城市智慧湖邊警示路燈組合設計研究

唐畋畋

（濟南大學,山東濟南 250000）

一、組合設計

組合設計是一種具有革命性的產品設計方式，它通過將多種不同的原理、技術、形態、產品的元素按照特定的規律進行有機地融合，從而實現更高層次的創新，為消費者帶來更多的選擇[1]。采用先進的技術和設計，將產品的各個部分有機結合起來，不僅可以滿足不同的應用場景，還可以開發出更加先進、更有可持續性的功能，同時還可以有效地提高零件的再生利用率，有效地節約資源，減少對環境的污染，從而達到產品的可持續發展。四種組合設計方式都能帶來顯著的優勢：（1）減少產品生產成本。復合型產品可以共用生產原料以及加工流，從而節省了生產時間和人力物力。（2）縮小產品體積。組合設計是將不同功能的多個產品融合成一個單一產品，避免了使用多個產品的煩瑣性，提升了用戶在使用感上的便捷性。[2]（3）優化產品功能。組合設計使一個產品具備基本功能之外增添了其他的附加功能，讓產品的功能更加全面。（4）具有綠色設計思想。組合設計整合多個功能于一個產品，使用戶減少了購買成本、生產商減少了生產成本。

在產品設計中，常用以下三種組合設計法：

1.產品功能組合。（1）將多種相似功能組合，使產品功能多樣化。這也是更符合綠色設計思想的一種方法。（2）將多種功能結合在一起，構建出一個完整的產品。當兩種毫不相關的功能組合成一個產品時，會產生一種新的解決問題方式。

2.產品形態組合。（1）將一種或多種形態組合，在符合形式美法則及人機工程學的基礎上進行創意疊加，并在此基礎之上做出形變、重組等變化設計出一種新的產品造型。形態的組合設計可以提升產品造型藝術感，使產品外觀更富于變化，增強了藝術感染力。（2）產品形態與功能的組合。形態是產品外在所表現藝術化與裝飾化的審美特征，功能代表的是事物的使用價值，是產品設計中的必要條件，二者相輔相成、不可或缺。

3.產品材料組合。在同一產品中需要將不同部件用以材料進行分割，這種組合方式為產品不僅在外觀上增添了層次感，在使用感上也增加了觸覺上的多樣性。

在大霧天氣下湖邊路燈達到警示行人的作用，需要結合空氣濕度檢測與3D投影技術來達到精準警備，所以需要采用功能組合的方式來進行創新設計。

通過對多個因素的綜合分析，我們提出了一套全面的、能夠滿足當前實際情況的、具有創新性和可行性的解決方案。經過精心挑選，我們得到了一系列優秀的、高效的解決方案。在大霧天氣湖邊警示這個問題中提取出兩個相關元素——大霧天氣監測、湖邊警示。通過列舉法列舉出大霧檢測有關影響因素有：電子監控設備、空氣濕度檢測器、人、互聯網天氣預報；其次列舉出湖邊警示相關元素有：路燈、警示燈帶、3D全息投影、路障；將得出的兩類影響因素進行組合分析，得出一系列新的組合方案，將無效方案刪除后，結果（如表1）所示。

表1

將大霧檢測元素與湖邊警示元素進行了正交組合，并從中發現出多種具有創新性與實用價值的解決方案，如表2所示。

表2

從（如表2中）可以看出，有五種具有創新性并且具有可行性的組合方案——空氣濕度檢測路燈、空氣濕度檢測警示燈帶、實況監測警示投影燈帶、空氣濕度檢測警示投影燈帶、互聯網智能投影燈帶。由于其功能的局限性，空氣濕度檢測路燈無法發揮出應有的警示效果。對于空氣濕度檢測警示燈帶這個方案來說，警示燈帶增加電路成本，且缺乏觀賞性。對于實況監測警示投影燈帶這個方案來說，實況監測是人工識別，會有判斷誤差。對于互聯網智能投影燈帶和互聯網智能投影燈這兩個組合方案來說互聯網天氣預報具有信息誤差性和滯后性，可能會造成錯誤警示。通過引入空氣濕度檢測警示投影燈，我們可以在原有的路燈的基礎上增加監測和警示功能，同時又不占用其他空間。路燈是城市的重要基礎設施，它們分布在道路和公園景區中，間距30-50米，由城市電網供電，一般電壓為220V，因此，將其作為一種新型的照明技術，可以更好地保護環境，提高城市的安全性和可持續性。通過與路燈共享同一供電線路，不僅可以保證照明的基本功能，而且還能夠給人工湖帶來警示效果，從而有效地解決大霧天氣下湖邊安全隱患的問題。

二、大霧天氣下的城市人工湖環境分析

（一）秋冬季大霧天氣形成的條件及帶來的視覺影響

霧是一種常見的天氣現象，其特征是大量的水滴和冰晶漂浮于地面上，使得能見度急劇減少。當大量的水蒸氣被吸收并凝結在一起，就會形成一個完全的飽和狀態。[3]當太陽的光線穿過水滴，它們就會被反射、折射，導致大多數的光線朝著不同的方向傳播，最終形成一片潔白的霧氣。正是由于霧將大部分色光全部反射，透過霧看遠處的物體時，物體上所折射出的色光透過霧會大幅度減弱，霧越濃能透過的色光越弱，人也更難看清物體。

（二）城市人工湖存在的安全隱患

城市人工湖是一種特殊的自然形態，它們是經過精心設計、精心規劃，從城市某一特定區域開發而成，既可以作為景觀湖，也可以作為大型水庫。人工湖主要功能有調節小氣候，緩解局部“熱島效應”，豐富城市景觀，打造生態平衡等作用。目前大部分城市的人工湖因考慮其整體設計上的觀賞性不去設立護欄，從而增加了行人的危險概率。

三、設計意義與目標

（一）設計意義

隨著5G時代的發展，智慧路燈伴隨著新型智慧城市的建設也步入一個快速發展階段，城市的不斷建設使得人們對生活環境的要求也越來越高，智慧路燈的功能也逐漸功能多樣化。智慧路燈依據用環境的不同，將多種功能進行組合性設計裝配，減少占用公共空間和生產制造成本，以及后續的維修成本，通過在一個產品內讓不同功能的相互協調工作采用組合設計使產品模塊化，提高產品的使用效率。智慧路燈不僅僅是單純地將功能進行簡單組合，是對使用需求分析后做出的一個整合處理，使各功能協同工作最大化的發揮產品性能。

（二）設計目的

在大霧天氣下的城市人工湖存在很大的安全隱患，我國社會人口逐漸趨于老齡化，老年人口熱衷于早起鍛煉身體，通常在清晨的六點鐘左右選擇出門鍛煉，冬季時早晨室外溫度低，空氣濕度大，極易形成大霧天氣，使得可見度變低，時常會發生老人因晨練在公園失足落水的意外事件。設計目標在于，通過空氣濕度檢測技術實時檢測空氣濕度，當濕度達到飽和狀態時，達到了滿足大霧生成的條件，警示投影燈會開啟形成一道警示光帶，從而達到視覺警示作用從而提醒人們前方是湖水區域，避免了意外和危險的發生。

使用安全性：智慧路燈作為一種公共照明設備，通常配備多種功能，安全問題首當其要。作為戶外使用設備，在材質上要考慮其耐用性，必須具備抗腐蝕性和強韌性，同時外部的涂層材料要采用綠色環保型，對周邊的自然環境起到保護作用。外形設計上，不采取尖銳化形態，避免市民靠近時發生碰擦傷害。

功能表達明確性：警示路燈的核心功能就是起到警示作用，為確保路燈的警示功能可以提醒到每一位市民，在路燈設計時，應結合人機工程設定學警示投影燈的合適擺放位置，并參考市民的平均身高來決定投影燈的高度，讓警示效果達到最佳。警示投影燈的顏色需要選擇使用視覺沖力大，給人達到醒目效果，使人們在看到警示燈亮起時，瞬間接收到警示信息。如圖，警示投影燈設定在路燈偏下位置，并采用紅色的燈光效果。通過對用戶的反復調研，得出最適用的功能設定。

產品智能性：智能產品已經普及到日常生活的方方面面，智慧路燈作為城市化發展的一大趨勢，將物聯網技術應用于智慧路燈可以使路燈的功能更加具備智能性，給市民提供更加的服務體驗。智慧路燈頂部的濕度檢測器加上傳感器系統對空氣濕度進行監測并進行數據記錄，提升了氣象記錄工作的效率，警示功能更佳精準，同時順應了當下信息化時代發展的要求。

四、技術設計

（一）空氣濕度檢測方法

在大氣濕度測量中主要有以下幾種濕度測量方法：（1）18世紀的發明的干濕球法已經發展到今天，它不僅是目前最先進的濕度測量技術，而且在近代仍然是高頻率使用方法。該方法必須在濕球附近風速達到2.5m/s以上，對環境要求比較高。（2）毛發測量法是一種簡單有效的氣象測量方法，它利用毛發孔隙吸附水蒸氣而產生的長度變化來檢測空氣濕度，在氣象領域得到了廣泛的應用。在氣象測量領域應用很廣。（3）濕度傳感器法：一種能夠感應出氣體中水蒸氣含量，并轉換成可輸出信號的傳感器，響應速度快，智能化程度高，可應用的場合多。通過微波技術，可以快速準確地測量物質中的水分含量，這種方法具有響應時間短、操作簡單、可以實現在線監測等優點。通過近紅外測量法，我們可以精確測量水分子的含量。[4]

（二）全息技術

全息技術是一種“無透鏡”的兩步成像法它能在感光膠片上同時記錄物體的全部信息即物體光的振幅和位相[6]。全息技術具有以下四個特點：（1）全息圖可以捕捉物體的三維立體形態，它能夠清晰地展示出物體的相位信息，并且具有顯著的視差特性。[5]（2）全息圖記錄的是物體與參考物之間的干涉條紋，因此具有不可分割的特性，使其成為不可破壞的存在。（3）可在不相互干擾的情況下，同時展示多個圖像。（4）通過調節激光波長，可以大幅度改變全息圖的尺寸，從而實現放大或縮小的功能。[6]

（三）空氣濕度檢測技術與路燈的組合

對路燈與哪種空氣濕度檢測技術組合較為合適進行分析。

1.路燈作為城市戶外公共照明設備，使用場景多樣，對于干濕球法濕度測量顯然達不到環境要求。只適合某些特定環境。

2.由于路燈作為一種重要的照明設施，其對空氣濕度的監控能力有限，因此，為了節省人力，我們建議采用無須頻繁調試的方法，而且，當空氣濕度低于30%時，毛發也可能失去對濕度的敏感性，因此，這種方案并非最佳。

3.濕度傳感器是非密封性器材，這一點非常適合在室外使用，并且智能化水平高，信息傳播速度快，非常適合用于室外使用。

4.微波濕度檢測法多用于泥土、水泥、等建筑材料中的水分檢測，不適用與空氣中的水分檢測，所以此方案不選擇。

5.近紅外測量法易受周圍環境影響，不具備穩定性，需要特定的使用環境。[7]

通過對各種不同的空氣濕度檢測技術對比，結合湖邊路燈的特定的使用環境以及路燈的結構特點，采用以下的方案設計：

在路燈的頂部安裝濕度傳感器裝置，隨著空氣流通的過程，監測空氣中的濕度變化，對空氣的濕度變化實時監測,監測濕度達到警備條件后，路燈將自動開啟全息警戒燈，開啟警戒狀態。

五、路燈造型設計

湖邊路燈不僅是作為公共照明設施，也是城市形象的重要代表之一。[8]在產品造型設計時，考慮到路燈的使用環境，同時兼顧到空氣濕度檢測裝置的安裝，路燈的形態應貼近自然，為突與空氣濕度有關，在路燈造型設計時，在滿足功能部件組裝條件的基礎上對路燈外形運用了仿生設計，將路燈的造型借鑒蘑菇的形狀，造型方案如圖2所示。

圖1

圖2

結語

運用組合設計法進行思維發散，得出來多種解決在大霧天氣下的城市人工湖安全隱患問題的新方案，將各種解決方式進行組合分析，確立出濕度傳感器裝置和全息投影燈結合路燈的方式來解決問題，最終得出具體的解決技術方案與產品造型，新的路燈設計方案可為解決大霧天氣下城市人工湖邊安全隱患問題提供設計參考思路。