智慧LED路燈在城市道路照明中的應用

劉苗苗

太原市政建設集團有限公司（030000）

0 前言

為了確保城市夜間交通安全，必須設計科學合理的夜間照明系統，以確保城市道路夜間總體運行安全可靠。為實現節能降耗目標，在城市道路照明過程中，應選擇適合路燈的設計方案，例如嘗試用LED路燈設計方案取代傳統的高壓鈉燈照明技術方案。隨著現代城市街道照明的發展，傳統的蒸汽高壓鈉燈逐漸被LED路燈所取代。由于蒸汽高壓鈉燈的光效有限，在照明過程中消耗大量電能，增加城市照明系統的能耗。考慮到LED的各種優勢，采用LED路燈優化和改進城市道路照明系統，能提高道路照明效果，控制照明能耗，充分利用LED路燈的優勢，促進城市照明技術的設備改造和技術升級[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。建設智能城市需要使用具備一定智能水平的路燈裝置，如使用無線GPRS/CDMA通信技術以滿足遠程控制的需求，也能基于傳感器與自身的處理硬件進行自動化的控制，從而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，遠程操作路燈，進行集中管理。

智慧路燈還有自動化控制系統，有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照明開關與強度。智慧路燈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，智慧路燈也在不斷地發生著創新發展，智慧路燈的產業發展趨向更加完善的方向。智能路燈隨著信息獲取與處理能力的不斷提升，將更好地支撐現代化智能城市的發展[2]。

2 使用LED路燈的必要性

在城市道路照明過程中，傳統路燈的亮度不可調節，始終保持在100%的亮度，路燈亮度沒有隨著時間、地點、人流量的變化而變化，導致電能出現大量浪費。傳統路燈的功能消耗大，對于電源的利用率低，導致其成本增加。另外，傳統路燈的亮度可控性較差，路燈亮度的變化速度較慢，容易出現忽明忽暗的情況，會導致車輛行駛的危險性增加，同時也不符合當前我國對城市道路照明設計標準的要求。

近幾年，我國城鎮建設的規模越來越大，增加了路燈的使用需求，而路燈的控制水平也反映了當今城鎮的現代化程度。因此LED路燈的使用是當前正確的選擇，對我國大氣環境有較好的改善作用，還能有效節約電能[3]。

3 智慧路燈與傳統路燈對比分析

3.1 光的利用率高

傳統路燈的發光角度為360°，有一半的光源被照射到地面，導致傳統路燈的光源利用率不高，照明度不佳，而LED路燈的發光角度要小于180°，同時還可以設計出定向放光光源，可以提高光的利用率，確保LED燈的出光率在90%以上，能有效發揮節能減排的效果。

3.2 經濟效益方面

假定城市照明從晚上6時至8時、10時至12時，單盞燈亮1h。相較于250W高壓鈉燈，城市智能照明系統能夠降低70%的功耗，在凌晨12時至6時內能夠降低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，極大地降低了城市照明成本。

3.3 照明效果優化

LED路燈在應用過程中，有效優化了城市道路的光效，為市民提供了交通便利。同時LED路燈的合理設計可以美化城市的夜景，提高城市的整體生活質量。根據國家照明相關技術標準分析，城市道路照明系統投入運行時，相關路燈的平均照明應達到39lx標準。對部分城市道路LED路燈的照明亮度進行測試后發現，平均照明達到65lx，遠遠高于相關的國家照明標準。因此LED路燈具有很高的應用價值。用LED路燈取代蒸氣鈉高壓燈后，可以確定道路平均照明延長97%，有效提高照明均勻性，提高了路燈的總體照明效果。

3.4 LED路燈的使用壽命

LED光源的使用年限很長，一般在5萬～8萬h。然而，在實際使用中，影響LED光源壽命的因素很多，不可避免地受到溫度變化、紫外線輻射等因素的影響。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，鎮流器的壽命則大于燈本身的壽命。因此，更換燈泡后，鎮流器仍可使用。

3.5 節能和環保效益顯著

LED路燈具有壽命長、節能環保、色彩豐富、小型化等優點，將成為人類照明史上的又一飛躍。關于照明效率，高壓蒸氣鈉燈的最大光效為140 lm/W，目前高于商用高性能LED路燈，但LED路燈的顏色再利用指數遠高于高壓蒸氣鈉燈。同樣的照明條件下，白色LED路燈對司機或行人識別目標更有幫助，其道路照明效果和舒適程度遠遠高于高壓蒸氣鈉燈。LED路燈的燈光是定向光，如果采用正確的光線分布設計，大部分光線會直接投射到路面上，燈的效率可達85%。

3.6 顯色指數高

就顯色指數而言，高壓蒸氣鈉燈的顯色指數要低于LED路燈的顯色指數。經研究發現，LED路燈的顯色指數在80以上，而高壓蒸氣鈉燈的顯色指數在30以下，加上人們的視覺清晰度會受到顯色指數的影響，因此LED路燈更能給人們帶去清晰的視覺度。

3.7 控制技術方面

GPRS+ZigBee和GPRS+電力線載波通信是城市智慧路燈控制領域所采用的兩種主要技術。其中，GPRS技術一般適用于遠距離傳輸，而ZigBee和電力線載波技術則主要適用于短距離組網的運用。因此，在具體運用時，可將兩種技術結合起來，充分發揮兩種技術的應用優勢，有效完成數據采集、數據存儲和數據傳輸等功能[4-8]。

4 LED光源在城市道路照明中的具體應用

4.1 電纜選用

在部分城市道路照明中，由于不使用LED照明系統，傳統照明設備主要使用道路支架變壓器來確保路燈的正常運行。但是，傳統路燈的能耗很高，使得照明系統的損耗不斷提高，無法實現節能環保的目標。選擇LED路燈照明方案后，為了達到節能環保的目標，應選擇LED路燈的供電技術方案。如果技術方案不可行，會直接影響照明系統的性能。因此，在LED路燈的應用過程中，應適當選擇電力電纜，科學評價布置方案，以確保LED路燈在安全的前提下充分發揮節能優勢。當照明電纜施工的技術方案完善后，單個變壓器可以有較大的供電半徑，可有效提高照明系統的經濟效益。

4.2 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，需要照明控制技術結合更為先進的電子信息與遠程通信技術，從而實現智能化的控制效果。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。

4.3 照明設計

選用LED路燈，需要科學嚴格的照明設計，以確保路燈的總體照明效果。如設計師應考慮車道數、周圍綠化帶的寬度以及路燈的有限高度。雙向六車道道路的路燈設計中，路燈高度可控制在12 m，以確保道路的有效照明。為了確保城市道路的總體照明效果，相鄰路燈之間的距離應控制在30m以內。為了保證LED路燈的總體照明質量，有必要制訂LED路燈的燈光規劃方案，并評估設計的路燈高度和間隔寬度是否能滿足預期要求。當實際測試存在一定差異時，則有必要對照明方案進行適當調整和優化，確保LED路燈照明設計的有效性和可靠性。

4.4 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，每個廠家生產的兼容性會有差異，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。

4.5 網絡化

當前成熟的通信介質，如CDMA、GPRS、光纖通信、PLC和現場總線，可促使智慧LED路燈能夠實現在線調控的功能。當前的物聯網技術可以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。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，降低使用成本。

4.6 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[9-10]。

5 結語

智慧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，提高智慧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有效性，充分地分析其在能耗、效益以及控制技術等三方面的優勢，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。