白皮書 | 智慧照明系統(tǒng)的解決方案

　　童敏

　　上海飛樂音響股份有限公司首席技術(shù)官

　　《2018阿拉丁照明產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》

　　智慧照明與物聯(lián)網(wǎng)科技 顧問

　　一、引言INTRODUCTION

　　隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，特別是智慧城市概念的提出，為整個人類社會發(fā)展提供了巨大的契機。智慧照明在推進智慧城市發(fā)展中，扮演著舉足輕重的作用。智慧照明本質(zhì)就是高效節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適，四者相輔相成、不可或缺。高效節(jié)能即是以消耗較少的電能獲得足夠的照明，從而達到環(huán)保的目的;安全、舒適指的是光照清晰、柔和及不產(chǎn)生紫外線、眩光等有害光照，不產(chǎn)生光污染。

　　照明產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷五個“一”的發(fā)展歷程，即從一盞燈具、一套控制，一個系統(tǒng)，一張網(wǎng)絡(luò)，一座城市發(fā)展，產(chǎn)品從單一到集成的轉(zhuǎn)換，但是應(yīng)用是從復(fù)雜轉(zhuǎn)向了簡單，其中智慧化扮演著重要的作用。

　　二、智慧照明在照明中的定位 INTELLIGENT LIGHTING

　　照明進入到LED時代，把照明也從電器時代轉(zhuǎn)變成電子時代。從此，照明行業(yè)也可以借助電子及計算機技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)的騰飛。智慧照明系統(tǒng)就是以新一代半導(dǎo)體照明光源及燈具為核心，利用云平臺、大數(shù)據(jù)、人工智能等方面的技術(shù)，實現(xiàn)照明系統(tǒng)化智能控制的目標。

　　智慧照明系統(tǒng)是在基本的智能控制中，通過運用可見光通信Li-Fi、光傳感器、調(diào)光調(diào)色模塊等創(chuàng)新技術(shù)，再集成信息采集、人員定位、安防監(jiān)控、交通控制、氣象監(jiān)測、人員疏導(dǎo)、公共安全等物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的功能與特性。在整個系統(tǒng)框架中，自下而上構(gòu)架了一套由感知層、傳輸層、應(yīng)用層的模型。其中傳輸層在整個智慧照明中舉足輕重，飛樂音響結(jié)合自身多年的工程和項目經(jīng)驗，總結(jié)出一套穩(wěn)定、高可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，該架構(gòu)的可以適應(yīng)在智慧社區(qū)、智慧園區(qū)、智慧港口、智慧道路等各種場景。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖：見圖1

　　圖1 智慧照明系統(tǒng)之網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

　　該系統(tǒng)包括能夠?qū)Ω兄O(shè)備的接入層，具有收集、清洗、安全等數(shù)據(jù)匯聚層，可以數(shù)據(jù)分享到各個專業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層。

　　上述架構(gòu)具有普適性，上海飛樂音響利用該架構(gòu)，已經(jīng)把照明產(chǎn)品順利的進行了智能化，并且進行了商用落地。

　　以LED智能路燈終端為例， 多功能智能路燈兼具LCD智慧廣告機、LED智慧燈桿屏、LED智慧櫥窗屏、戶外超強Wi-Fi覆蓋、可見光及紅外安防攝像頭、Wi-Fi嗅探、緊急公共廣播等功能，并可作為城市地域性文化和形象的載體，整個管控平臺可實現(xiàn)互聯(lián)互通，智能路燈終端將會成為新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要設(shè)施基礎(chǔ)之一。

　　再以LED室內(nèi)可見光通信為例，高速寬帶、不受電磁干擾、超高保密性等優(yōu)異屬性，能在超高建筑、商場超市、學(xué)校醫(yī)院、廣場地鐵等人流密集場合，成為下一代4G/5G等無線通信的極大補充，是新型IoT組網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)的重要方式之一，具有廣闊的發(fā)展前景。

　　三、解決方案場景的布局SCENE LAYOUT

　　基于智慧照明的系統(tǒng)解決方案，可以運用到在道路，隧道、會展中心、車企、港口、碼頭、體育場館、學(xué)校、加油站、地鐵，辦公等典型應(yīng)用場景中，下面結(jié)合飛樂音響近幾年的應(yīng)用情況，總結(jié)兩種典型的場景解決方案：

　　3.1 港口照明解決方案

　　港口是重要的交通樞紐，是實現(xiàn)外向型經(jīng)濟的窗口，中國主要港口在世界港口中已經(jīng)占據(jù)重要地位，集裝箱吞吐量已連續(xù)多年位居世界第一，成為世界上港口吞吐量和集裝箱吞吐量最大、增長速度最快的國家。隨著經(jīng)濟持續(xù)增長，節(jié)能減排、提升效率成為中國乃至全球的迫切要求。比如上海國際港務(wù)港區(qū)內(nèi)照明消耗電量就高達594萬KWh，港口企業(yè)一直是交通運輸行業(yè)的耗能大戶，節(jié)約能源已經(jīng)成為新時期港口企業(yè)提升國際競爭力的重要手段之一，因此，智慧照明將是高效化、智能化港口的重要的應(yīng)用載體。

　　智慧港口照明以LED燈具、驅(qū)動電源及NB-IoT控制器等硬件設(shè)備為基礎(chǔ)來實現(xiàn)系統(tǒng)解決方案的集成，即將NB-IoT芯片加入到LED燈中，形成NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)通信方式的智慧照明產(chǎn)品。系統(tǒng)由電信運營商提供蜂窩窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)網(wǎng)絡(luò)、基站、物聯(lián)網(wǎng)卡、專有運營平臺，并負責技術(shù)支持。根據(jù)港口的應(yīng)用場景，將戶外的設(shè)施通過窄帶通信技術(shù)(NB)來進行管理與控制，并將管理及控制系統(tǒng)接入全景指揮中心，形成完整的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)。

　　NB-IoT智慧照明控制框架如下圖：見圖2

　　圖2 NB-IoT 智慧照明系統(tǒng)解決方案框架圖

　　基于上述的NB-IoT的智慧照明，包括上一節(jié)討論的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，形成了最終港口智能化的整體解決方案。該系統(tǒng)架構(gòu)包括四個層，分別是終端層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層。各個層的功能和作用：見圖3

　　圖3 NB-IoT 智慧照明系統(tǒng)方案組成

　　終端層：包括NB-IoT模組，智能控制硬件及固件、LED電源及燈具等。該層主要完成智能硬件的控制及照明功能的輸出。

　　網(wǎng)絡(luò)層：包括NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，運營商物聯(lián)網(wǎng)平臺等。該層的主要目的就是把終端的信息上傳或者下載，解決平臺和終端間的數(shù)據(jù)通訊和信號控制。

　　平臺層：包括整個智能燈具的管理，控制，API，規(guī)則引擎，大數(shù)據(jù)分析及運營支持等。該層主要是整個系統(tǒng)的人機界面，對外通訊API，系統(tǒng)管控等功能。

　　應(yīng)用層：包括GIS、能效管理、ERP界面，EMS設(shè)備管理等。該層主要是利用智能化的數(shù)據(jù)和運維，形成一些有增值的應(yīng)用和應(yīng)用數(shù)據(jù)接口。

　　在照明燈具部分，傳統(tǒng)的港口照明，港區(qū)通常用以功率1000W的高壓鈉燈為主，其顯色性差，啟動時間長，功率因數(shù)低，壽命短，一般僅為1萬小時左右，維護費用高且燈具拆、裝、維修是高空作業(yè)，工作強度和危險性都較大。全新的LED半導(dǎo)體照明解決方案設(shè)計，大功率、超大光通輸出、節(jié)能性優(yōu)異、投射距離遠、替換HID高壓鈉燈1000W、改善了傳統(tǒng)HID燈具投射距離近的缺陷。就NB-IoT節(jié)能率計算，450W LED燈具替換1000W鈉燈約節(jié)能55%，根據(jù)日照情況及工作人員活動情況，自動調(diào)節(jié)照明強度，約節(jié)能20%。實現(xiàn)了二次節(jié)能，總計約節(jié)能75%。

　　就筆者所在的飛樂音響，已經(jīng)為港口場景量身定做的該套適用于港口照明的LED智能系統(tǒng)解決方案，不僅能降低維修頻率，同時更提高了維修工作及維修人員的安全性，設(shè)計時所增加的NB-IoT技術(shù)運用于港口照明的智能控制，以無線通信方式接入移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)，達到對港口照明單燈全面監(jiān)測、智能控制、精準管理，實現(xiàn)按需照明、節(jié)能減排。

　　總而言之，應(yīng)用NB-IoT的智慧港口照明解決方案，集高光效、智能化、易維護等特點，直接降低港口照明的維護成本，提高照明系統(tǒng)的管理質(zhì)量，促進港口物流工作的順利高效進行。

　　3.2 智能路燈網(wǎng)解決方案

　　智能路燈網(wǎng)是把一些終端的單體設(shè)備采用各種技術(shù)手段集成匯合到一起的產(chǎn)品系統(tǒng)，它是一種基于智能控制的照明物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)連同集成的智能化設(shè)備，最終形成整體的智能路燈網(wǎng)絡(luò)體系。

　　智能路燈網(wǎng)以LED路燈為載體，集成監(jiān)控攝像頭、電子顯示屏、充電樁、公共廣播及各類傳感器等功能，通過通訊信息感知、數(shù)據(jù)傳輸、燈光控制、計算機處理，將采集到的數(shù)據(jù)和信息傳輸?shù)胶诵倪\營平臺，從而為智慧城市提供大數(shù)據(jù)分享。 見圖4

　　圖4，智能路燈網(wǎng)絡(luò)示意圖

　　目前，有很多企業(yè)都在從事智能路燈產(chǎn)品的開發(fā)，但是都偏向于一桿的應(yīng)用。單體產(chǎn)品，缺少整體的把控功能，對大數(shù)據(jù)應(yīng)用會有天然的缺陷，是因為這些智能路燈，并沒有形成智能路燈網(wǎng)。因此，只有把這些終端的單體設(shè)備用各種技術(shù)集成匯合，通過挖掘他們直接的應(yīng)用，最終在一個平臺上，進行智能化的應(yīng)用，才可以稱之為智能路燈網(wǎng)。

　　智能路燈和智能路燈網(wǎng)有著本質(zhì)的區(qū)別，單體的智能路燈無法解決數(shù)據(jù)孤島、無法形成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)群，最終大數(shù)據(jù)平臺無法分析有效的、連續(xù)的數(shù)據(jù)，無法形成整個智慧城市的應(yīng)用。智能路燈網(wǎng)的核心基于大數(shù)據(jù)的運營平臺。該平臺是基于云服務(wù)，運營平臺通過云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿ICT技術(shù)，逐步打造智慧城區(qū)的“大腦”的一部分。

　　該平臺可以收集智能路燈上的傳感器信息、視頻數(shù)據(jù)，最終為智能互動應(yīng)用，平安城市提供保障和支持。另外，根據(jù)筆者近幾年在上海建設(shè)的經(jīng)驗，諸如45公里長的浦江兩岸景觀燈照明工程，采用了該智能路燈網(wǎng)方案，在部分區(qū)域段實現(xiàn)了整體智能路燈網(wǎng)的應(yīng)用，并且部門功能，已經(jīng)順利接入到公安、城管等專管部門。

　　3.3 商業(yè)照明解決方案

　　商業(yè)照明的產(chǎn)生源于公共商業(yè)場所的誕生， 是一種為服務(wù)于商業(yè)場所的照明需要而產(chǎn)生的照明系統(tǒng)。最初的商業(yè)照明與其他如家居、工廠、學(xué)校、辦公樓等領(lǐng)域的照明系統(tǒng)差別不大，具有通用性;如今的商業(yè)照明是指營造商業(yè)場所光影環(huán)境，用以滿足照亮空間、產(chǎn)品展示等基礎(chǔ)性需求，以及氛圍渲染、品牌提升等功能性需求的照明系統(tǒng)，廣泛地運用于品牌零售終端、購物中心、超級市場等以銷售產(chǎn)品為目標的商品式商業(yè)領(lǐng)域和星級酒店、主題公園、娛樂會所等以提供服務(wù)為目標的體驗式商業(yè)領(lǐng)域。

　　商業(yè)照明以系統(tǒng)照明設(shè)計為核心，根據(jù)經(jīng)營場所的品牌定位、風格特征、裝修布局，結(jié)合照明系統(tǒng)配套產(chǎn)品的應(yīng)用，通過對光影環(huán)境的整體建設(shè)來強化品牌特征，并實現(xiàn)對整個消費環(huán)境和重點產(chǎn)品的烘托和渲染，從而達到提升品牌形象、優(yōu)化消費體驗的目標。隨著商業(yè)企業(yè)競爭的日益激烈，越來越多的商業(yè)企業(yè)重視到商業(yè)照明通過光影環(huán)境的營造在提升品牌形象、展現(xiàn)產(chǎn)品特點上的重要性，對照明效果提出了更高的專業(yè)化要求，促進商業(yè)照明行業(yè)的發(fā)展。

　　隨著技術(shù)的進步，商業(yè)照明系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)配套產(chǎn)品呈現(xiàn)專業(yè)化和多元化的發(fā)展趨勢，同時商業(yè)照明系統(tǒng)呈現(xiàn)多功能化、節(jié)能化、環(huán)?；?、 智能化的發(fā)展趨勢，從技術(shù)層面為商業(yè)照明行業(yè)的快速發(fā)展提供了強勁的動力。下面以銳高在國貿(mào)三期的應(yīng)用為例，介紹銳高照明在商業(yè)綜合體領(lǐng)域的成功案例。見圖5

　　圖5，銳高模組及調(diào)光驅(qū)動系列產(chǎn)品應(yīng)用于國貿(mào)三期酒店裙樓室內(nèi)照明中

　　圖5，銳高模組及調(diào)光驅(qū)動系列產(chǎn)品應(yīng)用于國貿(mào)三期觀光電梯照明中

　　中國國際貿(mào)易中心位于北京中央商務(wù)區(qū)核心地段，是由主塔樓、酒店裙樓、商業(yè)裙樓和附屬設(shè)施組成的商業(yè)綜合體。國貿(mào)三期的觀光電梯&酒店裙樓室內(nèi)照明由銳高與專業(yè)的照明設(shè)計顧問公司聯(lián)手打造，總面積約7萬平方米，用創(chuàng)意與專業(yè)技術(shù)的融合，點亮了京城這座極具設(shè)計特點的建筑。(見圖5)

　　國貿(mào)三期觀光電梯地下三層，地上四層，不同樓層的功能不同，涵蓋辦公、KTV、餐飲以及商場，照明需要符合商業(yè)綜合體的特點，根據(jù)不同樓層的特定功能，電梯到達每層的照明需要相應(yīng)匹配。銳高通過與照明設(shè)計團隊之間的溝通，在充分了解每個樓層照明的特點后，選用銳高QLE系列LED模組搭載銳高LED調(diào)光驅(qū)動，色溫可調(diào)范圍在2700K-6500K之間，實現(xiàn)了觀光電梯可調(diào)色溫，使得電梯空間色溫與該到達樓層的色溫保持一致。

　　不同樓層的色溫在變化但照度不會改變，讓人們從電梯間到目的樓層的整個過程都能夠感受到均勻舒適的照明氛圍。同時增加了電梯樓層的識別度，凸顯大樓的高端定位的品牌形象。(見圖6)酒店裙樓共十層，功能包括酒店、餐飲、健身娛樂休閑等，裙樓室內(nèi)的公共區(qū)域照明應(yīng)用的是銳高SLE系列LED模組。每個環(huán)節(jié)從創(chuàng)意設(shè)計、燈位布局、照度參數(shù)等方面都嚴格把關(guān)，力求打造愉悅的商業(yè)空間環(huán)境，提升消費者的體驗。產(chǎn)品的穩(wěn)定性及照明的一致性保證了在公共區(qū)域的任何一個角落，人們對于照明的感受是相同的(顯色指數(shù)90)，這在無形中延長了消費者的逗留時間。由此可見，現(xiàn)代商業(yè)照明的要求不僅僅滿足于點亮空間，而是通過科學(xué)、合理的設(shè)計方案，盡可能挖掘照明的附加值，幫助空間實現(xiàn)更多可能。

　　圖6

　　銳高在國貿(mào)三期觀光電梯與酒店裙樓室內(nèi)照明的應(yīng)用最大程度發(fā)揮了其光源顯色性及產(chǎn)品的穩(wěn)定品質(zhì)，幫助設(shè)計師實現(xiàn)了預(yù)期的照明效果，打造出舒適愉悅的照明環(huán)境。使之成為現(xiàn)代商業(yè)照明的一個縮影。

　　隨著商業(yè)經(jīng)營場所的不斷增加，在消費者更加注重消費體驗、追求品牌和文化內(nèi)涵等因素的推動下，各類企業(yè)逐步將品牌建設(shè)作為其經(jīng)營管理重點，著重提升品牌檔次和打造完善的消費體驗環(huán)境，將進一步刺激商業(yè)照明的市場需求。

　　四、前景展望PROSPECT

　　智慧照明發(fā)展空間大，市場潛力足，和智慧照明技術(shù)進步日新月異，從產(chǎn)品到解決方案不斷成熟與完善相關(guān)。通過智慧照明系統(tǒng)解決方案，可以實現(xiàn)“以人為本”，為人類提供更加舒適、更加安全、更加節(jié)能的光環(huán)境。

　　同時，通過筆者近幾年的應(yīng)用實踐，智慧照明的發(fā)展將迎來新的機遇，智慧照明在國內(nèi)外各種應(yīng)用場景的大面積推廣運用中已經(jīng)取得了一定成效、并將進一步提升系統(tǒng)的整體功效。后續(xù)還需要不斷的實踐，不斷的改進，不斷的提升和引入新技術(shù)，為適應(yīng)快速到來的智慧城市提供數(shù)據(jù)和應(yīng)用支撐。