城市亮化工程中智能照明控制系統(tǒng)研究

汪 暉

荊州理工職業(yè)學(xué)院，湖北 荊州 434000

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)城市照明燈已達(dá)26 000 000盞，如此多的照明燈盞導(dǎo)致用電量極高。國(guó)內(nèi)照明的用電量占社會(huì)用電總量的12%。目前我國(guó)的發(fā)電站主要采用火力發(fā)電，對(duì)環(huán)境的污染十分嚴(yán)重，但由于新能源發(fā)電技術(shù)還不夠成熟，要想滿足國(guó)家可靠、穩(wěn)定的用電需求，火力發(fā)電不可或缺，因此如此多的城市照明燈盞勢(shì)必造成較大的城市污染。數(shù)量龐大的照明燈盞還會(huì)產(chǎn)生高額的用電費(fèi)用和照明系統(tǒng)的檢修維護(hù)費(fèi)用，這對(duì)各地市政府也是較大的財(cái)政壓力[1]。在此背景下，有學(xué)者提出了智能照明系統(tǒng)的概念。智能照明的基本理念是照明燈具智能化、用戶設(shè)備智能化以及照明控制智能化。智能照明系統(tǒng)的建立可以促進(jìn)城市照明向著更加節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。

在可持續(xù)發(fā)展背景下，城市亮化工程不僅要完全滿足城市照明的用電需求，還應(yīng)滿足城市的可持續(xù)發(fā)展要求，通過(guò)新能源發(fā)電技術(shù)和智能控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電能節(jié)約、環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。例如，絕大多數(shù)的路燈系統(tǒng)都已經(jīng)采用了太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，在一些亮度要求不高的路段，太陽(yáng)能燈具在正常光照條件下積攢的電量完全夠用，極大地節(jié)省了燈具的電費(fèi)開支，同時(shí)更加充分地利用了自然能源。

1 智能照明及亮化工程智能控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式

在智能照明及亮化工程中，智能控制系統(tǒng)是核心部分，正是由于智能控制系統(tǒng)的存在，城市亮化的智能照明系統(tǒng)才得以正常運(yùn)行。在智能控制系統(tǒng)中，城市中的所有智能燈具都有一個(gè)明確的標(biāo)識(shí)，當(dāng)某一個(gè)地方的燈具發(fā)生故障時(shí)，智能控制系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間得到反饋并準(zhǔn)確定位，檢修人員根據(jù)主控中心的數(shù)據(jù)快速處理。為了實(shí)現(xiàn)城市照明的科學(xué)化和精細(xì)化管理，讓智能照明系統(tǒng)得到更好的成本控制，首先，必須構(gòu)建一個(gè)科學(xué)合理的控制系統(tǒng)，其功能也需要盡可能強(qiáng)大，工作人員通過(guò)中控中心可以實(shí)現(xiàn)更多的操作。其次，可靠性和穩(wěn)定性也是智能控制系統(tǒng)最為重要的兩個(gè)基本要求。同時(shí)考慮到照明系統(tǒng)的快速發(fā)展，智能控制系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)有良好的可拓展性和通用性，以便在系統(tǒng)升級(jí)或者加入新的照明系統(tǒng)時(shí)改造成本更低。

在常規(guī)設(shè)計(jì)方案中，主要是通過(guò)時(shí)間控制和光亮控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具的智能控制。時(shí)間控制是指在不同的季節(jié)根據(jù)日出日落的時(shí)間智能控制燈具的開關(guān)，即在沒(méi)有人工參與的情況下，公共地域的燈具可以根據(jù)時(shí)間的設(shè)定完成開關(guān)操作。光控操作比時(shí)間操作更加智能、節(jié)能，光控方式可以根據(jù)環(huán)境光線的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)燈具的開啟，這種控制方式主要是通過(guò)光亮傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，在傳感器感受到光照值低于一個(gè)數(shù)值時(shí)，燈具就會(huì)自動(dòng)打開[2-3]。光控方式可以根據(jù)環(huán)境光線的變化控制燈具，因而主要應(yīng)用于道路照明及小區(qū)照明。除了這兩種控制方式，還有聲控等方式，聲控方式能實(shí)現(xiàn)人經(jīng)過(guò)時(shí)燈自動(dòng)亮起，主要用于洗手間照明和走廊照明。

聲控方式和光控方式適用的范圍比較小，光控方式并不適用于裝飾性照明場(chǎng)所，而時(shí)控的方式則可以適用于絕大部分場(chǎng)所，目前照明的控制基本是基于時(shí)間控制方式實(shí)現(xiàn)的。但在時(shí)控方式中，由于不同季節(jié)的光照時(shí)間不同，需要根據(jù)不同的時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，操作起來(lái)相對(duì)比較麻煩。更主要的是，在陰天等光照條件較差的情況下，時(shí)控方式會(huì)出現(xiàn)諸多不適用的情況。因此，為了更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制和智能控制，減少時(shí)間管理成本，并且擴(kuò)大適用范圍，在夜景照明控制中采用智能照明控制系統(tǒng)十分必要，這樣有利于照明系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)管理，向著更加人性化的方向發(fā)展。

2 智能照明及亮化工程智能控制系統(tǒng)的組成

2.1 信息平臺(tái)

信息平臺(tái)是一個(gè)綜合的服務(wù)機(jī)構(gòu)，通過(guò)信息平臺(tái)可以收集城市中各種燈具的相關(guān)數(shù)據(jù)，比如在各個(gè)燈具編號(hào)之后工作人員可以準(zhǔn)確地獲取其實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。信息平臺(tái)由統(tǒng)一認(rèn)證、授權(quán)系統(tǒng)、服務(wù)注冊(cè)系統(tǒng)、集成管理系統(tǒng)、任務(wù)管理系統(tǒng)等共同組成，并且信息平臺(tái)還要連接數(shù)據(jù)庫(kù)，以及命令分析系統(tǒng)。一方面，通過(guò)信息平臺(tái)可以將照明控制精細(xì)化，特別是在檢修的過(guò)程中，如果某一個(gè)地區(qū)的某個(gè)燈具發(fā)生故障，在沒(méi)有信息平臺(tái)加入之前，檢修人員往往在處理時(shí)有相當(dāng)大的滯后性，只有在群眾反映或者定期檢查的時(shí)候才能夠準(zhǔn)確地定位出發(fā)生故障的是哪一臺(tái)燈具，而在引入信息平臺(tái)之后，各個(gè)燈具的運(yùn)行狀態(tài)都可以被實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且通過(guò)可視化手段，工作人員還可以準(zhǔn)確地獲取故障燈的位置信息。另一方面，信息平臺(tái)中的命令分析系統(tǒng)可以將管理者的控制命令進(jìn)行細(xì)化、分解處理，將人直接的命令分解成機(jī)器控制語(yǔ)言，然后向各個(gè)照明燈具傳達(dá)控制命令[4]。

信息平臺(tái)與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的連接可以讓信息平臺(tái)收集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便進(jìn)行集中管理。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以采集存儲(chǔ)城市的空間信息數(shù)據(jù)，同時(shí)可以存儲(chǔ)智能照明及亮化工程運(yùn)轉(zhuǎn)的全部數(shù)據(jù)。除此之外，信息平臺(tái)還可以收集城市二維和三維空間數(shù)據(jù)，對(duì)照明燈進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，分析燈具的正常運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和不良運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，再通過(guò)和GIS立體地圖技術(shù)的結(jié)合，將照明燈的發(fā)布數(shù)據(jù)可視化，技術(shù)人員通過(guò)屏幕監(jiān)控就可以觀察到智能照明系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況。

2.2 設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

為了準(zhǔn)確地獲取智能照明系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)必不可少。設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在終端主要由各類傳感器組成，當(dāng)燈具的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生異常時(shí)，傳感器就可以實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)到電流和功率的異常數(shù)據(jù)，并且通過(guò)通信系統(tǒng)反饋到信息平臺(tái)，信息平臺(tái)在采集到數(shù)據(jù)之后反饋到主控屏上。在設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中，傳感器技術(shù)和電氣自動(dòng)化技術(shù)都占有十分重要的地位，同時(shí)遠(yuǎn)程控制技術(shù)的加入也讓燈具控制變得更加方便。設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電氣設(shè)備的功率、頻率、電流及電壓數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)等多項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)因?yàn)樵O(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)都配有自動(dòng)報(bào)警功能，所以當(dāng)某一項(xiàng)參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，這些故障信息都會(huì)被自動(dòng)地上報(bào)給信息平臺(tái)，工作人員可以及時(shí)地了解具體的參數(shù)信息。設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可以保證智能照明及亮化工程的正常運(yùn)行。

2.3 安全監(jiān)控系統(tǒng)

作為城市中的亮化工程，智能照明關(guān)系到居民的正常生活，只有在充分保證安全的前提下才能進(jìn)行后續(xù)的智能控制。安全監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)屬于智能照明體系的核心部分之一，主要是通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。安全監(jiān)控系統(tǒng)的視頻采集端為高清智能攝像頭，可以24 h不間斷地監(jiān)控各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)影像。視頻采集終端與設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)共享各個(gè)燈具上的傳感器，視頻數(shù)據(jù)采集之后通過(guò)光纜或者無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄⒁曨l圖像傳輸給視頻分析系統(tǒng)。

安全監(jiān)控可以一定程度上減少人為損壞和安全隱患的發(fā)生。首先，智能照明系統(tǒng)有大量的線纜設(shè)施和照明燈，這些設(shè)施的造價(jià)成本不菲，如果發(fā)生盜竊事件將會(huì)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響城市居民的正常生活，而安全監(jiān)控系統(tǒng)可以在一定程度上減少偷竊事件的發(fā)生。其次，照明燈和線纜附近的積水是照明系統(tǒng)的一大威脅，通過(guò)安全監(jiān)控系統(tǒng)工作人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)積水區(qū)域，出動(dòng)維修人員及時(shí)排除隱患，保證照明系統(tǒng)的正常使用，防止出現(xiàn)漏電危險(xiǎn)[5]。

2.4 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

在大數(shù)據(jù)技術(shù)興起之后，大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得十分明顯，并且在各個(gè)領(lǐng)域都得到了十分廣泛的應(yīng)用。智能照明及亮化工程中的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)引入大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，同時(shí)接入云計(jì)算平臺(tái)。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對(duì)大批量的數(shù)據(jù)做出準(zhǔn)確的分析，并且通過(guò)云計(jì)算技術(shù)和人工智能技術(shù)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速掃描處理，分析其數(shù)據(jù)特征，快速地進(jìn)行分類。比如通過(guò)數(shù)據(jù)分析，管理者可以更好地從數(shù)據(jù)分析的角度掌握智能照明及亮化工程的使用規(guī)律，當(dāng)某個(gè)地方的照明使用頻率較高時(shí)，可以考慮把燈具的控制方式改為時(shí)控方式，因?yàn)闀r(shí)控方式的適用性更廣，更加符合某些高照明需求地區(qū)的需要。

2.5 照明策略管理系統(tǒng)

照明策略管理系統(tǒng)通過(guò)智能算法可以實(shí)現(xiàn)自我學(xué)習(xí)，如自動(dòng)學(xué)習(xí)光照控制策略，自動(dòng)地調(diào)整光照時(shí)間。照明策略管理系統(tǒng)還可以根據(jù)城市的規(guī)模和居民的作息規(guī)律等因素對(duì)照明策略進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，制定出最合適的照明控制策略。

3 結(jié)束語(yǔ)

智能照明及亮化工程是一項(xiàng)惠及民生的工程，通過(guò)智能照明系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市照明的智能控制，同時(shí)有利于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，減少財(cái)政支出。目前智能照明及亮化工程的構(gòu)想還處于初級(jí)階段，很多設(shè)想還需要進(jìn)一步地調(diào)整和完善，相信在未來(lái)的發(fā)展中，智能照明及亮化工程會(huì)更加完善、更加智能化。