智慧照明白皮书 | 智慧照明系统的解决方案

童敏

上海乐飞音响有限公司首席技术官

2018阿拉丁照明行业研究白皮书

智能照明和物联网技术顾问

一.导言

正式介绍

随着城市建设的快速发展，尤其是智慧城市的理念，为整个人类社会的发展提供了巨大的机遇。智能照明在促进智能城市发展方面发挥着重要作用。智能照明的本质是高效、节能、环保、安全、舒适，相辅相成，缺一不可。高效节能是指通过消耗较少的电能获得足够的照明，从而达到环保的目的；安全舒适是指照明清晰柔和，无紫外线、眩光等有害照明，无光污染。

照明行业也经历了五个“一”的发展过程，即从一个灯具、一套控件、一个系统、一个网络、一个城市的发展，以及产品从单一到集成的转变，但应用却从复杂到简单，其中智能起着重要的作用。

二、智能照明在照明中的定位

智能照明

照明进入LED时代，将照明从电气时代转变为电子时代。从此，照明行业也可以借助电子和计算机技术，脱颖而出，脱颖而出。智能照明系统以新一代半导体照明光源和灯具为核心，利用云平台、大数据、人工智能等技术，实现照明系统智能控制的目标。

在基础智能控制中，智能照明系统通过使用可见光通信Li-Fi、光学传感器、调光和调色模块等创新技术，集成了信息采集、人员定位、安全监控、交通控制、气象监控、人员疏导、公共安全等与物联网相关的功能和特性。在整个系统框架中，自下而上构建了一套由感知层、传输层和应用层组成的模型。传输层在整个智能照明中起着重要的作用。乐飞音频基于多年的工程和项目经验，总结出一套稳定、高度可靠的网络架构，能够适应智能小区、智能园区、智能港口、智能道路等各种场景。网络架构如下:见图1

图1智能照明系统网络架构图

该系统包括可以访问传感设备的访问层，具有用于数据收集、清洗和安全的汇聚层，并且可以将数据共享到各种专业网络的应用层。

以上架构具有普适性，上海乐飞音响已成功将照明产品智能化并投入商用。

以LED智能路灯终端为例，多功能智能路灯具有LCD智能广告机、LED智能灯柱屏、LED智能窗口显示、室外超级Wi-Fi覆盖、可见光和红外安防摄像头、Wi-Fi嗅探、紧急公共广播等功能。，并可以作为城市地域文化和形象的载体。整个管控平台可以实现互联互通，智能路灯终端将成为新型城镇化建设的重要设施基础之一。

以LED室内可见光通信为例，具有高速宽带、无电磁干扰、超高保密性等优异性能。在超高层建筑、商场超市、学校医院、广场地铁等拥挤场所，可以是4G/5G等下一代无线通信的极大补充。它是新型物联网的重要组网方式之一，具有广阔的发展前景。

第三，解决方案场景的布局

场景布局

基于智能照明的系统解决方案可以应用于道路、隧道、会展中心、汽车公司、港口、码头、体育场、学校、加油站、地铁、办公室等典型应用场景。根据乐飞音频近年来的应用情况，总结出以下两种典型场景解决方案:

3.1港口照明解决方案

港口是重要的交通枢纽，是实现外向型经济的窗口。中国各大港口在世界港口中占有重要地位，集装箱吞吐量连续多年位居世界第一，成为世界上港口吞吐量和集装箱吞吐量最大、增长速度最快的国家。随着经济的持续增长，节能减排和提高效率已经成为中国乃至全世界的迫切要求。比如上海国际港区照明用电量高达594万千瓦时，港口企业一直是交通行业的能源消耗大户。节能已成为新时期港口企业增强国际竞争力的重要手段之一。因此，智能照明将是高效智能港口的重要应用载体。

智能端口照明是基于LED灯、驱动电源和NB-物联网控制器实现系统解决方案的集成，即将NB-物联网芯片添加到LED灯中，形成具有NB-物联网通信模式的智能照明产品。电信运营商提供蜂窝窄带物联网(NB-IoT)网络、基站、物联网卡、专有操作平台，并负责技术支持。根据港口的应用场景，利用窄带通信技术(NB)对室外设施进行管控，管控系统连接全景指挥中心，形成完整的物联网管控系统。

NB-IoT智能照明控制框架如下:见图2

图2 NB-物联网智能照明系统解决方案框架

上述基于NB-IoT的智能照明，包括上一节讨论的网络系统架构，形成了港口智能化的整体解决方案。系统架构包括四层，即终端层、网络层、平台层和应用层。每一层的功能和角色:参见图3

图3铌物联网智能照明系统组成

终端层:包括NB-IoT模块、智能控制硬件及固件、LED电源及灯具等。该层主要完成智能硬件的控制和灯光功能的输出。

网络层:包括NB-物联网网络、运营商物联网平台等。该层的主要目的是上传或下载终端信息，解决平台与终端之间的数据通信和信号控制。

平台层:包括整个智能灯的管理、控制、API、规则引擎、大数据分析和运营支持。这一层主要是整个系统的人机界面、对外通信API、系统控制等功能。

应用层:包括GIS、能效管理、ERP接口、EMS设备管理等。这一层主要利用智能数据和运维，形成一些增值应用和应用数据接口。

在照明部分，传统的港口照明，港区通常使用1000W功率的高压钠灯，显色性差，启动时间长，功率因数低，使用寿命短，一般只有10000小时左右，维护成本高，灯具拆卸安装维护的空操作高，工作强度大，危险性大。全新的LED半导体照明解决方案设计，功率大，光输出大，节能性好，投影距离长，用1000W替代HID高压钠灯，改善了传统HID灯投影距离短的缺点。根据NB-IoT节能率计算，将1000W的钠灯换成450W的LED灯，可节能55%左右，并根据日照情况和工作人员活动自动调节照明强度，节能20%左右。实现二次节能，总节能75%左右。

就笔者工作的乐飞音响而言，该套港口照明LED智能系统解决方案是为港口现场量身定制的，不仅可以降低维护频率，还可以提高维护工作和维护人员的安全性。设计中加入的NB-物联网技术应用于港口照明的智能控制，通过无线通信接入移动蜂窝网络，实现港口照明单灯的全面监控、智能控制和精确管理，实现按需照明、节能减排。

综上所述，NB-IoT智能港口照明解决方案具有照明效率高、智能化、易维护的特点，可以直接降低港口照明的维护成本，提高照明系统的管理质量，促进港口物流的顺畅高效。

3.2智能路灯网络解决方案

智能路灯网络是通过各种技术手段集成一些终端的单个设备的产品系统。它是一个基于智能控制的照明物联网系统。该系统与集成的智能设备一起，最终形成一个完整的智能路灯网络系统。

智能路灯网络以LED路灯为载体，集监控摄像头、电子显示屏、充电桩、公共广播、各种传感器等功能于一体，通过通信信息感知、数据传输、灯光控制、计算机处理，将采集到的数据和信息传输到核心运营平台，为智慧城市提供大数据共享。参见图4

图4、智能路灯网络示意图

目前，许多企业都在从事智能路灯产品的开发，但他们都更喜欢单杠应用。缺乏整体控制功能的单一产品，对于大数据应用会有天然的缺陷，因为这些智能路灯并没有形成智能路灯网络。因此，只有将这些终端的单个设备与各种技术相结合，挖掘它们的直接应用，最终在一个平台上进行智能应用，才能称为智能路灯网络。

智能路灯和智能路灯网络有本质区别。单个智能路灯无法解决数据孤岛，无法形成系统化的数据群。最终，大数据平台无法分析有效、连续的数据，无法形成整个智慧城市的应用。智能路灯网络的核心是基于大数据的运营平台。平台以云服务为基础，运营平台通过云计算、大数据、人工智能等尖端ICT技术，逐步打造智慧城市的一部分“大脑”。

该平台可以采集智能路灯的传感器信息和视频数据，最终为智能交互应用和安全城市提供保障和支持。此外，根据笔者近年来在上海的建设经验，如浦江两岸长达45公里的景观照明工程，采用了这种智能路灯网络方案，并在部分地区实现了整个智能路灯网络的应用，部门功能已成功接入公安、城管等专业部门。

3.3商业照明解决方案

商业照明起源于公共商业场所的诞生，是一种服务于商业场所照明需求的照明系统。原有的商业照明与家庭、工厂、学校、办公楼等其他照明系统没有太大区别，具有普适性；现在的商业照明是指在商业场所营造光影环境，满足照明空房间、产品展示等基本需求，以及氛围渲染、品牌推广等功能需求的照明系统。它们广泛应用于以销售产品为目的的品牌零售终端、购物中心、超市等商业领域，以及以提供服务为目的的星级酒店、主题公园、娱乐俱乐部等体验式商业领域。

商业照明以系统照明设计为核心。根据经营场所的品牌定位、风格特征和装修布局，结合照明系统配套产品的应用，通过光影环境的整体营造，强化品牌特色，突出渲染整体消费环境和重点产品，达到提升品牌形象、优化消费体验的目的。随着商业企业之间竞争的日益激烈，越来越多的商业企业重视商业照明通过光影环境的营造来提升品牌形象、展示产品特色的重要性，对照明效果提出了更高的专业要求，从而推动了商业照明行业的发展。

随着科技的发展，商业照明系统及其配套产品的设计呈现出专业化和多样化的趋势。同时，商业照明系统呈现出多功能、节能、环保、智能化的趋势，从技术层面为商业照明行业的快速发展提供了强大的动力。以高瑞在国茂三期工程中的应用为例，介绍了高瑞照明在商业综合体领域的成功案例。参见图5

图5。国茂三期酒店裙楼室内照明采用锐高模块和调光驱动系列产品

图5。国茂三期观光电梯照明采用锐高模块和调光驱动系列产品

中国国际贸易中心位于北京中央商务区核心区，是由主塔楼、酒店裙楼、商业裙楼及附属设施组成的商业综合体。国茂三期观光电梯&酒店裙楼室内照明由高瑞和专业照明设计咨询公司共同打造，总面积约7万平方米。创意与专业技术的融合，点亮了这座极具设计特色的建筑。(见图5)

国茂三期观光电梯地下三层，地上四层。不同楼层的功能不同，涵盖办公室、KTV、餐饮、商场。照明需要符合商业综合体的特点。根据不同楼层的具体功能，到达每层的电梯的照明需要进行相应的匹配。通过与照明设计团队的沟通，在充分了解各楼层的照明特点后，选择高瑞QLE系列LED模块配备高瑞LED调光驱动，色温可从2700 K调节到6500 K，从而实现观光电梯的色温可调，使电梯之间空的色温与到达楼层的色温一致。

不同楼层的色温是变化的，但照度不会变化，让人从电梯到目的楼层都能感受到均匀舒适的照明氛围。同时增加了电梯楼层的认可度，凸显了建筑高端定位的品牌形象。(见图6)酒店裙楼共十层，功能包括酒店、餐饮、健身、娱乐、休闲等。裙楼公共区域的照明采用高瑞系列发光二极管模块。从创意设计、灯具布局、照明参数等方面严格控制每一个环节，营造愉悦的商业空环境，提升消费者体验。产品的稳定性和灯光的一致性保证了公共区域的任何一个角落都能让人感受到同样的灯光(显色指数90)，无形中延长了消费者的停留时间。可见，现代商业照明的要求不仅仅是满足于照明空，而是通过科学合理的设计方案，尽可能挖掘照明的附加值，帮助空实现更多的可能性。