道路智慧照明研究

李懷林

【摘 要】如今，現代化城市的建設正全力地向著智慧城市的方向發展，智慧城市建設是一個需要多方面協調配合發展的過程，其中一個重要的部分則是道路智慧照明工程的建設。道路智慧照明主要指的是在城市照明設計中，將聯網的路燈加上光環境智慧模式進行研究及運用，使其能夠動態、快速及精準地實現智慧城市發展建設中對城市道路照明的不同需求。基于以上分析的基礎上，強化對道路智慧照明的研究和分析有著非常重要的現實意義。

【關鍵詞】道路照明；智慧照明；感測；數據挖掘

【中圖分類號】U113.666 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）09-0023-04

在21世紀初，美國率先提出了“智慧地球”的概念，獲得廣泛的討論并被迅速上升為美國國家戰略。在2010年年初，IBM公司定義了“智慧地球”的六大推廣領域，即智慧電力、智慧醫療、智慧城市、智慧交通、智慧供應鏈、智慧銀行。其中，智慧城市部分引起全世界廣泛關注。現階段，國外多個發達城市的智慧城市建設開展得較早，智慧城市的理念更加成熟，并在具體的實施建設方面也取得較大的進步和受到廣泛的認可。雖然我國的智慧城市發展起步較晚，但由于現階段我們國家的物聯網、傳感網等信息產業迅速發展，智慧城市的理念也已成為我國城市發展的新目標和新方向，從中央到地方都在謀劃智慧城市的建設布局及規劃。目前，我國一些較發達的地區和城市也已在智慧城市的建設中取得長足的進步。

道路照明的首要任務是在節約公共能源的基礎上，提供安全和舒適的照明亮度，達到減少交通事故、提升交通運輸效率的目的。道路照明中的路燈是城市的重要基礎設施，現如今每個城市的路燈建設早已趨于完善，這類設施基本覆蓋了整個城市的道路及公共場所，通過對這些路燈進行改造、升級，裝載能夠連接采集數據的各種傳感器以此增加信息技術功能，從而使路燈不僅具有道路照明的功能，還升級成為分布在城市中最廣泛、最均勻的物聯網載體，從而形成智慧城市建設的一個基礎節點，構建了智慧城市網絡。由此可知，智慧道路照明建設和智慧城市的發展是密不可分的。

信息化時代發展在智慧城市建設中的運用最為突出的是信息化技術在城市基礎設施建設中的運用。對于智慧城市的建設而言，智慧照明工程體系的建設和運用是信息化技術在城市道路照明中運用的新型產物和新型發展形態。如今，對于智慧城市建設中智慧照明工程體系的建設和運用，其最為主要的目的就是能夠將信息化技術所擁有的快捷、便利、安全及高效的優勢充分地運用到城市道路照明和管理系統的各個過程中，以此能夠構建科學、智能、自動化控制的城市道路照明工程體系，從而使人們的出行更安全、快速，并且節能、環保，使人們的生活更加便捷和美好，以此提升城市的整體現代化形象及城市的市政管理水平，同時也促進了城市的經濟發展，促進智慧城市建設的發展。對于城市道路智慧照明工程體系的建設和運用來說，其建設與運用需要在現代物聯網等技術的運用基礎之上，將互聯網技術與路燈照明管理結合在一起靈活地運用于路燈控制系統，在日常管理和運用中能夠根據適時檢測到的城市道路實際狀況并結合路段的要求做出相應的指令調整路燈照明方案，以此實現智能化控制的照明要求。通過實現對路燈的精細化管理，既能夠最大限度地滿足人們在生產、生活中對城市道路照明的需要，又達到了節約能源、綠色環保的目標。總之，城市道路智慧照明就是可以使路燈迅速、靈活、正確地判斷道路上的人們對照明的不同需求，適時、適地地為使用者提供所需的安全、健康、科學的光環境，并且符合全社會關于節能、環保的要求。

1 道路智慧照明模式研究分析

智慧城市建設過程中對于城市道路智慧照明工程體系的建設和運用，其最為直接的理解便是在信息化技術運用的基礎上，對原先的照明系統進行設計優化和管理優化，達到具有智能感測、通信、計算、判斷、調光等功能的光環境系統，同時要求該系統能夠迅速、精準、動態、自動地實現“按需照明”的要求，以此實現智慧照明的目標。在道路智慧照明工程體系的建設初期，最主要的任務則是對于道路智慧照明模式的研究和分析。現階段，大部分城市在照明智能控制系統上采用的是路燈單燈控制系統，根據不同路段路燈照明現狀及照明要求，通過不同的控制方案達到照明控制的目的。某路燈控制系統方案如圖1所示。

現階段的路燈照明控制方案已經有了智慧照明的雛形，但也存在著許多的問題。例如，各廠商在照明控制方案中采取的傳輸方式不同且存在不兼容的問題；各種控制方案的側重點不同導致系統不完善的問題；在解決方案中各種物聯網設備的功能性、可靠性、互通性特別是安全性還不夠完善等問題。這些問題需要管理及制造領域下功夫統一協調解決。此外，智慧照明的發展還需要在數據、算法、設備硬件3個方面加強建設，這樣才能真正實現智慧照明的目標。物聯網各種傳輸方式如圖2所示。

智慧照明作為未來能夠切實運用于道路照明工作中的重要管理手段，要求其能夠精準化、動態化、科學化地實現城市道路照明的適時、適地的不同要求，滿足智慧城市的發展要求。那么，精準化和動態化的特點則表明城市照明系統在建設和實際運用的過程中，要求能夠具有偵測環境光功能和根據照明的需求靈活地調整照明方案的功能，且在這2種功能實現的基礎上，照明系統達到具有敏銳的洞察力和根據數據分析的精確決策處理能力，以此實現智能化的照明系統的管理和運用。總之，現今智慧城市建設過程中，城市道路智慧照明系統是在物聯網及智慧燈具運用的基礎上，將其與光環境智慧管理模式充分實踐運用的結果。此外，智慧照明系統建設中核心的部分是關于光環境智慧模式的建立及運用，此種模式包含了針對各種道路狀況、天氣、時間和空間等大數據的分析及相對應的光輸出解決方案，從而有效地保證城市道路的科學照明、健康照明、安全照明和綠色照明。光環境智慧模式的構建和運用發展，能保證實現城市智慧照明的目標。

2 基于光環境模式運用的提前下，道路智慧照明工程體系所具備的功能分析

2.1 感測功能

城市道路智慧照明系統的建設是在信息化和智能化控制的基礎上進行的，那么能夠實現“智慧”的關鍵則是道路照明系統能夠具有較強的感測功能。具體而言，感測功能的實現是在綜合運用多樣化的傳感器的基礎上實現的，不同傳感器所具備的功能不同，通過對多種傳感器進行整合，做到功能互補、協調合作，促使整個照明系統達到具備完善的感測功能的要求，從而能夠準確地分辨路段、車輛和行人的狀況，以此靈活地調整道路照明系統運行方案，以滿足人們的使用需求。

現階段，國內的眾多傳感器在使用中最主要的是光傳感器，此種傳感器能夠順利地將其捕捉的光信號轉化成電信號，為智慧照明系統提供適時的基礎數據。而目前西方國家多采用的是半導體光傳感器，此種傳感器擁有較高的靈敏度和較快的響應速度，且其線性輸出性能也比較完善。此外，這些感測設備除了能夠順利地實現感測功能外，還應需要發展智慧照明系統的數據分析及初級判斷功能，即對于道路的簡單狀況（只有少量狀態數據改變）快速響應的數據分析功能，確保能夠通過光傳感器數據進行分析，并且只需要通過與本地連接和通信，即用本地化的方式來實現連接和控制方案的實施，達到快速響應的目的。物聯網下的傳感器接入示意圖如圖3所示。

2.2 數據挖掘

數據挖掘是“數據庫知識發現”中的一個步驟。一般是指從大量的數據中自動搜索隱藏于其中的有著特殊關系性的信息過程。數據挖掘通常與計算機科學有關，并通過統計、在線分析處理、情報檢索、機器學習、專家系統（依靠過去的經驗法則）和模式識別等諸多方法來實現目標。數據挖掘主要有數據準備、規律尋找和規律表示3個步驟。其中，數據準備是從相關的數據源中選取所需的數據并整合成用于數據挖掘的數據集；規律尋找是用某種方法將數據集所含的規律找出來；規律表示是盡可能以用戶可理解的方式（如可視化）將找出的規律表示出來。數據挖掘的任務有關聯分析、聚類分析、分類分析、異常分析、特異群組分析和演變分析等。

在城市道路智慧照明系統的建設中，除了基礎性的感測功能、初級分析和判斷、實施的功能外，整個智慧照明系統對于復雜狀況還應要求能夠在數據獲取的基礎上，科學化地運用大數據分析，也就是數據挖掘算法的科學運用。具體來說就是在實際運用的過程中，通過傳感器對燈具配光、光源功率和燈具空間位置、道路、時間、季節、天氣、當地文化、風俗、人的生理、心理等數據，以及道路兩邊的景觀元素的外形、立面狀況、紋理、顏色、反射等狀況所獲得數據進行數據分析，而這些數據是多類別、多樣化，規模巨大的，針對這些煩瑣的大規模數據，如果仍然使用一般的數據分析工具，則不能夠保證數據被完善地利用和分析，而且還容易導致數據的丟失。所以，這些數據必須在較短的時間內及時輸送到智慧照明系統中的云計算服務平臺，通過數據挖掘的科學方法，對數據進行精確化的統計、分析和利用，以此預測光環境的變化趨勢，再實施相應配光方案，確保照明的智能化，從而達到道路科學照明的目的。此外，最終的大數據分析處理結果還要求能夠直觀化地呈現出來，以此達到實現高質量、高效率及透明化的數據處理和系統管理的功能，從而更好地發展城市道路智慧照明系統。

3 基于功能分析的基礎上，道路智慧照明工程體系建設方法分析

城市道路智慧照明系統建設的提出是從數字城市照明的應用發展中演化而來的，在實際應用的過程中，其是在地理信息系統和虛擬現實技術運用的基礎上，通過對大數據分析的可視化運用而實現智能化、自動化的控制，以此促使道路智慧照明模式的建立和運用。

在道路智慧照明工程體系實際建設的過程中，在基于光環境模式應用的基礎上，首先對原先的城市道路照明狀況和路段周圍客觀實際狀況進行實地調查，對具體路段周圍的自然地理環境和社會環境進行資料和數據的收集。其次在資料收集的基礎上，工作人員除了要借助數據挖掘的技術數據系統分析外，還要能夠通過初期的實驗工作做好試點工作，通過運用LED聯網路燈，促使其光源達到可靠耐用、使用期限長、反應速度快，以及控制過程靈活度較高的目標。再次要正確地選擇適用度較高的傳感器。一般而言，現今常常運用的是光傳感器，紅外線傳感器或半導體傳感器，要求感測設備要精準化的收集環境，設備，路況等信息數據，并能夠及時反饋。最后則是建立統一管理運用的計算機服務平臺。通過計算機實現一體化系統服務和統籌管理，從而完善道路智慧照明工程體系建設。此外，在建設過程中還要積極地借鑒國外關于城市道路智慧照明系統建設和發展的經驗。

在城市道路智慧照明系統初步建設完畢之后，在實際調試改進及使用的過程中，工作部門還要根據系統及實際道路照明狀況建立多個試點，在試點處派遣專門的人員進行管理和檢測實施道路的狀況，并且對試點的檢測結果進行總結和分析，再將改進措施及時反饋到照明系統中進行功能完善，以此不斷地促進道路智慧照明系統的建設。

4 結語

綜上所述，道路智慧照明系統的建設是現今信息化技術應用于智慧城市建設中的重要工作組成部分，在實際建設的過程中，其能夠正確地運用光環境模式，科學研究、合理建立，促使道路照明系統的感測功能和數據挖掘功能夠有效地實現，并且強化了對實際應用狀況的科學調查和分析，選取標準化的智慧照明燈具，做好試點工作，根據結果進行分析、總結、反饋，及時更正和完善照明控制系統，以此促進城市道路智慧照明體系的科學建設。

參 考 文 獻

[1]陳仲林，翁季.城市道路智慧照明探討[J].燈與照明，2015，39（4）：13-16.

[2]賈杰.道路交通智能照明系統方案研究[J].中國交通信息化，2015（2）：108-110.

[3]國際商用機器（IBM）有限公司.2010年“智慧城市”在中國[EB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/b15b5c35b7360b4c2e3f64dc.html，2013-10-23.

[責任編輯：鐘聲賢]