面向智慧照明的联动控制策略

谭童 向敏 赵旭东

摘 要：智慧照明是智慧城市的重要组成部分，而智慧照明控制策略是智慧照明的关键技术之一。文章针对当前路灯信息采集与照明控制之间以及集中控制器与集中控制器之间的联动不足的问题，提出一种智慧照明联动控制策略，该控制策略有效将照明集中控制器，提高了照明控制器的管理效率。

关键词：智慧照明；智慧城市；集中控制器；联动控制

随着网络化控制技术的飞速发展，智慧城市的建设将作为我国城市建设的重点研究对象，而智慧照明是智慧城市的重要组成部分。普通路灯仅具有单一的照明功能，而智慧照明是集环境信息采集、照明控制等功能于一体的智能体[1-2]，路灯作为城市道路建设的一个重要群体，国内外专家学者侧重于在单灯控制方面对智慧照明进行研究，而对群体的联动控制方面的研究较少，程新华等[3]提出了一种群体决策的街道照明自主控制系统，将单个路灯看作一个灯节点，所有灯节点组成一个无线传感器网络的灯组，灯组由灯成员与一个灯领导形成树形拓扑，最终灯成员与灯领导投票决策路灯的起闭。张立萍等[4]通过分析电力线载波通信（Power Line Communication，PLC）技术传输距离短和时延大的问题，提出了一种基于蚁群算法的LED路灯组网寻址算法，该算法设计了路灯自动路由模型，提高了路灯网络通信的有效性。

本文通过分析智慧照明的环境信息采集部分及照明控制部分之间以及照明集中控制器与集中控制器之间的联动不足的问题，提出一种面向智慧路灯的联动控制策略，该策略构建了一种智慧照明的联动控制网络，从而对路灯控制网络进行优化，提高照明管理效率。

1 照明集中控制器介绍

本文的照明集中控制器集成了环境信息采集、车辆信息检测、路灯控制等功能，主要分为信息采集与照明控制两部分，信息采集部分主要由环境传感器及车辆传感器组成，环境传感器负责采集灯周围环境指标信息如PM2.5、湿度、温度及照度等信息，车辆传感器主要检测车辆的车速、车流量等信息，整体硬件结构如图1所示。

2 联动控制策略

单个集中控制器获得的环境信息相对独立，且准确率比较低，所以单灯控制在实际的照明控制应用中有一定的局限性，针对以上问题本文提出了一种联动控制网络拓扑结构，利用多个集中控制器共同决策的方法提高照明控制的准确率，该联动控制网络结构是按区域划分，首先将整个路灯网络划分为不同的区域，一个区域中包括n个照明集中控制器，n个集中控制器由1个集中控制器头及n-1个控制器成员组成，区域与区域之间的通信是由控制器头与控制器头之间进行通信。同一个区域的所有集中控制器成员把采集的环境信息及车辆信息转发给控制器头，控制器头根据采集的信息算出各个信息的平均值，采用多个控制器共同决定环境参数值的方法可以避免单个集中控制器采集的环境指标参数出错的情况，从而提高环境参数的采集的准确率，联动控制策略主要体现在区域与区域之间的联动，整个联动过程主要有以下几个步骤，具体如下。

（1）区域的联动控制方向由行车方向决定，如图2所示，按行车方向将车辆首先经过的区域划分为区域1，而车辆第二经过的区域划分为区域2。

（2）若有车辆经过区域1时，区域1控制器成员及控制器头识别到区域1的车流量及车速，区域1控制器头收集到控制器成员识别的车流量及车速并计算该区域车流量、车速信息的平均值，区域1控制器头将计算的平均值发送给下一个区域即区域2的控制器头。

（3）区域2的控制器头收到区域1计算的平均车流量及车速信息，每个区域都有固定的道路距离，区域2控制器头根据区域固定的道路距离及收到的区域1控制器头的平均车速信息计算出车辆到达区域2的时间。

（4）区域2控制器头在车辆到达时间90%的时候开始给所有区域2的控制器成员下发控制指令，下发的控制指令为路灯的控制亮度。路灯的控制亮度根据区域1识别到的车流量信息及照度信息进行控制，在照度相等的情况下，车流量越多时路灯亮度较亮，车流量越低时路灯亮度较暗，所有控制器成员接收到控制指令立刻控制路灯到相应的照明亮度。

3 仿真与分析

在本次仿真实验中，选取一天（24小时）的车流量及照度信息作为仿真数据源输入仿真模型中，仿真实验是测试24小时内随着照度及车流量的变化，路灯照明亮度调节的变化，以每一个小时为时间间隔选取为车流量及照度测试点，仿真结果如图3所示。

从仿真结果图中可以明确看出，白天照度较高的情况下，虽然有车流量高峰存在，但是照明亮度调节的等级不高一般都为0；而在晚上照度较低的情况下，22—24点为车流量较为集中的时间区间，此时亮度调节等级达到了0.6为最高的亮度等级；在凌晨到早上6点期间，虽然照度较低，但车流量也较低，所以所调节的路灯照明亮度等级也较低，该仿真实验很好地反映了车流量照度与路灯照明调节亮度的关系，同时很好地反映出该策略的有效性。

通过仿真分析，表明该联动控制策略能有效提高照明管理效率，节约照明能耗。

4 结语

本文针对智慧照明领域的智慧照明控制策略展开研究，通过分析目前智慧照明控制的研究现状，总结出智慧照明控制当前存在环境信息采集部分与照明控制部分及集中控制器与集中控制器之间联动性较差的问题，提出一种面向智慧照明的联动控制策略。该策略将道路的路灯集中控制器组成一种联动控制网络拓扑结构，通过组建该结构，照明控制器之间能实现相互通信及相互联动的效果，从而解决了照明设备联动性较差的问题。且本文在联动控制网络拓扑结构的基础上，提出了一种根据车流量的变化，集中控制器相应调节路灯的照明亮度的策略，联动控制策略与车流量照明亮度变化策略相结合，能较好地提高照明控制的管理效率及降低照明能耗，同时也减少了照明资源的浪费，减少了人工维护成本。

[参考文献]

[1]肖鹏.智慧路灯在城市道路照明中的应用[J].电工技术，2018（22）：121-125.

[2]王子卓越.智能照明应用发展与趋势[J].科技与创新，2018（24）：150-153.

[3]程新华，张健.基于群体决策自主控制的街道照明系统[J].计算机与数字工程，2017（10）：1945-1964.

[4]張立萍，柴万东，孟散散.蚁群算法在智能LED路灯控制中的应用研究[J].光电子·激光，2017（6）：584-590.