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关于城市智慧照明相关问题的探讨

放大字体  缩小字体 照明中国网   发布日期:2015-05-14  来源:《照明》  作者:李竞 刘友泉  
  1 前言
 
  随着经济转型期的到来,多地围绕着移动互联、云计算与物联网,着力打造城市“智慧经济”。智慧照明作为“智慧经济”的一个环节,受到各地的追捧。但是,城市智慧照明目前还处于起步阶段,很多名词术语没有统一的定义,技术上也没有统一的标准,未来会发展到什么程度也没有统一的认识。本文尝试围绕这些问题逐一进行探讨。
 
  2 智慧照明的由来
 
  2008年,IBM总裁彭明盛首次提出“智慧地球”(Smart Planet)的概念,他认为,智能技术正应用到生活的各个方面,如智慧的医疗、智慧的交通、智慧的电力、智慧的食品、智慧的货币、智慧的零售业、智慧的基础设施甚至智慧的城市,这使地球变得越来越智能化。“智慧城市”(Smart City)来源于“智慧地球”,而“智慧照明”(Smart Lighting)则脱胎于“智慧城市”。
 
  “Smart”在英语中原意为“灵活”、“反应快”,引申为“聪明”的意思。在室内照明中,“Smart lighting”往往被翻译成“智能照明”;而在室外城市照明中,往往将其翻译为“智慧照明”。与“智能”相比,“智慧”将原来的英文语义提高了一个档次:“智”是智能,是智商;“慧”是洞察,是创造,是情商。“智慧”个体以独立的思维为基础,是可以对环境产生应激、甚至与人类交互对话的。因此,按照中文的译法,“智慧照明”的要求是相当高的。
 
  3 智慧照明的定义
 
  “智慧照明”的要求相当高,很多管理部门和相关企业也对其寄予厚望。随着技术和理念的进步,“智慧照明”的定义和内涵将不断更新发展。从目前来看,本人认为,智慧照明指的是通过物联网技术,及时准确地获取大量城市照明运行、维护等相关数据,并通过电脑、云服务器等方式进行存储与实时分析,完成自动收集、自动统计、自动分析、自动派单等功能的新型的城市照明生产组织方式。
 
  智慧照明不仅仅是节能,它对提高城市照明管理水平、节省运行维护成本有巨大作用,代表了城市照明运行维护的先进生产方式,是城市照明发展的大势所趋。
 
  4 智慧照明系统的架构
 
  智慧照明基于物联网技术,而物联网是基于传感器的网络。一般情况下,智慧照明系统的架构可分为三个层级,即终端、集控、平台。
 
  (1)终端
  终端控制器(单灯控制器)是传感器的集合,是系统层级的前端神经末梢。系统通过终端的各种传感器或控制器采集电流、电压、功率等数据,控制单灯的启闭和调光状态。终端应兼容电感镇流器、电子镇流器和LED电源。对于景观照明系统,一般不必设置终端层级。
 
  (2)集控
  集控一般设置在开关箱内。终端通过电力载波(PLC)、zigbee等通信技术,将数据发送到集控装置进行汇总,再由集控装置通过GPRS/CDMA/3G/Internet等通信网络,将数据发送至平台。
 
  (3)平台
  平台负责汇总来自集控装置的数据,并对数据进行存储、分析、处理,形成各种报表、提醒、建议,或者自动派单解决。对单灯和集控的各类命令也由平台统一发出。维修人员也可配备移动终端(如手机),接受平台发出的指令。平台一般处于云端。
  系统架构的实现在技术上不存在难度,关键是架构设计布局对城市照明管理的理解是否透彻,功能设计是否实用、功能关联是否细致,以及使用界面是否体贴、合理等。
 
  5 智慧照明系统的常规功能
 
  现有的智慧照明系统厂家和品牌众多,各自产品的形态、功能和效果也五花八门。一般来讲,智慧照明系统应包含以下常规功能。
 
  (1)数据采集与监测
  系统利用传感设备或模块,对照明设施运行的电流、电压、功率、功率因数等数据进行采集,或者视频实时监控,并传输到监控平台。对于照明设施的启闭状态、接触器状态、漏电流、异常电流(如偷电造成的电流)、电缆是否断开、工作温度等进行监测或自动巡检,发现异常可及时报警,必要时自动断电。同时,报警点应有精确的地理信息定位。
 
  (2)数据分析
  在数据采集的基础上,系统(主要是后端平台)应对相关数据进行自动分析。这些数据可分为三个种类(层次):一是实时数据,如实时的亮灯率、功耗等;二是累计数据,如节能率、维修率、维修出动人次等;三是管理数据,如不同产品的寿命分析、不同品牌的质量分析、月度或年度数字城管(投诉)情况分析、养护单位自查情况分析、灯杆广告管理分析等。
  数据分析有赖于城市照明基础数据库的建立、健全和及时更新。如产品寿命分析,前提是竣工数据录入,明确投运年限;又如品牌质量分析,前提是在基础数据中增加灯具厂家、施工、设计等单位信息以及项目经理信息,才有分析的数据基础、并可与诚信系统关联管理。基础数据库的功能还可以进一步拓展,比如,还可以包含景观照明工程预备项目,可以按照路名汇总道路两侧已建与待建项目并生成子数据库,实际做到景观照明项目“一路一库”的功能。目前,对大多数城市来说,城市照明基础数据库是薄弱环节。
 
  (3)控制功能
  控制功能包括控制灯具的启闭、光输出(调光)、色温甚至调整照射方向等功能。利用控制功能,可以预设城市照明的亮灯策略。例如,可以设定平时、节假日、重大节假日、维护等多种模式;通过调色温,可以在夏天使用冷色调,给人清凉的感觉,冬天使用暖色调,给人温暖的感觉;通过调光,可以改变灯具的实际输出功率,这也是目前城市照明节能的主要手段。另外,通过灯具的调光功能,在灯具使用初期采用80%光输出运行,当光源光衰到一定程度后,采用100%的光输出运行,可以有效平衡维护系数的影响,提高设施使用寿命。
 
  (4)判断与处理功能
  技术的发展目的是把人从简单重复性劳动中解放出来。必须赋予智慧照明系统一定的判断和处理功能,使其能够对常规问题自动派单解决,对复杂问题进行自动计算并提供合理建议。这一功能实现了生产组织、生产调度的自动化,应当成为智慧照明的基本要求。
 
  6 当前智慧照明存在的问题
 
  目前,智慧照明尚处于起步阶段,基本上还达不到“智慧”的要求。在技术层面,也没有统一的标准,各个城市各自为政,因而普遍存在一系列问题。
 
  (1)基本达不到“智慧照明”的要求
  当前所谓的“智慧照明”,仅关注于节能控制和节能数据的分析,以及照明设施的远程集中控制,没有组织调度生产的能力,离真正的“智慧照明”还有一定的差距。
 
  (2)标准缺失
  在国家层面目前还没有智慧照明的统一标准,各厂家的智慧照明设备之间存在不兼容现象,某些软件采用自定义的非标协议进行通信,乙厂家要在甲厂家设备的基础上维护升级,必须要求甲对其开放协议。而协议融合基本上是一次新的开发过程。这一问题较难解决,造成当前该技术具有天然排它性,先期进入的厂家很容易获得自然垄断地位。目前,《LED公共照明智能系统接口应用层通信协议》等国家标准正在编制中。在标准出台之前,智慧照明系统的招标(包括新建与养护),可能需要在合同中注明中标单位协议开放条款,避免将来出现兼容性问题。
 
  (3)部分功能还无法实现
  以漏电监控为例。按照《城市道路照明工程施工及验收规程》,路灯照明接地系统应采用TT系统或TN-S系统,相应地,漏电监测可分别安装在单灯上或集控上。相对TT系统每盏都要安装漏电检测设备,采用TN-S系统成本更低(只需在集控上安装一个设备),且不需要重复接地。目前,采用老式TN-C接地系统的路段还在各个城市中普遍存在,没有改造为TN-S系统,带来了一定的安全隐患(电击风险),且这些老路段由于技术问题无法安装漏电监测设备。
  智慧照明的许多功能还有赖于城市照明设施本身的健全和按标准实施。
 
  (4)抗干扰能力弱,上线率不高
  外接电源设备(如广告照明、交通灯等)会对电力载波形成干扰,造成单灯控制装置对集控装置的数据传输失误。此外,集控装置的丢包率目前还较高,以杭州为例,上线率也只能约达到96%.
 
  7 智慧照明未来展望
 
  (1)LED成为智慧照明主流光源
  与高压钠灯等气体放电灯相比,LED与智慧照明的结合具有先天优势。高压钠灯等气体放电灯难以实现无级调光,在启动的5分钟内必须满功率运行,且不足功率运行会造成光源熄弧现象,还会对光源寿命带来不良影响。而LED的调光比较灵活,通过PWM调光,可以在任意光输出下稳定工作,在较低平均功率下运行甚至能延长LED光源寿命。LED还能实现调色温功能。目前国内LED系统的接口的联盟标准已经出台,不同厂家的产品将实现相互替换,大大降低了养护运行成本,有利于LED路灯的进一步推广。在将来,LED无疑会成为智慧照明的主流光源。
 
  (2)与智慧城市、智慧城管整合
  智慧照明是智慧城市、智慧城管的一部分,未来会与后两者完全整合在一起,共享平台和数据,利用更加先进的组合策略,共同解决城市建设和管理中存在的问题。
 
  (3)与未来科技无缝衔接
  目前,很多先进的科技理念已经在萌芽并快速成长中。城市照明设施与移动互联、虚拟现实、自动驾驶车辆、智能机器人等技术存在结合点,在智慧照明系统的统一调度下,城市照明设施将不仅仅是市政设施,也有可能为社会带来更多的公共服务,并存在盈利空间。
 
  (4)管理部门与平台深度融合
  在智慧照明的框架下,根据需求不断添加各种功能,最终整个系统的生产调度、解决问题的能力越来越强,城市照明管理部门对智慧照明平台的依赖程度也越来越高,部门与平台深度融合,会形成“平台即部门、部门即平台”的效果,两者无法脱离。在不远的将来,甚至可能会诞生“智慧照明机器人”的概念,智慧程度将会有进一步提升空间。
 
  8 结论
 
  城市智慧照明不仅仅是节能,而是能完成自动收集、自动统计、自动分析、自动派单等功能的新型城市照明生产组织方式,对提高城市照明管理水平、节省运行维护成本有巨大作用。但是,目前智慧照明还处在起步阶段,许多问题还有待解决,尤其是相关统标准有待制定。相信随着科技的发展,目前存在的问题会逐一解决,智慧照明的未来将会前景无限。
 
 
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