日升日落时间；根据天文时钟控制照明开关，实现日落开灯、日出关灯的功能。

10）所有定时控制计划均可下发保存至驱动模块；当上位机系统故障或模块离线时，驱动模块可以利用自带的RTC时钟维持定时控制计划的正常执行，不影响日常的照明控制效果。

11）系统结构是分布式总线结构；系统内各元件不依赖于其他元件而能够独立工作；系统内各元件可以通过程序的设定实现功能的多样性。

12）预留BA或三方集成平台接口，采用modbus、opc等方式。

4 结语

智能照明在智慧城市和人们的日常生活和工作中起到*的作用，其发展空间巨大，是照明企业未来的利润增长点。企业要抓住机遇，把握时机。智能照明的本质是电子化和网络化，不仅可以实现照明系统的智能控制，实现自动调节和情景照明的基本功能，同时也是互联网的一个入口，从而衍生更多高附加值的服务，例如健康管理、地图定位、商品导购与广告等等。未来，智能照明巨大的附加价值将改变行业的格局，照明行业生态将发生重大改变。

总而言之，现今智能照明的技术进步日新月异，LED 经过十几年的技术积淀，其应用前景已不断被放大，技术问题已不再是阻挡智能照明前进的*大障碍。相对于技术问题，我们更应该关心未来智能照明的需求问题，智能照明的未来肯定是向人性化方向发展，不管是其技术还是产品，都*“以人为本”，“简单实用”，关注人本身的需求，为人提供舒适、安全、节能的光环境，满足绝大部分人心目中的未来照明。

参考文献:

[1].梁人杰.智能照明控制技术发展现状与未来展望[J].照明工程学报,2014,25(2):15-26.

[2].牟娜.基于供电安全的一种LED路灯智能控制系统[J].照明工程学,2012,23(5):89-91.

[3].安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022年05版

[4].管清宝，沈茹.智慧城市建设中的智能照明应用.