智慧城市建設(shè)下的智慧照明燈具設(shè)計

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【摘要】隨著人工智能技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，智慧燈具的理想已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)實。鑒于技術(shù)等原因的限制，目前智慧燈具的技術(shù)還存在許多不足之處，現(xiàn)基于建筑學設(shè)計理論，結(jié)合具體的智慧城市建設(shè)要求，闡述改善智慧燈具技術(shù)的具體設(shè)計方案。

【關(guān)鍵詞】智慧城市；智慧燈具；設(shè)計理論

引言

智慧城市的概念自提出以來一直都被視作未來城市發(fā)展的必經(jīng)之路，智慧城市的特征之一就是基礎(chǔ)設(shè)施智能化，如路燈、信號燈等一些基礎(chǔ)設(shè)施，主要的實現(xiàn)目標是基于人工智能實現(xiàn)基建自動化，解放人力的控制系統(tǒng)。從智慧化城市的角度來看，智慧燈具的設(shè)計和量產(chǎn)是重要構(gòu)成部分，智慧燈具的特點是不僅要實現(xiàn)智慧化，還要實現(xiàn)節(jié)能減排的環(huán)保要求。

1智慧燈具的概念

智慧燈具是智慧照明系統(tǒng)的核心部分，其技術(shù)要點是通過城市傳感網(wǎng)和無線通信技術(shù)將整個城市的照明系統(tǒng)連接成統(tǒng)一的整體，由中控系統(tǒng)完成統(tǒng)一控制，基于“物聯(lián)網(wǎng)”的概念利用信息技術(shù)來處理龐大數(shù)據(jù)量的感應數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果實現(xiàn)對于不同環(huán)境下不同區(qū)域內(nèi)的智能化響應。通過智能化的決策支持，實現(xiàn)整個城市照明系統(tǒng)的智慧化[1]。智慧化照明系統(tǒng)不僅代表了一個城市的現(xiàn)代化建設(shè)程度，同時也是改善民生的重大舉措。

2智慧燈具設(shè)計所遇到的瓶頸

燈具主要是由導線系統(tǒng)、燈頭和燈桿構(gòu)成，目前的節(jié)能燈大多采用LED燈頭，對于智慧燈具的設(shè)計來說并沒有技術(shù)上的革新點可用，智慧燈具的設(shè)計要點在于燈桿的設(shè)計。隨著智慧照明概念的提出，市場需求急劇增加，各大廠商都著手于研究和制造智慧燈具。但是從設(shè)計成品的使用情況來看，智慧燈具的燈桿設(shè)計在實際使用時的表現(xiàn)都不太理想，目前較為流行的一體化固體方式存在很多使用和維護上的技術(shù)問題，甚至在初次安裝時都帶來了很多的技術(shù)難題，如安裝困難、二次拆裝困難等。與傳統(tǒng)燈具的設(shè)計相比，智慧燈具有著更為復雜的電路系統(tǒng)并且加裝了通信模塊或者數(shù)據(jù)收集模塊，這就要求燈桿的設(shè)計更加科學化，而目前燈桿的硬件設(shè)計仍然停留在各種功能堆砌的狀態(tài)，缺乏宏觀上的科學設(shè)計，導致了其功能設(shè)計到位，但從建筑學角度來說設(shè)計卻不合理。

3智慧照明管理系統(tǒng)及燈具設(shè)計

3.1控制版塊設(shè)計

智慧照明管理系統(tǒng)的設(shè)計主要涉及5個部分，分別是節(jié)能、控制、管理、運營和維護。每一個燈具終端都通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與控制中心遠程連接，實現(xiàn)遠程控制、節(jié)能管理。

3.1.1資產(chǎn)管理資產(chǎn)管理子系統(tǒng)主要的管理內(nèi)容是燈具的地理位置信息、燈具信息、燈桿、導電線等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時記錄每一個燈具的維修及零件替換情況，智慧照明系統(tǒng)的設(shè)計主要實現(xiàn)的目標是對于每個燈具的智慧化管理，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)應用等目的。同時，將不同的管理內(nèi)容細化到每一個部門之中，利用GPS、GIS等先進技術(shù)實現(xiàn)對照明燈具的智能化管理[2]。3.1.1.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理主要是對現(xiàn)存的燈具數(shù)據(jù)進行收集、保存和管理工作，其內(nèi)容包括圖像采集、設(shè)備信息的導入導出、資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的建立等。3.1.1.2地理位置信息管理地理位置信息管理實現(xiàn)是對于每個照明燈具的位置管理，由于城市中路燈等燈具處于一個十分龐大的數(shù)量級，對每一個基礎(chǔ)設(shè)施的地理位置進行管理變得十分重要。通過軟硬件技術(shù)結(jié)合，集中實現(xiàn)地理位置信息的可視化管理是智慧照明系統(tǒng)設(shè)計的要點之一。

3.1.2運營管理運營管理是指智慧照明系統(tǒng)中的燈具控制和故障處理。其設(shè)計目的在于通過智能控制實現(xiàn)對于智慧燈具的綜合評價，盡可能地實現(xiàn)降低能耗和智慧節(jié)能。3.1.2.1燈具控制燈具的控制主要是指指令的發(fā)送和指令的執(zhí)行，執(zhí)行終端為智能燈具。中控中心通過分析計算之后下達相關(guān)的指令，經(jīng)通信設(shè)施傳遞之后由智慧燈具來執(zhí)行，這一過程被稱為燈具控制過程。在整個控制過程中，通信始終是由通信設(shè)施完成的。3.1.2.2故障處理智能化故障處理管理系統(tǒng)包括漏電檢測、燈具故障分析、維修管理3個方面，故障處理是整個智能照明燈具設(shè)計的關(guān)鍵，可以實現(xiàn)節(jié)省人力、定向維護等目的。由于城市的照明燈具所處的環(huán)境多為露天，盡管在燈具設(shè)計時已考慮到應對復雜多變的室外環(huán)境，但是漏電等故障的出現(xiàn)是無法完全避免的。通過智能化故障處理系統(tǒng)，可以第一時間發(fā)現(xiàn)事故點，及時地維修，是設(shè)計的重點所在[3]。

3.1.3監(jiān)控中心設(shè)計以3×4方陣共12塊顯示屏拼接成為監(jiān)控中心主顯示屏，在計算機設(shè)備、UPS設(shè)備的選用上采用可靠硬件或政府集體采購的高質(zhì)量硬件，在系統(tǒng)搭建時預留單燈控制設(shè)備。由于監(jiān)控中心有多個計算機設(shè)備共同使用，所以設(shè)計為通過GPRS/4G/5G網(wǎng)絡連接成為局域網(wǎng)，并且設(shè)計遠程服務功能，同時包含GPS校時功能，保障控制中心的穩(wěn)定可靠運行。大屏后方安置機柜、不間斷電源等必要設(shè)備，大屏左側(cè)預留通道，方便進入監(jiān)控室的設(shè)備間。

3.2燈具終端設(shè)計

3.2.1燈桿設(shè)計燈桿設(shè)計的解決思路是空間的合理分類、設(shè)備分類安裝組合以及設(shè)備科學布局3個方面。首先要對燈具的功能設(shè)備進行不同等級的分類，在設(shè)計時不同的功能設(shè)備安裝于燈桿的不同位置，本研究給出的解決參考辦法如表1所示。

3.2.2單燈控制器設(shè)計每個燈具內(nèi)安裝單燈控制器，實現(xiàn)對燈具的開關(guān)控制、亮度控制、信息采集，在功能設(shè)計時支持定制，可根據(jù)自身的需求選擇要安裝的功能，比如亮度控制功能可以進行選裝，單燈控制器的設(shè)計如圖1所示。單燈控制系統(tǒng)的設(shè)計要點涉及以下幾個方面。通訊方式為電力載波；為了保證通信的可靠性，要具備自動組網(wǎng)、自動中繼的功能；亮度控制開關(guān)設(shè)定好之后，全年度自動按照設(shè)計的程序進行控制；可分組控制；具有獨立控制的能力，不僅僅受控于主控中心；可開、關(guān)燈；具有狀態(tài)報告功能。

3.3LED一體化燈具設(shè)計

目前國內(nèi)大部分的城市用燈具都為高壓鈉燈，高壓鈉燈存在耗電量大、電能利用率低、光污染嚴重等問題，為了解決這一問題，初步設(shè)計用LED燈替換在用的高壓鈉燈，運用智慧照明控制系統(tǒng)實現(xiàn)城市用燈的智能化改造。結(jié)合國家對于節(jié)能減排政策的要求，傳統(tǒng)照明燈具的升級換代已在全國范圍內(nèi)逐漸落實，LED照明燈具具有節(jié)能高效、綠色環(huán)保、壽命長等特點，十分契合智慧照明燈具的使用要求。LED燈具根據(jù)其優(yōu)點充分發(fā)揮調(diào)光優(yōu)勢，設(shè)計無級調(diào)光模塊接口，由單燈控制中心控制，外殼設(shè)計為高壓鑄形加靜電噴塑處理，由于LED照明設(shè)備可能處于長期工作狀態(tài)，所以外殼選用鋁合金協(xié)助散熱。整體設(shè)計遵循模塊化構(gòu)想，利用維修和更換零部件，接口的設(shè)計力求做到統(tǒng)一，各個零件之間形成良好適配。

4結(jié)語

近年來我國城市化建設(shè)的腳步逐漸加快，智慧城市的概念自提出以來受到了人們的廣泛支持，我國在智能照明系統(tǒng)的建設(shè)上一直保持著持續(xù)投入，智慧照明的未來發(fā)展空間巨大。本研究針對目前智慧燈具設(shè)計存在的不足，給出了相關(guān)建議并介紹了智慧燈具的設(shè)計要點，期望可以給相關(guān)行業(yè)工作者提供一定的參考。

參考文獻

[1]冀楠.智慧城市背景下智慧照明燈具的設(shè)計探討[J].智能城市,2019,5(24):32-33.

[2]馬秀峰.基于智慧城市照明體系的LED光源應用效益研究[D].邯鄲:河北工程大學,2017.

[3]張宏征.在智慧城市建設(shè)下的道路照明體系[D].天津:天津大學,2017.

作者：魏青 單位：武漢職業(yè)技術(shù)學院