智慧城市建設下的智慧照明燈具設計

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

【關鍵詞】智慧城市；智慧燈具；設計理論

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)展的必經之路，智慧城市的特征之一就是基礎設施智能化，如路燈、信號燈等一些基礎設施，主要的實現目標是基于人工智能實現基建自動化，解放人力的控制系統(tǒng)。從智慧化城市的角度來看，智慧燈具的設計和量產是重要構成部分，智慧燈具的特點是不僅要實現智慧化，還要實現節(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，其技術要點是通過城市傳感網和無線通信技術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”的概念利用信息技術來處理龐大數據量的感應數據，并根據數據分析的結果實現對于不同環(huán)境下不同區(qū)域內的智能化響應。通過智能化的決策支持，實現整個城市照明系統(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代化建設程度，同時也是改善民生的重大舉措。

2智慧燈具設計所遇到的瓶頸

燈具主要是由導線系統(tǒng)、燈頭和燈桿構成，目前的節(jié)能燈大多采用LED燈頭，對于智慧燈具的設計來說并沒有技術上的革新點可用，智慧燈具的設計要點在于燈桿的設計。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。但是從設計成品的使用情況來看，智慧燈具的燈桿設計在實際使用時的表現都不太理想，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問題，甚至在初次安裝時都帶來了很多的技術難題，如安裝困難、二次拆裝困難等。與傳統(tǒng)燈具的設計相比，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據收集模塊，這就要求燈桿的設計更加科學化，而目前燈桿的硬件設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計，導致了其功能設計到位，但從建筑學角度來說設計卻不合理。

3智慧照明管理系統(tǒng)及燈具設計

3.1控制版塊設計

智慧照明管理系統(tǒng)的設計主要涉及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)網系統(tǒng)與控制中心遠程連接，實現遠程控制、節(jié)能管理。

3.1.1資產管理資產管理子系統(tǒng)主要的管理內容是燈具的地理位置信息、燈具信息、燈桿、導電線等基礎數據，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)的設計主要實現的目標是對于每個燈具的智慧化管理，通過大數據技術實現數據關聯(lián)、數據共享、數據應用等目的。同時，將不同的管理內容細化到每一個部門之中，利用GPS、GIS等先進技術實現對照明燈具的智能化管理[2]。3.1.1.1基礎數據管理基礎數據管理主要是對現存的燈具數據進行收集、保存和管理工作，其內容包括圖像采集、設備信息的導入導出、資產數據庫的建立等。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量級，對每一個基礎設施的地理位置進行管理變得十分重要。通過軟硬件技術結合，集中實現地理位置信息的可視化管理是智慧照明系統(tǒng)設計的要點之一。

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。其設計目的在于通過智能控制實現對于智慧燈具的綜合評價，盡可能地實現降低能耗和智慧節(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的指令，經通信設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計的關鍵，可以實現節(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)現事故點，及時地維修，是設計的重點所在[3]。

3.1.3監(jiān)控中心設計以3×4方陣共12塊顯示屏拼接成為監(jiān)控中心主顯示屏，在計算機設備、UPS設備的選用上采用可靠硬件或政府集體采購的高質量硬件，在系統(tǒng)搭建時預留單燈控制設備。由于監(jiān)控中心有多個計算機設備共同使用，所以設計為通過GPRS/4G/5G網絡連接成為局域網，并且設計遠程服務功能，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備，大屏左側預留通道，方便進入監(jiān)控室的設備間。

3.2燈具終端設計

3.2.1燈桿設計燈桿設計的解決思路是空間的合理分類、設備分類安裝組合以及設備科學布局3個方面。首先要對燈具的功能設備進行不同等級的分類，在設計時不同的功能設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單燈控制器設計每個燈具內安裝單燈控制器，實現對燈具的開關控制、亮度控制、信息采集，在功能設計時支持定制，可根據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，單燈控制器的設計如圖1所示。單燈控制系統(tǒng)的設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、自動中繼的功能；亮度控制開關設定好之后，全年度自動按照設計的程序進行控制；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、關燈；具有狀態(tài)報告功能。

3.3LED一體化燈具設計

目前國內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)實現城市用燈的智能化改造。結合國家對于節(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燈具根據其優(yōu)點充分發(fā)揮調光優(yōu)勢，設計無級調光模塊接口，由單燈控制中心控制，外殼設計為高壓鑄形加靜電噴塑處理，由于LED照明設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。整體設計遵循模塊化構想，利用維修和更換零部件，接口的設計力求做到統(tǒng)一，各個零件之間形成良好適配。

4結語

近年來我國城市化建設的腳步逐漸加快，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計存在的不足，給出了相關建議并介紹了智慧燈具的設計要點，期望可以給相關行業(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)技術學院