道路智慧照明研究

李懷林

【摘 要】如今，現(xiàn)代化城市的建設(shè)正全力地向著智慧城市的方向發(fā)展，智慧城市建設(shè)是一個需要多方面協(xié)調(diào)配合發(fā)展的過程，其中一個重要的部分則是道路智慧照明工程的建設(shè)。道路智慧照明主要指的是在城市照明設(shè)計中，將聯(lián)網(wǎng)的路燈加上光環(huán)境智慧模式進行研究及運用，使其能夠動態(tài)、快速及精準(zhǔn)地實現(xiàn)智慧城市發(fā)展建設(shè)中對城市道路照明的不同需求?；谝陨戏治龅幕A(chǔ)上，強化對道路智慧照明的研究和分析有著非常重要的現(xiàn)實意義。

【關(guān)鍵詞】道路照明；智慧照明；感測；數(shù)據(jù)挖掘

【中圖分類號】U113.666 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）09-0023-04

在21世紀(jì)初，美國率先提出了“智慧地球”的概念，獲得廣泛的討論并被迅速上升為美國國家戰(zhàn)略。在2010年年初，IBM公司定義了“智慧地球”的六大推廣領(lǐng)域，即智慧電力、智慧醫(yī)療、智慧城市、智慧交通、智慧供應(yīng)鏈、智慧銀行。其中，智慧城市部分引起全世界廣泛關(guān)注?，F(xiàn)階段，國外多個發(fā)達城市的智慧城市建設(shè)開展得較早，智慧城市的理念更加成熟，并在具體的實施建設(shè)方面也取得較大的進步和受到廣泛的認(rèn)可。雖然我國的智慧城市發(fā)展起步較晚，但由于現(xiàn)階段我們國家的物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)等信息產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，智慧城市的理念也已成為我國城市發(fā)展的新目標(biāo)和新方向，從中央到地方都在謀劃智慧城市的建設(shè)布局及規(guī)劃。目前，我國一些較發(fā)達的地區(qū)和城市也已在智慧城市的建設(shè)中取得長足的進步。

道路照明的首要任務(wù)是在節(jié)約公共能源的基礎(chǔ)上，提供安全和舒適的照明亮度，達到減少交通事故、提升交通運輸效率的目的。道路照明中的路燈是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，現(xiàn)如今每個城市的路燈建設(shè)早已趨于完善，這類設(shè)施基本覆蓋了整個城市的道路及公共場所，通過對這些路燈進行改造、升級，裝載能夠連接采集數(shù)據(jù)的各種傳感器以此增加信息技術(shù)功能，從而使路燈不僅具有道路照明的功能，還升級成為分布在城市中最廣泛、最均勻的物聯(lián)網(wǎng)載體，從而形成智慧城市建設(shè)的一個基礎(chǔ)節(jié)點，構(gòu)建了智慧城市網(wǎng)絡(luò)。由此可知，智慧道路照明建設(shè)和智慧城市的發(fā)展是密不可分的。

信息化時代發(fā)展在智慧城市建設(shè)中的運用最為突出的是信息化技術(shù)在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的運用。對于智慧城市的建設(shè)而言，智慧照明工程體系的建設(shè)和運用是信息化技術(shù)在城市道路照明中運用的新型產(chǎn)物和新型發(fā)展形態(tài)。如今，對于智慧城市建設(shè)中智慧照明工程體系的建設(shè)和運用，其最為主要的目的就是能夠?qū)⑿畔⒒夹g(shù)所擁有的快捷、便利、安全及高效的優(yōu)勢充分地運用到城市道路照明和管理系統(tǒng)的各個過程中，以此能夠構(gòu)建科學(xué)、智能、自動化控制的城市道路照明工程體系，從而使人們的出行更安全、快速，并且節(jié)能、環(huán)保，使人們的生活更加便捷和美好，以此提升城市的整體現(xiàn)代化形象及城市的市政管理水平，同時也促進了城市的經(jīng)濟發(fā)展，促進智慧城市建設(shè)的發(fā)展。對于城市道路智慧照明工程體系的建設(shè)和運用來說，其建設(shè)與運用需要在現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的運用基礎(chǔ)之上，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與路燈照明管理結(jié)合在一起靈活地運用于路燈控制系統(tǒng)，在日常管理和運用中能夠根據(jù)適時檢測到的城市道路實際狀況并結(jié)合路段的要求做出相應(yīng)的指令調(diào)整路燈照明方案，以此實現(xiàn)智能化控制的照明要求。通過實現(xiàn)對路燈的精細(xì)化管理，既能夠最大限度地滿足人們在生產(chǎn)、生活中對城市道路照明的需要，又達到了節(jié)約能源、綠色環(huán)保的目標(biāo)?？傊?，城市道路智慧照明就是可以使路燈迅速、靈活、正確地判斷道路上的人們對照明的不同需求，適時、適地地為使用者提供所需的安全、健康、科學(xué)的光環(huán)境，并且符合全社會關(guān)于節(jié)能、環(huán)保的要求。

1 道路智慧照明模式研究分析

智慧城市建設(shè)過程中對于城市道路智慧照明工程體系的建設(shè)和運用，其最為直接的理解便是在信息化技術(shù)運用的基礎(chǔ)上，對原先的照明系統(tǒng)進行設(shè)計優(yōu)化和管理優(yōu)化，達到具有智能感測、通信、計算、判斷、調(diào)光等功能的光環(huán)境系統(tǒng)，同時要求該系統(tǒng)能夠迅速、精準(zhǔn)、動態(tài)、自動地實現(xiàn)“按需照明”的要求，以此實現(xiàn)智慧照明的目標(biāo)。在道路智慧照明工程體系的建設(shè)初期，最主要的任務(wù)則是對于道路智慧照明模式的研究和分析。現(xiàn)階段，大部分城市在照明智能控制系統(tǒng)上采用的是路燈單燈控制系統(tǒng)，根據(jù)不同路段路燈照明現(xiàn)狀及照明要求，通過不同的控制方案達到照明控制的目的。某路燈控制系統(tǒng)方案如圖1所示。

現(xiàn)階段的路燈照明控制方案已經(jīng)有了智慧照明的雛形，但也存在著許多的問題。例如，各廠商在照明控制方案中采取的傳輸方式不同且存在不兼容的問題；各種控制方案的側(cè)重點不同導(dǎo)致系統(tǒng)不完善的問題；在解決方案中各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的功能性、可靠性、互通性特別是安全性還不夠完善等問題。這些問題需要管理及制造領(lǐng)域下功夫統(tǒng)一協(xié)調(diào)解決。此外，智慧照明的發(fā)展還需要在數(shù)據(jù)、算法、設(shè)備硬件3個方面加強建設(shè)，這樣才能真正實現(xiàn)智慧照明的目標(biāo)。物聯(lián)網(wǎng)各種傳輸方式如圖2所示。

智慧照明作為未來能夠切實運用于道路照明工作中的重要管理手段，要求其能夠精準(zhǔn)化、動態(tài)化、科學(xué)化地實現(xiàn)城市道路照明的適時、適地的不同要求，滿足智慧城市的發(fā)展要求。那么，精準(zhǔn)化和動態(tài)化的特點則表明城市照明系統(tǒng)在建設(shè)和實際運用的過程中，要求能夠具有偵測環(huán)境光功能和根據(jù)照明的需求靈活地調(diào)整照明方案的功能，且在這2種功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，照明系統(tǒng)達到具有敏銳的洞察力和根據(jù)數(shù)據(jù)分析的精確決策處理能力，以此實現(xiàn)智能化的照明系統(tǒng)的管理和運用?？傊F(xiàn)今智慧城市建設(shè)過程中，城市道路智慧照明系統(tǒng)是在物聯(lián)網(wǎng)及智慧燈具運用的基礎(chǔ)上，將其與光環(huán)境智慧管理模式充分實踐運用的結(jié)果。此外，智慧照明系統(tǒng)建設(shè)中核心的部分是關(guān)于光環(huán)境智慧模式的建立及運用，此種模式包含了針對各種道路狀況、天氣、時間和空間等大數(shù)據(jù)的分析及相對應(yīng)的光輸出解決方案，從而有效地保證城市道路的科學(xué)照明、健康照明、安全照明和綠色照明。光環(huán)境智慧模式的構(gòu)建和運用發(fā)展，能保證實現(xiàn)城市智慧照明的目標(biāo)。

2 基于光環(huán)境模式運用的提前下，道路智慧照明工程體系所具備的功能分析

2.1 感測功能

城市道路智慧照明系統(tǒng)的建設(shè)是在信息化和智能化控制的基礎(chǔ)上進行的，那么能夠?qū)崿F(xiàn)“智慧”的關(guān)鍵則是道路照明系統(tǒng)能夠具有較強的感測功能。具體而言，感測功能的實現(xiàn)是在綜合運用多樣化的傳感器的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，不同傳感器所具備的功能不同，通過對多種傳感器進行整合，做到功能互補、協(xié)調(diào)合作，促使整個照明系統(tǒng)達到具備完善的感測功能的要求，從而能夠準(zhǔn)確地分辨路段、車輛和行人的狀況，以此靈活地調(diào)整道路照明系統(tǒng)運行方案，以滿足人們的使用需求。

現(xiàn)階段，國內(nèi)的眾多傳感器在使用中最主要的是光傳感器，此種傳感器能夠順利地將其捕捉的光信號轉(zhuǎn)化成電信號，為智慧照明系統(tǒng)提供適時的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而目前西方國家多采用的是半導(dǎo)體光傳感器，此種傳感器擁有較高的靈敏度和較快的響應(yīng)速度，且其線性輸出性能也比較完善。此外，這些感測設(shè)備除了能夠順利地實現(xiàn)感測功能外，還應(yīng)需要發(fā)展智慧照明系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析及初級判斷功能，即對于道路的簡單狀況（只有少量狀態(tài)數(shù)據(jù)改變）快速響應(yīng)的數(shù)據(jù)分析功能，確保能夠通過光傳感器數(shù)據(jù)進行分析，并且只需要通過與本地連接和通信，即用本地化的方式來實現(xiàn)連接和控制方案的實施，達到快速響應(yīng)的目的。物聯(lián)網(wǎng)下的傳感器接入示意圖如圖3所示。

2.2 數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘是“數(shù)據(jù)庫知識發(fā)現(xiàn)”中的一個步驟。一般是指從大量的數(shù)據(jù)中自動搜索隱藏于其中的有著特殊關(guān)系性的信息過程。數(shù)據(jù)挖掘通常與計算機科學(xué)有關(guān)，并通過統(tǒng)計、在線分析處理、情報檢索、機器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)（依靠過去的經(jīng)驗法則）和模式識別等諸多方法來實現(xiàn)目標(biāo)。數(shù)據(jù)挖掘主要有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、規(guī)律尋找和規(guī)律表示3個步驟。其中，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備是從相關(guān)的數(shù)據(jù)源中選取所需的數(shù)據(jù)并整合成用于數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)集；規(guī)律尋找是用某種方法將數(shù)據(jù)集所含的規(guī)律找出來；規(guī)律表示是盡可能以用戶可理解的方式（如可視化）將找出的規(guī)律表示出來。數(shù)據(jù)挖掘的任務(wù)有關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、分類分析、異常分析、特異群組分析和演變分析等。

在城市道路智慧照明系統(tǒng)的建設(shè)中，除了基礎(chǔ)性的感測功能、初級分析和判斷、實施的功能外，整個智慧照明系統(tǒng)對于復(fù)雜狀況還應(yīng)要求能夠在數(shù)據(jù)獲取的基礎(chǔ)上，科學(xué)化地運用大數(shù)據(jù)分析，也就是數(shù)據(jù)挖掘算法的科學(xué)運用。具體來說就是在實際運用的過程中，通過傳感器對燈具配光、光源功率和燈具空間位置、道路、時間、季節(jié)、天氣、當(dāng)?shù)匚幕L(fēng)俗、人的生理、心理等數(shù)據(jù)，以及道路兩邊的景觀元素的外形、立面狀況、紋理、顏色、反射等狀況所獲得數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析，而這些數(shù)據(jù)是多類別、多樣化，規(guī)模巨大的，針對這些煩瑣的大規(guī)模數(shù)據(jù)，如果仍然使用一般的數(shù)據(jù)分析工具，則不能夠保證數(shù)據(jù)被完善地利用和分析，而且還容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失。所以，這些數(shù)據(jù)必須在較短的時間內(nèi)及時輸送到智慧照明系統(tǒng)中的云計算服務(wù)平臺，通過數(shù)據(jù)挖掘的科學(xué)方法，對數(shù)據(jù)進行精確化的統(tǒng)計、分析和利用，以此預(yù)測光環(huán)境的變化趨勢，再實施相應(yīng)配光方案，確保照明的智能化，從而達到道路科學(xué)照明的目的。此外，最終的大數(shù)據(jù)分析處理結(jié)果還要求能夠直觀化地呈現(xiàn)出來，以此達到實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率及透明化的數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)管理的功能，從而更好地發(fā)展城市道路智慧照明系統(tǒng)。

3 基于功能分析的基礎(chǔ)上，道路智慧照明工程體系建設(shè)方法分析

城市道路智慧照明系統(tǒng)建設(shè)的提出是從數(shù)字城市照明的應(yīng)用發(fā)展中演化而來的，在實際應(yīng)用的過程中，其是在地理信息系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用的基礎(chǔ)上，通過對大數(shù)據(jù)分析的可視化運用而實現(xiàn)智能化、自動化的控制，以此促使道路智慧照明模式的建立和運用。

在道路智慧照明工程體系實際建設(shè)的過程中，在基于光環(huán)境模式應(yīng)用的基礎(chǔ)上，首先對原先的城市道路照明狀況和路段周圍客觀實際狀況進行實地調(diào)查，對具體路段周圍的自然地理環(huán)境和社會環(huán)境進行資料和數(shù)據(jù)的收集。其次在資料收集的基礎(chǔ)上，工作人員除了要借助數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析外，還要能夠通過初期的實驗工作做好試點工作，通過運用LED聯(lián)網(wǎng)路燈，促使其光源達到可靠耐用、使用期限長、反應(yīng)速度快，以及控制過程靈活度較高的目標(biāo)。再次要正確地選擇適用度較高的傳感器。一般而言，現(xiàn)今常常運用的是光傳感器，紅外線傳感器或半導(dǎo)體傳感器，要求感測設(shè)備要精準(zhǔn)化的收集環(huán)境，設(shè)備，路況等信息數(shù)據(jù)，并能夠及時反饋。最后則是建立統(tǒng)一管理運用的計算機服務(wù)平臺。通過計算機實現(xiàn)一體化系統(tǒng)服務(wù)和統(tǒng)籌管理，從而完善道路智慧照明工程體系建設(shè)。此外，在建設(shè)過程中還要積極地借鑒國外關(guān)于城市道路智慧照明系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展的經(jīng)驗。

在城市道路智慧照明系統(tǒng)初步建設(shè)完畢之后，在實際調(diào)試改進及使用的過程中，工作部門還要根據(jù)系統(tǒng)及實際道路照明狀況建立多個試點，在試點處派遣專門的人員進行管理和檢測實施道路的狀況，并且對試點的檢測結(jié)果進行總結(jié)和分析，再將改進措施及時反饋到照明系統(tǒng)中進行功能完善，以此不斷地促進道路智慧照明系統(tǒng)的建設(shè)。

4 結(jié)語

綜上所述，道路智慧照明系統(tǒng)的建設(shè)是現(xiàn)今信息化技術(shù)應(yīng)用于智慧城市建設(shè)中的重要工作組成部分，在實際建設(shè)的過程中，其能夠正確地運用光環(huán)境模式，科學(xué)研究、合理建立，促使道路照明系統(tǒng)的感測功能和數(shù)據(jù)挖掘功能夠有效地實現(xiàn)，并且強化了對實際應(yīng)用狀況的科學(xué)調(diào)查和分析，選取標(biāo)準(zhǔn)化的智慧照明燈具，做好試點工作，根據(jù)結(jié)果進行分析、總結(jié)、反饋，及時更正和完善照明控制系統(tǒng)，以此促進城市道路智慧照明體系的科學(xué)建設(shè)。

參 考 文 獻

[1]陳仲林，翁季.城市道路智慧照明探討[J].燈與照明，2015，39（4）：13-16.

[2]賈杰.道路交通智能照明系統(tǒng)方案研究[J].中國交通信息化，2015（2）：108-110.

[3]國際商用機器（IBM）有限公司.2010年“智慧城市”在中國[EB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/b15b5c35b7360b4c2e3f64dc.html，2013-10-23.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]