智慧LED 路燈在城市道路照明中的應用

李增勇，蕭倩美，何秀娟

（廣東朗杰光源有限公司，廣東中山 528400）

0 引言

智慧路燈是智慧城市的重要組成部分。其應用城市傳感器、電力線載波／ZIGBEE通信技術和無線GPRS／CDMA通信技術等，將城市中的路燈串聯起來，形成物聯網，實現對路燈的遠程集中控制與管理，具有根據車流量、時間、天氣情況等條件設定方案，自動調節亮度、遠程照明控制、故障主動報警、燈具線纜防盜、遠程抄表等功能。智慧路燈實施完成后不僅可對社會產生深遠的影響，而且能直接產生可觀的經濟效益，還能加強公共照明管理信息化建設，提升應急調度和科學決策能力，減少因照明故障引起的交通事故和各類社會治安事件，節約城市公共照明能耗，打造低碳環保型城市，建設宜居地區。智慧路燈有效控制能源消耗，大幅節省電力資源，提升公共照明管理水平，降低維護和管理成本并利用計算等信息處理技術對海量感知信息進行處理和分析，對包括民生、環境、公共安全等在內的各種需求做出智能化響應和智能化決策支持，使得城市道路照明達到“智慧”狀態。智慧路燈作為城市建設中的基礎性環節，其對于保障人們的正常生活具有十分重要的作用。隨著智慧城市的不斷興起，路燈的建設也應更加趨于智慧化和智能化，確保提高整個城市的發展水平。因此，應將智慧路燈合理地運用到城市道路照明中，確保能夠促進城市的可持續發展。本文針對智慧路燈在城市道路照明中的應用展開具體的分析與討論［1］。

1 智慧路燈系統及功能分析

當前，國內的城市照明監控系統管理模式較為簡單，服務質量和節能水平相對較低。在建設智能城市的過程中，需要使用到具備一定智能水平的路燈裝置，其需要涉及到無線GPRS／CDMA通信技術以滿足遠程控制的需求，并且也能基于傳感器與自身的處理硬件來進行自動化的控制，從而能夠有效地連接城市每個角落的路燈裝置，使之形成物聯網，更好地產生聯動效應，并且能夠遠程操作路燈，進行集中管理。除此之外，智能路燈還集成有自動化控制系統，基于多種類型的傳感器與控制模塊，能夠實現依據當前的天氣、時間與交通流量來控制其照明開關與強度。此外，其還能夠通過集成監控報警模塊，給城市監控管理提供更多的信息源，能很好地防止城市線纜盜竊的問題。隨著當前信息技術的不斷發展進步，智能路燈也在不斷地發生著創新發展，其產業發展趨向更加完善的方向。隨著智能路燈的信息獲取與處理能力的不斷提升，其將更好地進一步支撐現代化智能城市的發展［2］。

1.1 LED路燈模塊

相較于傳統路燈，LED 路燈有著較為突出的節能優勢，其采用的鈉燈在電能消耗上可大大降低。智慧LED路燈進一步集成了控制、遠程通信以及傳感器等模塊，能夠廣泛地搜集周邊環境與路燈自身工作狀態，進而通過遠程傳輸其所采集的數據信息，交由中央控制系統進行判定，最終做出控制決策。一般而言，LED路燈多采取靜電噴塑處理其外部結構，并且其散熱一般采用鋁合金材料達到較好的效果。此外，路燈會安置帶刻度的調節器于其轉角處，能夠幫助工作人員更加方便地對其進行調整或更換［3］。

1.2 信息采集模塊

信息采集模塊的作用在于廣泛地采集智慧路燈所工作地點的環境信息，并對其進行妥善地存儲與傳輸。在這一模塊中所集成的LED燈桿全彩屏能夠承擔起信息發布的作用，既可以展示公益廣告或是政策宣傳等信息，也可以展示營銷信息，極大地提升了路燈這一傳統照明裝置在現代城市中所發揮的效用。因此，智慧LED路燈集成信息采集模塊，能夠極大地提升現代化城市的管理效能，創造更多的社會與經濟價值，進一步推動城市與居民生活的發展［4］。

1.3 智能充電模塊

智能充電模塊的作用在于能夠為需要緊急充電需求的電動汽車提供電能支持，能夠有效地提升電動汽車在城市中的使用便利性。此外，通過集成相應的收費裝置，能夠在提供便捷充電的同時，進一步為城市公共設施創造收益，促使現代化城市能夠保持長期可持續的發展。

1.4 智能報警模塊

智能報警模塊的作用在于能夠對外廣播各類信息。該模塊能夠實現兩種類型的信息傳播形式，一是對外廣播，由中央控制中心發布需要廣播的信息，通過該模塊向外界進行傳播，其廣播的信息多為政務、新聞以及緊急信息等；二是戶外分機呼叫中心，其能夠在民眾于路燈附近遇見緊急情況時，通過該模塊所設計的一鍵報警按鈕向控制中心報警，應急處置部門人員就能夠依照路燈位置，快速定位事件發生地并及時趕到，排除風險問題［5］。

1.5 智能監控模塊

智能監控模塊的作用在于能夠提供全景視頻監測、跟蹤以及識別的功能。其基于模塊所集成的高清攝像傳感器，配合有著較高算力水平的硬件配置，能夠對路燈附近的環境進行24 h的高清監控，配合交通運輸部門對道路進行調控疏通。

2 智慧路燈與傳統路燈對比分析

LED是一種冷光源，光譜在可見光范圍內，照明效率高，能以較低的能量發揮較高的照明效果。這種光源體積小，可以用作微型燈，廣泛應用于電子燈箱等。在許多情況下，LED 被用作點光源，其白光非常好，晚上的燈光可以給人們區分物體帶來極大的方便。在光源發出后，LED 光被定向，以便大部分光可以被發送到所需的照射位置。與傳統光源相比，利用率有很大提高［6］。

2.1 能耗方面

傳統照明路燈的年耗電量為50 056億kW·h，而智慧路燈每年可節省1 000億kW·h的電量。因此，在現代化城市發展中，廣泛地運用智慧路燈，將能夠顯著地降低城市公共設施耗能，提升城市能源利用效率，進一步推動城市長期、可持續發展。

2.2 經濟效益方面

假定城市照明從晚上6 點至8 點、10 點至12 點，單盞燈亮12 h。那么相較于250 W高壓鈉燈，城市智能照明系統能夠降低70%的功耗，在凌晨12 點至6 點內將能降低30%的功耗。在上述使用情況下，每年智能道路照明系統每盞燈將節省800元使用成本，極大地降低了城市照明成本［7］。

2.3 控制技術方面

城市智慧路燈照明系統采用GPRS＋ZigBee 和GPRS＋電力線載波通信進行遠程通信控制。一般而言，GPRS 負責遠距離的傳輸與控制，而ZigBee和電力線載波技術則是負責短距離的組網。通過對上述幾種技術進行集成，能夠有效地發揮每種技術的優勢，補足各種技術的劣勢，從而有效地完成數據采集、數據存儲和數據傳輸的功能［8］。

2.4 關于壽命

LED光源的使用年限很長，一般在5～8 萬h。然而，在實際使用中，影響LED光源壽命的因素很多，在使用中不可避免地受到溫度變化、紫外線輻射等因素的影響，而配套電容器的壽命較短，往往不超過1 萬h。在LED 的工作過程中，并非所有的電能都能轉化為光，而是一部分轉化為熱能。長期保持高溫會影響其自身的壽命，容易因過熱而燒毀。以前用的高壓鈉燈平均壽命不到3 萬h，鎮流器的壽命往往大于燈本身的壽命。因此，更換燈泡后，鎮流器仍可使用。這樣，不僅可以看到照明設備本身的壽命，還可以考慮整個燈具的壽命［9］。

3 LED光源在城市道路照明中的具體應用

為了進一步探索LED光源的實際照明效果，對使用LED光源路燈的路段進行了實際測驗。測量儀器采用Tes1339 照度計；測量方法主要采用國際照明委員會標準推薦的等距測量方法；測量范圍不包括人行道；在同一路段，對照組采用400 W＋250 W高壓鈉燈進行測試。

同時，對LED路燈和高壓鈉燈的能耗進行了現場測試。測試儀器為dds334 單相電子式電能表，測量方法為單光源供電。通過試驗得出以下結論：LED 路燈的功耗遠小于高壓鈉燈，約為高壓鈉燈的21%；在實際道路照明中，LED路燈將低于高壓鈉燈作為對照組；考慮到普通照度計對窄帶LED光源測量校正系數的影響，受限于測量條件和照度合成失敗，LED 路燈的實際照度值可能大于實際測量值。

4 智慧LED路燈在城市道路照明中的應用前景

未來的道路照明控制技術將以智慧城市和物聯網的理念，融合電子、控制、通訊等新技術，提供更高質量的公共服務。目前，道路照明系統得益于智能化技術的不斷進步，已經突破過去的發展桎梏，向著標準化、網絡化與智能化的方向不斷發展［10］。

4.1 智能化

照明控制技術在過去已經經歷過多次的技術迭代，由最早的機械開關控制發展成現在的自動化控制。但是，目前智能城市的發展對于照明控制技術提出了更高的要求，需要其能夠結合當下更為先進的各類電子信息與遠程通信技術，從而實現智能化的控制效果。并且，隨著城市建設的進一步推進，路燈這一傳統的照明設施也被要求集成更多的功能特性。這就要求所采用的控制系統需要具備充分的拓展性，能夠集成更多的功能模塊，實現更多的需求。當前，國內的北上廣深等城市已經開始進行智能道路控制系統的試點。通過升級系統軟硬件，實現了對路燈照明的變頻、調光與功率控制，并且還可以對周邊環境信息進行廣泛地搜集，從而實現更加精準的自動化控制，并且也能達到很好的工作狀態監測與故障反饋效果，促使城市照明更加地穩定與智能［11］。

4.2 規范化

現代化的照明系統集成了多種設備，因此不可能由單一供應商提供。但是，每個廠家生產兼容性有差異，實際使用會受到影響。因此，標準化生產是智慧LED路燈在城市道路照明的必要趨勢。政府部門要帶頭對照明設備的接口進行統一，從而加強行業內設備的兼容性，加強企業間的合作，避免資源浪費。

4.3 網絡化

基于當前成熟的通信介質，如CDMA、GPRS、光纖通信、PLC和現場總線，促使智慧LED 路燈能夠實現在線調控的功能。作為當前創新發展的物聯網技術，其基于各類通信技術，將多種智能設備聯系起來，組合其功能，從而達到較好的使用效果。作為一種集合了網絡、傳感器、人工智能等技術的新概念，物聯網技術又被看成是第三次信息技術革命的契機。基于該技術，能夠進一步提升城市照明控制系統的智慧水平，提升其長期使用的穩定性，降低其使用成本。

5 結束語

智能路燈控制系統的設計與應用可以有效節約傳統路燈系統運行所消耗的資源能源，提高智能路燈系統的運行效率，實現路燈的遠程控制，解放人力，降低人力成本，進一步促進人們生活便利，提升城市的智能水平。因此，首先需要通過調查研究明確智慧路燈在現代城市中的使用有效性，充分地分析其在能耗、效益以及控制技術3 方面的優勢點，并明確其在城市中的應用能夠極大地節約電能并提升質量，促進現代城市的長期、可持續發展。