室外照明智能控制技術(shù)研究

劉濤

（四川巔峰夜游科技有限公司北京分公司，北京 100000）

1 室外照明控制概述

室外照明不僅提升了城市夜間美觀形象，還改善了人們的生活環(huán)境，夜間的燈光可營造更為美好且安全的室外環(huán)境，為城市增添魅力，也為人們夜間戶外活動提供更為安全的環(huán)境。但隨著室外照明規(guī)模的逐漸擴大，用電量急速上升，城市的電力供應(yīng)壓力也隨著增加，為踐行可持續(xù)發(fā)展理念，在創(chuàng)造室外照明環(huán)境的同時節(jié)約能源，科學智能的室外照明控制技術(shù)十分關(guān)鍵。室外照明控制技術(shù)主要依托自動控制技術(shù)及智能照明控制系統(tǒng)，對用于室外環(huán)境照明的燈具及設(shè)備的啟動、關(guān)閉，以及燈具之間的動態(tài)組合、場景模式轉(zhuǎn)換等操作進行管控，最終形成室外照明智能控制系統(tǒng)。從而實現(xiàn)建筑照明節(jié)能、環(huán)境氛圍和傳感聯(lián)動效果。現(xiàn)階段，隨著云計算與5G 技術(shù)的進步，在室外照明控制技術(shù)發(fā)展過程中，將越來越多的借助于智能化信息系統(tǒng)，實施對室外照明的智能化管理。智能化室外照明控制是根據(jù)時間、地點及周邊環(huán)境的差異，利用信息控制系統(tǒng)對不同的區(qū)域、不同的環(huán)境以及不同時間段的燈具設(shè)備進行精確設(shè)置，使得不同自然光條件下的照明能符合實際需要，創(chuàng)造舒適度更高的燈光環(huán)境。通常室外照明智能控制系統(tǒng)包含戶外廣告監(jiān)控、夜景照明控制系統(tǒng)、隧道照明監(jiān)控系統(tǒng)、路燈監(jiān)控系統(tǒng)、系統(tǒng)等。智能化監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)對各個線路板塊的無線遠程監(jiān)控，可根據(jù)自然環(huán)境及照明需求調(diào)節(jié)燈光的亮度和啟閉狀態(tài)，在滿足光照需求的同時還能節(jié)約能源，具有很好的發(fā)展前景[1]。

2 室外照明智能控制技術(shù)的建設(shè)應(yīng)用

隨著當代科技水平的進步，產(chǎn)生了室外照明智能控制技術(shù)，促進了室外照明的快速進步。室外照明智能控制技術(shù)主要有軟件和硬件兩部分組成，以軟件控制協(xié)議和硬件執(zhí)行操作進行信息處理，實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的系統(tǒng)診斷、故障預(yù)警、操作執(zhí)行。智能照明控制技術(shù)可采用有線和無線的傳輸方式進行組網(wǎng)。常用的有線協(xié)議主要采用EIB、KNX 等總線協(xié)議。無線傳輸主要采用的傳輸方式有：Lifi、ZigBee、無線網(wǎng)橋、GPRS 等無線傳輸技術(shù)[1]。在實際建設(shè)和應(yīng)用過程中，將不同的區(qū)域分別設(shè)置成傳輸節(jié)點，每個節(jié)點之間為無線通信控制節(jié)點，將城市網(wǎng)絡(luò)的無線通信控制技術(shù)與城市照明無線通信有機結(jié)合，可以實現(xiàn)照明系統(tǒng)的靈活遠程控制，降低城市專用網(wǎng)絡(luò)通信的建設(shè)和運營成本。

智能照明控制技術(shù)的特點如下。

（1）遠程控制。智能照明設(shè)備是對智能燈光控制技術(shù)與照明技術(shù)的融合發(fā)展，結(jié)合兩者的優(yōu)點實現(xiàn)照明設(shè)備的遠程監(jiān)控、診斷和操作。在智能化管理系統(tǒng)運用過程中，控制系統(tǒng)可利用傳感器對室外燈光環(huán)境的參數(shù)進行監(jiān)測，形成信息跟蹤，然后根據(jù)實際的照明需求，將環(huán)境參數(shù)傳輸至控制電路系統(tǒng)中，對室外燈具設(shè)備的光源進行調(diào)節(jié)，從而對亮度進行調(diào)整，如此實現(xiàn)遠程控制室外照明設(shè)備。

（2）綠色節(jié)能。現(xiàn)代化的智能控制技術(shù)，以節(jié)能、環(huán)保為出發(fā)點，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念，對室外照明進行科學合理設(shè)置。智能照明控制技術(shù)一方面可根據(jù)不同的室外照明環(huán)境參數(shù)進行照明方式的調(diào)整，對于光照需求較小的時段調(diào)整照明強度或者關(guān)閉室外照明，降低燈具照明能耗，進而實現(xiàn)節(jié)能目標。

（3）智能控制。智能照明控制系統(tǒng)可結(jié)合監(jiān)控預(yù)警

系統(tǒng)、區(qū)域控制系統(tǒng)，形成物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)化連接。智能照明系統(tǒng)主要包括中央控制系統(tǒng)、控制節(jié)點、數(shù)據(jù)監(jiān)控中心等多個組成部分，控制節(jié)點用以收集信息反饋到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心通過匯總各類數(shù)據(jù)信息，上傳至中央控制系統(tǒng)，最終由中央控制系統(tǒng)發(fā)送各類指令。不同的控制節(jié)點可自動控制照明系統(tǒng)的不同用途，有的節(jié)點可自動控制燈具的開啟關(guān)閉，有的節(jié)點可對燈泡的亮度進行調(diào)節(jié)控制，并獲取到燈泡的工作狀態(tài)信息，以實現(xiàn)對燈具的監(jiān)測故障預(yù)警。監(jiān)控數(shù)據(jù)中心可采用遠程控制功能對遠程監(jiān)控中心進行軟件訪問及實時控制，定時獲取室外照明設(shè)備工作狀態(tài)。與傳統(tǒng)的照明燈具相比，智能化照明控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對室外燈具設(shè)備的更全面控制，能夠提高室外照明效果，對照明能源的消耗也能夠得到有效控制，同時人們的生活質(zhì)量也得到提升[2]。

3 智能照明技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 室外照明

智能照明技術(shù)可通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進行室外照明控制。在城市建設(shè)過程中，室外照明是設(shè)計的重點，城市夜景照明不僅可以解決夜間照明亂、散的問題，還能起到裝飾作用，增加城市美感。智能照明技術(shù)利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：①能夠?qū)μ厥饪刂剖马椷M行精確編程，全面建設(shè)城市照明控制系統(tǒng)。②可以利用系統(tǒng)化管理對不同照明標準的控制板塊進行差異化照明控制，實現(xiàn)不同區(qū)域照明設(shè)施的動態(tài)化管理。③可對室外道路的車輛、行人進行信息感知，根據(jù)實際情況控制燈光效果，有利于調(diào)整燈泡能耗，節(jié)約能源。對于一些大型城市，為達到更好的夜景燈光效果，采用智能照明技術(shù)，對不同建筑樓群的照明進行統(tǒng)一控制調(diào)度，使得建筑樓群的外部燈光聯(lián)系在一起，相互配合，構(gòu)造良好的視覺效果。

3.2 道路照明

室外道路照明主要包括車道照明、人行道、自行車道、景光燈照明等。在車輛道路照明中，智能照明中具有紅色LED 前照燈檢測儀，可對道路照明進行自動控制，利用智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)對道路車道內(nèi)車輛信息的感知，根據(jù)系統(tǒng)控制為道路車輛正常運行提供良好的道路條件，特別是在夜間行駛過程中，道路照明的燈光效果需結(jié)合駕駛安全需要，對燈光進行調(diào)整，使之符合駕駛安全標準。當夜間道路車輛減少時，智能系統(tǒng)可適當調(diào)整照明為夜間自動關(guān)閉管理模式，在保證車輛安全行駛的前提下適當減少燈光效果，有利于節(jié)約電力資源，提高資源利用率。智能照明技術(shù)可通過系統(tǒng)監(jiān)測，掌握道路照明狀態(tài)，對出現(xiàn)故障的區(qū)域進行及時處理，保障道路交通。除此之外，隨著人們對健康生活的重視，戶外鍛煉更加受到人們的推崇，夜跑等夜間戶外活動趨于流行，良好的道路照明條件可為人們提供適宜的燈光效果，并根據(jù)自然光強度進行自動調(diào)節(jié)，保障人行道、自行車道等的照明效果。同時景光燈照明，在夜間進行不同燈具燈光的配合，也可增加公園、景區(qū)的照明效果，為夜間行人帶來最佳的視覺體驗。

3.3 智能數(shù)字燈光顯示屏

當前許多建筑外部都設(shè)有數(shù)字顯示屏，一般用以投放廣告、新聞報道等，顯示屏的開關(guān)、亮度可通過智能數(shù)字燈光控制系統(tǒng)進行操作，根據(jù)自然光環(huán)境進行亮度調(diào)節(jié)。控制管理系統(tǒng)通過與城市照明監(jiān)控系統(tǒng)和傳感器檢測系統(tǒng)的有機結(jié)合，采用圖像識別和檢測技術(shù)，可以確保數(shù)字顯示屏在每個服務(wù)區(qū)域內(nèi)都有一定密度的圖像流檢測，系統(tǒng)可以自動啟動并播放相應(yīng)的城市新聞報道。此外，系統(tǒng)可以自動檢測流量，具備圖像響應(yīng)速度快、易于人工調(diào)制的優(yōu)勢[3]。

3.4 工程建設(shè)照明

智能照明技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用也十分廣泛。在工程建設(shè)中，許多工程施工進行室外施工需采用室外照明，在夜間施工時也需借助于合適的照明效果，如此才能保證工程施工質(zhì)量。例如，在橋梁施工過程中，一般需用到反射鏡進行照明，燈光需滿足施工人員的需求，色溫、亮度適宜不刺眼。智能照明控制系統(tǒng)可根據(jù)夜間城照明的亮度進行工程建設(shè)的照明亮度自動調(diào)節(jié)，防止照明資源浪費。該系統(tǒng)控制是將利用城市現(xiàn)有的集配電系統(tǒng)設(shè)備和自動控制設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控，獲取全面的網(wǎng)絡(luò)信息并進行網(wǎng)絡(luò)通信控制，從而達到降低建設(shè)配電設(shè)施成本的目的。

4 室外照明控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，室外照明控制技術(shù)得到很大發(fā)展空間，為滿照明控制管理的需要，相關(guān)的控制技術(shù)越來越受到關(guān)注和重視，對室外照明控制技術(shù)的研究逐漸增多，在城市室外照明控制技術(shù)發(fā)展過程中，對智慧燈桿、傳輸網(wǎng)絡(luò)、云平臺控制系統(tǒng)以及專用傳感器等技術(shù)的研究較多，主要是通過智慧燈桿，設(shè)計不同的數(shù)據(jù)信息傳輸通道，然后在平臺進行數(shù)據(jù)融合，這種方式對設(shè)備的利用過程不完善。現(xiàn)階段，我國室外照明控制技術(shù)發(fā)展較快，更先進的照明管理系統(tǒng)在狀態(tài)監(jiān)控及終端接入控制方面取得重大突破，室外照明控制技術(shù)發(fā)展態(tài)勢良好[2]。但是，雖然各個領(lǐng)域發(fā)展變化較快，但室外照明控制技術(shù)在具體應(yīng)用設(shè)計開發(fā)的專用照明數(shù)據(jù)云平臺還未得到充分的測試與應(yīng)用，仍需深入和系統(tǒng)的研究。因此室外照明控制技術(shù)研究工作還需繼續(xù)深入，持續(xù)吸納國內(nèi)外優(yōu)秀經(jīng)驗，加強創(chuàng)新，不斷提升控制水平以應(yīng)對更加復雜的環(huán)境及產(chǎn)品。

5 室外照明控制技術(shù)研究

5.1 基于配光技術(shù)、散熱技術(shù)建立高光效智能燈具

照明控制技術(shù)研究中，配光技術(shù)是關(guān)鍵。低光損、高穩(wěn)定的配光技術(shù)應(yīng)用于照明燈具設(shè)備中，可有效提高燈具光效，減少配光中的光能損失，從而有效提高配光均勻度。同時采用介質(zhì)填充技術(shù)，可減少光的反射現(xiàn)象，總而降低光損，調(diào)高系統(tǒng)的透光率。由于不同材料的性能，與透鏡材料的匹配度不同，在研究過程中應(yīng)注重材料的使用。

5.2 基于智慧照明電力載波通信協(xié)議研究

對于室外照明控制通信技術(shù)應(yīng)用方面的技術(shù)難點，可加強對智慧照明電力載波通信協(xié)議的研究，實現(xiàn)智慧照明多協(xié)議集中管理，集中控制。電力線是非常復雜的通訊信道，隨著負載和電流的變化，它作為一個時變系統(tǒng)，對通信信號有很強的衰減性。針對電力線通信的復雜性，通過采用物聯(lián)網(wǎng)高速應(yīng)用進行專用PLC 芯片設(shè)計應(yīng)用。根據(jù)電力線的實際情況，對PLC、Wi-Fi、無線Zigbee、無線433MHz、以太網(wǎng)、5G、RS485/Modbus/DMX 等進行綜合應(yīng)用，在多協(xié)議開發(fā)的基礎(chǔ)上將PLC、總線數(shù)據(jù)傳輸銜接在一起，構(gòu)建一個綜合性的網(wǎng)絡(luò)平臺。

5.3 基于云技術(shù)的室外智慧照明控制研究

對于基于云技術(shù)的室外智慧照明控制研究，一方面可建立智慧照明控制系統(tǒng)，可結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)分析等多項技術(shù)建立統(tǒng)一的智慧照明控制系統(tǒng)，通過實現(xiàn)智慧照明數(shù)據(jù)云平臺、智慧照明大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用、智慧照明多參數(shù)控制這三大核心模塊，研發(fā)智慧照明控制云平臺系統(tǒng)，實現(xiàn)針對室外照明場景模式的智能化照明控制，滿足節(jié)能環(huán)保和行車安全的室外照明需求[3]。同時，可利用智慧照明數(shù)據(jù)云平臺，可采用平臺算法技術(shù)對照明控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，提高照明系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保水平。在運用云平臺進行室外照明控制技術(shù)過程中，平臺應(yīng)用的安全問題應(yīng)提高重視，應(yīng)研究并建立以用戶角色為基礎(chǔ)的分級授權(quán)機制，把研究基于用戶角色權(quán)限的云平臺安全保障技術(shù)作為發(fā)展重點，來實現(xiàn)云平臺對用戶權(quán)限及許可行為的有效約束。最后，是室外照明大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，在大數(shù)據(jù)背景下，采集相關(guān)照明控制中的預(yù)警問題，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立照明控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)對不同控制節(jié)點的統(tǒng)一調(diào)配。對于在照明控制中出現(xiàn)的燈具設(shè)備故障問題，應(yīng)完善燈具設(shè)備信息及運行狀態(tài)的記錄，根據(jù)云計算建立故障診斷模型，實時監(jiān)測室外燈具設(shè)備運行狀態(tài)，通過監(jiān)控狀態(tài)，對出現(xiàn)故障的燈具及時進行排查故障，即時修復，恢復照明[4]。

5.4 室外照明多參數(shù)控制

在室外照明控制中，具有多參數(shù)、難復合等復雜特性，應(yīng)借助模糊理論控制，依據(jù)模糊理論進行邏輯性的故障診斷，優(yōu)化參數(shù)和多變量強耦合模糊系統(tǒng)的解耦方法。對于不同環(huán)境下的照明控制，可基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計及應(yīng)用，建立由無數(shù)個神經(jīng)元相互聯(lián)結(jié)構(gòu)成的運算模型，將數(shù)據(jù)整合到模型中，形成燈具設(shè)備數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對設(shè)備數(shù)據(jù)進行分類、測算、比較，形成數(shù)據(jù)數(shù)值，根據(jù)模型進行照明控制中的參數(shù)優(yōu)化操作，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化管控[5]。

6 結(jié)語

綜上所述，室外照明規(guī)模的不斷擴大，推動著照明控制技術(shù)的進一步發(fā)展，室外照明控制技術(shù)日益成為照明行業(yè)研究重點。在科學技術(shù)快速發(fā)展的今天，室外照明控制技術(shù)也應(yīng)不斷推陳出新，不斷的提高技術(shù)水平，在應(yīng)用該技術(shù)的實踐中，對于發(fā)現(xiàn)的相關(guān)問題要及時采取措施加以解決，還應(yīng)不斷發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化控制技術(shù)在室外照明控制中的技術(shù)創(chuàng)新，完善控制系統(tǒng)及照明設(shè)施，持續(xù)深入開展對室外照明控制技術(shù)的研究，促使照明行業(yè)的更好發(fā)展，為人們生活帶來更多便利。