自動化控制技術在異常天氣城市路燈照明效率提升中的應用

[摘 要]文章聚焦于自動化控制技術在提升異常天氣條件下城市路燈照明效率的應用，考慮到極端氣象事件對城市基礎設施的影響日益加劇，文章提出了一種基于太陽升落時間估算和實時環(huán)境照度調(diào)控的路燈自動化調(diào)節(jié)方案。通過對城市日出日落時間的精確預測以及路燈照明強度的動態(tài)調(diào)整，旨在優(yōu)化路燈的開關時間和亮度水平，從而提高能源效率并確保公共安全。

[關鍵詞]自動化控制技術；城市路燈；照明效率；異常天氣

[中圖分類號]TU113.666；TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0006–03

The Application of Automation Control Technology in Improving the Efficiency of Urban Street Lighting Under Abnormal Weather Conditions

JIANG Wenhai，ZHANG Bin

[Abstract]This article focuses on the application of automation control technology to improve the efficiency of urban street lighting under abnormal weather conditions. Considering the increasing impact of extreme weather events on urban infrastructure， this article proposes a street lighting automation adjustment scheme based on solar rise and fall time estimation and real-time environmental illumination regulation. By accurately predicting the sunrise and sunset times in cities and dynamically adjusting the lighting intensity of street lights， this plan aims to optimize the on/off time and brightness level of street lights， thereby improving energy efficiency and ensuring public safety.

[Keywords]automation control technology； urban streetlights； lighting efficiency； abnormal weather

在當前全球氣候變化背景下，極端天氣事件的頻繁發(fā)生對城市基礎設施提出了前所未有的挑戰(zhàn)。城市路燈作為保障夜間公共安全和便利的關鍵組成部分，其運行效率和適應性成為了研究熱點，特別是在異常天氣條件下，傳統(tǒng)的路燈控制系統(tǒng)常因缺乏靈活性和預見性而無法滿足實際需求，這不僅影響了城市的能源效率，也危及公共安全。文章基于這一背景，探討了自動化控制技術在提升城市路燈照明效率中的應用，特別是在異常天氣條件下的性能表現(xiàn)，旨在為城市基礎設施的智能化管理提供理論依據(jù)和實踐指導，以促進城市照明系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展和高效運行。

1 太陽升落時間估算

1.1 城市日出時間

通過對自然和地理因素影響的考慮，使得城市日出時間的估算更加貼近實際情況。通過這種方式，自動化控制技術能夠更準確地調(diào)整城市路燈的開關時間，從而在確保照明效率的同時，進一步節(jié)省能源，提高城市居民的舒適度和安全性。

1.2 城市日落時間

在自動化控制技術領域，對城市日落時間的精確估算不僅關系到能源的有效管理，而且對于確保市民在夜間的安全與舒適度有著直接影響[2]。

均時差是由于地球軌道的非圓形性以及地軸的傾斜導致太陽每天過中天的時間并不恒定而引入的修正項。

通過對日落時間的精確估算，自動化控制技術可顯著提高城市路燈照明系統(tǒng)的效率和響應能力。這不僅減少了能源消耗，還提高了城市居民的生活質(zhì)量。未來的研究將進一步探索日落時間估算模型的優(yōu)化，以適應復雜的氣象條件和不同的城市地理特征。

2 自動化調(diào)控

2.1 路燈開關時間調(diào)控

自動化路燈系統(tǒng)的基礎為高度精確的環(huán)境感知功能。通過部署環(huán)境光感傳感器，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測周圍的光照強度，這些傳感器對光照變化的敏感度極高，能夠捕捉到從微弱的黃昏光線到強烈日光的所有光照級別。此外，集成的天氣預報功能允許系統(tǒng)預測即將到來的光照條件變化，如云層的聚散，從而提前做出調(diào)整準備[3]。自動化路燈系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理與決策算法是實現(xiàn)智能化控制的核心，涉及復雜的數(shù)據(jù)分析、模式識別以及預測模型。系統(tǒng)不僅需要處理實時數(shù)據(jù)，還要能夠從歷史數(shù)據(jù)中學習和識別出特定的天氣模式和光照變化規(guī)律，以優(yōu)化路燈的開關時間和亮度控制。此外，考慮到地理位置和氣候條件對日照模式的顯著影響，自動化路燈系統(tǒng)需要具備高度的適應性，即系統(tǒng)在部署時需要根據(jù)當?shù)氐木暥取⒔?jīng)度、季節(jié)變化以及常見的天氣模式進行調(diào)整[4]。

2.2 路燈亮度調(diào)控

在現(xiàn)代城市管理與智能交通系統(tǒng)的構建中，路燈照明的自動化調(diào)控不僅關系到能源的有效利用，還直接影響城市居民的夜間活動安全與舒適度。尤其在異常天氣條件下，如霧霾、大雨、雪天等，傳統(tǒng)的基于時間控制的照明系統(tǒng)通常無法滿足照明需求，導致路面能見度低，增加交通事故的風險[5]。因此，引入智能化的路燈亮度自動調(diào)控系統(tǒng)，能夠根據(jù)實時天氣情況和環(huán)境光線調(diào)整路燈亮度，是提高城市路燈照明效率的有效途徑。路燈亮度自動化調(diào)控示意圖如圖1所示。路燈亮度的自動調(diào)控基于實時監(jiān)測的環(huán)境光線強度和特定的天氣條件來動態(tài)調(diào)整路燈亮度。該系統(tǒng)利用環(huán)境光傳感器收集當前環(huán)境光線強度的數(shù)據(jù)，通過預設的算法模型自動計算出適宜的路燈亮度級別。

3 試驗設計與討論

3.1 試驗設計

針對某城市路燈照明系統(tǒng)的試驗研究，文章提出采用自動化照明調(diào)控技術以應對極端氣候條件下的城市照明挑戰(zhàn)。為驗證試驗的數(shù)據(jù)可信度和結果的有效性，選取了兩種傳統(tǒng)的控制技術進行對比分析，一種為基于可編程邏輯控制器的技術（以下簡稱“傳統(tǒng)技術1”），另一種則是應用模糊邏輯理論的控制方法（以下簡稱“傳統(tǒng)技術2”）。試驗選取了雨天、霧天和雪天這3種典型的惡劣天氣條件進行測試。試驗裝備包括1臺KHFF-4A8F型號的控制器，1臺IHFA-47FG7型號的亮度調(diào)節(jié)器，以及5臺亮度傳感器，以此來執(zhí)行路燈照明的自動化控制試驗。

3.2 結果討論

試驗以環(huán)境照度作為評價3種技術控制效果的主要指標，依據(jù)CJJ45—2015《城市道路照明設計標準》，在極端氣候條件下，城市路燈的環(huán)境照度不應低于 20 lx。在選定的異常天氣條件下，從14：00 開始，每隔1 h，利用IYFA-A4F7照度計測量并記錄城市路燈的環(huán)境照度值，具體結果見表1。

從表1可觀察到，在文章設計的自動化控制技術應用下，該城市的環(huán)境照度值始終高于20 lx，照度值在22.35～26.75 lx變動，顯示出較高的城市路燈照明亮度和適中的環(huán)境照度值。相比之下，兩種傳統(tǒng)技術在應用后的城市環(huán)境照度值相對較低，其中傳統(tǒng)技術 1的應用下環(huán)境照度值介于13.60～20.65 lx，而傳統(tǒng)技術2應用下的環(huán)境照度值則介于11.30～19.60 lx，均低于文章設計技術的表現(xiàn)。

同時考慮了不同數(shù)量的城市路燈，并基于城市日出、日落時間自動調(diào)節(jié)路燈的開關和亮度，以此模擬在異常天氣條件下的實際應用場景。試驗數(shù)據(jù)收集的主要目的是評估自動化控制技術在調(diào)節(jié)路燈照明系統(tǒng)方面的延遲時間，特別是在不同路燈數(shù)量的情況下，試驗結果見表2。

隨著路燈數(shù)量的增加，所有技術的控制延遲時間均有所增加。然而，采用自動化控制技術的延遲時間增長幅度明顯小于兩種傳統(tǒng)技術。表明異常天氣下自動化控制技術能夠更加準確和迅速地響應城市日出、日落時間的變化，及時調(diào)整路燈的開關和亮度，從而顯著提升城市路燈照明效率。

4 結束語

本研究深入探討了自動化控制技術在異常天氣下提升城市路燈照明效率的應用，從太陽升落時間的精確估算到路燈開關時間與亮度的自動化調(diào)控，每一步都體現(xiàn)了對城市基礎設施智能化管理的深刻理解與創(chuàng)新應用。通過試驗設計與結果討論，證實了自動化控制技術相較于傳統(tǒng)方法，在能源效率提升和照明質(zhì)量保障方面具有的顯著優(yōu)勢，尤其在面對極端天氣條件時的適應性和靈活性。

參考文獻

[1] 劉進勛.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].自動化應用，2023（14）：1-3，7.

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[3] 佚名.基于NB-IOT控制的智慧路燈[J].上海節(jié)能，2023（3）：372-373.

[4] 王福鎖.電氣自動化技術在照明系統(tǒng)中的應用[J].光源與照明，2022（9）：25-27.

[5] 趙曉梅.智能路燈控制系統(tǒng)的研究與設計[J].燈與照明，2022（3）：15-18.