智慧城市建設(shè)下的智慧照明燈具設(shè)計(jì)

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【摘要】隨著人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智慧燈具的理想已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)實(shí)。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(xué)設(shè)計(jì)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(jì)方案。

【關(guān)鍵詞】智慧城市；智慧燈具；設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)目標(biāo)是基于人工智能實(shí)現(xiàn)基建自動(dòng)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(jì)和量產(chǎn)是重要構(gòu)成部分，智慧燈具的特點(diǎn)是不僅要實(shí)現(xiàn)智慧化，還要實(shí)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(diǎn)是通過城市傳感網(wǎng)和無線通信技術(shù)將整個(gè)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(yīng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果實(shí)現(xiàn)對于不同環(huán)境下不同區(qū)域內(nèi)的智能化響應(yīng)。通過智能化的決策支持，實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(gè)城市的現(xiàn)代化建設(shè)程度，同時(shí)也是改善民生的重大舉措。

2智慧燈具設(shè)計(jì)所遇到的瓶頸

燈具主要是由導(dǎo)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(jì)來說并沒有技術(shù)上的革新點(diǎn)可用，智慧燈具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于燈桿的設(shè)計(jì)。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(jì)成品的使用情況來看，智慧燈具的燈桿設(shè)計(jì)在實(shí)際使用時(shí)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(hù)上的技術(shù)問題，甚至在初次安裝時(shí)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(jì)相比，智慧燈具有著更為復(fù)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(jì)更加科學(xué)化，而目前燈桿的硬件設(shè)計(jì)仍然停留在各種功能堆砌的狀態(tài)，缺乏宏觀上的科學(xué)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致了其功能設(shè)計(jì)到位，但從建筑學(xué)角度來說設(shè)計(jì)卻不合理。

3智慧照明管理系統(tǒng)及燈具設(shè)計(jì)

3.1控制版塊設(shè)計(jì)

智慧照明管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要涉及5個(gè)部分，分別是節(jié)能、控制、管理、運(yùn)營和維護(hù)。每一個(gè)燈具終端都通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與控制中心遠(yuǎn)程連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(dǎo)電線等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄每一個(gè)燈具的維修及零件替換情況，智慧照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是對于每個(gè)燈具的智慧化管理，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)應(yīng)用等目的。同時(shí)，將不同的管理內(nèi)容細(xì)化到每一個(gè)部門之中，利用GPS、GIS等先進(jìn)技術(shù)實(shí)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(jìn)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(dǎo)入導(dǎo)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(shí)現(xiàn)是對于每個(gè)照明燈具的位置管理，由于城市中路燈等燈具處于一個(gè)十分龐大的數(shù)量級，對每一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施的地理位置進(jìn)行管理變得十分重要。通過軟硬件技術(shù)結(jié)合，集中實(shí)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(jì)的要點(diǎn)之一。

3.1.2運(yùn)營管理運(yùn)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(jì)目的在于通過智能控制實(shí)現(xiàn)對于智慧燈具的綜合評價(jià)，盡可能地實(shí)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(jì)算之后下達(dá)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(gè)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(gè)方面，故障處理是整個(gè)智能照明燈具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)省人力、定向維護(hù)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(jì)時(shí)已考慮到應(yīng)對復(fù)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(shí)間發(fā)現(xiàn)事故點(diǎn)，及時(shí)地維修，是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)所在[3]。

3.1.3監(jiān)控中心設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(shí)預(yù)留單燈控制設(shè)備。由于監(jiān)控中心有多個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備共同使用，所以設(shè)計(jì)為通過GPRS/4G/5G網(wǎng)絡(luò)連接成為局域網(wǎng)，并且設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程服務(wù)功能，同時(shí)包含GPS校時(shí)功能，保障控制中心的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。大屏后方安置機(jī)柜、不間斷電源等必要設(shè)備，大屏左側(cè)預(yù)留通道，方便進(jìn)入監(jiān)控室的設(shè)備間。

3.2燈具終端設(shè)計(jì)

3.2.1燈桿設(shè)計(jì)燈桿設(shè)計(jì)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(xué)布局3個(gè)方面。首先要對燈具的功能設(shè)備進(jìn)行不同等級的分類，在設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)每個(gè)燈具內(nèi)安裝單燈控制器，實(shí)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(jì)時(shí)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(jìn)行選裝，單燈控制器的設(shè)計(jì)如圖1所示。單燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)涉及以下幾個(gè)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(dòng)組網(wǎng)、自動(dòng)中繼的功能；亮度控制開關(guān)設(shè)定好之后，全年度自動(dòng)按照設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行控制；可分組控制；具有獨(dú)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(bào)告功能。

3.3LED一體化燈具設(shè)計(jì)

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(yán)重等問題，為了解決這一問題，初步設(shè)計(jì)用LED燈替換在用的高壓鈉燈，運(yùn)用智慧照明控制系統(tǒng)實(shí)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(shí)，LED照明燈具具有節(jié)能高效、綠色環(huán)保、壽命長等特點(diǎn)，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(diǎn)充分發(fā)揮調(diào)光優(yōu)勢，設(shè)計(jì)無級調(diào)光模塊接口，由單燈控制中心控制，外殼設(shè)計(jì)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(jì)遵循模塊化構(gòu)想，利用維修和更換零部件，接口的設(shè)計(jì)力求做到統(tǒng)一，各個(gè)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(jì)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(jì)要點(diǎn)，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(xiàn)

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

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[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(xué),2017.

作者：魏青 單位：武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院