道路智慧照明研究

李怀林

【摘 要】如今，现代化城市的建设正全力地向着智慧城市的方向发展，智慧城市建设是一个需要多方面协调配合发展的过程，其中一个重要的部分则是道路智慧照明工程的建设。道路智慧照明主要指的是在城市照明设计中，将联网的路灯加上光环境智慧模式进行研究及运用，使其能够动态、快速及精准地实现智慧城市发展建设中对城市道路照明的不同需求。基于以上分析的基础上，强化对道路智慧照明的研究和分析有着非常重要的现实意义。

【关键词】道路照明；智慧照明；感测；数据挖掘

【中图分类号】U113.666 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）09-0023-04

在21世纪初，美国率先提出了“智慧地球”的概念，获得广泛的讨论并被迅速上升为美国国家战略。在2010年年初，IBM公司定义了“智慧地球”的六大推广领域，即智慧电力、智慧医疗、智慧城市、智慧交通、智慧供应链、智慧银行。其中，智慧城市部分引起全世界广泛关注。现阶段，国外多个发达城市的智慧城市建设开展得较早，智慧城市的理念更加成熟，并在具体的实施建设方面也取得较大的进步和受到广泛的认可。虽然我国的智慧城市发展起步较晚，但由于现阶段我们国家的物联网、传感网等信息产业迅速发展，智慧城市的理念也已成为我国城市发展的新目标和新方向，从中央到地方都在谋划智慧城市的建设布局及规划。目前，我国一些较发达的地区和城市也已在智慧城市的建设中取得长足的进步。

道路照明的首要任务是在节约公共能源的基础上，提供安全和舒适的照明亮度，达到减少交通事故、提升交通运输效率的目的。道路照明中的路灯是城市的重要基础设施，现如今每个城市的路灯建设早已趋于完善，这类设施基本覆盖了整个城市的道路及公共场所，通过对这些路灯进行改造、升级，装载能够连接采集数据的各种传感器以此增加信息技术功能，从而使路灯不仅具有道路照明的功能，还升级成为分布在城市中最广泛、最均匀的物联网载体，从而形成智慧城市建设的一个基础节点，构建了智慧城市网络。由此可知，智慧道路照明建设和智慧城市的发展是密不可分的。

信息化时代发展在智慧城市建设中的运用最为突出的是信息化技术在城市基础设施建设中的运用。对于智慧城市的建设而言，智慧照明工程体系的建设和运用是信息化技术在城市道路照明中运用的新型产物和新型发展形态。如今，对于智慧城市建设中智慧照明工程体系的建设和运用，其最为主要的目的就是能够将信息化技术所拥有的快捷、便利、安全及高效的优势充分地运用到城市道路照明和管理系统的各个过程中，以此能够构建科学、智能、自动化控制的城市道路照明工程体系，从而使人们的出行更安全、快速，并且节能、环保，使人们的生活更加便捷和美好，以此提升城市的整体现代化形象及城市的市政管理水平，同时也促进了城市的经济发展，促进智慧城市建设的发展。对于城市道路智慧照明工程体系的建设和运用来说，其建设与运用需要在现代物联网等技术的运用基础之上，将互联网技术与路灯照明管理结合在一起灵活地运用于路灯控制系统，在日常管理和运用中能够根据适时检测到的城市道路实际状况并结合路段的要求做出相应的指令调整路灯照明方案，以此实现智能化控制的照明要求。通过实现对路灯的精细化管理，既能够最大限度地满足人们在生产、生活中对城市道路照明的需要，又达到了节约能源、绿色环保的目标。总之，城市道路智慧照明就是可以使路灯迅速、灵活、正确地判断道路上的人们对照明的不同需求，适时、适地地为使用者提供所需的安全、健康、科学的光环境，并且符合全社会关于节能、环保的要求。

1 道路智慧照明模式研究分析

智慧城市建设过程中对于城市道路智慧照明工程体系的建设和运用，其最为直接的理解便是在信息化技术运用的基础上，对原先的照明系统进行设计优化和管理优化，达到具有智能感测、通信、计算、判断、调光等功能的光环境系统，同时要求该系统能够迅速、精准、动态、自动地实现“按需照明”的要求，以此实现智慧照明的目标。在道路智慧照明工程体系的建设初期，最主要的任务则是对于道路智慧照明模式的研究和分析。现阶段，大部分城市在照明智能控制系统上采用的是路灯单灯控制系统，根据不同路段路灯照明现状及照明要求，通过不同的控制方案达到照明控制的目的。某路灯控制系统方案如图1所示。

现阶段的路灯照明控制方案已经有了智慧照明的雏形，但也存在着许多的问题。例如，各厂商在照明控制方案中采取的传输方式不同且存在不兼容的问题；各种控制方案的侧重点不同导致系统不完善的问题；在解决方案中各种物联网设備的功能性、可靠性、互通性特别是安全性还不够完善等问题。这些问题需要管理及制造领域下功夫统一协调解决。此外，智慧照明的发展还需要在数据、算法、设备硬件3个方面加强建设，这样才能真正实现智慧照明的目标。物联网各种传输方式如图2所示。

智慧照明作为未来能够切实运用于道路照明工作中的重要管理手段，要求其能够精准化、动态化、科学化地实现城市道路照明的适时、适地的不同要求，满足智慧城市的发展要求。那么，精准化和动态化的特点则表明城市照明系统在建设和实际运用的过程中，要求能够具有侦测环境光功能和根据照明的需求灵活地调整照明方案的功能，且在这2种功能实现的基础上，照明系统达到具有敏锐的洞察力和根据数据分析的精确决策处理能力，以此实现智能化的照明系统的管理和运用。总之，现今智慧城市建设过程中，城市道路智慧照明系统是在物联网及智慧灯具运用的基础上，将其与光环境智慧管理模式充分实践运用的结果。此外，智慧照明系统建设中核心的部分是关于光环境智慧模式的建立及运用，此种模式包含了针对各种道路状况、天气、时间和空间等大数据的分析及相对应的光输出解决方案，从而有效地保证城市道路的科学照明、健康照明、安全照明和绿色照明。光环境智慧模式的构建和运用发展，能保证实现城市智慧照明的目标。

2 基于光环境模式运用的提前下，道路智慧照明工程体系所具备的功能分析

2.1 感测功能

城市道路智慧照明系统的建设是在信息化和智能化控制的基础上进行的，那么能够实现“智慧”的关键则是道路照明系统能够具有较强的感测功能。具体而言，感测功能的实现是在综合运用多样化的传感器的基础上实现的，不同传感器所具备的功能不同，通过对多种传感器进行整合，做到功能互补、协调合作，促使整个照明系统达到具备完善的感测功能的要求，从而能够准确地分辨路段、车辆和行人的状况，以此灵活地调整道路照明系统运行方案，以满足人们的使用需求。

现阶段，国内的众多传感器在使用中最主要的是光传感器，此种传感器能够顺利地将其捕捉的光信号转化成电信号，为智慧照明系统提供适时的基础数据。而目前西方国家多采用的是半导体光传感器，此种传感器拥有较高的灵敏度和较快的响应速度，且其线性输出性能也比较完善。此外，这些感测设备除了能够顺利地实现感测功能外，还应需要发展智慧照明系统的数据分析及初级判断功能，即对于道路的简单状况（只有少量状态数据改变）快速响应的数据分析功能，确保能够通过光传感器数据进行分析，并且只需要通过与本地连接和通信，即用本地化的方式来实现连接和控制方案的实施，达到快速响应的目的。物联网下的传感器接入示意图如图3所示。

2.2 数据挖掘

数据挖掘是“数据库知识发现”中的一个步骤。一般是指从大量的数据中自动搜索隐藏于其中的有着特殊关系性的信息过程。数据挖掘通常与计算机科学有关，并通过统计、在线分析处理、情报检索、机器学习、专家系统（依靠过去的经验法则）和模式识别等诸多方法来实现目标。数据挖掘主要有数据准备、规律寻找和规律表示3个步骤。其中，数据准备是从相关的数据源中选取所需的数据并整合成用于数据挖掘的数据集；规律寻找是用某种方法将数据集所含的规律找出来；规律表示是尽可能以用户可理解的方式（如可视化）将找出的规律表示出来。数据挖掘的任务有关联分析、聚类分析、分类分析、异常分析、特异群组分析和演变分析等。

在城市道路智慧照明系统的建设中，除了基础性的感测功能、初级分析和判断、实施的功能外，整个智慧照明系统对于复杂状况还应要求能够在数据获取的基础上，科学化地运用大数据分析，也就是数据挖掘算法的科学运用。具体来说就是在实际运用的过程中，通过传感器对灯具配光、光源功率和灯具空间位置、道路、时间、季节、天气、当地文化、风俗、人的生理、心理等数据，以及道路两边的景观元素的外形、立面状况、纹理、颜色、反射等状况所获得数据进行数据分析，而这些数据是多类别、多样化，规模巨大的，针对这些烦琐的大规模数据，如果仍然使用一般的数据分析工具，则不能够保证数据被完善地利用和分析，而且还容易导致数据的丢失。所以，这些数据必须在较短的时间内及时输送到智慧照明系统中的云计算服务平台，通过数据挖掘的科学方法，对数据进行精确化的统计、分析和利用，以此预测光环境的变化趋势，再实施相应配光方案，确保照明的智能化，从而达到道路科学照明的目的。此外，最终的大数据分析处理结果还要求能够直观化地呈现出来，以此达到实现高质量、高效率及透明化的数据处理和系统管理的功能，从而更好地发展城市道路智慧照明系统。

3 基于功能分析的基础上，道路智慧照明工程体系建设方法分析

城市道路智慧照明系统建设的提出是从数字城市照明的应用发展中演化而来的，在实际应用的过程中，其是在地理信息系统和虚拟现实技术运用的基础上，通过对大数据分析的可视化运用而实现智能化、自动化的控制，以此促使道路智慧照明模式的建立和运用。

在道路智慧照明工程体系实际建设的过程中，在基于光环境模式应用的基础上，首先对原先的城市道路照明状况和路段周围客观实际状况进行实地调查，对具体路段周围的自然地理环境和社会环境进行资料和数据的收集。其次在资料收集的基础上，工作人员除了要借助数据挖掘的技术数据系统分析外，还要能够通过初期的实验工作做好试点工作，通过运用LED联网路灯，促使其光源达到可靠耐用、使用期限长、反应速度快，以及控制过程灵活度较高的目标。再次要正确地选择适用度较高的传感器。一般而言，现今常常运用的是光传感器，红外线传感器或半导体传感器，要求感测设备要精准化的收集环境，设备，路况等信息数据，并能够及时反馈。最后则是建立统一管理运用的计算机服务平台。通过计算机实现一体化系统服务和统筹管理，从而完善道路智慧照明工程体系建设。此外，在建设过程中还要积极地借鉴国外关于城市道路智慧照明系统建设和发展的经验。

在城市道路智慧照明系统初步建设完毕之后，在实际调试改进及使用的过程中，工作部门还要根據系统及实际道路照明状况建立多个试点，在试点处派遣专门的人员进行管理和检测实施道路的状况，并且对试点的检测结果进行总结和分析，再将改进措施及时反馈到照明系统中进行功能完善，以此不断地促进道路智慧照明系统的建设。

4 结语

综上所述，道路智慧照明系统的建设是现今信息化技术应用于智慧城市建设中的重要工作组成部分，在实际建设的过程中，其能够正确地运用光环境模式，科学研究、合理建立，促使道路照明系统的感测功能和数据挖掘功能够有效地实现，并且强化了对实际应用状况的科学调查和分析，选取标准化的智慧照明灯具，做好试点工作，根据结果进行分析、总结、反馈，及时更正和完善照明控制系统，以此促进城市道路智慧照明体系的科学建设。

参 考 文 献

[1]陈仲林，翁季.城市道路智慧照明探讨[J].灯与照明，2015，39（4）：13-16.

[2]贾杰.道路交通智能照明系统方案研究[J].中国交通信息化，2015（2）：108-110.

[3]国际商用机器（IBM）有限公司.2010年“智慧城市”在中国[EB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/b15b5c35b7360b4c2e3f64dc.html，2013-10-23.

[责任编辑：钟声贤]