智能控制在城市夜景照明系統中的應用

胡國剛

【摘 要】城市夜景照明燈光為渲染城市環境、突出立體造型等方面發揮了重要的作用。讓夜間出行的人們從另一個角度去欣賞城市的夜間美景。但城市夜景照明燈光也給城市帶來了很多的光污染問題。一些高亮度的燈光會嚴重影響人們的正常休息，引發各種交通事故，同時也會給自然界的動物帶來一定的影響。很多鳥類和昆蟲因燈光迷失了飛行方向，造成了趨光性的動物大量的死亡。所以，研究城市夜景照明燈光智能控制技術對于降低城市的光污染有著重要的意義。本文就針對智能控制在城市夜景照明系統中的應用進行了簡要探討。

【關鍵詞】智能控制;城市夜景照明系統;應用

隨著中國現代化城市建設的快速發展，城市的照明燈光和夜景建設日新月異，為城市的夜景環境增添了新的面貌，同時增強了城市的活力，提高了城市的觀賞價值和人居生活感受。但由于夜景燈光的濫用，會導致環境的燈光污染，需要對城市環境燈光進行智能控制，根據環境狀態特征進行燈光的實時調節，降低城市環境受到燈光污染的損害，同時還可以降低能耗，促進節能減排，研究城市夜景照明燈光污染智能控制技術，在城市照明設施建設和城市規劃建設等領域中都具有很好的應用價值，相關的夜景燈光控制以及照明設施設備的控制技術研究受到人們的極大重視。

1智能控制技術理論

智能控制是為了實現自動化控制，而采用人工智能與控制理論相結合的方法。智能控制技術主要是用來發揮其技術系統優勢，優化其組織目標結構，并在節約能源、提升質量、延長使用壽命的基礎上進一步完善其功能，使整個系統實現最優的控制技術。相對于傳統控制技術來說，對于不確定的復雜的研究對象，智能控制技術不需要建立相應的數學模型就可以解決問題，這是傳統控制技術所做不到的。再加上智能控制系統的輸入信息比較多，它能夠仿照人工智能機構，對信息進行分類處理并決策，各類信息之間相互協調，這樣有利于信息的記憶。

2城市照明智能控制的重要性

2.1提高城市照明的節能性

城市照明也是有時間針對性，基本上到了凌晨之后，路上的行人和車輛比較少，如果城市路燈一直亮著，則會造成電力資源的浪費。因此，城市照明智能控制可有效的對城市照明的時間進行控制，既可以滿足城市居民生活對城市照明的需要，又可以減少電力資源的浪費，從而提高了城市照明的節能性。

2.2提高城市照明的信息化、數據化和智能化程度

城市照明智能控制有別于傳統的城市照明控制，它利用了網絡信息技術對城市照明進行智能控制，將城市照明的信息進行了信息化、數據化以及智能化的處理。對城市照明信息進行分站收集，并將各個分站的信息集中回饋給主站，進行統一的控制，給城市照明系統的維護和管理工作帶來了極大的便利。

2.3便于全方位管理、監控城市照明

城市照明智能控制摒棄了傳統的認為操作和控制，而是進行遠程自動化控制，對整個城市的照明系統進行全方位的管理和監控。同時，城市照明智能控制可以對城市路燈的照明和損毀情況進行實時監控，一旦發現問題，維修人員可及時對路燈進行維修和更換，在一定程度上提高了維修檢查人員的工作效率。

3燈光控制的基本類型

3.1點（燈）控制型

點（燈）控制就是指可以直接對某盞燈進行控制的系統或設備。早期的照明控制系統和家庭照明控制系統及普通的室內照明控制系統基本上都采用點（燈）控制方式，這種控制方式簡單，僅使用一些電器開關、導線及組合就可以完成燈的控制功能，其特點是在任意入口處位置可以開閉照明裝置，但平面布線比較復雜，是目前使用最為廣泛和最基本的照明控制系統，是照明控制系統的基本單元，其原理如圖1所示。

3.2區域控制型

區域控制型照明控制系統，是指能在某個區域范圍內完成照明控制的系統。特點是可以對整個控制區域范圍內的所有燈具按不同的功能要求進行直接或間接的控制。由于照明控制系統在設計時基本上是按回路容置進行的，即按照每回路分別進行控制，所以又稱為路（線）控型照明控制系統。

一般由值班室統一控制，照明控制方式多種多樣，為方便管理設置了手動和自動功能，手動主要為了調試、檢修和應急的需要;自動有利于運行，又分為定時控制、光控等;為節能和燈光開啟等事宜，多采用平時、一般節日、重大節日三級控制的方式。主要用于道路照明控制、廣場及公共場所照明、大型建筑物、城市標志性建筑物、公共活動場所和橋梁照明控制等應用場合，并與城市夜景照明相協調，可聯網控制，現在正被廣泛應用于城市夜景照明。

3.3網絡控制型

網絡控制型照明控制系統是通過計算機網絡技術將許多局部小區域內的照明設備進行聯網，從而由一個控制中心進行統一控制，在照明控制中心內，由計算機控制系統對控制區域內的照明設備進行統一的控制管理。網絡控制型照明系統一般由以下幾部分組成：

1）控制系統中心：一般由服務器、計算機工作站、網絡控制交換設備等組成的計算機硬件控制系統和由數據庫、控制應用軟件等組成的照明控制軟件等兩大部分組成，采用網絡型照明控制系統主要有以下優點：①便于系統管理，提高系統管理效率。②提高系統控制水平。③提局系統維護效率。④減少系統運營、維護成本。⑤可以進行照明設備的編程控制，產生各種所需要的照明效果。⑥便于采用各種節能措施，實現照明系統的節能控制。

2）控制信號網絡傳輸系統：通過控制信號傳輸系統完成照明網絡控制系統中有關控制信號和反饋信號的傳輸，從而完成對控制區域內的照明設備進行控制。

3）區域照明控制：網絡照明控制系統實際上是對一定控制區域的若干小區域的照明控制系統（設備）進行聯網控制，區域照明控制系統（設備）是整個聯網控制系統的一個子系統，它既可以作為一個獨立的控制系統使用，也可以作為聯網控制系統的終端設備使用。

4）燈控設備：通過整個照明控制系統要完成對每盞燈的控制，燈控設備安裝在每盞燈上，并可以通過遠程控制信號傳輸單元與照明控制中心通信，從而完成對每盞燈的有關控制（如開/關、調光控制），并可以通過照明控制中心對每盞燈的工作狀態進行有關監控，從而完成對每盞燈的控制。

5）節能控制：照明系統的節能是全球普遍關注的問題，照明節能一般可以通過兩種途徑實現：一是使用高效的照明裝置（例如光源、燈具和鎮流器等）;二是在需要照明時使用，不需要照明時關斷，盡量減少不必要的開燈時間、開燈數置和過高照明亮度，這點需要通過智能照明控制系統來實現。

4智能照明控制系統

智能照明控制系統是全數字化、模塊化、分布式總線型控制系統，將控制功能分散給各個功能模塊，中央處理器、模塊之間通過網絡總線直接通信，可靠性高、控制靈活。系統根據某區域的功能、每天不同時間的用途和室外光亮度自動控制照明。并可進行場景的預設，由建筑設備監控系統（BAS）或分控制器通過調光模塊、調光器自動調用。照明控制系統分為獨立子網式、特定于房間或大型的聯網系統。

如圖2所示，聯網系統具有標準的串行端□，可容易地集成到BAS的中央控制器，或與其他控制系統組網。利用照明智能化控制可以根據環境變化、客觀要求、人們可以預定需求等條件而自動采集照明系統中的各種信息，并對所采集的信息進行相應的邏輯分析、推理、判斷，并對分析結果按要求的形式存儲、顯示、傳輸，進行相應的工作狀態信息反饋控制，以達到預期的控制效果。

4.1智能照明控制系統功能

①智能照明控制系統根據區域的功能、每天的不同時間段、室外亮度或該區域的用途自動控制照明。其中最重要的一點是可進行預設，即具有將照明亮度轉變成為一系列設置的功能。這些設置也稱為場景，可由調光器系統或中央控制系統自動調用。②照明控制系統分為獨立式、特定區域或大型網絡系統。在聯網系統中，調光設備安裝在電氣柜中，由傳感器和控制器面板組成的外部設備網絡來操作。③聯網系統具有標準的串行端□，端□通常都是雙向的，這樣可以更容易地實現中央集中控制。可以在中央控制器請求亮度變化后確認操作，也可以從照明系統得到信息，比如電置消耗或該區域的實際場景運行情況。

4.2控制原理

照明控制系統是一個總線型或局域網型的智能控制系統。所有元器件均內置微型處理器和存儲單元，由信號總線（雙絞線或光纖等）連成網絡。每個單元均設置唯一的單元地址并用，通過軟件設定其功能輸出單元控制各回路負載。輸入單元通過群組地址和輸出組件建立對應聯系。當有輸入時，輸入單元將其轉變為總線信號在控制系統總線上廣播，所有的輸出單元接收并做出判斷，控制相應回路輸出。

4.3系統組成

系統通常由調光模塊、開關模塊、控制面板、夜景顯示觸摸屏、智能傳感器、編程接口、時間管理模塊、手持式編程器和監控機（大型網絡需網橋連接）等部件組成。

4.5網連控制器數置

每個子網最多可配64個功能單元，通過網橋由子網組成一個主網。

4.6照明管理軟件

照明控制系統的監控軟件是一個可監控分布式照明控制系統的應用軟件。對于大型照明控制網絡，用戶需要實現系統實時監控時，可通過PC機接□接入控制系統網絡，在中央控制室通過中央控制系統軟件實現對整個照明控制系統的管理。監控軟件要便于安裝、使用和維護，系統工作靈活、穩定、可靠和有擴展性，并具有加密防盜措施。各頁面的設計要清晰、直觀方便，并具有一定的色彩，便于操作者區分不同類型的數據。

5城市夜景照明的控制

5.1城市夜景照明的智能化控制

包括對建筑物外立面、園區、廣場、道路的功能照明以及景觀照明燈具的檢測和控制。

5.2控制單元的主要功能

①自動控制開、關燈時間：隨著季節交替，系統能夠自動對照本地區白天、黑夜長短的變化，對夜景照明做出每天相應的開關燈時間調整。②自動巡燈：在中央控制室內即可掌控受控區域內的燈具運行狀態和相關數據，了解故障線路的故障原因，降低運營維護的成本。③自動報表：通過中央控制室的電腦即可把受控區域的燈具運行數據直觀地表現出來，并建立運行檔案和輸出打印。④節約電能：通過建立合理的運行方案，可以有效地實現照明的多級控制，從而達到節能的目的。

5.3智能控制的主要類型

（1）數字可尋址照明接口（DALI控制）。DALI控制總線采用主從結構，一個接□最多能接64個可尋址的控制設備/設備，通過多個接口互聯來控制大置的接口和燈具。采用異步串行接口協議，來實現控制信息的下達和燈具狀態的反饋。DALI可做到精確地控制，可以單燈單控即對單個燈具可獨立尋址，可修改控制參數的同時不用改變布線的方式。

（2）數字多路復用控制協議（DMX512控制協議）。DMX控制協議主導了室內外舞臺類燈光控制及戶外景觀照明的控制，基于DMX512控制協議進行調光控制的燈光系統稱為數字燈光系統。以其強大的控制功能給大、中型燈光效果帶來了天翻地覆的變化。LED燈具大多采用該傳輸協議。其不足之處在于，如傳輸速度不夠快、不夠遠，布線與初始設置隨系統規模的變大而變得繁瑣等，另外控制數據只能單向傳輸，不能檢查燈具的工作狀態，容易出現傳輸錯誤。

（3）基于TCP/IP網絡控制。其特點是設備穩定型好，集成度高;層級式架構，擴展性好;控制靈活，易于編輯及整合等，被廣泛應用于智慧城市中。

（4）無線控制。照明無線控制發展很快，基于網絡的無線控制技術逐步應用到智能照明控制當中，主要有GPRS、ZigBee、Wi-Fi等。1）GPRS控制。通用分組無線服務技術（GPRS）是GSM移動電話用戶可用的一種移動數據傳輸業務，是GSM的延續。2）ZigBee控制協議。是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議，是短距離、低功耗、低速率的無線網絡技術，適用于無線傳感器費用低、能量低、高容錯性等的要求，目前廣泛應用于智能家居的控制。3）Wi-R。是允許電子設備連接到無線局域網的技術，通常使用2.4GHzUHF或5GHzSHFISM射頻頻段。利用該技術可使用便攜式通訊設備（手機、平板電腦等）通過無線路由器連接到智能控制系統內，對燈光控制進行管理。

6智能照明控制的趨勢

網絡化的照明控制得到了較快的發展，城市夜景照明的聯動控制、遙控、遙測、集中控制和顯示，已經得到大范圍應用。伴隨著中國經濟的發展，各大城市也涌現出許多成片區聯動的夜景照明效果，如杭州的G20峰會夜景照明，此次峰會充分體現了“城、水、光、影”的主題定位，整個燈光秀分為“城之魂”、“水之靈”、“光之影”三個篇章，秀出中國傳統文化和杭州特色，以及從西湖時代邁向錢塘江時代的“大氣、開放”。燈光控制在標準DMX512協議的基礎上建立了更加完善的開放式協議，最終呈現出多建筑效果同步。采用GPS精準時鐘為基礎實現所有設備的同步控制，使得整個控制系統不依賴于網絡就能實現流暢的畫面控制，可靠性高，無論范圍多大只要能接受GPS信號，就能實現視頻和音頻的同步呈現。

結語

照明控制在不斷發展，未來照明將走向智能、藝術、高科技的路線。智能照明的出現改變了照明行業的命運，提高了人們的生活品質，大數據時代的照明控制技術也將登場，綠色照明的智能控制將會發展越來越好。

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（作者單位：杭州和順建設有限公司）