智慧LED路灯在城市道路照明中的应用

刘苗苗

太原市政建设集团有限公司（030000）

0 前言

为了确保城市夜间交通安全，必须设计科学合理的夜间照明系统，以确保城市道路夜间总体运行安全可靠。为实现节能降耗目标，在城市道路照明过程中，应选择适合路灯的设计方案，例如尝试用LED路灯设计方案取代传统的高压钠灯照明技术方案。随着现代城市街道照明的发展，传统的蒸汽高压钠灯逐渐被LED路灯所取代。由于蒸汽高压钠灯的光效有限，在照明过程中消耗大量电能，增加城市照明系统的能耗。考虑到LED的各种优势，采用LED路灯优化和改进城市道路照明系统，能提高道路照明效果，控制照明能耗，充分利用LED路灯的优势，促进城市照明技术的设备改造和技术升级[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。建设智能城市需要使用具备一定智能水平的路灯装置，如使用无线GPRS/CDMA通信技术以满足远程控制的需求，也能基于传感器与自身的处理硬件进行自动化的控制，从而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，远程操作路灯，进行集中管理。

智慧路灯还有自动化控制系统，有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照明开关与强度。智慧路灯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，智慧路灯也在不断地发生着创新发展，智慧路灯的产业发展趋向更加完善的方向。智能路灯随着信息获取与处理能力的不断提升，将更好地支撑现代化智能城市的发展[2]。

2 使用LED路灯的必要性

在城市道路照明过程中，传统路灯的亮度不可调节，始终保持在100%的亮度，路灯亮度没有随着时间、地点、人流量的变化而变化，导致电能出现大量浪费。传统路灯的功能消耗大，对于电源的利用率低，导致其成本增加。另外，传统路灯的亮度可控性较差，路灯亮度的变化速度较慢，容易出现忽明忽暗的情况，会导致车辆行驶的危险性增加，同时也不符合当前我国对城市道路照明设计标准的要求。

近几年，我国城镇建设的规模越来越大，增加了路灯的使用需求，而路灯的控制水平也反映了当今城镇的现代化程度。因此LED路灯的使用是当前正确的选择，对我国大气环境有较好的改善作用，还能有效节约电能[3]。

3 智慧路灯与传统路灯对比分析

3.1 光的利用率高

传统路灯的发光角度为360°，有一半的光源被照射到地面，导致传统路灯的光源利用率不高，照明度不佳，而LED路灯的发光角度要小于180°，同时还可以设计出定向放光光源，可以提高光的利用率，确保LED灯的出光率在90%以上，能有效发挥节能减排的效果。

3.2 经济效益方面

假定城市照明从晚上6时至8时、10时至12时，单盏灯亮1h。相较于250W高压钠灯，城市智能照明系统能够降低70%的功耗，在凌晨12时至6时内能够降低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，极大地降低了城市照明成本。

3.3 照明效果优化

LED路灯在应用过程中，有效优化了城市道路的光效，为市民提供了交通便利。同时LED路灯的合理设计可以美化城市的夜景，提高城市的整体生活质量。根据国家照明相关技术标准分析，城市道路照明系统投入运行时，相关路灯的平均照明应达到39lx标准。对部分城市道路LED路灯的照明亮度进行测试后发现，平均照明达到65lx，远远高于相关的国家照明标准。因此LED路灯具有很高的应用价值。用LED路灯取代蒸气钠高压灯后，可以确定道路平均照明延长97%，有效提高照明均匀性，提高了路灯的总体照明效果。

3.4 LED路灯的使用寿命

LED光源的使用年限很长，一般在5万～8万h。然而，在实际使用中，影响LED光源寿命的因素很多，不可避免地受到温度变化、紫外线辐射等因素的影响。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，镇流器的寿命则大于灯本身的寿命。因此，更换灯泡后，镇流器仍可使用。

3.5 节能和环保效益显著

LED路灯具有寿命长、节能环保、色彩丰富、小型化等优点，将成为人类照明史上的又一飞跃。关于照明效率，高压蒸气钠灯的最大光效为140 lm/W，目前高于商用高性能LED路灯，但LED路灯的颜色再利用指数远高于高压蒸气钠灯。同样的照明条件下，白色LED路灯对司机或行人识别目标更有帮助，其道路照明效果和舒适程度远远高于高压蒸气钠灯。LED路灯的灯光是定向光，如果采用正确的光线分布设计，大部分光线会直接投射到路面上，灯的效率可达85%。

3.6 显色指数高

就显色指数而言，高压蒸气钠灯的显色指数要低于LED路灯的显色指数。经研究发现，LED路灯的显色指数在80以上，而高压蒸气钠灯的显色指数在30以下，加上人们的视觉清晰度会受到显色指数的影响，因此LED路灯更能给人们带去清晰的视觉度。

3.7 控制技术方面

GPRS+ZigBee和GPRS+电力线载波通信是城市智慧路灯控制领域所采用的两种主要技术。其中，GPRS技术一般适用于远距离传输，而ZigBee和电力线载波技术则主要适用于短距离组网的运用。因此，在具体运用时，可将两种技术结合起来，充分发挥两种技术的应用优势，有效完成数据采集、数据存储和数据传输等功能[4-8]。

4 LED光源在城市道路照明中的具体应用

4.1 电缆选用

在部分城市道路照明中，由于不使用LED照明系统，传统照明设备主要使用道路支架变压器来确保路灯的正常运行。但是，传统路灯的能耗很高，使得照明系统的损耗不断提高，无法实现节能环保的目标。选择LED路灯照明方案后，为了达到节能环保的目标，应选择LED路灯的供电技术方案。如果技术方案不可行，会直接影响照明系统的性能。因此，在LED路灯的应用过程中，应适当选择电力电缆，科学评价布置方案，以确保LED路灯在安全的前提下充分发挥节能优势。当照明电缆施工的技术方案完善后，单个变压器可以有较大的供电半径，可有效提高照明系统的经济效益。

4.2 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，需要照明控制技术结合更为先进的电子信息与远程通信技术，从而实现智能化的控制效果。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。

4.3 照明设计

选用LED路灯，需要科学严格的照明设计，以确保路灯的总体照明效果。如设计师应考虑车道数、周围绿化带的宽度以及路灯的有限高度。双向六车道道路的路灯设计中，路灯高度可控制在12 m，以确保道路的有效照明。为了确保城市道路的总体照明效果，相邻路灯之间的距离应控制在30m以内。为了保证LED路灯的总体照明质量，有必要制订LED路灯的灯光规划方案，并评估设计的路灯高度和间隔宽度是否能满足预期要求。当实际测试存在一定差异时，则有必要对照明方案进行适当调整和优化，确保LED路灯照明设计的有效性和可靠性。

4.4 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，每个厂家生产的兼容性会有差异，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。

4.5 网络化

当前成熟的通信介质，如CDMA、GPRS、光纤通信、PLC和现场总线，可促使智慧LED路灯能够实现在线调控的功能。当前的物联网技术可以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。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，降低使用成本。

4.6 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[9-10]。

5 结语

智慧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，提高智慧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有效性，充分地分析其在能耗、效益以及控制技术等三方面的优势，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。