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淺析智慧照明在智慧城市建設中的引領作用

2019-03-21    

來源:中國設計師網

   作者:王勤  

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導語: ”在LED光源、驅動電源、燈具配光、智能控制系統、傳感器、互聯網和物聯網等技術和工藝的日臻成熟和廣泛運用的當下,智慧與照明相遇,人類對照明的需求就不僅僅是為了在黑暗中能看清物體和識別方向的基本功能了,照明行業也就從單純的光源、電器、燈具研發、生產、應用,逐漸與建筑電氣、園林景觀、環境藝術、建筑外觀、一體化建材、網絡科技領域的科技成果融合,形成了一系列以照明為核心的系統工程。

  1 引言

  愛默生說:“智慧的可靠標志就是能夠在平凡中發現奇跡。”在LED光源、驅動電源、燈具配光、智能控制系統、傳感器、互聯網和物聯網等技術和工藝的日臻成熟和廣泛運用的當下,智慧與照明相遇,人類對照明的需求就不僅僅是為了在黑暗中能看清物體和識別方向的基本功能了,照明行業也就從單純的光源、電器、燈具研發、生產、應用,逐漸與建筑電氣、園林景觀、環境藝術、建筑外觀、一體化建材、網絡科技領域的科技成果融合,形成了一系列以照明為核心的系統工程,從而成就了專業從事智慧照明的領軍人物、領軍企業和設計、施工隊伍,智慧照明悄悄地來到我們的生活和工作中,智慧照明成為智慧城市建設的標桿,引領智慧園區、智慧景區、智慧市政、城市夜間光環境工程建設步入跳躍式的發展階段,架起了通往智慧城市的金橋。

  2 智慧城市

  2.1 智慧城市的概念

  智慧城市是利用新一代信息技術,在泛信息全面感知和互聯的基礎上,實現人、物、城市功能系統之間無縫連接與協同聯動的智能自感知、自適應、自優化,從而對政府服務、商務活動、民生、環保、公共安全等多種城市需求做出智能優化和及時響應,形成具備可持續發展、便捷、高效、綠色、安全的智慧城市形態。

  2.2 國內智慧城市進程

  2013年1月29日,住房城鄉建設部公布首批國家智慧城市試點名單。

  2013年4月10日,由住房城鄉建設部建筑節能與科技司組織的智慧城市創建任務書編織培訓會在北京舉行。

  2014年8月29日,經國務院同意,發改委、工信部、科技部、公安部、財政部、國土部、住建部、交通部等八部委印發《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》。

  2015年是智慧城市建設規模實施的元年。筆者認為也是中國城市建設開始彎道超車趕超發達國家的起點。

  2.3 智慧城市體系架構

  華為智慧城市解決方案整體架構見圖1。

  華為認為:智慧城市是一個復雜的“巨系統”,涉及投融資、頂層設計、集成、運營、業務應用、ICT基礎建設等多個環節。因此,只有各個環節的企業在各自領域做好自己擅長的事情,才能促進智慧城市生態圈的良性發展,提供滿足客戶需求、自身不斷進化的智慧城市整體解決方案。在智慧城市領域,華為聚焦ICT基礎設施與解決方案提供技術支持與售后服務。

  


  圖1 華為智慧城市解決方案整體架構

  筆者理解:在智慧城市系統架構中有感知、網路、數據、應用四個層次無數個信息采集終端和傳感系統;在網絡層強調城市通信網和城市物聯網;在感知層包含在數據層包含云數據處理中心和公共信息服務平臺、大數據支持平臺;在應用層里包含智慧城市的大腦——智慧城市管理運營中心,中樞神經系統——智慧政務、智慧城管、平安城市、數字環保、數字園林、智能交通、智慧醫療、智慧教育、智慧照明等多個子系統。由于《“十二五”城市綠色照明規劃綱要》的實施,在整個智慧城市系統架構中,城市照明設施是最健全、最完備、數字化管理最到位的城市基礎設施,幾乎不用投資即可承載其他感知和應用子系統裝備,實現智慧城市核心功能(見圖3),因此,智慧照明自然存在于智慧城市系統架構的感知層和應用層兩個層面里(見圖2)。

  


  圖2 智慧城市系統架構里的智慧照明

  


  圖3 智慧照明與其他智慧城市子系統的關系

  3 智慧照明

  3.1 智慧照明基于智能照明

  智能照明是指利用人工智能、無線通訊數據傳輸、智能化信息處理、物聯網、傳感器、控制系統等技術,使照明設施具有色溫、亮度、色彩、點線面的光源的軟啟動、定時控制、場景設置等功能,并達到預定的照明標準要求,滿足不同個性的需求,同時按照程序反饋問題的照明系統工程。智慧照明是智能照明的更高級階段。

  3.2 智慧照明是照明非照明

  IEC-SC34E--AC4定義是:智慧燈具,智慧燈具是配備了具有傳感、通信和處理能力的組件的燈具;智慧照明系統,智慧照明系統是一個或多個智慧燈具與一個或多個控制裝置的組合。

  飛樂音響定義是:智慧照明打造的是一個“燈、網、云”的物聯網核心概念。核心產品是“一盞燈”,即以LED燈作為集成感知終端和集成工作終端。重點是布設“一張網”,用于感知和傳輸,最終集成到管理后臺“一朵云”上,打造數據云、服務云和智慧云。建設一套基于智慧照明的燈什練合利用練合生態系統,買現“1+X”綜合應用,構建城幣基礎設施建設新模式,實現多方共盈利,引導智慧城市建設進入可持續發展階段(見圖4)。

  華為認為:數以億計的照明設施聯網將是市政物聯網建設的開端,從市政照明開始,將交通管理、環境監控、市政管理、市政照明等智能設備聯接起來,打造全聯接市政物聯網,可架構“智慧城市”的未來。

  筆者認為:智慧照明是軟件與硬件、物質與意識、科技與藝術的完美結合,以城市毛發和皮膚形式出現,直通智慧城市中樞神經的系統工程。智慧照明基于人的規劃設計,涵蓋一切照明、承載智慧城市感知層和應用層多個子系統、能人機互動、能表達情感、符合大自然發展態勢。智慧照明有自己的程序語言和燈光語言,燈光語言在對歷史、文化、藝術、人情世故的敘述,對宇宙萬物、大千世界、古今城池、人文景觀的顯現和強調過程中所表達的喜怒哀樂,能被不同國界、不同膚色、不同種族、不同語言、不同背景的人所發現、感知、體會,從而產生共鳴。智慧照明不僅能滿足宇宙間萬物對光的不同需求,也能顛覆人類肉眼所能看到的宇宙萬物和大千世界色與形。正所謂“照見五蘊皆空、色即空空即色”(見圖5 )。

  


  圖4 飛樂音響智慧照明園區架構

  


  圖5 智慧景觀照明之意境

  3.3 智慧照明系統中的燈是燈非燈

  無論是智慧路燈還是智慧壁燈等,均是在保持燈的基本功能基礎上,以燈桿或燈座為載體,整合監控攝像頭、4G微基站、公共廣播、多媒體信息屏、新能源汽車充電樁、GPS坐標定位、環境信息采集器、停車收費站、報警器、實時數據反饋與發布、水位測量器、光伏發電機、風能發電機、應急照明系統等硬件功能,通過先進的信息感知技術、數據通信傳輸技術、燈光控制技術、計算機處理技術,將采集到的數據和信息傳輸到“智慧照明軟件系統平臺”,以之作為管理后臺,實現大數據交互環境下的智能照明、智慧交通、數字城管、智能環衛、公共安全、無線城市、信息發布、一鍵報警等智慧城市管理核心功能(見圖6)。

  


  圖6 智慧燈具展示圖

  3.4 智慧照明擁有完整的產業鏈

  3.4.1 標準、規范

  (1)智慧照明標準編制、研究與國際接軌。2016年4月國際標準化組織光與照明技術委員會通過投票正式同意建立ISO/TC274/WC2,任命中國建筑科學研究院環能院光環境與照明研究中心主任王書曉博士為該工作組召集人,并將該工作組秘書處設在該院,由中國管理。

  ISO/TC274/WC2成員采目奧地利、加拿大、荷蘭、德國等十一個國家,共同探討禾采國際智能照明領域的相關標準,編制《Light and lighting-Commissioning Process of AdaptiveLighting Systems)),該標準將是國際智能照明領域的第一個國際標準。2016年5月,IECTC34 AC4在華盛頓會議確定《照明系統術語和定義》、《自適應照明系統光源待機功率的測試》、《照明系統一般要求》和《用于具體應用領域的照明系統標準開發指南》四項標準提案作為優先啟動項目開展預研籌備工作,其中三項來自中國張偉博士的提案。

  (2)智慧路燈標準編制、研究國際領先。2011年8月,深圳市LED產業標準聯盟發布了:《LED路燈智能照明技術規范第1部分:控制系統》(SQL/LSA004.1-2011)、((LED路燈智能照明技術規范第2部分:電力線載波控制子系統》(SQL/LSA004.2-2011)、《LED路燈智能照明技術規范第3部分:應用層通信協議》(S QL/LS A004.3 - 2011)。

  2012年11月,國家半導體照明工程研發及產業聯盟發布了聯盟標準:《LED公共照明智能系統接口應用層通信協議》(CSA018-2012)。

  2013年3月,中華人民共和國住房和城鄉建設部發布了行業產品標準《LED路燈》(CJ/T420-2013)。

  2015年6月,中國電力企業聯合會標準化中心和中國電力科學研究院等單位負責起草了國家標準《路燈控制管理系統總則》、《路燈控制管理系統主站技術規范》、《路燈控制管理系統通信協議》、《路燈控制管理系統路燈控制器技術規范》、《路燈控制管理系統路燈控制管理終端技術規范》、《路燈控制管理系統安全防護技術規范》等6項國家標準(征求意見稿)。

  2015年10月,由半導體照明聯合創新國家重點實驗室牽頭,會同有關單位編制的國家標準《LED公共照明智能系統接口應用層通信協議》己經完成征求意見稿。

  2015年8月,上海市城鄉建設和交通委員會發布了《道路LED照明應用技術規范》CDG/TJ08-2182-2015)。

  2015年6月,中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局中國國家標準化管理委員會發布《LED城市道路照明應用技術要求》(GB/T31832-2015)。

  2015年11月,中華人民共和國住房和城鄉建設部頒布了行業標準《城市道路照明設計標準》(CJJ45一2015)。

  2016年7月,國家半導體照明工程研發及產業聯盟標委會(CSAS)管理委員會審核通過《智能照明體系構架與技術參考模型》(CSA045)立項申請,CSAS秘書處現正面向正式成員發出邀請,組建上述起草小組負責標準的制定工作。

  (3)標準、協議跨界共享。TALQ規范定義了一個中央管理系統和戶外照明網絡之間的應用層協議,TALQ協議是建立在標準的互聯網協議和安全標準基礎上的,它所支持的主要功能有單燈的多級控制,豐富的日歷和編程功能,監測和數據記錄功能,以及可擴展性和安全性的支持,規范使戶外照明網絡之間的互操作性成為可能;Fairhair聯盟與主流的生態系統如BACnet, KNX和ZigBee緊密合作,以使這些技術轉化為IoT技術,建立包括傳感器、照明設備、溫控器、調光器等IoT設備的統一樓宇網絡基礎架構,并將其作為可互操作的照明和樓宇自動化系統的基礎。

  3.4.2光源、電器、燈具、控制、傳感等日臻成熟

  目前,國內LED生產企業超過萬家,LED從外延片的生產、芯片的制備、芯片的封裝、LED照明模組化生產及LED產品應用在內的較為完整的產業鏈;國內具備一定規模的LED照明驅動電源企業己經超過400家,在智慧照明的發展的拉動下,2015年,國內生產的LED驅動電源技術日臻完善,高能效、小型化、集成化、智能化、數字電源技術成為LED電源技術主流;LED智能可變色溫燈具實現了可變情景的照明光環境應用;停車場智能控制系統實現了基于車輛位置的停車場照明智能控制系統方案;可調色溫LED筒燈、無影燈、消毒燈在醫療照明中投入使用;LED遠程化、封閉式、全過程智能植物補光照明系統走進種苗培育基地和蔬菜大棚,推進了農業照明的二次發展;城市道路照明實現了光控、時控、車流感應自控;城市景觀照明實現了點、線、面,聲光電,圖像、光色全城聯動,項目聯動分層無級調光,以LED光源為核心部件的照明工程可謂發展迅猛(圖7)。

  


  圖7 2009-2015年中國LED照明工程市場規模趨勢

  3.4.3智慧照明解決萬案系統組件完備弄全

  (1)智能終端:集成亮度傳感器,支持無線RF Mesh組網;支持電壓、電流、功率、功率因數、電能計量;支持照明設備動態調控。

  (2)敏捷控制器:核心控制組件,智能終端、敏捷物聯網關的統一管理平臺;通過標準北向接口向應用系統開放,便于合作伙伴根據客戶實際需求,開發差異化的照明控制管理系統。

  (3)敏捷物聯網關:支持通過3 G/LTE和無線RF Mesh網絡;工業級設計,即使在最惡劣的環境也能可靠運行;可搭載輕量級計劃組件,自定義照明策略可本地化部署。

  (4)照明控制管理系統:基于GIS位置信息、拓撲信息、運行狀態可視化;照明設施狀態實時監控,基于大數據的前瞻性分析預測,靈活設置控制策略和計劃(圖8)。

  3.4.4智慧城市子系統硬件生產的標準化程度

  伴隨著跨界分享經濟的到來,用于智慧城市建設,搭載在照明設施載體上的監控器、微基站、顯示屏、充電樁、音視頻、GPS、傳感器、環境信息采集器、停車收費站、報警器、水位測量儀、太陽能光伏發電設備、風能發電設備、應急照明設備等系統硬件生產方面,己經基本實現了專業化、標準化、通用化,這些結構合理,安裝操作維護便捷的子系統硬件,通過與智慧照明管理子系統后臺互動,在智慧城市系統工程中起著不可替代的引領作用(圖9)。

  


  圖8 華為智慧照明方案架構

  


  圖9 上海金領示范項目

  3.5智慧照明擁有強大的領軍企業

  2015年A股上市公司中共有37家照明公司,年報披露數據,營收增長的企業占比為70.3%,增長來源于LED照明市場的份額不斷擴大,但是凈利潤增長的企業只占56%。上市公司中營收和凈利潤增長第一、二名,其增長點均在智慧照明的應用方面。

  飛樂音響(600651),自2014年開始布局智慧照明,2015年以智慧城市建設為業務平臺,以智慧路燈網為業務抓手,同時開展智能家居研發,不斷拓展目身業務范圍和銷售渠道,先后完成了上海中心、上海金領之都、山東省臨邑縣等多個智慧項目,這些項目以智慧照明為核心的智慧城市建設示范項目,成為國內具有影響力的智慧照明系統解決方案服務商和智慧社區、智慧園區、智慧城市整體解決方案服務商(圖10)。2015年11月~12月報凈利潤3.76億同比增長481.79%,全行業第一名。

  咖偉股份(300317),2015年全力推進照明業務向毛利率更高的智能和互聯網應用方向的升級,并集中力量拓展新的拓展新的“智能家居”和“智能安防”業務。2015年5月,在北美市場推出的首款“智能安防壁燈”引入“預防式安保”的理念,有效的將入室行竊防范在未發生之前。“智能安防壁燈”采用業界最為領先的硬件配置,結合智能控制、實時監控、遠程通話、視頻識別、云端存儲等創新功能于一體,具有領先同類產品之影像分析能力,從影像中擷取出可能的威肋、信息,通過互聯網實時進行遠程預警,并對可疑行為進行云端存儲,達成安全防護效果。該產品自上市以來,廣受客戶好評,銷量增長迅速。2015年11月~12月實現營業收入190226.59萬元,同比增長179.68%,全行業第二名。

  華為推出了業界首個照明物聯網,其解決方案是通過引入標準無線RF Mesh通信協議構建自發現,自組網,設備即插即用,可快速自愈的智能傳感網,以高速LTE/3G/GPRS敏捷物聯網關作為遠程通信橋梁,以開放、智能的敏捷控制器作為核心控制組件,可自由對接差異化的照明控制應用系統,旨在構建多級智能控制,可視化管理,安全可靠和全層次開放的照明物聯網,實現照明設備全聯接,構建按需控制的照明物聯網。照明物聯網的實施,可以幫助市政管理者規劃更加科學的照明策略和計劃。通過優化照明策略,實現需要亮的時候才亮,需要多亮就多亮的按需照明,做更綠色的照明,幫助城市照明節能最高可達80%;通過可視化管理,預防性維護,實現海量照明設施的便捷管理,做更簡單的照明,幫助城市照明降低運營維護成本最高達90%;作為智慧城市感知層和應用層的核心子系統,能夠快速集成其他第三方應用子系統和設備。

  華普永明(833888),LED行業內唯一一家定位于為智慧照明量身打造設計方案的產品生產公司,設計人員學科背景涵蓋光學、熱學、結構、工業設計、力學、電子電氣、信息、美術等,核心設計人員均具備國際、國內重大工業產品項目的設計經驗。華普永明己經申報國內外專利130多項,以平均每周超過一項專利的速度遞增,這些專利己經形成一個不斷擴充中的專利池,為客戶提供一個安全的知識產權后盾,為客戶免除LED行業的知識產權這個重大難題的困擾。

  3.6 三巨頭聯手打“微基站燈”,為智慧城幣建設提供全新思路

  2015年9月18日,由華為、上海飛樂音響股份有限公司合作的內置微型基站“微基站燈”系統解決方案新品發布會在上海舉行,并接入上海聯通商用網絡,這一事件標志著“微基站燈”系統解決方案開啟了全球正式商用之旅。該方案將無線微基站集成在LED路燈桿中,在實現城市路燈網LED升級換代的同時,還可增強路網及周邊的無線網絡覆蓋,由此,大幅提升用戶網絡使用體驗,從而為智慧城市建設提供了全新的思路。“微基站燈”項目的正式商用,還加速了微基站“眾包”部署的步伐,在該部署模式中,運營商、市政、電力公司、路燈集成商、基站設備供應商實現跨界合作,由傳統的運營商主導站點獲取、租賃模式,擴展到由路燈集成商、站址業主共同參與網絡建設、整合資源模式,大幅提升了站址獲取和網絡部署的效率。隨著信息感知智能化、便捷化、高效化時代的來臨,“微基站燈”作為一個可擴展、可增值的城市智慧網絡系統(見圖11),今后有望在車聯網、城市環境監測、城市便民服務、政府公告等平臺的建設上發揮巨大的作用,產生更可觀的經濟效益。

  


  圖10 飛樂音響智慧照明方案

  


  圖11 微基站燈系統架構

  目前,華為在智慧城市解決方案層聚合了1100多家合作伙伴,在國外為100多個智慧城市建設提供并實施了整體解決方案服務,在國內在270多個城市進行了智慧城市子系統建設示范項目,在智慧城市建設方面,華為具有雄厚的技術實力和成功經驗;飛樂音響有近百年的燈具生產經驗,有一流的智慧照明產品研發、方案設計、工程施工團隊,堪稱智慧照明整體解決方案和智慧照明建設工程的領軍者;中國聯通擁有覆蓋全國、通達世界的現代通信網絡,擁有TD-LTE和LTE FDD兩種4G牌照的“雙4G”運營商。現在,華為、飛樂、聯通共同打造以“微基站燈”為核心的智慧照明物聯網系統,為智慧城市建設提供新思路,將有力地推動智慧城市的建設。

  4 結論

  智慧照明是在分享經濟下,照明行業科技工作者與社會各界科技工作者跨界聯合創新的結晶。智慧照明以人和人活動的空間為核心,以自然發展的態勢為趨勢,以達成人與大自然更加和諧相處為目標,把人的生活和工作變得更便捷、更快樂為己任。在智慧照明的產業鏈己經完善且運行自如的當下,智慧照明打造了無地不及的“燈、網、云”物聯網,不僅僅為智慧城市建設提供了全新的思路,而且己經架起一座通往智慧城市的金色橋梁。因此,智慧照明作為智慧城市建設的引領者當之無愧!

  參考文獻

  [l] 華為技術有限公司.華為在智慧城市(M3-031830-20160708-C-1.0).

  [2] 2015中國照明行業深度調研報告.中國照明網.

  [3] 劉斌,劉餛.小小路燈桿,能否撐起上海智慧城市建設大棋局.上海觀察.

  [4] 中國產業信息網.

  [5] 飛樂音響.2015年年度報告.

  [6] 咖偉股份.2015年年度報告.

  [7] 智慧路燈標準體系框架研究.2016中國LED照明論壇論文集.


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