智慧LED 路灯在城市道路照明中的应用

李增勇，萧倩美，何秀娟

（广东朗杰光源有限公司，广东中山 528400）

0 引言

智慧路灯是智慧城市的重要组成部分。其应用城市传感器、电力线载波／ZIGBEE通信技术和无线GPRS／CDMA通信技术等，将城市中的路灯串联起来，形成物联网，实现对路灯的远程集中控制与管理，具有根据车流量、时间、天气情况等条件设定方案，自动调节亮度、远程照明控制、故障主动报警、灯具线缆防盗、远程抄表等功能。智慧路灯实施完成后不仅可对社会产生深远的影响，而且能直接产生可观的经济效益，还能加强公共照明管理信息化建设，提升应急调度和科学决策能力，减少因照明故障引起的交通事故和各类社会治安事件，节约城市公共照明能耗，打造低碳环保型城市，建设宜居地区。智慧路灯有效控制能源消耗，大幅节省电力资源，提升公共照明管理水平，降低维护和管理成本并利用计算等信息处理技术对海量感知信息进行处理和分析，对包括民生、环境、公共安全等在内的各种需求做出智能化响应和智能化决策支持，使得城市道路照明达到“智慧”状态。智慧路灯作为城市建设中的基础性环节，其对于保障人们的正常生活具有十分重要的作用。随着智慧城市的不断兴起，路灯的建设也应更加趋于智慧化和智能化，确保提高整个城市的发展水平。因此，应将智慧路灯合理地运用到城市道路照明中，确保能够促进城市的可持续发展。本文针对智慧路灯在城市道路照明中的应用展开具体的分析与讨论［1］。

1 智慧路灯系统及功能分析

当前，国内的城市照明监控系统管理模式较为简单，服务质量和节能水平相对较低。在建设智能城市的过程中，需要使用到具备一定智能水平的路灯装置，其需要涉及到无线GPRS／CDMA通信技术以满足远程控制的需求，并且也能基于传感器与自身的处理硬件来进行自动化的控制，从而能够有效地连接城市每个角落的路灯装置，使之形成物联网，更好地产生联动效应，并且能够远程操作路灯，进行集中管理。除此之外，智能路灯还集成有自动化控制系统，基于多种类型的传感器与控制模块，能够实现依据当前的天气、时间与交通流量来控制其照明开关与强度。此外，其还能够通过集成监控报警模块，给城市监控管理提供更多的信息源，能很好地防止城市线缆盗窃的问题。随着当前信息技术的不断发展进步，智能路灯也在不断地发生着创新发展，其产业发展趋向更加完善的方向。随着智能路灯的信息获取与处理能力的不断提升，其将更好地进一步支撑现代化智能城市的发展［2］。

1.1 LED路灯模块

相较于传统路灯，LED 路灯有着较为突出的节能优势，其采用的钠灯在电能消耗上可大大降低。智慧LED路灯进一步集成了控制、远程通信以及传感器等模块，能够广泛地搜集周边环境与路灯自身工作状态，进而通过远程传输其所采集的数据信息，交由中央控制系统进行判定，最终做出控制决策。一般而言，LED路灯多采取静电喷塑处理其外部结构，并且其散热一般采用铝合金材料达到较好的效果。此外，路灯会安置带刻度的调节器于其转角处，能够帮助工作人员更加方便地对其进行调整或更换［3］。

1.2 信息采集模块

信息采集模块的作用在于广泛地采集智慧路灯所工作地点的环境信息，并对其进行妥善地存储与传输。在这一模块中所集成的LED灯杆全彩屏能够承担起信息发布的作用，既可以展示公益广告或是政策宣传等信息，也可以展示营销信息，极大地提升了路灯这一传统照明装置在现代城市中所发挥的效用。因此，智慧LED路灯集成信息采集模块，能够极大地提升现代化城市的管理效能，创造更多的社会与经济价值，进一步推动城市与居民生活的发展［4］。

1.3 智能充电模块

智能充电模块的作用在于能够为需要紧急充电需求的电动汽车提供电能支持，能够有效地提升电动汽车在城市中的使用便利性。此外，通过集成相应的收费装置，能够在提供便捷充电的同时，进一步为城市公共设施创造收益，促使现代化城市能够保持长期可持续的发展。

1.4 智能报警模块

智能报警模块的作用在于能够对外广播各类信息。该模块能够实现两种类型的信息传播形式，一是对外广播，由中央控制中心发布需要广播的信息，通过该模块向外界进行传播，其广播的信息多为政务、新闻以及紧急信息等；二是户外分机呼叫中心，其能够在民众于路灯附近遇见紧急情况时，通过该模块所设计的一键报警按钮向控制中心报警，应急处置部门人员就能够依照路灯位置，快速定位事件发生地并及时赶到，排除风险问题［5］。

1.5 智能监控模块

智能监控模块的作用在于能够提供全景视频监测、跟踪以及识别的功能。其基于模块所集成的高清摄像传感器，配合有着较高算力水平的硬件配置，能够对路灯附近的环境进行24 h的高清监控，配合交通运输部门对道路进行调控疏通。

2 智慧路灯与传统路灯对比分析

LED是一种冷光源，光谱在可见光范围内，照明效率高，能以较低的能量发挥较高的照明效果。这种光源体积小，可以用作微型灯，广泛应用于电子灯箱等。在许多情况下，LED 被用作点光源，其白光非常好，晚上的灯光可以给人们区分物体带来极大的方便。在光源发出后，LED 光被定向，以便大部分光可以被发送到所需的照射位置。与传统光源相比，利用率有很大提高［6］。

2.1 能耗方面

传统照明路灯的年耗电量为50 056亿kW·h，而智慧路灯每年可节省1 000亿kW·h的电量。因此，在现代化城市发展中，广泛地运用智慧路灯，将能够显著地降低城市公共设施耗能，提升城市能源利用效率，进一步推动城市长期、可持续发展。

2.2 经济效益方面

假定城市照明从晚上6 点至8 点、10 点至12 点，单盏灯亮12 h。那么相较于250 W高压钠灯，城市智能照明系统能够降低70%的功耗，在凌晨12 点至6 点内将能降低30%的功耗。在上述使用情况下，每年智能道路照明系统每盏灯将节省800元使用成本，极大地降低了城市照明成本［7］。

2.3 控制技术方面

城市智慧路灯照明系统采用GPRS＋ZigBee 和GPRS＋电力线载波通信进行远程通信控制。一般而言，GPRS 负责远距离的传输与控制，而ZigBee和电力线载波技术则是负责短距离的组网。通过对上述几种技术进行集成，能够有效地发挥每种技术的优势，补足各种技术的劣势，从而有效地完成数据采集、数据存储和数据传输的功能［8］。

2.4 关于寿命

LED光源的使用年限很长，一般在5～8 万h。然而，在实际使用中，影响LED光源寿命的因素很多，在使用中不可避免地受到温度变化、紫外线辐射等因素的影响，而配套电容器的寿命较短，往往不超过1 万h。在LED 的工作过程中，并非所有的电能都能转化为光，而是一部分转化为热能。长期保持高温会影响其自身的寿命，容易因过热而烧毁。以前用的高压钠灯平均寿命不到3 万h，镇流器的寿命往往大于灯本身的寿命。因此，更换灯泡后，镇流器仍可使用。这样，不仅可以看到照明设备本身的寿命，还可以考虑整个灯具的寿命［9］。

3 LED光源在城市道路照明中的具体应用

为了进一步探索LED光源的实际照明效果，对使用LED光源路灯的路段进行了实际测验。测量仪器采用Tes1339 照度计；测量方法主要采用国际照明委员会标准推荐的等距测量方法；测量范围不包括人行道；在同一路段，对照组采用400 W＋250 W高压钠灯进行测试。

同时，对LED路灯和高压钠灯的能耗进行了现场测试。测试仪器为dds334 单相电子式电能表，测量方法为单光源供电。通过试验得出以下结论：LED 路灯的功耗远小于高压钠灯，约为高压钠灯的21%；在实际道路照明中，LED路灯将低于高压钠灯作为对照组；考虑到普通照度计对窄带LED光源测量校正系数的影响，受限于测量条件和照度合成失败，LED 路灯的实际照度值可能大于实际测量值。

4 智慧LED路灯在城市道路照明中的应用前景

未来的道路照明控制技术将以智慧城市和物联网的理念，融合电子、控制、通讯等新技术，提供更高质量的公共服务。目前，道路照明系统得益于智能化技术的不断进步，已经突破过去的发展桎梏，向着标准化、网络化与智能化的方向不断发展［10］。

4.1 智能化

照明控制技术在过去已经经历过多次的技术迭代，由最早的机械开关控制发展成现在的自动化控制。但是，目前智能城市的发展对于照明控制技术提出了更高的要求，需要其能够结合当下更为先进的各类电子信息与远程通信技术，从而实现智能化的控制效果。并且，随着城市建设的进一步推进，路灯这一传统的照明设施也被要求集成更多的功能特性。这就要求所采用的控制系统需要具备充分的拓展性，能够集成更多的功能模块，实现更多的需求。当前，国内的北上广深等城市已经开始进行智能道路控制系统的试点。通过升级系统软硬件，实现了对路灯照明的变频、调光与功率控制，并且还可以对周边环境信息进行广泛地搜集，从而实现更加精准的自动化控制，并且也能达到很好的工作状态监测与故障反馈效果，促使城市照明更加地稳定与智能［11］。

4.2 规范化

现代化的照明系统集成了多种设备，因此不可能由单一供应商提供。但是，每个厂家生产兼容性有差异，实际使用会受到影响。因此，标准化生产是智慧LED路灯在城市道路照明的必要趋势。政府部门要带头对照明设备的接口进行统一，从而加强行业内设备的兼容性，加强企业间的合作，避免资源浪费。

4.3 网络化

基于当前成熟的通信介质，如CDMA、GPRS、光纤通信、PLC和现场总线，促使智慧LED 路灯能够实现在线调控的功能。作为当前创新发展的物联网技术，其基于各类通信技术，将多种智能设备联系起来，组合其功能，从而达到较好的使用效果。作为一种集合了网络、传感器、人工智能等技术的新概念，物联网技术又被看成是第三次信息技术革命的契机。基于该技术，能够进一步提升城市照明控制系统的智慧水平，提升其长期使用的稳定性，降低其使用成本。

5 结束语

智能路灯控制系统的设计与应用可以有效节约传统路灯系统运行所消耗的资源能源，提高智能路灯系统的运行效率，实现路灯的远程控制，解放人力，降低人力成本，进一步促进人们生活便利，提升城市的智能水平。因此，首先需要通过调查研究明确智慧路灯在现代城市中的使用有效性，充分地分析其在能耗、效益以及控制技术3 方面的优势点，并明确其在城市中的应用能够极大地节约电能并提升质量，促进现代城市的长期、可持续发展。