城市道路智慧照明探讨

陈仲林，翁 季

(重庆大学 建筑城规学院，重庆 400045)

0 引言

城市道路智慧照明是信息时代城市道路照明的新形态。它目的是使信息技术深入应用到城市道路照明管理和使用各个过程中，使人们出行更安全、快速、节能，使人们生活更便捷、美好，提升城市形象，促进经济发展。

城市道路智慧照明是信息时代发展的必然产物。从道路照明的目标来说，城市道路智慧照明就是给出行的人们提供适时适度所需的道路照明水平，这就要求城市道路照明充分借助物联网等新技术，在夜间车辆稀少时，仅将人们前方道路照明路灯适时适度打开，通过后如没有后续车辆，则在一定时间后调低路灯照明水平，节约电能。总之，城市道路智慧照明就是可以使路灯迅速、灵活、正确地判断道路上人们对照明的需求，并给人们适时适度提供所需的照明水平。这种城市道路智慧照明系统应采用物联网等技术，通过具有不同功能的传感器侦测环境光和人们实时需要的变化，动态调整照明水平。城市道路智慧照明的组成，即物联网路灯加上光环境智慧模式，强调了该系统必须采用物联网等技术，并实时调整道路照明水平，从这个角度看，该系统具有专业人员一样的智慧。因此，把城市道路智慧照明看成是互联网加上路灯就会降低路灯在智能方面的要求，缩小了智慧照明在大数据处理和天气等周围环境建模方面的研究范围。虽然把城市道路智慧照明看成是互联网加上路灯，或者说成是联网路灯，非常通俗易懂，简单明了，但是，对于城市道路照明智慧而言，缺少光环境智慧模式和物联网等技术的应用，就降低了实时自动按需调整照明水平要求，造成智慧程度不够。

1 研究概况

利用智慧城市研究成果，开展城市道路智慧照明研究，是当今道路照明发展的趋势和特征。

目前，国内外照明企业和照明科技工作者都在研究智慧照明，但研究成果主要体现在硬件上。例如:研制出不少远程道路照明控制平台，像飞利浦和爱立信公司推出了联网路灯系统。安徽合肥采用互联网和路灯的城市道路智慧照明系统，对全市17 万盏路灯进行远程管理。这样的成果不断涌现，引起了照明工程理论工作者高度重视。2014年v，在丹麦阿尔贝特斯隆举办的“显微镜下的城市”国际研讨会上，有学者介绍了利用太阳能和风能，以及采用LED 节能光源的城市智慧照明实际工程案例，并展示了位于丹麦Hersted 工业区长约10 km 的生活试验区，该工程采用了装有广角红外摄像头的智慧路灯系统，能监控过往的车辆、行人以及小动物。无人时，路灯保持低亮度;有人时，路灯提前升高亮度，从而使城市道路照明更加人性化，并有效节能。

从以上国内外城市道路智慧照明应用情况来看，从智慧照明理论层面进行深入研究，进一步明确智慧照明的研究内容和研究方法是十分必要的。利用智慧照明可迅速处理路面上情况，并进行适度照明，提高该系统的智能程度，这是一般远程照明控制平台所达不到的。

2 光环境智慧模式

城市道路智慧照明要求精准、动态地适度照明，这就要求智慧照明系统必须具备侦测环境光和需要变化信息的功能，再通过对环境变化信息的大数据处理，使系统具有更强大的决策力和洞察力，并通过道路照明智能控制来实现。因此，城市道路智慧照明系统应是智慧灯具和光环境智慧模式组成的一个大系统，但是，为了使系统具有快速处理道路照明问题的能力，必须对大数据进行分析，并对当地人文、气候、季节和道路、路况、周围环境、路灯的空间位置信息、时间变化、气压、湿度、降雨量等进行合理建模，建立城市道路照明光环境模式。采用适宜的统计分析方法，对采集的海量数据进行深入分析，提取有用信息，进行概括总结，这就必须采用行之有效的大数据处理方法。调查当地人文和城市道路的环境、路况，以及行人、车辆行驶状况，构思实验模型，验证并完善，购买适宜的智慧路灯，通过对光环境智慧模式的研究，建立城市道路智慧照明系统。

2.1 感测功能

城市道路智慧照明系统必须具有很强的感测功能，它是提高该系统智慧程度的一个重要标志。感测系统由许多具有各种功能的传感器连接而成，它们彼此沟通、协作且不间断地工作，使之像人一样具有视觉、感觉等功能，判断路面上车辆运行和行人情况，并适时适宜地调整道路照明水平和质量。作为城市道路照明的传感器，主要是光传感器，其利用光与物质的相互作用，并把光信号转换成电信号。适合于光纤通信系统的光传感器主要是半导体光传感器，这是因为光电二极管体积小，灵敏度高，响应速度快。实际应用上，常采用PIN 光电二极管或APD 雪崩光电二极管。在城市道路照明系统中，主要采用可见光或近红外波段的光传感器，但为了察觉道路上行走的人或小动物，在光环境照明水平较低的条件下，宜采用红外光传感器。例如:有一种夜狼红外传感器，该型号红外传感器具有联网技术先进，质量好，性价比高等优点。总之，为提高城市道路智慧照明的智慧程度，所选用的光传感器在工作波段范围内要有高量子效率，响应速度快，并具有良好的线性输出性能，稳定可靠。

城市道路智慧照明需要光传感器采集大量数据，需要考虑灯具配光、光源功率和灯杆的空间位置、道路与周围环境的属性等因素，时间、季节、天气、当地的文化、风俗、爱好等条件，以及道路两边的自然物体或建(构)筑物的外形、立面状况、纹理、颜色、反射状况等数据。数据体量巨大，数据类型繁多，包含了很多视频、图片、地理位置等多样性信息，但数据价值密度低，数据更新速度快，对采集获得的大数据，必须进行导入和预处理，即时统计和分析，最后对有代表性的数据再进行关联规则分析、数据分析和数据聚类等分析工作，即进行数据挖掘。总之，通过大数据分析后，才能获得有价值的城市道路智慧照明信息。

2.2 数据挖掘

城市道路智慧照明的数据体量和类别太大，无法直接用传统的数据库工具对其内容进行抓取、管理和处理。因为数据太多，超过了传统计算机的处理能力，故采用数据挖掘算法，把少量的有用信息提取出来。数据挖掘算法是大数据分析的主要方法，它可以挖掘出数据的本质规律性，同时会快速地进行大数据分析处理。

大数据分析离不开数据质量和数据管理，高质量的数据和有效的数据管理，才能保证城市道路智慧照明的分析结果真实有效。因此，对于城市道路智慧照明研究来说，应选择专门应用于大数据分析处理和数据安全交换的优秀产品，能直观地呈现大数据内在规律性，进行可视化分析。数据挖掘算法能快速找到数据内在规律性，能建立科学模型，具有预测分析能力、数据质量和数据管理功能。

总之，城市道路智慧照明借助于物联网和数据挖掘等新技术方法，面向未来，构建城市道路照明智慧环境。

3 研究方法

城市道路智慧照明是从数字城市照明发展起来的，并在地理信息系统(GIS)、虚拟现实技术(VR)等基础上，强调了可视化。结合城市道路智慧照明采集的大数据特点，把可视化分析作为大数据分析的一个主要任务，从大数据中挖掘规律性，建立城市道路照明光环境的智慧模式。

为了建立科学合理的模型，必须对被研究地区的城市道路照明和各种客观实际情况进行调查分析，并考虑不同地区的气候、风俗、人文、道路及建(构)筑的差别，并在模型中加以区别。总之，在进行城市道路智慧照明研究时，首先要进行实地调查研究。当然，也要搜集国内外关于城市道路智慧照明方面的研究成果，还要参考与智慧城市和数字城市相关的研究理论和方法，其中包括选择城市道路智慧照明合适的实验平台。为了正常开展实验，可采用品质优良的LED联网路灯。由于LED 照明光源可靠耐用，寿命长，响应快，控制灵活，目前宜采用LED 照明光源作为城市道路智慧照明光源。此外，还要选择适宜的传感器，为了在较暗的路面照明条件下发现路面上的行人或动物，应选择红外传感器，如广角红外摄像头，同时还要选用可见光传感器，使传感器的测量数据经修正后能真实地反映道路照明水平。除了选用适宜的城市道路智慧照明硬件外，还要利用适宜的云计算服务平台，采用性能优良的大数据分析产品，对大数据进行分析，提取有用的信息，并加以概括总结，形成有用的结论，挖掘大数据的规律性，研制光环境智慧模式。当具有上述智慧照明平台后，就可以选择小区(校区)内适宜(有路灯照明，但车辆、行人较少)的路段进行智慧照明系统实验，同时以LED 联网路灯置换普通路灯，并在适当的位置安装广角红外摄像头和可见光摄像头。当智慧照明系统调试好后，在实验区域出入口处放置安全标志，并有专人看守和指挥，组织行人或车辆通过实验区域，进行城区道路智慧照明初步实验。然后对实验结果进行分析总结，不断完善城市道路智慧照明系统，并在当地某一等级道路上进行智慧照明实验的准备工作。当智慧照明系统成熟后，在市政部门和LED 联网路灯的生产厂家配合下，开展城市道路智慧照明系统实验，检验智慧照明理论和效果，评价道路照明节能最大化与人性化的高度统一程度。通过不同地区、不同气候条件、不同环境的道路智慧照明实验研究，对不同道路级别的机动车交通道路智慧照明系统的年平均照明功率密度值提出建议。

4 小 结

智慧化是继信息化之后，世界科技革命又一次新的突破。利用智慧技术，建设城市道路智慧照明系统，是当今城市道路照明发展的必然趋势。城市道路智慧照明系统是由智慧路灯和光环境智慧模式组成的一个大系统。智慧路灯是由物联网和LED 路灯组成的道路照明系统，而光环境智慧模式是具有智能感测、通讯、计算、判断、调光等功能的光环境系统，该系统能迅速、精准、动态地解决道路照明问题。

城市道路智慧照明是以数据挖掘算法为特征的城市道路照明发展新模式。城市道路智慧照明就是根据感测到的海量数据，利用适宜的云计算服务平台，挖掘出少量有用的信息，作出正确判断，并进行智能决策，联动照明系统，达到利用光源照亮特定场所的目的，即把适宜的光量和光色照射到需要的场所，创造出良好的可见度和舒适的光环境，使城市道路满足安全快速通行的需求并做到节能最大化。

［1］张泉清，侍冬平，陆剑锋.城市智慧照明［J］.灯与照明，2015(2):8～10

［2］陈仲林.数字城市夜景照明规划综述［J］.灯与照明，2003(1):17～20