李增勇，蕭倩美，何秀娟

（廣東朗杰光源有限公司，廣東中山 528400）

0 引言

智慧路燈是智慧城市的重要組成部分。其應(yīng)用城市傳感器、電力線載波／ZIGBEE通信技術(shù)和無線GPRS／CDMA通信技術(shù)等，將城市中的路燈串聯(lián)起來，形成物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的遠(yuǎn)程集中控制與管理，具有根據(jù)車流量、時(shí)間、天氣情況等條件設(shè)定方案，自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度、遠(yuǎn)程照明控制、故障主動(dòng)報(bào)警、燈具線纜防盜、遠(yuǎn)程抄表等功能。智慧路燈實(shí)施完成后不僅可對(duì)社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，而且能直接產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，還能加強(qiáng)公共照明管理信息化建設(shè)，提升應(yīng)急調(diào)度和科學(xué)決策能力，減少因照明故障引起的交通事故和各類社會(huì)治安事件，節(jié)約城市公共照明能耗，打造低碳環(huán)保型城市，建設(shè)宜居地區(qū)。智慧路燈有效控制能源消耗，大幅節(jié)省電力資源，提升公共照明管理水平，降低維護(hù)和管理成本并利用計(jì)算等信息處理技術(shù)對(duì)海量感知信息進(jìn)行處理和分析，對(duì)包括民生、環(huán)境、公共安全等在內(nèi)的各種需求做出智能化響應(yīng)和智能化決策支持，使得城市道路照明達(dá)到“智慧”狀態(tài)。智慧路燈作為城市建設(shè)中的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，其對(duì)于保障人們的正常生活具有十分重要的作用。隨著智慧城市的不斷興起，路燈的建設(shè)也應(yīng)更加趨于智慧化和智能化，確保提高整個(gè)城市的發(fā)展水平。因此，應(yīng)將智慧路燈合理地運(yùn)用到城市道路照明中，確保能夠促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。本文針對(duì)智慧路燈在城市道路照明中的應(yīng)用展開具體的分析與討論［1］。

1 智慧路燈系統(tǒng)及功能分析

當(dāng)前，國內(nèi)的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)管理模式較為簡(jiǎn)單，服務(wù)質(zhì)量和節(jié)能水平相對(duì)較低。在建設(shè)智能城市的過程中，需要使用到具備一定智能水平的路燈裝置，其需要涉及到無線GPRS／CDMA通信技術(shù)以滿足遠(yuǎn)程控制的需求，并且也能基于傳感器與自身的處理硬件來進(jìn)行自動(dòng)化的控制，從而能夠有效地連接城市每個(gè)角落的路燈裝置，使之形成物聯(lián)網(wǎng)，更好地產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，并且能夠遠(yuǎn)程操作路燈，進(jìn)行集中管理。除此之外，智能路燈還集成有自動(dòng)化控制系統(tǒng)，基于多種類型的傳感器與控制模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)依據(jù)當(dāng)前的天氣、時(shí)間與交通流量來控制其照明開關(guān)與強(qiáng)度。此外，其還能夠通過集成監(jiān)控報(bào)警模塊，給城市監(jiān)控管理提供更多的信息源，能很好地防止城市線纜盜竊的問題。隨著當(dāng)前信息技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，智能路燈也在不斷地發(fā)生著創(chuàng)新發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨向更加完善的方向。隨著智能路燈的信息獲取與處理能力的不斷提升，其將更好地進(jìn)一步支撐現(xiàn)代化智能城市的發(fā)展［2］。

1.1 LED路燈模塊

相較于傳統(tǒng)路燈，LED 路燈有著較為突出的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，其采用的鈉燈在電能消耗上可大大降低。智慧LED路燈進(jìn)一步集成了控制、遠(yuǎn)程通信以及傳感器等模塊，能夠廣泛地搜集周邊環(huán)境與路燈自身工作狀態(tài)，進(jìn)而通過遠(yuǎn)程傳輸其所采集的數(shù)據(jù)信息，交由中央控制系統(tǒng)進(jìn)行判定，最終做出控制決策。一般而言，LED路燈多采取靜電噴塑處理其外部結(jié)構(gòu)，并且其散熱一般采用鋁合金材料達(dá)到較好的效果。此外，路燈會(huì)安置帶刻度的調(diào)節(jié)器于其轉(zhuǎn)角處，能夠幫助工作人員更加方便地對(duì)其進(jìn)行調(diào)整或更換［3］。

1.2 信息采集模塊

信息采集模塊的作用在于廣泛地采集智慧路燈所工作地點(diǎn)的環(huán)境信息，并對(duì)其進(jìn)行妥善地存儲(chǔ)與傳輸。在這一模塊中所集成的LED燈桿全彩屏能夠承擔(dān)起信息發(fā)布的作用，既可以展示公益廣告或是政策宣傳等信息，也可以展示營銷信息，極大地提升了路燈這一傳統(tǒng)照明裝置在現(xiàn)代城市中所發(fā)揮的效用。因此，智慧LED路燈集成信息采集模塊，能夠極大地提升現(xiàn)代化城市的管理效能，創(chuàng)造更多的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，進(jìn)一步推動(dòng)城市與居民生活的發(fā)展［4］。

1.3 智能充電模塊

智能充電模塊的作用在于能夠?yàn)樾枰o急充電需求的電動(dòng)汽車提供電能支持，能夠有效地提升電動(dòng)汽車在城市中的使用便利性。此外，通過集成相應(yīng)的收費(fèi)裝置，能夠在提供便捷充電的同時(shí)，進(jìn)一步為城市公共設(shè)施創(chuàng)造收益，促使現(xiàn)代化城市能夠保持長期可持續(xù)的發(fā)展。

1.4 智能報(bào)警模塊

智能報(bào)警模塊的作用在于能夠?qū)ν鈴V播各類信息。該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)兩種類型的信息傳播形式，一是對(duì)外廣播，由中央控制中心發(fā)布需要廣播的信息，通過該模塊向外界進(jìn)行傳播，其廣播的信息多為政務(wù)、新聞以及緊急信息等；二是戶外分機(jī)呼叫中心，其能夠在民眾于路燈附近遇見緊急情況時(shí)，通過該模塊所設(shè)計(jì)的一鍵報(bào)警按鈕向控制中心報(bào)警，應(yīng)急處置部門人員就能夠依照路燈位置，快速定位事件發(fā)生地并及時(shí)趕到，排除風(fēng)險(xiǎn)問題［5］。

1.5 智能監(jiān)控模塊

智能監(jiān)控模塊的作用在于能夠提供全景視頻監(jiān)測(cè)、跟蹤以及識(shí)別的功能。其基于模塊所集成的高清攝像傳感器，配合有著較高算力水平的硬件配置，能夠?qū)β窡舾浇沫h(huán)境進(jìn)行24 h的高清監(jiān)控，配合交通運(yùn)輸部門對(duì)道路進(jìn)行調(diào)控疏通。

2 智慧路燈與傳統(tǒng)路燈對(duì)比分析

LED是一種冷光源，光譜在可見光范圍內(nèi)，照明效率高，能以較低的能量發(fā)揮較高的照明效果。這種光源體積小，可以用作微型燈，廣泛應(yīng)用于電子燈箱等。在許多情況下，LED 被用作點(diǎn)光源，其白光非常好，晚上的燈光可以給人們區(qū)分物體帶來極大的方便。在光源發(fā)出后，LED 光被定向，以便大部分光可以被發(fā)送到所需的照射位置。與傳統(tǒng)光源相比，利用率有很大提高［6］。

2.1 能耗方面

傳統(tǒng)照明路燈的年耗電量為50 056億kW·h，而智慧路燈每年可節(jié)省1 000億kW·h的電量。因此，在現(xiàn)代化城市發(fā)展中，廣泛地運(yùn)用智慧路燈，將能夠顯著地降低城市公共設(shè)施耗能，提升城市能源利用效率，進(jìn)一步推動(dòng)城市長期、可持續(xù)發(fā)展。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益方面

假定城市照明從晚上6 點(diǎn)至8 點(diǎn)、10 點(diǎn)至12 點(diǎn)，單盞燈亮12 h。那么相較于250 W高壓鈉燈，城市智能照明系統(tǒng)能夠降低70%的功耗，在凌晨12 點(diǎn)至6 點(diǎn)內(nèi)將能降低30%的功耗。在上述使用情況下，每年智能道路照明系統(tǒng)每盞燈將節(jié)省800元使用成本，極大地降低了城市照明成本［7］。

2.3 控制技術(shù)方面

城市智慧路燈照明系統(tǒng)采用GPRS＋ZigBee 和GPRS＋電力線載波通信進(jìn)行遠(yuǎn)程通信控制。一般而言，GPRS 負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離的傳輸與控制，而ZigBee和電力線載波技術(shù)則是負(fù)責(zé)短距離的組網(wǎng)。通過對(duì)上述幾種技術(shù)進(jìn)行集成，能夠有效地發(fā)揮每種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，補(bǔ)足各種技術(shù)的劣勢(shì)，從而有效地完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽?］。

2.4 關(guān)于壽命

LED光源的使用年限很長，一般在5～8 萬h。然而，在實(shí)際使用中，影響LED光源壽命的因素很多，在使用中不可避免地受到溫度變化、紫外線輻射等因素的影響，而配套電容器的壽命較短，往往不超過1 萬h。在LED 的工作過程中，并非所有的電能都能轉(zhuǎn)化為光，而是一部分轉(zhuǎn)化為熱能。長期保持高溫會(huì)影響其自身的壽命，容易因過熱而燒毀。以前用的高壓鈉燈平均壽命不到3 萬h，鎮(zhèn)流器的壽命往往大于燈本身的壽命。因此，更換燈泡后，鎮(zhèn)流器仍可使用。這樣，不僅可以看到照明設(shè)備本身的壽命，還可以考慮整個(gè)燈具的壽命［9］。

3 LED光源在城市道路照明中的具體應(yīng)用

為了進(jìn)一步探索LED光源的實(shí)際照明效果，對(duì)使用LED光源路燈的路段進(jìn)行了實(shí)際測(cè)驗(yàn)。測(cè)量儀器采用Tes1339 照度計(jì)；測(cè)量方法主要采用國際照明委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)推薦的等距測(cè)量方法；測(cè)量范圍不包括人行道；在同一路段，對(duì)照組采用400 W＋250 W高壓鈉燈進(jìn)行測(cè)試。

同時(shí)，對(duì)LED路燈和高壓鈉燈的能耗進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試儀器為dds334 單相電子式電能表，測(cè)量方法為單光源供電。通過試驗(yàn)得出以下結(jié)論：LED 路燈的功耗遠(yuǎn)小于高壓鈉燈，約為高壓鈉燈的21%；在實(shí)際道路照明中，LED路燈將低于高壓鈉燈作為對(duì)照組；考慮到普通照度計(jì)對(duì)窄帶LED光源測(cè)量校正系數(shù)的影響，受限于測(cè)量條件和照度合成失敗，LED 路燈的實(shí)際照度值可能大于實(shí)際測(cè)量值。

4 智慧LED路燈在城市道路照明中的應(yīng)用前景

未來的道路照明控制技術(shù)將以智慧城市和物聯(lián)網(wǎng)的理念，融合電子、控制、通訊等新技術(shù)，提供更高質(zhì)量的公共服務(wù)。目前，道路照明系統(tǒng)得益于智能化技術(shù)的不斷進(jìn)步，已經(jīng)突破過去的發(fā)展桎梏，向著標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化的方向不斷發(fā)展［10］。

4.1 智能化

照明控制技術(shù)在過去已經(jīng)經(jīng)歷過多次的技術(shù)迭代，由最早的機(jī)械開關(guān)控制發(fā)展成現(xiàn)在的自動(dòng)化控制。但是，目前智能城市的發(fā)展對(duì)于照明控制技術(shù)提出了更高的要求，需要其能夠結(jié)合當(dāng)下更為先進(jìn)的各類電子信息與遠(yuǎn)程通信技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)智能化的控制效果。并且，隨著城市建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，路燈這一傳統(tǒng)的照明設(shè)施也被要求集成更多的功能特性。這就要求所采用的控制系統(tǒng)需要具備充分的拓展性，能夠集成更多的功能模塊，實(shí)現(xiàn)更多的需求。當(dāng)前，國內(nèi)的北上廣深等城市已經(jīng)開始進(jìn)行智能道路控制系統(tǒng)的試點(diǎn)。通過升級(jí)系統(tǒng)軟硬件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)路燈照明的變頻、調(diào)光與功率控制，并且還可以對(duì)周邊環(huán)境信息進(jìn)行廣泛地搜集，從而實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的自動(dòng)化控制，并且也能達(dá)到很好的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障反饋效果，促使城市照明更加地穩(wěn)定與智能［11］。

4.2 規(guī)范化

現(xiàn)代化的照明系統(tǒng)集成了多種設(shè)備，因此不可能由單一供應(yīng)商提供。但是，每個(gè)廠家生產(chǎn)兼容性有差異，實(shí)際使用會(huì)受到影響。因此，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)是智慧LED路燈在城市道路照明的必要趨勢(shì)。政府部門要帶頭對(duì)照明設(shè)備的接口進(jìn)行統(tǒng)一，從而加強(qiáng)行業(yè)內(nèi)設(shè)備的兼容性，加強(qiáng)企業(yè)間的合作，避免資源浪費(fèi)。

4.3 網(wǎng)絡(luò)化

基于當(dāng)前成熟的通信介質(zhì)，如CDMA、GPRS、光纖通信、PLC和現(xiàn)場(chǎng)總線，促使智慧LED 路燈能夠?qū)崿F(xiàn)在線調(diào)控的功能。作為當(dāng)前創(chuàng)新發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其基于各類通信技術(shù)，將多種智能設(shè)備聯(lián)系起來，組合其功能，從而達(dá)到較好的使用效果。作為一種集合了網(wǎng)絡(luò)、傳感器、人工智能等技術(shù)的新概念，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)又被看成是第三次信息技術(shù)革命的契機(jī)?；谠摷夹g(shù)，能夠進(jìn)一步提升城市照明控制系統(tǒng)的智慧水平，提升其長期使用的穩(wěn)定性，降低其使用成本。

5 結(jié)束語

智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用可以有效節(jié)約傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)運(yùn)行所消耗的資源能源，提高智能路燈系統(tǒng)的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)路燈的遠(yuǎn)程控制，解放人力，降低人力成本，進(jìn)一步促進(jìn)人們生活便利，提升城市的智能水平。因此，首先需要通過調(diào)查研究明確智慧路燈在現(xiàn)代城市中的使用有效性，充分地分析其在能耗、效益以及控制技術(shù)3 方面的優(yōu)勢(shì)點(diǎn)，并明確其在城市中的應(yīng)用能夠極大地節(jié)約電能并提升質(zhì)量，促進(jìn)現(xiàn)代城市的長期、可持續(xù)發(fā)展。