物联网技术在照明领域应用现状（完整版）

一、物联网进入照明领域，“势不可挡”

物联网

“物联网”概念在2005年被正式提出，2009年中国提出“感知中国”，物联网进一步被提升了地位，被正式列为国家五大新兴战略性产业之一。在中国，物联网的关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的，自然物联网渗透到各行各业是必然的，而照明领域对于物联网技术的应用是必然“势不可挡”。

物联网技术形同一种催化剂，推动了照明行业的加速转型升级，无论是室内的家居照明，还是室外的商业照明，均爆发性生长，所以总是有专业人士预计在哪一年物联网节点会达到多少个亿，其实在这个数量级别里面有一大份是由照明节点组成。试想，一个城市，除了建筑，路灯应该就是遍布广，最有规则性的，将每一个路灯看成一个“物”节点，将每个路灯两两连接，之间形成的网链则是覆盖住城市建筑的网罩，这就是意味着城市智慧发展，会是依赖于照明来实现。

所以在照明领域，灯就是一个“物”，再通过一个互联网通信技术，将其连接到一个虚拟的网络中，就是最简单的照明基于物联网技术的实现。基于物联网技术的照明升级究竟了给这个领域带来了什么？综合各个方面来分析，基本可以总结出以下几点效益：

1、经济效益：省电又省钱。这一点尤其城市的路灯照明上尤其显著，道路照明是市政设施中主要的耗电设施，因此道路照明成为绿色节能和环保的重要突破口。每个照明节点基于物理网技术，在联网后其照明变成可以受控，如开关灯、调光等等，直接带来的就是节能率提升和照明源的寿命。

2、社会效益：提升城市的形象、美化居室环境，给人们提供更加安全和舒适的照明环境。早期路灯故障不能及时维护，城市中总会有一个角落没有光明，家居楼宇照明要么高亮要么全灭，如今物联网技术的引入，城市的户外照明故障能够及时被发现，家居能根据环境温度调节色调，根据人的活动情况调节光线。这一系列都是物联网技术带来的社会效益。

3、管理效益：路灯节点的网络接入，实现了海量数据的管理仅需要一台电脑，一把手机，整个城市的路灯管理水平因此提高了，管理工作人员从繁复的巡检工作中解放出来，降低了工作强度和经营管理成本。细到家庭，每个房间的照明都可以装在一把手机里面，轻松实现开灯、调光、调色等管理。

4、环保效益：物联网技术，是一种基于电能为能源的技术，其特点是低能耗，所以对城市电网无高频干扰，对市区环境无强电磁波污染，符合当今社会环保的发展趋势。

现在，随着社会的发展和人们对于照明要求的不断提高，智能照明系统也在朝着结构多样化、应用扩大化的方向快速发展，照明领域对于物联网技术的引入需求是不可抵挡的。

二、物联网在照明领域的应用结构

“The Internet of things”是物联网的英文名称，在中国把物联网称之为“传感网”，所以传感器是物联网中重要的的角色之一。物联网里面主要的角色应该是传感器、终端、云。所以规规矩矩的物联网照明应用拓扑结构应当是如下图的层级分布，以云为中心，传感器和照明均连接到云服务中心，云中心是一个数据交互的平台，一个数据共享的平台。

然而现在找照明领域里面的物联网技术应用传感器可以说是极少的，大部分仅仅是做远程控制。也就是将传感器替换为可视化管理界面，这样“传感网”的概念的变化了，物的联网仅仅只是一个加了遥控的功能，没有将物联网的作用力最大化。

另外一种应用结构，相对来说是更大的迈开一步。在原有的照明源和可视化管理平台基础上增加了传感器，似乎也是完成了物联网的实现，但是其实依然是一个失败的结构，现在的照明行业领域，大部分的企业做法是将传感器信息显现在可视化管理平台，照明源依然是一个远程开关的设备，传感器和照明源可以说没有任何的联系。前文说过了，物联网是借助云平台数据共享的网络，而现在提及的结构，在照明领域仅仅是将传感器和照明源接入到云服务，没有真正地将彼此的数据应用最大化，这也就是应用结构拓扑实际现状，似乎已经很好地利用了物联网技术将物物连接，但是其实没有数据上的共享互通。

真正的物联网应用，结构是传感器、终端、可视化管理平台、云服务。甚至可以压缩为传感器、终端、云服务，因为可视化管理正常也是一个终端设备，如手机或者电脑。传感器的作用是将各种环境感知，作为照明管理的一个依据，如天黑了，灯需要亮了；人进来了，光线可以调亮；温度变冷了，光颜色可以变化为暖色调。在这个基础上，这些数据可以在手机或者电脑上记录分析。所以数据在图中的结构上，除了传感器是单向的，其他应当是双向的（当然传感器表面上是单向的，实际上它的另一个数据传输方向是在对环境的感知，如照明源的变化可以被传感器感知，这种数据传输是不会经过云的。），连接到云的各个数据信息可以被彼此相互利用，这才是星网应用结构利用的最大化，否则真谈不上物联网技术的应用。

显然，当前照明领域对物联网的应用结构布局，一部分人理解错了，一部分理解正确了，但是在数据上利用是不足的，还没有利用物物之间的数据产生最大价值。

三、物联网在照明领域的载体

物联网，拆开词语从字面上直接理解，物则是照明节点，联则是互联网，网则是物物直接形成的网络或者是云服务。从中看来，联是中间的桥梁，万物想实现物联网技术，都离不开一定的通信手段来实现，也就是载体。物联网在当今最热门的通信载体有LoRaWAN、NB－IOT 、ZigBee、WIFI，这几个是最为常见的物联网通信载体，这几个载体有一个重要的共性，那就是无线，从混乱的线缆中脱离是潮流索取，也是从用户便利舒适性出发考虑理所当然。当然，在当今物联网在照明领域上所应用到的通信载体可不仅仅这些，下面我们来浅谈这些通信载体特性和在当前照明领域上的应用。

先来看看常见的有线通信载体。

RS485总线通信，最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mbps，一般可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。常见的应用是隧道照明和景观照明。在隧道照明里面常是基于MODBUS协议实现通信，每个隧道灯是物联网的一个节点，通过485支持的多从机功能，所有的隧道灯都并联在485总线上，也就是两根双绞线缆上；对于景观明常见是基于DMX512协议实现，具有比MODBUS更强大的功能，数据更为复杂，所以可以实现更复杂照明功能，因此在大规模景观照明上应用最适合不过了。RS485特点就是远距离，避免了外界的信号干扰，可靠。但因为需要另外拉线，给现场的照明改造工程到来更多的不便，并且由于中间一旦出现线路损坏或者终端设备故障，后端的设备将会失效。所以这种通信载体往往在商业照明上会更多，在家居照明中，往往是格格不入的，长远来看是不会被用户所青睐。

DALI，是一种有线通信技术，主要在室内照明领域具有较大的占有份额。基于DALI协议组建的系统具有分布式智能模块，各个模块都具有数字控制和数字通信能力，地址和灯光场景信息等都存储于各个DALI模块的内存内。DALI模块通过DALI总线进行数字元通信、传递指令和状态信息，实现灯的开关、调光控制、系统的设置等功能。从功能上来看，因为数据管理的丰富性，虽然增加了布线的成本，但是在管理上比起RS485来的优秀，安全性也会比无线方式更好。

PLC，电力载波，即通过已有的电力线上面走信号传输，省去了工程增加线路，避免线路损坏概率。通常电力载波也具备有自组网能力，所以可以通过接力的方式将数据远距离传输。这是一种相对来说是比较优秀的通信载体，目前这种通信在室外照明和室内被广泛的使用，因为在电力线上的规范化和电力载波通信技术的成熟，使得这种方式在市场上被广泛推广。不得不说的是这种通信方式在户外照明改造上，大部分照明企业遇到的是通信距离较短，远距离就会通信速度变慢，或者成功率下降，让照明项目改造业主倍感困惑无奈。

以太网，一种有线宽带通信载体。不例外的是这种有线通信载体在家居照明中并不常见，常见是在在户外智能照明领域，借助于灯杆，视频传感器和路灯控制通过有线宽带载体传输，达到高速，安全目的。路灯及监控作为城市组成的大成员，其安全性受到的重视不可小觑，路灯一旦信息被截获，则会被黑客成员任意控制，使得城市交通等依赖于照明的一切陷入混乱。所以这种通信在市政照明场合是存在的，虽然不多，但是是指的推广的一种方式，以太网也是在通信行业上生存较为久远的之一。

接下来的最受广大用于青睐的无线载体。ZigBee，蓝牙，这两种通信载体可以拿来一起谈。这两种通信均是基于2．4G实现的居多，特点是支持组网，缺点两两之间的通信距离短，这是因为2．4G频段所限制，容易在障碍物遮挡下产生较大的衰减。不过这两种通信在室内照明上具有很广泛的应用，因为其具有功耗低、节能，数据传输速度快，能够有效避免控制碰撞的概率，加上组网的方式，如果有个别几个节点故障，其他节点也不会因此故障失效。

LoRaWAN，Sigfox，NB－IOT是这几年在LPWAN中最杰出的成员。于2017年的第三季度，有报告指出处于试验状态以及投入商用的公共LPWA网络数量增至198个，NB－IoT在其中占据领先地位，网络数量为69个（占据35％），其次为LoRaWAN和Sigfox。在几种低功耗广域网络中，LoRaWAN商用较早且较为开放，于2015年成立产业联盟，目前在LPWAN中应用最为广泛。而于2016年实现标准冻结的NB－IoT，由于采用授权频谱，可避免无线干扰，且具备运营商级的安全和质量保证，因此在对可靠性要求较高的智慧照明场景中更具竞争优势，市场份额增速最快。同样受到波及的还有Z－Wave和Sixfox。这两种都是和LoRaWAN一样都是基于Sub－1GHZ的无线通信技术，他们均是属于未授权频谱LPWAN技术，而NB－IOT则是授权的通信方式，所以这种通信载体在国内主要是由三大运营商来支持运营。显然这种非授权通信技术相对来说较为开放，在照明行业中具有较为灵活的部署方式，独立于其他运营商，照明企业可以自己充当运营部门，甚至市政照明管理部门自己就是一个运营者。

同样是基于无线射频通信技术，这几种杰出的通信载体均有各自相对特色的地方。LoRaWAN是基于LoRa扩频调制技术的通信网络，其所覆盖的无线频段本身就具有良好的绕射、反射能力，加上扩频技术，使得信号在空中不容易受到干扰而丢包，所以对户外照明这种生存在复杂的城市中很有帮助，解决了以往的电力载波存在的难题，另外加上完善的加密方式，其安全性也是可靠的。所以传输具体相对比较不会受到树木、建筑的影响是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。Z－wave工作频带为908．42MHz（ 美国）～868．42MHz（ 欧洲），采用FSK（BFSK／GFSK） 调制方式，数据传输速率为9．6kbps，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，主要在国外的室内照明场合，在国内还是属于罕见的通信载体。

NB－IOT在目前，仍然可以说是一个新鲜事，在照明领域上虽然崭露头角，然而还有很多的不足，整个网络的稳定性还是受到技术的完善性所限制，导致还能不能在户外照明领域广泛应用；对于室内照明领域，更是难以闯出一片天，较高的成本，是普通用户所承担不起的。

和NB－IOT类似的还有2G、3G、4G，接下来还有5G通信技术，这些的共同特点是在物联网结构是直接跳过中间网关，直接接入到网络的通信方式，也就是每个节点都是一个个体，这些通信技术在历史存留时间长久，用于即为稳定的通信性能，虽然在速度上和成本上具有较差的优势，但是难以遮掩其稳定性。

双模通信，双模的概念广泛，无非就是两种通信模式组成的冗余手段。这种通信载体，目前还是主要在室外商业照明中存在，成本也是室内照明无法接受的，同时对于室内照明因为范围较小，也是无需使用到这种技术。双模的组合正常都是将有线和无线技术混合实现，常见是将电力线通信技术和SUB－1GHZ无线通信技术合二为一，利用两者信道天然的差异，可实现物理层根据各自信道质量情况进行自动切换、网络层可实现混合路由，两者互补从而使得通信的时效性和可靠性得以最大程度的提升，这在复杂的城市环境可以得以良好的生存。

最后是WiFi通信载体，这种通信载体较多的应用是在室内照明，如同大家所知的，WiFi这个被大家熟知的应当是移动设备上网冲浪使用，所以对于普通用户可以轻松上手，对于个人家庭，WiFi基本可以覆盖整个家居室内，所以传感器和照明加上WiFi通信是方便的，一台路由器接口完成家庭照明的汇总管理，再结合云数据管理，这样的通信适合室内低成本照明升级。当然，在户外照明，也正在逐步完善中，因为城市WiFi覆盖逐步扩大，所以使得各个路灯照明节点通过WiFi接入完全可能。

综合上述各类通信载体，在室内和室外照明都可以看见踪影，各有优势，根据不同的环境复杂程度，数据安全性程度择选合适的通信载体，让照明节点联网具有可靠的保证。

四、物联网在照明领域产生的改变

光是物联网在照明领域最直接的表达方式，现在无论是室内或者室外照明，基本上都是一样的，无非就是对光进行远程开关，调光，这两者和传统路灯最大的基本差异。照明领域在物联网的支持下发生翻天覆地的变化，可以总结为五大功能，也就是“五遥”功能。

（1）遥测

在每条照明配出回路上设置传感器，采集相电压、线电压、电流、功率因数等运行参数，通过各种通信载体，将这些数据传输到云服务器存储，经过云服务的分配，这些数据可以在可视化管理平台展现。

（2）遥信

通过控制网络可将箱式变电站各照明配出回路开关状态，电路过电压、过电流故障信息，通讯网络故障信息发送至可视管理终端。

（3）遥视

部分路段设监控摄像头，值班人员在监控室内通过监视器可以了解路灯的照明情况，景观灯具的亮灯效果，同时可以第一时间发现故障或损坏的灯具， 及时检修，保证道路照明的正常运行。

（4）遥调

通过可视管理管理终端平台，值班人员可根据对各路段不同时段车流量和整体道路情况的分析，随时调整各箱式变电站内设备的节电运行参数。

（5）遥控

基于可靠的通信载体，值班人员无需到现场，根据所需可以对现场的每一个照明节点做到随时控制。

五、智慧照明在智慧城市中的应用情况——室外

智慧城市是一个立体的生态，软件信息服务、系统集成、运营服务、硬件设备制造、每一细分领域都不可孤立看待，在这个全新的智慧城市照明产业链中，政府、照明厂商、底层通讯服务商、云平台解决方案提供商等都在一定程度上支撑着智慧城市的全方位建设，更衔接了能源管理、协同交通、公共安全、环境监测、城市管理不同层面的工作。

智慧照明是指利用物联网技术、传感技术、有线、无线通讯技术、电力载波通讯技术、嵌入式计算机智能化信息处理，以及节能控制等技术组成的分布式照明控制系统，来实现对照明设备的智能化控制。智慧照明可达到安全、节能、舒适、高效的目的。

移动互联、物联网、云计算的快速发展，为智慧城市的建设提供了坚实基础，其中，智慧照明利用物联网云平台应用，在城市整体的照明物联网的基础上增加更丰富的传感设施，将节能照明、视频监控、求助报警、公共广播、电子屏信息发布、无线WIFI、环境监测、智能充电桩（汽车、电动车、手机充电）等各种对象都纳入到感知网络中，可以为智慧城市提供更多基础的数据支撑，扩展更多智慧化服务。

后还会衍生出更多创新应用，这是整个行业的风向标。未来，随着智能照明设备的广泛应用，其发展将逐渐向着半导体照明、绿色化、标准化、网络化和个性化方向转变。推动照明方向革新的同时，促进智慧城市的发展建设。

六、智慧照明

智慧照明不仅仅只是单纯的照明，以智能照明为基础，在智慧城市中当作还是可以充当载体的角色，我们可以在灯杆上可以集成很多设备，如充电桩、监控设备、安防设备、环境传感、无线AP等，在智慧城市建设中尤其重要，相当于智慧城市的感知层。

七、智慧照明系统

智慧路灯作为智慧城市建设的重要载体，智慧路灯将发挥更大的“综合体”作用，将城市路灯作为物联网的端口，也让智慧城市的建设变得更为实在。智慧路灯杆是一种集成各种信息设备技术创新复合应用的智慧路灯产品，路灯照明控制系统、WIFI天线基站、视频监控管理、广告屏播控系统、城市环境实时监测、紧急呼叫系统、充电桩系统等应用。

八、智慧照明在智慧城市建设中的作用

路灯具有密集且均匀分布、取电便捷、易组网、产权明确、位置固定等特点，路灯犹如血管一样分布在城市每个角落，而智慧照明在智慧城市建设中像神经网络，感知城市的脉搏。

智慧照明将是智慧城市建设的核心，是智慧城市建设的基础。以灯杆为载体，集成WiFi覆盖、信息发布显示屏、广播系统、一键呼救、环境监测、视频监控、电动汽车充电桩等多个信息终端，这些载体必须在确保道路照明安全运行的前提条件下安装，因为路灯照明才是“路灯”的本职工作，其它都与城市的管理有关，这正是我国正在构建的智慧城市所需要的。充分利用了路灯杆在城市中无处不在的优势，资源共享，以路灯杆为载体，互联互通，满足区域道路的全方位信息需求，通过单一能源系统给灯杆上所有设备供电，实现城市大数据的收集和智能管理。智慧路灯终端采用智能控制，按需照明，实现可观的二次节能。通过智慧路灯终端，与城市物联网整合，形成统一信息源，再分散至各主管智能部门，形成分散－集中－再分散的结构，在不打破现有城市主管智能部门结构的前提下，实现信息的收集、整合、反馈与发布。为提高城市智能化管理，加快反应速度提供了手段。

九、智慧照明应用推广注意事项

1．功能设置要因地制宜

要根据城市的场景及实际需求，合理的配置各项功能，例如在城市中拥堵的道路上不宜带充电桩，环境监测适宜在有较多污染源的地区部署，视频监控可结合现有的“天网”，系统对“监控盲区”进行补充，LED屏适宜在人流量较大的商业区进行部署，而不是每根路灯灯杆上都必须装视频监控、环境监控、智能充电桩等功能。必须根据每种功能的自身特点、应用环境、范围等结合实际情况再做量身定制，厂商并不能为了追求经济利益，而一味地向建设方推销大而全，事实上华而不实、应用价值不高的功能。

2．应用推广要循序渐进

目前城市照明管理由建设系统或供电部门的管理机构进行专项管理，管理职责明确。但智慧灯杆中的许多功能归属于公安、交通、电讯、医疗等许多行业，这会涉及到各个部业利益及日常运行、维护管理等职责，运营商与涉及的不同部门之间关于业务的沟通协调，是否能达成一致也是个问题。除非智慧路灯得到强大的背景支撑，才能做成完整的解决方案，比如建立智慧城市的整体方案，将智慧路灯作为新区的一个创新亮点，在一条路上进行部署，如此是可行的，但是老城区改造，或者不发达地区有些地方的应用仍会是问题。

有部分城市路灯充电桩试点案例，因路边的停车位时常被非电动新能源汽车占用、以及停车位收费过高等，也时常导致其路灯杆上带有的充电桩的使用效率的不高等问题，收益也尚未达到盈亏平衡点；二是由于路灯工种的单一性，养护队伍只能满足常规道路路灯的养护，对新型的智能路灯缺少必要的养护管理经验。此外，路灯作为道路配套设施，日常报修避免不了，由于智能路灯涵盖多项功能，涉及众多专业领域，养护队伍面对突发故障也难以作出紧急处理，容易造成安全隐患。这些问题无形中为路灯的日常管理养护增加了难度。后期需要有一支专门的智能路灯养护队伍，由涉及灯杆内的各设备厂家进行培训，使养护队伍能够掌握各模块的基本检修养护技巧，便于日常的管理，这势必增加了管养成本。

简而言之，谁来用，谁来建，谁来运营是个巨大的问题。因此智慧灯杆推广过程中势必要理清这些关系主体后，才能更好地推进，以免为后期维护运营时产生麻烦。建议多创新，开放共享，多方合作，先期试点，在示范点取得成功的基础上，汲取经验及可复制之处，同时与城市的规划相配合，适时而动，逐步推进。

3．设置智慧灯杆要立足功能照明

智慧灯杆必将在智慧城市和人们的日常生活和工作中起到不可或缺的作用，其发展空间巨大，是城市照明行业未来的增长点。规划、建设、设计多功能路灯杆时要立足道路照明的功能和智能照明，即通过智能控制如何收集运行管理各种数据，实现光的改变及节能，以保证交通的安全，确保道路功能照明正常运行，其次才考虑路灯以外的各种功能载体，千万不能本末倒置。