室外照明智能控制技术研究

刘涛

（四川巅峰夜游科技有限公司北京分公司，北京 100000）

1 室外照明控制概述

室外照明不仅提升了城市夜间美观形象，还改善了人们的生活环境，夜间的灯光可营造更为美好且安全的室外环境，为城市增添魅力，也为人们夜间户外活动提供更为安全的环境。但随着室外照明规模的逐渐扩大，用电量急速上升，城市的电力供应压力也随着增加，为践行可持续发展理念，在创造室外照明环境的同时节约能源，科学智能的室外照明控制技术十分关键。室外照明控制技术主要依托自动控制技术及智能照明控制系统，对用于室外环境照明的灯具及设备的启动、关闭，以及灯具之间的动态组合、场景模式转换等操作进行管控，最终形成室外照明智能控制系统。从而实现建筑照明节能、环境氛围和传感联动效果。现阶段，随着云计算与5G 技术的进步，在室外照明控制技术发展过程中，将越来越多的借助于智能化信息系统，实施对室外照明的智能化管理。智能化室外照明控制是根据时间、地点及周边环境的差异，利用信息控制系统对不同的区域、不同的环境以及不同时间段的灯具设备进行精确设置，使得不同自然光条件下的照明能符合实际需要，创造舒适度更高的灯光环境。通常室外照明智能控制系统包含户外广告监控、夜景照明控制系统、隧道照明监控系统、路灯监控系统、系统等。智能化监控系统可实现对各个线路板块的无线远程监控，可根据自然环境及照明需求调节灯光的亮度和启闭状态，在满足光照需求的同时还能节约能源，具有很好的发展前景[1]。

2 室外照明智能控制技术的建设应用

随着当代科技水平的进步，产生了室外照明智能控制技术，促进了室外照明的快速进步。室外照明智能控制技术主要有软件和硬件两部分组成，以软件控制协议和硬件执行操作进行信息处理，实现对照明系统的系统诊断、故障预警、操作执行。智能照明控制技术可采用有线和无线的传输方式进行组网。常用的有线协议主要采用EIB、KNX 等总线协议。无线传输主要采用的传输方式有：Lifi、ZigBee、无线网桥、GPRS 等无线传输技术[1]。在实际建设和应用过程中，将不同的区域分别设置成传输节点，每个节点之间为无线通信控制节点，将城市网络的无线通信控制技术与城市照明无线通信有机结合，可以实现照明系统的灵活远程控制，降低城市专用网络通信的建设和运营成本。

智能照明控制技术的特点如下。

（1）远程控制。智能照明设备是对智能灯光控制技术与照明技术的融合发展，结合两者的优点实现照明设备的远程监控、诊断和操作。在智能化管理系统运用过程中，控制系统可利用传感器对室外灯光环境的参数进行监测，形成信息跟踪，然后根据实际的照明需求，将环境参数传输至控制电路系统中，对室外灯具设备的光源进行调节，从而对亮度进行调整，如此实现远程控制室外照明设备。

（2）绿色节能。现代化的智能控制技术，以节能、环保为出发点，实现可持续发展理念，对室外照明进行科学合理设置。智能照明控制技术一方面可根据不同的室外照明环境参数进行照明方式的调整，对于光照需求较小的时段调整照明强度或者关闭室外照明，降低灯具照明能耗，进而实现节能目标。

（3）智能控制。智能照明控制系统可结合监控预警

系统、区域控制系统，形成物联网的系统化连接。智能照明系统主要包括中央控制系统、控制节点、数据监控中心等多个组成部分，控制节点用以收集信息反馈到数据监控中心，数据监控中心通过汇总各类数据信息，上传至中央控制系统，最终由中央控制系统发送各类指令。不同的控制节点可自动控制照明系统的不同用途，有的节点可自动控制灯具的开启关闭，有的节点可对灯泡的亮度进行调节控制，并获取到灯泡的工作状态信息，以实现对灯具的监测故障预警。监控数据中心可采用远程控制功能对远程监控中心进行软件访问及实时控制，定时获取室外照明设备工作状态。与传统的照明灯具相比，智能化照明控制技术能够实现对室外灯具设备的更全面控制，能够提高室外照明效果，对照明能源的消耗也能够得到有效控制，同时人们的生活质量也得到提升[2]。

3 智能照明技术的具体应用

3.1 室外照明

智能照明技术可通过物联网技术，进行室外照明控制。在城市建设过程中，室外照明是设计的重点，城市夜景照明不仅可以解决夜间照明乱、散的问题，还能起到装饰作用，增加城市美感。智能照明技术利用网络系统：①能够对特殊控制事项进行精确编程，全面建设城市照明控制系统。②可以利用系统化管理对不同照明标准的控制板块进行差异化照明控制，实现不同区域照明设施的动态化管理。③可对室外道路的车辆、行人进行信息感知，根据实际情况控制灯光效果，有利于调整灯泡能耗，节约能源。对于一些大型城市，为达到更好的夜景灯光效果，采用智能照明技术，对不同建筑楼群的照明进行统一控制调度，使得建筑楼群的外部灯光联系在一起，相互配合，构造良好的视觉效果。

3.2 道路照明

室外道路照明主要包括车道照明、人行道、自行车道、景光灯照明等。在车辆道路照明中，智能照明中具有红色LED 前照灯检测仪，可对道路照明进行自动控制，利用智能控制系统实现对道路车道内车辆信息的感知，根据系统控制为道路车辆正常运行提供良好的道路条件，特别是在夜间行驶过程中，道路照明的灯光效果需结合驾驶安全需要，对灯光进行调整，使之符合驾驶安全标准。当夜间道路车辆减少时，智能系统可适当调整照明为夜间自动关闭管理模式，在保证车辆安全行驶的前提下适当减少灯光效果，有利于节约电力资源，提高资源利用率。智能照明技术可通过系统监测，掌握道路照明状态，对出现故障的区域进行及时处理，保障道路交通。除此之外，随着人们对健康生活的重视，户外锻炼更加受到人们的推崇，夜跑等夜间户外活动趋于流行，良好的道路照明条件可为人们提供适宜的灯光效果，并根据自然光强度进行自动调节，保障人行道、自行车道等的照明效果。同时景光灯照明，在夜间进行不同灯具灯光的配合，也可增加公园、景区的照明效果，为夜间行人带来最佳的视觉体验。

3.3 智能数字灯光显示屏

当前许多建筑外部都设有数字显示屏，一般用以投放广告、新闻报道等，显示屏的开关、亮度可通过智能数字灯光控制系统进行操作，根据自然光环境进行亮度调节。控制管理系统通过与城市照明监控系统和传感器检测系统的有机结合，采用图像识别和检测技术，可以确保数字显示屏在每个服务区域内都有一定密度的图像流检测，系统可以自动启动并播放相应的城市新闻报道。此外，系统可以自动检测流量，具备图像响应速度快、易于人工调制的优势[3]。

3.4 工程建设照明

智能照明技术在工程建设中的应用也十分广泛。在工程建设中，许多工程施工进行室外施工需采用室外照明，在夜间施工时也需借助于合适的照明效果，如此才能保证工程施工质量。例如，在桥梁施工过程中，一般需用到反射镜进行照明，灯光需满足施工人员的需求，色温、亮度适宜不刺眼。智能照明控制系统可根据夜间城照明的亮度进行工程建设的照明亮度自动调节，防止照明资源浪费。该系统控制是将利用城市现有的集配电系统设备和自动控制设备进行网络化监控，获取全面的网络信息并进行网络通信控制，从而达到降低建设配电设施成本的目的。

4 室外照明控制技术发展现状

近年来，社会经济发展迅速，室外照明控制技术得到很大发展空间，为满照明控制管理的需要，相关的控制技术越来越受到关注和重视，对室外照明控制技术的研究逐渐增多，在城市室外照明控制技术发展过程中，对智慧灯杆、传输网络、云平台控制系统以及专用传感器等技术的研究较多，主要是通过智慧灯杆，设计不同的数据信息传输通道，然后在平台进行数据融合，这种方式对设备的利用过程不完善。现阶段，我国室外照明控制技术发展较快，更先进的照明管理系统在状态监控及终端接入控制方面取得重大突破，室外照明控制技术发展态势良好[2]。但是，虽然各个领域发展变化较快，但室外照明控制技术在具体应用设计开发的专用照明数据云平台还未得到充分的测试与应用，仍需深入和系统的研究。因此室外照明控制技术研究工作还需继续深入，持续吸纳国内外优秀经验，加强创新，不断提升控制水平以应对更加复杂的环境及产品。

5 室外照明控制技术研究

5.1 基于配光技术、散热技术建立高光效智能灯具

照明控制技术研究中，配光技术是关键。低光损、高稳定的配光技术应用于照明灯具设备中，可有效提高灯具光效，减少配光中的光能损失，从而有效提高配光均匀度。同时采用介质填充技术，可减少光的反射现象，总而降低光损，调高系统的透光率。由于不同材料的性能，与透镜材料的匹配度不同，在研究过程中应注重材料的使用。

5.2 基于智慧照明电力载波通信协议研究

对于室外照明控制通信技术应用方面的技术难点，可加强对智慧照明电力载波通信协议的研究，实现智慧照明多协议集中管理，集中控制。电力线是非常复杂的通讯信道，随着负载和电流的变化，它作为一个时变系统，对通信信号有很强的衰减性。针对电力线通信的复杂性，通过采用物联网高速应用进行专用PLC 芯片设计应用。根据电力线的实际情况，对PLC、Wi-Fi、无线Zigbee、无线433MHz、以太网、5G、RS485/Modbus/DMX 等进行综合应用，在多协议开发的基础上将PLC、总线数据传输衔接在一起，构建一个综合性的网络平台。

5.3 基于云技术的室外智慧照明控制研究

对于基于云技术的室外智慧照明控制研究，一方面可建立智慧照明控制系统，可结合云计算、大数据分析等多项技术建立统一的智慧照明控制系统，通过实现智慧照明数据云平台、智慧照明大数据分析和应用、智慧照明多参数控制这三大核心模块，研发智慧照明控制云平台系统，实现针对室外照明场景模式的智能化照明控制，满足节能环保和行车安全的室外照明需求[3]。同时，可利用智慧照明数据云平台，可采用平台算法技术对照明控制系统进行优化，提高照明系统的节能环保水平。在运用云平台进行室外照明控制技术过程中，平台应用的安全问题应提高重视，应研究并建立以用户角色为基础的分级授权机制，把研究基于用户角色权限的云平台安全保障技术作为发展重点，来实现云平台对用户权限及许可行为的有效约束。最后，是室外照明大数据分析技术，在大数据背景下，采集相关照明控制中的预警问题，以大数据为基础建立照明控制系统关联，实现对不同控制节点的统一调配。对于在照明控制中出现的灯具设备故障问题，应完善灯具设备信息及运行状态的记录，根据云计算建立故障诊断模型，实时监测室外灯具设备运行状态，通过监控状态，对出现故障的灯具及时进行排查故障，即时修复，恢复照明[4]。

5.4 室外照明多参数控制

在室外照明控制中，具有多参数、难复合等复杂特性，应借助模糊理论控制，依据模糊理论进行逻辑性的故障诊断，优化参数和多变量强耦合模糊系统的解耦方法。对于不同环境下的照明控制，可基于神经网络的优化设计及应用，建立由无数个神经元相互联结构成的运算模型，将数据整合到模型中，形成灯具设备数据网络结构，对设备数据进行分类、测算、比较，形成数据数值，根据模型进行照明控制中的参数优化操作，实现控制系统的智能化管控[5]。

6 结语

综上所述，室外照明规模的不断扩大，推动着照明控制技术的进一步发展，室外照明控制技术日益成为照明行业研究重点。在科学技术快速发展的今天，室外照明控制技术也应不断推陈出新，不断的提高技术水平，在应用该技术的实践中，对于发现的相关问题要及时采取措施加以解决，还应不断发现问题，优化控制技术在室外照明控制中的技术创新，完善控制系统及照明设施，持续深入开展对室外照明控制技术的研究，促使照明行业的更好发展，为人们生活带来更多便利。