智慧城市建设下的智慧照明灯具设计

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【摘要】随着人工智能技术和计算机技术的发展，智慧灯具的理想已经逐渐成为现实。鉴于技术等原因的限制，目前智慧灯具的技术还存在许多不足之处，现基于建筑学设计理论，结合具体的智慧城市建设要求，阐述改善智慧灯具技术的具体设计方案。

【关键词】智慧城市；智慧灯具；设计理论

引言

智慧城市的概念自提出以来一直都被视作未来城市发展的必经之路，智慧城市的特征之一就是基础设施智能化，如路灯、信号灯等一些基础设施，主要的实现目标是基于人工智能实现基建自动化，解放人力的控制系统。从智慧化城市的角度来看，智慧灯具的设计和量产是重要构成部分，智慧灯具的特点是不仅要实现智慧化，还要实现节能减排的环保要求。

1智慧灯具的概念

智慧灯具是智慧照明系统的核心部分，其技术要点是通过城市传感网和无线通信技术将整个城市的照明系统连接成统一的整体，由中控系统完成统一控制，基于“物联网”的概念利用信息技术来处理庞大数据量的感应数据，并根据数据分析的结果实现对于不同环境下不同区域内的智能化响应。通过智能化的决策支持，实现整个城市照明系统的智慧化[1]。智慧化照明系统不仅代表了一个城市的现代化建设程度，同时也是改善民生的重大举措。

2智慧灯具设计所遇到的瓶颈

灯具主要是由导线系统、灯头和灯杆构成，目前的节能灯大多采用LED灯头，对于智慧灯具的设计来说并没有技术上的革新点可用，智慧灯具的设计要点在于灯杆的设计。随着智慧照明概念的提出，市场需求急剧增加，各大厂商都着手于研究和制造智慧灯具。但是从设计成品的使用情况来看，智慧灯具的灯杆设计在实际使用时的表现都不太理想，目前较为流行的一体化固体方式存在很多使用和维护上的技术问题，甚至在初次安装时都带来了很多的技术难题，如安装困难、二次拆装困难等。与传统灯具的设计相比，智慧灯具有着更为复杂的电路系统并且加装了通信模块或者数据收集模块，这就要求灯杆的设计更加科学化，而目前灯杆的硬件设计仍然停留在各种功能堆砌的状态，缺乏宏观上的科学设计，导致了其功能设计到位，但从建筑学角度来说设计却不合理。

3智慧照明管理系统及灯具设计

3.1控制版块设计

智慧照明管理系统的设计主要涉及5个部分，分别是节能、控制、管理、运营和维护。每一个灯具终端都通过物联网系统与控制中心远程连接，实现远程控制、节能管理。

3.1.1资产管理资产管理子系统主要的管理内容是灯具的地理位置信息、灯具信息、灯杆、导电线等基础数据，同时记录每一个灯具的维修及零件替换情况，智慧照明系统的设计主要实现的目标是对于每个灯具的智慧化管理，通过大数据技术实现数据关联、数据共享、数据应用等目的。同时，将不同的管理内容细化到每一个部门之中，利用GPS、GIS等先进技术实现对照明灯具的智能化管理[2]。3.1.1.1基础数据管理基础数据管理主要是对现存的灯具数据进行收集、保存和管理工作，其内容包括图像采集、设备信息的导入导出、资产数据库的建立等。3.1.1.2地理位置信息管理地理位置信息管理实现是对于每个照明灯具的位置管理，由于城市中路灯等灯具处于一个十分庞大的数量级，对每一个基础设施的地理位置进行管理变得十分重要。通过软硬件技术结合，集中实现地理位置信息的可视化管理是智慧照明系统设计的要点之一。

3.1.2运营管理运营管理是指智慧照明系统中的灯具控制和故障处理。其设计目的在于通过智能控制实现对于智慧灯具的综合评价，尽可能地实现降低能耗和智慧节能。3.1.2.1灯具控制灯具的控制主要是指指令的发送和指令的执行，执行终端为智能灯具。中控中心通过分析计算之后下达相关的指令，经通信设施传递之后由智慧灯具来执行，这一过程被称为灯具控制过程。在整个控制过程中，通信始终是由通信设施完成的。3.1.2.2故障处理智能化故障处理管理系统包括漏电检测、灯具故障分析、维修管理3个方面，故障处理是整个智能照明灯具设计的关键，可以实现节省人力、定向维护等目的。由于城市的照明灯具所处的环境多为露天，尽管在灯具设计时已考虑到应对复杂多变的室外环境，但是漏电等故障的出现是无法完全避免的。通过智能化故障处理系统，可以第一时间发现事故点，及时地维修，是设计的重点所在[3]。

3.1.3监控中心设计以3×4方阵共12块显示屏拼接成为监控中心主显示屏，在计算机设备、UPS设备的选用上采用可靠硬件或政府集体采购的高质量硬件，在系统搭建时预留单灯控制设备。由于监控中心有多个计算机设备共同使用，所以设计为通过GPRS/4G/5G网络连接成为局域网，并且设计远程服务功能，同时包含GPS校时功能，保障控制中心的稳定可靠运行。大屏后方安置机柜、不间断电源等必要设备，大屏左侧预留通道，方便进入监控室的设备间。

3.2灯具终端设计

3.2.1灯杆设计灯杆设计的解决思路是空间的合理分类、设备分类安装组合以及设备科学布局3个方面。首先要对灯具的功能设备进行不同等级的分类，在设计时不同的功能设备安装于灯杆的不同位置，本研究给出的解决参考办法如表1所示。

3.2.2单灯控制器设计每个灯具内安装单灯控制器，实现对灯具的开关控制、亮度控制、信息采集，在功能设计时支持定制，可根据自身的需求选择要安装的功能，比如亮度控制功能可以进行选装，单灯控制器的设计如图1所示。单灯控制系统的设计要点涉及以下几个方面。通讯方式为电力载波；为了保证通信的可靠性，要具备自动组网、自动中继的功能；亮度控制开关设定好之后，全年度自动按照设计的程序进行控制；可分组控制；具有独立控制的能力，不仅仅受控于主控中心；可开、关灯；具有状态报告功能。

3.3LED一体化灯具设计

目前国内大部分的城市用灯具都为高压钠灯，高压钠灯存在耗电量大、电能利用率低、光污染严重等问题，为了解决这一问题，初步设计用LED灯替换在用的高压钠灯，运用智慧照明控制系统实现城市用灯的智能化改造。结合国家对于节能减排政策的要求，传统照明灯具的升级换代已在全国范围内逐渐落实，LED照明灯具具有节能高效、绿色环保、寿命长等特点，十分契合智慧照明灯具的使用要求。LED灯具根据其优点充分发挥调光优势，设计无级调光模块接口，由单灯控制中心控制，外壳设计为高压铸形加静电喷塑处理，由于LED照明设备可能处于长期工作状态，所以外壳选用铝合金协助散热。整体设计遵循模块化构想，利用维修和更换零部件，接口的设计力求做到统一，各个零件之间形成良好适配。

4结语

近年来我国城市化建设的脚步逐渐加快，智慧城市的概念自提出以来受到了人们的广泛支持，我国在智能照明系统的建设上一直保持着持续投入，智慧照明的未来发展空间巨大。本研究针对目前智慧灯具设计存在的不足，给出了相关建议并介绍了智慧灯具的设计要点，期望可以给相关行业工作者提供一定的参考。

参考文献

[1]冀楠.智慧城市背景下智慧照明灯具的设计探讨[J].智能城市,2019,5(24):32-33.

[2]马秀峰.基于智慧城市照明体系的LED光源应用效益研究[D].邯郸:河北工程大学,2017.

[3]张宏征.在智慧城市建设下的道路照明体系[D].天津:天津大学,2017.

作者：魏青 单位：武汉职业技术学院