摘要：随着经济和科学技术水平的不断进步，人们出行和生活的质量也随之提高，城市照明也越发被人们所重视。近些年来，国家对城市道路照明方面的投入也较往年增多，并且取得了明显的成效。为进一步提升照明光环境及管理水平，城市道路照明设备实现智能化是势在必行的，也是智慧城市发展进程中非常现实和重要的一个环节。本文对城市道路照明智能化发展背景、城市道路照明智能化在我国发展的基本过程及相关技术进行系统分析，为我国城市道路照明智能化发展提供可行参考。
关键词：道路照明；智能化；节能；无线组网；智慧基础设施
在我国，道路照明的设施已经发展了许多年，照明电光源从传统的汞灯、钠灯、金卤灯、无极灯发展到ＬＥＤ灯。近些年来，我国已经开始大范围使用ＬＥＤ灯，ＬＥＤ产品相较于传统灯具具有光效高、显色性好、配光精准等优点，尤其是通过改变驱动电流可以节能高效地进行无级调光，使智能照明控制系统得以充分发挥。
1智能道路照明控制系统
1.1智能道路照明控制系统的发展目标
城市道路照明的目的是满足广大人民的生产生活需要，为实现这一目的，需要达到安全、节能、环保、经济、舒适、美观、可管理等方面的要求。智能道路照明控制系统是实现这些目标的重要保障，也应围绕这几方面的原则进行配置。
1.2城市智能道路照明系统的基本架构
1.2.1 ＬＥＤ单灯控制器
单灯控制器简单来说就是能控制单台照明灯具的控制设备。它通过对ＬＥＤ单灯的开关和调光实现智能调控，达到最大限度地节约能源的目的。ＬＥＤ单灯控制器可以根据道路照明设备所在场所的实际情况，接收控制系统指令，对不同时段、不同场景的灯光进行亮度调节，将控制系统的调光信号转换为ＬＥＤ驱动电流的调整级别，最终实现ＬＥＤ单灯控制器对道路照明设备全方位的控制，以达到调光、调色和延长照明设施使用寿命的目的。
1.2.2组网技术
在城市道路照明智能化的发展中，组网技术的应用和发展是随着通信技术发展的程度不断完善丰富的。现阶段，我国采用的主要组网技术有：
（１）以太网组网技术
以太网是最为成熟的组网技术，以其灵活的组网形式，在组网技术中有着不可替代的重要性。传统的铜缆组网传输距离受限制，易受干扰，带宽支撑业务不够丰富，而且消耗铜金属，造价较高。光纤及相关通信设备技术的发展使得光通信系统造价大幅下降，并具有传输距离长、不受电磁干扰、大带宽可支持包括高清视频等在内的各种业务等优点，工业以太网设备的发展也使得智能道路照明控制系统这类典型户外应用得到保障。故光纤工业以太网组网成为新建道路智能照明控制系统的首选，也是构建以智慧路灯为节点的智慧基础设施最重要的通信平台。但是以太网组网技术也存在着它的不足，由于需要敷设光纤到灯杆，对管道和土地建设有着一定的需求，对于大量的现状路灯加装控制系统而言，这是一个很大的障碍。
（２）电力载波
电力载波是利用传输电流的电力线作为通信载体，中间不需要另外的布线就可以进行彼此间的通信活动，并对每一道路照明设施进行逐一控制。电力载波的出现解决了传统道路照明控制系统难以布线组网的问题，提高了城市道路照明系统的工作效率，让城市道路照明控制系统更加便捷化、智能化，在不少城市的道路照明节能改造中应用较多，配合ＬＥＤ单灯控制器进行后半夜调光或光衰预补偿，节能效果明显，还可以用于电缆防盗报警。传统单频点电力载波技术对电源质量要求较高，易受谐波干扰，相对更适用于路灯专用箱变，不适合用于非线性设备较多的公变；此外，传统单频点电力载波带宽也较窄，难以接入高清视频等宽带业务。
（３）无线组网技术
在信息技术时代，随着物联网、无线通信技术的日益成熟，无线网络和智能传感器迅速普及，为构建智能照明控制系统乃至智慧城市提供了很大便利。在现今技术层面，我们可以使用的无线组网的方式与以前相比也变得多样化，出现了许多各式各样的无线物联网组网技术，其中比较常见的无线组网技术有射频无线电／微波、Ｗｉ－Ｆｉ、蜂窝移动通信、ZigBee／蓝牙、ＬｏＲａ、ＮＢ－ＩOＴ等。
射频无线电在早期路灯“三遥”控制系统中有过应用，由于需要申请专用频段、易受障碍物干扰、数据带宽有限，目前已较少在智能照明控制系统使用；宽带微波通信有较快的发展，不过一般用于通信运营商的回程通信，较少应用于智能控制系统。Ｗｉ－Ｆｉ通信速率较高，但功耗也较大，对传感器、控制器的电池和维护要求较高，在不设公共热点的情况下一般也不推荐采用。蜂窝移动通信从ＧＲＰＳ、ＣＤＭＡ发展到ＬＴＥ，通信速率不断提升，但需要运营商支持，有一定的运维成本，通信设备功耗也不低，在做组网方案时应充分考虑；５Ｇ通信技术的逐步成熟为车路协同等高数据吞吐量的应用场景提供了可能，将是以智慧路灯为主要节点的智慧基础设施的重要通信平台。ZigBee／蓝牙、ＬｏＲａ、ＮＢＩｏＴ都属于低功耗的无线通信技术，其中ZigBee／蓝牙为短程通信，ＬｏＲａ、ＮＢＩｏＴ为中远程通信。ZigBee无线技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术，最常用的应用场景是智能家居设备领域。图１给出了典型ZigBee自组网与光纤网络结合的系统架构。
图１ZigBee＋光纤组网系统架构
LoRa和ＮＢ－ＩｏＴ是目前最热门的物联网通信解决方案。LoRa是ＬＰＷＡＮ通信技术中的 一 种，是美国Semtrch公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折中考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。相对于ZigBee，LoRa技术具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性，组网架构也基本类似，但具有更远通信距离与更长的免维护周期，是目前应用于智能道路照明控制系统较为理想的物联网解决方案。ＮＢ－ＩｏＴ网络采用了基于４ＧＬＴＥ／演进的分组核心网（ＥＰＣ）网络架构，具备大连接、小数据、低功耗、低成本、深度覆盖、超远距离等特点。路灯单灯控制器、井盖探测传感器等基础设备通过ＮＢ－ＩｏＴ网络与移动基塔建立连接，将数据上传服务器，各职能部门通过服务器获取相关数据，视频等高吞吐量数据通过光纤网络传输，图２给出了典型的ＮＢ－ＩｏＴ与光纤组网的系统架构。此技术为目前通信运营商和设备制造商主推的方向。
图２ ＮＢ－ＩｏＴ＋光纤组网系统架构
在城市道路照明智能化应用中，主要有上述几种无线物联网技术，表１给出了这些技术方案主要的参数对比，在具体照明智能化项目中可根据实际情况选用。在今后的发展中，相信会有更快、更便捷的无线组网技术的产生，以提高城市道路照明智能化的工作效率，提高人们的生活质量。
表１ 主要无线物联网技术对比表
1.2.3智能照明管理平台
在城市智能道路照明系统的整个体系中，智能照明管理平台是它的控制中枢，也可以说是整个体系的大脑，控制着系统的合理运作。它基于ＢＩＭ＋ＧＩＳ的地图管理系统，根据系统更新对智能照明管理平台进行实时更新。与此同时，它搭载了能源管理、状态监测、故障报警、资产管理、工单管理、外部接口等基本功能，在整个城市智能道路照明系统中进行 着协调、调度和管理工作。
2城市智能道路照明的发展趋势
2.1大数据与人工智能的应用
大数据分析和人工智能技术的不断发展，也给智能道路照明控制系统提供了更为广阔的应用空间。智能控制系统可以充分结合当地的实际环境、气候等因素变化，并通过对比分析环境亮度、泄漏电流水平等数据变化趋势因素，在合理安排开关灯计划、电缆绝缘监测、应急预案等方面发挥更为智能高效的作用。除此之外，还可以通过视频监控结合ＡＩ视频分析，实现各类日常维护和突发事件检测，如非正常灭灯／亮灯、杆体倾倒等。
2.2基于多功能智慧路灯构建智慧基础设施系统
随着互联网、通信、人工智能等技术进一步发展与成熟，路灯杆上可集成交通监控、治安监控、环境监测、诱导显示、应急广播、无线基站等设施，并充分利用路灯遍布城市每一角落的优势，将智慧交通、数字城管、智慧管网、智慧照明等充分融合，成为智慧基础设施最重要的落脚点，以智慧路灯为节点的典型智慧基础设施架构，目前在某地方已开展试点工程研究。
3结语
随着生活质量的提高，信息技术的迅速发展，城市照明设施乃至各类市政基础设施的智能化更加被各国所关注。本文对城市道路照明智能化的实际应用技术以及城市智慧基础设施发展的前景进行研究，为城市道路照明智能化系统构建提供翔实可行的分析参考，为我国城市道路照明发展提供助力，为今后城市基础设施智能化发展方向奠定了良好的基础。
参考文献：
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［2］张雷冲，周正华．一种城市道路照明智能化监控管理系统设计［Ｊ］．工业控制计算机，2018，21（12）：58－59．
［3］刘启辉．广州市南沙区城市道路照明管理的研究［Ｄ］．广州：华南理工大学，2016．
论文作者:蓝坛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/27
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