城市智能照明控制系统方案简介

以前城市照明灯光所用的光源和控制大多还停留在以基础泛光照明、亮化灯饰点缀的 基础需求状态，控制主要也是以时控、光感或远程开关为主要功能的状态。随着近十多年的迅速发展，城市景观亮化的表现形式上已从原来单一的泛光照明到现在大片区大规模的LED多媒体、灯光秀演绎。甚至在局部区域增加了激光、3D以及全息投影等多形态的夜景展现，声光电的联动控制形态。从城市的生态文化建设和人文文明建设要求来看城市照明控制要求具有更加节能环保、降低城市光污染、大区域多场景联动等等的需求，特别是有着特殊功能的夜景灯光演绎区域，要求能够很人性、很和谐的融入城市。而这一切新的形势和新的需求都迫切需要更为智能化、精细化、局部个性化、整体联动化的新型控制系统的出现。除此之外，随着网络化及智能化的推进，新一代通信技术与灯光网络协议应用，城市夜景的表现载体多样化，特别是多媒体动态视频演绎，信息安全也凸显了出来，因此对城市景观亮化控制系统除对智能化控制、精细化管理有很高的要求以外，网络信息安全也是更为严苛的要求。

一、目前城市照明的基本现状及存在的问题  纵观城市照明控制的发展轨迹，大体可以总结为三个大的阶段。  第一阶段，城市的亮化照明控制的主要特征是：以传统强电回路开关为执行效果、以单灯或局部区域的自动化控制为执行方式。主要代表方案以时钟定时开关控制、光感回路控制、PLC回路控制为主要标志。这些传统控制方式的控制缺陷是显而易见的，例如控制无法系统化、控制无法联动化、无法有效简约的实时操作，且一旦设定亮灯状态修改必须逐一操作，费时费力。另外现场照明设备的工作状态完全无法反馈，无法便捷有效监管；

为了克服上述问题，城市照明控制很快发展进入到了第二阶段，该阶段以远程控制为主要功能代表，通过末端照明设备的GPRS网络、3G网络、电力载波等媒介链接到互联网上，实现对末端照明设备的远程控制；这种控制很大程度上解决了城市亮化控制第一阶段较为凸显的问题，可以使的城市照明设备在最大限度减少人力巡查的情况下完成第一阶段的照明控制功能。此时所能实现的控制场景还比较单一，且场景内容本身的丰富性也较为苍白，该阶段的城市照明控制系统协议与接口没有统一的标准，建设也是各自为政，建设规范及标准也杂乱无序，而且从管控理念上也未有上升到城市管理的高度。  另外，处于第二发展阶段的时候整个市场的规范化依然十分不足，首先表现在建设设计过程中的设备选型问题，很多设计与实施单位照搬工业控制模块或室内照明控制方案到户外灯光控制领域，照搬路灯RTU管理模式到景观亮化照明领域，使用环境不同导致其稳定性极差，功能单一也无法实现预期效果等多种问题，造成的后期设备运营维护困难。各种现场数据采集及监控信息反馈也严重缺失；其次表现在再施工过程中的电气设计问题上，很多电气设计存在严重设计不合理问题，例如，过多的控制回路设计导致后续回路控制规整困难、配电箱用电安全容值设计忽略了媒体类介质功率突变等问题；再其次很多电气设计的不规范还带来了现场电箱配置接线的混乱，承建方为了自己的方便，对线路标识不够严谨，导致后期运营维护方的问题多多。另外在施工及灯具方面生产方面也存在多方面的问题，首先由于施工人员素质问题，施工单位不能完全确保按照电气系统图完成接线，私拉乱接现象时有发生，再者施工工艺本身的不规范也带来诸多潜在问题。还有就是灯具了，灯具厂商往往都有一定自己的技术壁垒，这导致信号线颜色、线径等未遵循国家标准，为统一的联动控制带来了技术障碍。  所以这一时期的城市照明控制市场的发展不但显的混乱不堪，而且仍然无法算的上城市级，更无法实现城市智能管理。这一阶段的发展过程中，还可以看到另一个变化，那就是城市照明的被控对象也已经悄然发生了进步性的变化，主要表现为除了传统照明需求，现在城市夜景“舞台化”的发展趋势，其中以激光、灯光秀演绎、LED多媒体动态演绎，互动灯光为凸出代表，此时原有简单的场景构成和场景控制无论是从实现方式还是从智能化操控来看都已显得力不从心，随之而来的复杂场景管理及联动需求继续催化着整个行业的向前发展。  基于城市照明控制第二阶段发展中的矛盾，城市照明控制很快进入了智能化控制管理的第三个阶段，目前城市管理者对现阶段控制需求主要体现在三个方面；第一；网络信息安全，第二；运行稳定。第三；智能化控制与精细化管理。该阶段的城市景观灯光智能控制是基于新一代通信技术结合互联网、物联网的智能化管理，这种智能管理囊括了大区域联动控制、多单元广泛接入、场景演绎表现绚丽多彩等诸多特征。此时的城市照明控制管理已经早早的摆脱了传统的强电回路开关，更为丰富的是接入了弱电动画演绎，路灯照明照度适应性自我调节、网络异常后的自主脱机运行、移动远程互联控制、照明场景联动切灵活切换、后端平台实时监控。  看到第三阶段的可喜进步的同时，这一阶段的问题也具有不同前两个阶段的特殊之处，由于第二阶段的快速无序发展，导致了不同被控照明设备的接口及协议的纷乱，而这些纷乱也为城市照明控制的第三阶段发展埋下了重大隐患。除了由于第二阶段本身发展带来的升级兼容难题外，城市照明在第三阶段的发展过程中本身也存在整合困境；另外在广泛接入互联网、物联网的大背景下，第三阶段的发展本身也有其突出的问题，这个问题表现较为明显的就是由于对互联网的高度依赖而带来的安全隐患。

二、智能集中控制技术与智慧照明发展趋势  城市照明控制进入到第三阶段体现的是城市照明控制的发展需求，而这个发展需求可以分为城市的人文需求和为满足人文需求而提出的技术需求两个方面。    2.1人文需求体现如下： 2.1.1视觉需求：  城市的景观照明亮化工作是建设宜居、宜业、富裕、美丽、文明城市的重要抓手，是提高城市形象、品位、繁荣的重要表现方式。而城市的照明亮化便是能烘托出整个城市的特有韵律，为城市穿上量身定制的服饰，彰显城市特有魅力的重要手段。这种量身定制的照明亮化效果涵盖了更多的灯光秀要素进来，其中以幕墙类灯具、激光投影类灯具为凸出代表，其效果是以多彩绚丽且又不失典雅为主要风格的艺术化呈现，在体现城市固有韵律及人文特征的前提下又能彰显良好的和谐社会氛围。城市的景观亮化照明的重要功能便是呈现和演绎这些色彩出来。

2.1.2场景需求：  视觉需求催生着对演绎场景更为苛刻的要求，例如在不同的庆典节日里，要求城市的景观亮化照明烘托不同的主题，而不同的主题各场景要求的场景要素也不尽相同，所以要求场景有着更为复杂和丰富的演绎能力，突出多层次、立体感、互动性等多种需求。除了多样性场景需求外还提出了场景的多要素性，这里的多要素表现在一个场景的联动及场景要素调配能力上，要求场景所能调配的资源甚至不仅仅局限在亮化照明灯具上，甚至可以涵盖户外广告屏、背景音乐、音乐喷泉等。在联动演绎的过程中呈现的是全方位的多视角、多形态的切入及表现。 2.1.3人性化需求：  城市景观照明亮化的个性化需求表现在不同区域的差异化问题，例如城市中心的高层建筑的亮化特点，地质公园、广场的亮化特点，游乐场所的亮化特点，商场、停车场亮化特点，延主干道绿化带亮化

特点，还有一些沿海、沿江岸亮化特点，这些都是具有环境特色的不同城市单元，这些需求都要求在做景观照明亮化的过程中必须依据区域特点做针对性的量身定制，通过照明亮化在实现基础应用需求的同时更加凸显特色及与周边城市结构体柔顺衔接与融合。 2.1.4节能环保：

随着社会发展的进步，节能环保的理念也日益深入人心，城市是人们的大家园，人们对这个大家园的节能环保要求自然也是与日俱争。而在操作层面实现节能环保主要体现在照明亮化系统的各个应用细节上，例如，道路照明中的随着昼夜时间推移，道路照明的亮度的逐级跟随变化；公共休闲场所的照明

设施随着人流的变化做亮度调整，以及根据节假日调整亮化场景等等需求，这些看似简单的需求，确是城市照明亮化设备的节能与人性化设计的重要体现。除此之外对于安装在居民楼宇，商务楼宇上的照明

亮化设备也要区分对待，以免造成光污染，影响居民居住及商务活动。

2.2为满足人文需求而提出的技术需求体现如下： 2.2.1规范管理：  目前的城市亮化建设有较为严重的重建设而轻管理的问题，所谓的轻视管理主要是指，轻视整体协同管理，轻视运营管理，轻视维护管理等。从政府方面看，需要政府有一个针对城市的统一亮化管理办公室来协调处理城市所有的亮化照明单元，这样才能为整个城市照明亮化的统筹管理及整体协调创造基本的条件；另外在照明单元控制系统的引入上要制定城市统一的规范标准，为后续系统的接入和兼容减小技术障碍，避免不同厂家多系统兼容时候的技术门槛。另外在运行及维护管理方面，要有独立部门来独立运营管理，独立运行部门对整个城市的照明亮化单元具有绝对的主导地位，这样的在运营维护过程中才能实现精细化的管理和资源的集约管理。 

2.2.2安全运行：  由于新的城市照明控制系统已城市为基本管理对象，在管理过程中各亮化单元之间自然需要基于互联网才能实现统一的协调管理。基于网络的系统存在的最大安全隐患自然是来自网络的，如户外媒体墙被非法入侵播放非法内容、重大节假日期间照明亮化场景被异常修改甚至局部失控等。针对这些安全隐患，要求在城市的照明控制体系网络构架初期就从结构设计上做好防护，主要可以通过增加网络硬件防火墙；网络构成中针对无线网络部分可以设立加密的VPN专网，有线网络部分通过设立物理独立的光纤网络和以太网网络实现网络的独立建设，避免来自公网的网络攻击。  针对内网本身的安全隐患，还需要建立照明控制单元多样性的反馈和监察机制，对于现场设备要能实现异常反馈时的自主反应及远程应急反应，反应措施包括执行设备保护性自锁、设备自主报警、强电供电断路等，另外还需要再重要节点布置视频监控，确保实时状态的实时可视化监控。

2.2.3稳定运行：  城市景观照明控制系统的稳定运行主要体现在照明亮化设备单元的稳定运行还有照明亮化控制网络的稳定运行，照明亮化控制管理系统的稳定运行。要实现这三个方面的稳定运行，首先末端亮化设备单元要求能达到可靠的超工业级稳定性标准，另外在亮化设备单元的衔接上，要减少底层协议转换节点，确保控制数据的直通性；在网络稳定性方面除了对设备本身的工业级要求以外，网络协议也要求做到精简和单一，避免多种协议混合出现及协议间彼此频换转换的问题；在照明亮化控制管理系统的稳定运行上主要是管理平台的稳定，管理平台除了要具有严格人员准入制度外，还需要有经过严格培训的合格操控人员，另外也需要由专业的软件硬件团队做日常的运营维护和监控。 2.2.4大数据集成：  大数据集成的主要表现就是多类型多种类末端传感数据、采样数据、监控数据的汇总处理能力。这里所讲的除了是对原有已经安装的和照明控制系统相关的末端传感设备接入到现有智慧城市控制系统里面来，还包括既有数据的整合统计能力，如电能使用状态统筹数据，日常运行日志数据，日常维护记录数据等，还有电流电压异常采样检测，末端设备完整性检测，工作环境异常检测等，另外还有日常监管数据整理分析和数据统计。这要求各种通用末端协议如C-BUS、KNX、DALI、NB-loT、RS485、DMX512、RDM、ACN等都要能顺利的接入总控制系统。

2.2.5智能化控制：  智能化的控制除了要求多系统大数据的收集整合处理能力之外，对核心服务器的处理能力运算能力都有了更为深远的要求。除了灵活各性话的场景生成及运行能力外，运行过程中的末端数据采集、运行日志分析、运行能耗及效果数据等等，这些数据的综合处理才能形成控制平台对于城市智能照明控制系统的全方位立体化管控。因此从体系结构上可以将智能管理体系划分为三个层级：最底层为感知层，其主要代表包括了支持各种C-BUS、KNX、DALI、NB-loT、RS485、DMX512、RDM、ACN等协议为支撑的执行及数据采样层；中间层为网络层，该层的主要特点是以云服务及互联网为核心平台，囊括中心管理服务器、通讯注册服务器、存储保障服务器等等核心处理单元，用以完成整个体系的核心数据运算和处理；最顶层是应用层，该层以人机交互界面为主要表现，打破传统的控制中心理念，使得控制平台在原有中心化的同时向去中心化发展，以手机和便携式平板电脑为载台使的控制从原有的中心管控向更为灵活的边缘管控+中心管控迈进，极大提高控制的便携性与灵活性。