城市亮化工程中智能照明控制系统研究

2021-03-26汪晖

光源与照明 2021年1期

汪晖

荆州理工职业学院，湖北荆州 434000

0 引言

据统计，目前全国城市照明灯已达26 000 000盏，如此多的照明灯盏导致用电量极高。国内照明的用电量占社会用电总量的12%。目前我国的发电站主要采用火力发电，对环境的污染十分严重，但由于新能源发电技术还不够成熟，要想满足国家可靠、稳定的用电需求，火力发电不可或缺，因此如此多的城市照明灯盏势必造成较大的城市污染。数量庞大的照明灯盏还会产生高额的用电费用和照明系统的检修维护费用，这对各地市政府也是较大的财政压力[1]。在此背景下，有学者提出了智能照明系统的概念。智能照明的基本理念是照明灯具智能化、用户设备智能化以及照明控制智能化。智能照明系统的建立可以促进城市照明向着更加节能环保的方向发展。

在可持续发展背景下，城市亮化工程不仅要完全满足城市照明的用电需求，还应满足城市的可持续发展要求，通过新能源发电技术和智能控制技术来实现电能节约、环境保护的目标。例如，绝大多数的路灯系统都已经采用了太阳能发电技术，在一些亮度要求不高的路段，太阳能灯具在正常光照条件下积攒的电量完全够用，极大地节省了灯具的电费开支，同时更加充分地利用了自然能源。

1 智能照明及亮化工程智能控制系统的实现方式

在智能照明及亮化工程中，智能控制系统是核心部分，正是由于智能控制系统的存在，城市亮化的智能照明系统才得以正常运行。在智能控制系统中，城市中的所有智能灯具都有一个明确的标识，当某一个地方的灯具发生故障时，智能控制系统会第一时间得到反馈并准确定位，检修人员根据主控中心的数据快速处理。为了实现城市照明的科学化和精细化管理，让智能照明系统得到更好的成本控制，首先，必须构建一个科学合理的控制系统，其功能也需要尽可能强大，工作人员通过中控中心可以实现更多的操作。其次，可靠性和稳定性也是智能控制系统最为重要的两个基本要求。同时考虑到照明系统的快速发展，智能控制系统还应当有良好的可拓展性和通用性，以便在系统升级或者加入新的照明系统时改造成本更低。

在常规设计方案中，主要是通过时间控制和光亮控制的方式来实现对灯具的智能控制。时间控制是指在不同的季节根据日出日落的时间智能控制灯具的开关，即在没有人工参与的情况下，公共地域的灯具可以根据时间的设定完成开关操作。光控操作比时间操作更加智能、节能，光控方式可以根据环境光线的变化来实现灯具的开启，这种控制方式主要是通过光亮传感器来实现，在传感器感受到光照值低于一个数值时，灯具就会自动打开[2-3]。光控方式可以根据环境光线的变化控制灯具，因而主要应用于道路照明及小区照明。除了这两种控制方式，还有声控等方式，声控方式能实现人经过时灯自动亮起，主要用于洗手间照明和走廊照明。

声控方式和光控方式适用的范围比较小，光控方式并不适用于装饰性照明场所，而时控的方式则可以适用于绝大部分场所，目前照明的控制基本是基于时间控制方式实现的。但在时控方式中，由于不同季节的光照时间不同，需要根据不同的时间进行设置，操作起来相对比较麻烦。更主要的是，在阴天等光照条件较差的情况下，时控方式会出现诸多不适用的情况。因此，为了更好地实现节能控制和智能控制，减少时间管理成本，并且扩大适用范围，在夜景照明控制中采用智能照明控制系统十分必要，这样有利于照明系统基本实现全自动管理，向着更加人性化的方向发展。

2 智能照明及亮化工程智能控制系统的组成

2.1 信息平台

信息平台是一个综合的服务机构，通过信息平台可以收集城市中各种灯具的相关数据，比如在各个灯具编号之后工作人员可以准确地获取其实时的运行状态。信息平台由统一认证、授权系统、服务注册系统、集成管理系统、任务管理系统等共同组成，并且信息平台还要连接数据库，以及命令分析系统。一方面，通过信息平台可以将照明控制精细化，特别是在检修的过程中，如果某一个地区的某个灯具发生故障，在没有信息平台加入之前，检修人员往往在处理时有相当大的滞后性，只有在群众反映或者定期检查的时候才能够准确地定位出发生故障的是哪一台灯具，而在引入信息平台之后，各个灯具的运行状态都可以被实时监控，并且通过可视化手段，工作人员还可以准确地获取故障灯的位置信息。另一方面，信息平台中的命令分析系统可以将管理者的控制命令进行细化、分解处理，将人直接的命令分解成机器控制语言，然后向各个照明灯具传达控制命令[4]。

信息平台与数据库系统的连接可以让信息平台收集到的数据存储于数据库中，方便进行集中管理。数据库系统可以采集存储城市的空间信息数据，同时可以存储智能照明及亮化工程运转的全部数据。除此之外，信息平台还可以收集城市二维和三维空间数据，对照明灯进行实时监控，分析灯具的正常运行状态数据和不良运行状态数据，再通过和GIS立体地图技术的结合，将照明灯的发布数据可视化，技术人员通过屏幕监控就可以观察到智能照明系统的整体运行情况。

2.2 设备监控系统

为了准确地获取智能照明系统的运行数据，设备监控系统必不可少。设备监控系统在终端主要由各类传感器组成，当灯具的运行状态发生异常时，传感器就可以实时地监测到电流和功率的异常数据，并且通过通信系统反馈到信息平台，信息平台在采集到数据之后反馈到主控屏上。在设备监控系统中，传感器技术和电气自动化技术都占有十分重要的地位，同时远程控制技术的加入也让灯具控制变得更加方便。设备监控系统可以实时监控电气设备的功率、频率、电流及电压数据、温度数据等多项参数，同时因为设备监控系统都配有自动报警功能，所以当某一项参数出现异常时，这些故障信息都会被自动地上报给信息平台，工作人员可以及时地了解具体的参数信息。设备监控系统可以保证智能照明及亮化工程的正常运行。

2.3 安全监控系统

作为城市中的亮化工程，智能照明关系到居民的正常生活，只有在充分保证安全的前提下才能进行后续的智能控制。安全监控系统的建设属于智能照明体系的核心部分之一，主要是通过远程监控的方式来实现。安全监控系统的视频采集端为高清智能摄像头，可以24 h不间断地监控各个系统数据的实时影像。视频采集终端与设备的监控系统共享各个灯具上的传感器，视频数据采集之后通过光缆或者无线传输的方式将视频图像传输给视频分析系统。

安全监控可以一定程度上减少人为损坏和安全隐患的发生。首先，智能照明系统有大量的线缆设施和照明灯，这些设施的造价成本不菲，如果发生盗窃事件将会造成极大的经济损失，严重影响城市居民的正常生活，而安全监控系统可以在一定程度上减少偷窃事件的发生。其次，照明灯和线缆附近的积水是照明系统的一大威胁，通过安全监控系统工作人员可以及时发现积水区域，出动维修人员及时排除隐患，保证照明系统的正常使用，防止出现漏电危险[5]。

2.4 数据分析系统

在大数据技术兴起之后，大数据技术的优势体现得十分明显，并且在各个领域都得到了十分广泛的应用。智能照明及亮化工程中的数据分析系统引入大数据处理技术，同时接入云计算平台。大数据技术可以对大批量的数据做出准确的分析，并且通过云计算技术和人工智能技术对收集到的数据进行快速扫描处理，分析其数据特征，快速地进行分类。比如通过数据分析，管理者可以更好地从数据分析的角度掌握智能照明及亮化工程的使用规律，当某个地方的照明使用频率较高时，可以考虑把灯具的控制方式改为时控方式，因为时控方式的适用性更广，更加符合某些高照明需求地区的需要。