路燈、智能路燈和多功能路燈的標準進展

莊曉波，黃 峰

(1.上海時代之光照明電器檢測有限公司，上海 201114；2.昕諾飛(中國)投資有限公司，上海 200234)

引言

在城市中，為營造一個安全舒適的夜間光環(huán)境，路燈是極其關鍵的基礎設施。傳統(tǒng)路燈僅提供照亮道路的基本功能，但隨著電光源技術發(fā)展、新材料新工藝的運用、燈具設計的不斷優(yōu)化，更好的光設計、更低的能耗和更方便的運維是路燈發(fā)展的方向，也是路燈向智能路燈轉變的起因。智能路燈即帶有單燈控制器的LED路燈，具有遠程開關控制、調(diào)光控制和路燈運營狀態(tài)監(jiān)測，故障告警等功能。

在基于5G發(fā)展構建的高數(shù)據(jù)流量和高傳輸速率的物聯(lián)網(wǎng)的新基建環(huán)境下，路燈可以是智慧城市的信息感知與反饋節(jié)點，路燈桿體的高度和內(nèi)腔容量足夠，足以在一體化設計要求下作為5G基站的安裝位置，并搭載各種傳感器及感知設備、高清攝像頭、無線WiFi等，利用物聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)技術，使道路照明裝置成為智慧城市信息采集終端和便民服務終端，是智慧城市重要的切入口，也讓智能路燈演變成多功能路燈，使其變成智慧城市發(fā)展最理想的物聯(lián)網(wǎng)搭載平臺，如圖1所示。

圖1 道路照明裝置的演進示意圖Fig.1 Schematic diagram of the progress of road lighting device

多功能路燈是在道路照明的基礎上，通過應用先進、高效、可靠的通信技術(有線或無線)，實現(xiàn)對路燈的遠程集中控制與管理，同時擴展支持環(huán)境信息傳感功能、公用通信接入功能、公共信息服務功能、智能安防功能、新能源汽車供電功能[1]。雖然與多功能桿[2]、智慧燈桿[3]、綜合桿[4]、智慧路燈[5]、智慧桿等具體名稱不同，但概念和支持的功能一致，都是在城市路燈桿上進行多功能的擴展。

1 路燈標準進展

路燈，標準上稱為“道路照明燈具”，由于習慣的關系，很多人把它稱作“路燈”[6]。其標準成熟完備，見表1。

表1 路燈的相關標準

對于安全，路燈的安全須符合GB 7000.1—2015和GB 7000.203—2013的要求，等同采用的是 IEC 60598-1:2014 和IEC 60598-2-3:2003+A1:2011，表1中的IEC標準是最新版。

對于性能，國家標準有GB/T 24827—2015《道路與街路照明燈具性能要求》，而IEC目前還沒有專門針對路燈性能的相關標準，只有針對燈具和LED燈具性能的標準：IEC 62722-1《燈具性能 第1部分 一般要求》和IEC 62722-2-1《燈具性能 第2-1部分 LED燈具特殊要求》。

對于認證，路燈不是CCC強制認證產(chǎn)品，一般甲方會要求路燈生產(chǎn)企業(yè)出具CQC自愿認證報告，依據(jù)的標準是CQC 3105—2018和CQC 3127—2016。CQC 3105適用于使用熒光燈或高強度氣體放電燈為光源的道路照明燈具，而CQC 3127適用于LED道路和隧道照明產(chǎn)品，以及光伏電源供電的LED道路照明產(chǎn)品。對于能效，GB 37478—2019《道路和隧道照明用LED燈具能效限定值及能效等級》依據(jù)功率和色溫，將路燈的光效分為三級，并對光通維持率和顯色指數(shù)提出要求。

對于應用，道路照明效果須滿足CJJ 45—2015《城市道路照明設計標準》的一系列要求，如平均亮度、亮度總均勻度、亮度縱向均勻度、平均照度、照度均勻度、眩光閾值增量、環(huán)境比和功率密度等，道路照明的施工和驗收應符合CJJ 89，IEC沒有相應的應用標準，而北美照明學會有IES RP-8-14《Road Lighting》。

對于測試方法，GB/T 9468—2008、IES LM-79-19、IES LM-80-15和GB/T 5700—2008分別適用于路燈的配光曲線、光電色參數(shù)、光通維持率和現(xiàn)場照明等的測試。

對于可靠性，GB/T 33721—2017《LED燈具可靠性試驗方法》提出通過驗證LED模塊的ts點溫度在燈具中的情況，以及燃點1000 h的方法來驗證燈具的壽命；T/CALT 001—2014《LED燈具結溫的測量方法》則通過測試路燈燈具的結溫，可以定性比較不同批次路燈的壽命。

其他標準如GB/T 35269—2017《LED照明應用與接口要求 非集成式LED模塊的道路燈具》對路燈的模塊進行標準化，模塊根據(jù)尺寸分為A型和B型，目前已被市場大量采納；而CJJ/T 261—2017《城市照明合同能源管理技術規(guī)程》對合同能源管理項目的節(jié)電能和節(jié)能率進行了標準化。

2 智能路燈標準進展

2.1 國際智能路燈標準進展

1)IEC。國際上，IEC TC34 AG4 照明系統(tǒng)咨詢工作組提出了關于智能照明標準化的推薦結構，如圖2所示。

圖2 IEC TC 34照明系統(tǒng)標準化的推薦結構Fig.2 Recommended structure for IEC TC 34 lighting system standardization

4個已經(jīng)啟動的國際標準分別是：IEC TS 63105《照明系統(tǒng) 術語和定義》、IEC 63117《照明系統(tǒng)的一般要求-安全》、IEC 63116《照明系統(tǒng)的一般要求-性能》、IEC 63103《照明系統(tǒng) 待機功率的測試》。

IEC TC34的WG14照明系統(tǒng)工作組也在開發(fā)智能照明控制協(xié)議DALI的系列標準——IEC 62386 2.0版。IEC TC34正在進行結構重組，計劃將AG4和WG14兩個工作組合并。

2)ISO。2020年1月，國際標準化組織ISO/TC 274光與照明技術委員會通過了ISO/DTS 21274《Light and lighting-Commissioning of lighting systems》(光與照明-照明系統(tǒng)調(diào)試方法)的DTS投票，該技術建議將于2020年正式發(fā)布。

3)國際其他組織。國際上還有一些組織在積極推動智慧照明的發(fā)展，如北美照明學會IES發(fā)布了IES TM-23-2017《Lighting Control Protocol》的技術備忘錄。TALQ聯(lián)盟旨在建立一個可在全球范圍內(nèi)接受的用于室外道路照明的中央管理系統(tǒng)軟件接口協(xié)議，以配置、控制、命令和監(jiān)控智慧城市設備網(wǎng)絡。通過驗證多個來自不同供應商的智慧城市傳感器、控制器與中央管理系統(tǒng)軟件(CMS)的互操作性，TALQ聯(lián)盟已經(jīng)完成了第一個TALQ 2.0版插件，并于2019年7月發(fā)布了TALQ技術規(guī)范2.1.0版本。Zhaga組織開展了New Zhaga，定義了智能路燈安裝接口Book 18，該標準轉換為的ANSI C136.58—2019正在成為IEC標準。DiiA(數(shù)字照明接口聯(lián)盟)開展了智能路燈最后一厘米的連接控制協(xié)議，將DALI延伸到智能路燈控制器和路燈電源的連接，該系列標準為D4i標準，同時也正在成為IEC標準。

2.2 國內(nèi)智能路燈標準進展

國內(nèi)智能路燈相關的國家標準、行業(yè)標準和團體標準主要有：

GB/T 34923.1—2017《路燈控制管理系統(tǒng) 第1部分：總則》；

GB/T 34923.2—2017《路燈控制管理系統(tǒng) 第2部分：主站技術規(guī)范》；

GB/T 34923.3—2017《路燈控制管理系統(tǒng) 第3部分：路燈控制管理終端技術規(guī)范》；

GB/T 34923.4—2017《路燈控制管理系統(tǒng) 第4部分：路燈控制器技術規(guī)范》；

GB/T 34923.5—2017《路燈控制管理系統(tǒng) 第5部分：安全防護技術規(guī)范》；

GB/T 34923.6—2017《路燈控制管理系統(tǒng) 第6部分：通信協(xié)議技術規(guī)范》；

CJJ/T 227—2014《城市照明自動控制系統(tǒng)技術規(guī)范》；

GB/T XXXX—2020《城市公共設施服務 智能路燈基礎信息(報批稿)》；

GB/T 35255—2017 《LED公共照明智能系統(tǒng)接口應用層通信協(xié)議》；

T/CSA 045/IGRS 0004.01—2019《智能照明體系架構與技術參考模型》；

T/CSA 051—2019《智能道路照明終端控制器接口要求》；

T/CSA 052—2018/CIES 015—2017《基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)的道路照明智能控制系統(tǒng)技術規(guī)范》；

T/CSA 056—2020《智能道路照明工程驗收要求及測試方法(報批稿)》；

T/CALI XXXX—20XX《智能道路照明接口規(guī)范-燈具擴展模塊和擴展底座(征求意見稿)》(等同采用Zhaga Book 18)；

YDB XXXX—2020《物聯(lián)網(wǎng)智慧照明系統(tǒng)控制器連接接口技術要求(報批稿)》。

目前，隨著工信部大力推廣窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)，新建智能路燈工程的通信協(xié)議由過去的PLC(電力線載波)或ZigBee協(xié)議改為NB-IoT，且采用標準接口與路燈燈具主體相連接，主要有兩種接口。一是高壓交流供電采用依據(jù)ANSI C136.10—2010《用于道路照明設備的光控裝置、插頭和配套座》標準的NEMA接口；二是低壓直流供電采用依據(jù)Zhaga Book 18《燈具擴展模塊和擴展底座》的Zhaga接口。

3 多功能路燈標準進展

國際上，美國、德國和荷蘭等國家的智能照明控制系統(tǒng)已經(jīng)有許多的應用，集成照明、基站、噪聲傳感器的多功能路燈在美國也有部署。標準方面，落地的多功能路燈標準很少，只有關注智能道路照明控制的標準，如TALQ技術規(guī)范。

在我國，多功能路燈已在北京、上海、廣州、深圳、江蘇、陜西、湖南等省市有了應用，本著“創(chuàng)新發(fā)展、標準先行”的原則，在應用不斷深入的同時，多功能路燈的標準化也在逐步開展中，目前主要的多功能路燈標準見表2。可見，隨著近年來標準化改革深入發(fā)展，目前我國多功能路燈標準主要以行業(yè)標準、團體標準和地方標準為代表，行業(yè)學會、協(xié)會、聯(lián)盟等組織在多功能路燈標準化進程上發(fā)揮了重要的作用。

表2 我國主要的多功能路燈標準

T/CALI 0802—2019《多功能桿技術規(guī)范》側重于多功能路燈的產(chǎn)品要求，沒有包含具體的工程施工和運維方面的內(nèi)容，整套標準結合了現(xiàn)階段產(chǎn)品應用，根據(jù)多功能路燈各個功能模塊分為一般要求與試驗、管理服務平臺要求與試驗、燈桿的一般要求和試驗方法等8個部分。T/CSA 057—2019《多功能路燈功能模塊現(xiàn)場組裝調(diào)試規(guī)范要求》根據(jù)布設場景，選配功能模塊，規(guī)范了施工組裝和調(diào)試等步驟[7]。《江蘇省城市照明智慧燈桿建設指南》明確提出強弱電分倉，規(guī)定“智慧燈桿地埋的預留管道宜不小于6根，強、弱電管線凈間距應不小于0.5 m，宜采用不同色彩管道區(qū)分不同權屬單位，手井與桿體底座之間連通的彎管宜不小于4根”，保證設備和檢修人員的安全。相關的國家標準已啟動制訂，如全國信息技術標準化技術委員會在2019年立項《智慧城市智能多功能桿系統(tǒng)總體要求》。

同時從表2中發(fā)現(xiàn)，上海、深圳、廣州、江蘇等省市在多功能路燈標準制定方面屬于先行者。《上海市道路合桿整治技術導則(試行)》是在上海市住房和城鄉(xiāng)建設管理委員會的組織下編制的，按照“多桿合一”“多箱合一”“多頭合一”集約化建設原則，實現(xiàn)各類路桿的集中統(tǒng)一。此外，上海市還出臺了《上海市道路綜合桿技術要求(試行)》、《上海市道路綜合設備箱技術要求》和《上海市綜合桿工程建設和運行維護技術標準》等規(guī)范。T/SPIA 001—2019《智慧桿系統(tǒng)建設與運維技術規(guī)范》不僅對桿體、掛載設備、供電、電磁兼容、漏電保護、防雷、抗風、防腐等提出技術要求，還涉及建設施工以及運維。《廣州市智慧燈桿及道路合桿整治技術導則》規(guī)范了合桿的功能要求、布設要求、桿體設計要求、智慧照明技術標準、附屬設施設計以及施工與運維等。

目前已發(fā)布或制定中的多功能路燈標準結合了當前多功能路燈的應用現(xiàn)狀和未來可能的應用場景，從標準化的角度，對多功能路燈從體系框架到功能模塊、硬件和軟件、特性和接口、產(chǎn)品和服務、施工和運維等進行了梳理和統(tǒng)一，雖然目前多功能路燈標準體系還不夠完善，但為多功能路燈的健康發(fā)展提供了一定的保障。

4 標準化工作的建議

路燈到智能路燈再到多功能路燈的演進，產(chǎn)品從單一照明功能到結合智能控制以照明功能為主的小系統(tǒng)，再到多功能并存的大系統(tǒng)，帶來了標準化對象的急劇變化。路燈的標準體系相對完善，標準化對象是路燈燈具和照明效果等。智能路燈是在照明功能上疊加了通信功能，標準化對象是路燈接口、控制器、通信和管理服務平臺等，其安全、性能的IEC標準正在制定中，接口、通信和驗收要求已有團體標準，管理服務平臺、可靠性、認證規(guī)范等標準化工作還有待開展。多功能路燈是在照明功能的基礎上，加載環(huán)境信息傳感、公用通信接入、公共信息服務等功能，其標準化對象最為復雜，涉及設計、產(chǎn)品、施工、運維、服務等，標準化工作處于起步階段，現(xiàn)有標準側重產(chǎn)品的技術要求，個別地方有施工和運維規(guī)范，但技術指標仍需細化。

結合在標準化工作中碰到的問題，對智能路燈和多功能路燈的標準化給出如下建議：

1)術語和定義的規(guī)范化，例如智能路燈、多功能路燈的定義、架構等亟需統(tǒng)一概念，以便于進一步的標準化。

2)現(xiàn)有標準的更新，例如近年來，智能路燈的通信協(xié)議由過去的PLC或ZigBee協(xié)議改為NB-IoT，而NB-IoT有低功耗、低速、單播等特點，原先制定的標準參數(shù)有很多已不適用，建議盡快啟動修訂工作。

3)技術要求的深化，例如多功能路燈由于加載的設備不僅有路燈燈具，還有很多其他設備，如通信基站、攝像頭、顯示屏等，其強度和防風設計就不能僅僅參考路燈桿設計，需要重新考慮，已在應用中出現(xiàn)桿體開裂和倒塌的現(xiàn)象，新建、改建項目必須對桿體強度和防風進行計算并校核，亟需相應的標準。

4)技術要求的細化，例如道路照明額定功率運行時應滿足CJJ 45的要求，這是毋庸置疑的，但現(xiàn)有CJJ 45的道路照明限值考慮的場景相對簡單。能否在現(xiàn)有的高低檔位基礎上，在深夜車流量較小時的情況下增加一個夜間限值，如可以是原有限值的70%。這樣可以給調(diào)光功能在標準允許范圍內(nèi)留下操作的空間。但應規(guī)定要避免間隔亮燈的情況出現(xiàn)，因為這樣路面亮度均勻度極差，嚴重影響行車安全。

5)產(chǎn)品標準化的同時，亟需服務標準化。多功能路燈可以提供5G、監(jiān)控、大數(shù)據(jù)采集等服務，需要探索出良性的運營模式，管理部門需要出臺相應的管理與服務規(guī)范。

6)關鍵設備的標準化，例如多功能路燈中網(wǎng)關是關鍵設備，其起到本地連接和遠程智慧城市管理平臺之間的承接作用，其支持的功能、架構等很有必要進行標準化。

7)安裝接口的標準化，多功能路燈桿上承載了多個行業(yè)的設備，這些設備遵循相關行業(yè)的標準，其技術要求不宜重復標準化。但是對于標準的滑槽式可擴展的燈桿，各個設備在燈桿上的標準化安裝接口非常必要，比如5G基站在多功能路燈桿頂部的法蘭安裝接口，這些安裝接口的標準化有利于該類桿體的生產(chǎn)和現(xiàn)場安裝、設備功能擴展等。

8)軟件接口不宜過早標準化。智慧路燈如何與智慧城市有效結合，還有漫長的磨合期，不僅是技術方面的問題，還關系到管理部門職能和城市規(guī)劃、建設、管理等各方面的支持與協(xié)調(diào)。智慧路燈在逐漸演變，智慧城市也在不斷發(fā)展[8]。因此多功能路燈綜合管理系統(tǒng)和各個功能部件以及網(wǎng)關之間的軟件接口，和智慧城市管理系統(tǒng)的軟件接口不宜過早地進行標準化，以保證功能的可擴展和創(chuàng)新。

隨著路燈技術與應用的不斷發(fā)展，以及相關國家標準、行業(yè)標準、地方標準、團體標準等的發(fā)布與實施，我們相信智能路燈、多功能路燈將在智慧城市建設中，尤其是在新基建中發(fā)揮更多的作用，展現(xiàn)更高的價值。