白皮書(shū) | 智慧照明系統(tǒng)的解決方案

　　童敏

　　上海飛樂(lè)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(shū)》

　　智慧照明與物聯(lián)網(wǎng)科技 顧問(wèn)

　　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(gè)人類社會(huì)發(fā)展提供了巨大的契機(jī)。智慧照明在推進(jìn)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(dá)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(gè)“一”的發(fā)展歷程，即從一盞燈具、一套控制，一個(gè)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(jiǎn)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(jìn)入到LED時(shí)代，把照明也從電器時(shí)代轉(zhuǎn)變成電子時(shí)代。從此，照明行業(yè)也可以借助電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)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(tái)、大數(shù)據(jù)、人工智能等方面的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)化智能控制的目標(biāo)。

　　智慧照明系統(tǒng)是在基本的智能控制中，通過(guò)運(yùn)用可見(jiàn)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(cè)、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(gè)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(gè)智慧照明中舉足輕重，飛樂(lè)音響結(jié)合自身多年的工程和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，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(chǎng)景。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖：見(jiàn)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(gè)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(lè)音響利用該架構(gòu)，已經(jīng)把照明產(chǎn)品順利的進(jìn)行了智能化，并且進(jìn)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(jī)、LED智慧燈桿屏、LED智慧櫥窗屏、戶外超強(qiáng)Wi-Fi覆蓋、可見(jiàn)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(gè)管控平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，智能路燈終端將會(huì)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(jiàn)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(chǎng)超市、學(xué)校醫(yī)院、廣場(chǎng)地鐵等人流密集場(chǎng)合，成為下一代4G/5G等無(wú)線通信的極大補(bǔ)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(chǎng)景的布局SCENE LAYOUT

　　基于智慧照明的系統(tǒng)解決方案，可以運(yùn)用到在道路，隧道、會(huì)展中心、車(chē)企、港口、碼頭、體育場(chǎng)館、學(xué)校、加油站、地鐵，辦公等典型應(yīng)用場(chǎng)景中，下面結(jié)合飛樂(lè)音響近幾年的應(yīng)用情況，總結(jié)兩種典型的場(chǎng)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(shí)現(xiàn)外向型經(jīng)濟(jì)的窗口，中國(guó)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(zhǎng)速度最快的國(guó)家。隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，節(jié)能減排、提升效率成為中國(guó)乃至全球的迫切要求。比如上海國(guó)際港務(wù)港區(qū)內(nèi)照明消耗電量就高達(dá)594萬(wàn)KWh，港口企業(yè)一直是交通運(yùn)輸行業(yè)的耗能大戶，節(jié)約能源已經(jīng)成為新時(shí)期港口企業(yè)提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)電源及NB-IoT控制器等硬件設(shè)備為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)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(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)平臺(tái)，并負(fù)責(zé)技術(shù)支持。根據(jù)港口的應(yīng)用場(chǎng)景，將戶外的設(shè)施通過(guò)窄帶通信技術(shù)(NB)來(lái)進(jìn)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(jiàn)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(gè)層，分別是終端層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。各個(gè)層的功能和作用：見(jiàn)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(yùn)營(yíng)商物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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(tái)和終端間的數(shù)據(jù)通訊和信號(hào)控制。

　　平臺(tái)層：包括整個(gè)智能燈具的管理，控制，API，規(guī)則引擎，大數(shù)據(jù)分析及運(yùn)營(yíng)支持等。該層主要是整個(gè)系統(tǒng)的人機(jī)界面，對(duì)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(yùn)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(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，功率因數(shù)低，壽命短，一般僅為1萬(wàn)小時(shí)左右，維護(hù)費(fèi)用高且燈具拆、裝、維修是高空作業(yè)，工作強(qiáng)度和危險(xiǎn)性都較大。全新的LED半導(dǎo)體照明解決方案設(shè)計(jì)，大功率、超大光通輸出、節(jié)能性優(yōu)異、投射距離遠(yuǎn)、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(jì)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(dòng)情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)照明強(qiáng)度，約節(jié)能20%。實(shí)現(xiàn)了二次節(jié)能，總計(jì)約節(jié)能75%。

　　就筆者所在的飛樂(lè)音響，已經(jīng)為港口場(chǎng)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(shí)更提高了維修工作及維修人員的安全性，設(shè)計(jì)時(shí)所增加的NB-IoT技術(shù)運(yùn)用于港口照明的智能控制，以無(wú)線通信方式接入移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到對(duì)港口照明單燈全面監(jiān)測(cè)、智能控制、精準(zhǔn)管理，實(shí)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(hù)等特點(diǎn)，直接降低港口照明的維護(hù)成本，提高照明系統(tǒng)的管理質(zhì)量，促進(jìn)港口物流工作的順利高效進(jìn)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?cái)z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(guò)通訊信息感知、數(shù)據(jù)傳輸、燈光控制、計(jì)算機(jī)處理，將采集到的數(shù)據(jù)和信息傳輸?shù)胶诵倪\(yùn)營(yíng)平臺(tái)，從而為智慧城市提供大數(shù)據(jù)分享。 見(jiàn)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(kāi)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(duì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用會(huì)有天然的缺陷，是因?yàn)檫@些智能路燈，并沒(méi)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(guò)挖掘他們直接的應(yīng)用，最終在一個(gè)平臺(tái)上，進(jìn)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(wú)法解決數(shù)據(jù)孤島、無(wú)法形成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)群，最終大數(shù)據(jù)平臺(tái)無(wú)法分析有效的、連續(xù)的數(shù)據(jù)，無(wú)法形成整個(gè)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(yùn)營(yíng)平臺(tái)。該平臺(tái)是基于云服務(wù)，運(yùn)營(yíng)平臺(tái)通過(guò)云計(jì)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(tái)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(dòng)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(yàn)，諸如45公里長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)了整體智能路燈網(wǎng)的應(yīng)用，并且部門(mén)功能，已經(jīng)順利接入到公安、城管等專管部門(mén)。

　　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(chǎng)所的誕生， 是一種為服務(wù)于商業(yè)場(chǎng)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(yíng)造商業(yè)場(chǎng)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(yùn)用于品牌零售終端、購(gòu)物中心、超級(jí)市場(chǎng)等以銷售產(chǎn)品為目標(biāo)的商品式商業(yè)領(lǐng)域和星級(jí)酒店、主題公園、娛樂(lè)會(huì)所等以提供服務(wù)為目標(biāo)的體驗(yàn)式商業(yè)領(lǐng)域。

　　商業(yè)照明以系統(tǒng)照明設(shè)計(jì)為核心，根據(jù)經(jīng)營(yíng)場(chǎng)所的品牌定位、風(fēng)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(guò)對(duì)光影環(huán)境的整體建設(shè)來(lái)強(qiáng)化品牌特征，并實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)消費(fèi)環(huán)境和重點(diǎn)產(chǎn)品的烘托和渲染，從而達(dá)到提升品牌形象、優(yōu)化消費(fèi)體驗(yàn)的目標(biāo)。隨著商業(yè)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，越來(lái)越多的商業(yè)企業(yè)重視到商業(yè)照明通過(guò)光影環(huán)境的營(yíng)造在提升品牌形象、展現(xiàn)產(chǎn)品特點(diǎn)上的重要性，對(duì)照明效果提出了更高的專業(yè)化要求，促進(jìn)商業(yè)照明行業(yè)的發(fā)展。

　　隨著技術(shù)的進(jìn)步，商業(yè)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(shì)，同時(shí)商業(yè)照明系統(tǒng)呈現(xiàn)多功能化、節(jié)能化、環(huán)保化、 智能化的發(fā)展趨勢(shì)，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(qiáng)勁的動(dòng)力。下面以銳高在國(guó)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(jiàn)圖5

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

　　中國(guó)國(guó)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(guó)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(jì)顧問(wèn)公司聯(lián)手打造，總面積約7萬(wàn)平方米，用創(chuàng)意與專業(yè)技術(shù)的融合，點(diǎn)亮了京城這座極具設(shè)計(jì)特點(diǎn)的建筑。(見(jiàn)圖5)

　　國(guó)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(chǎng)，照明需要符合商業(yè)綜合體的特點(diǎn)，根據(jù)不同樓層的特定功能，電梯到達(dá)每層的照明需要相應(yīng)匹配。銳高通過(guò)與照明設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間的溝通，在充分了解每個(gè)樓層照明的特點(diǎn)后，選用銳高QLE系列LED模組搭載銳高LED調(diào)光驅(qū)動(dòng)，色溫可調(diào)范圍在2700K-6500K之間，實(shí)現(xiàn)了觀光電梯可調(diào)色溫，使得電梯空間色溫與該到達(dá)樓層的色溫保持一致。

　　不同樓層的色溫在變化但照度不會(huì)改變，讓人們從電梯間到目的樓層的整個(gè)過(guò)程都能夠感受到均勻舒適的照明氛圍。同時(shí)增加了電梯樓層的識(shí)別度，凸顯大樓的高端定位的品牌形象。(見(jiàn)圖6)酒店裙樓共十層，功能包括酒店、餐飲、健身娛樂(lè)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(gè)環(huán)節(jié)從創(chuàng)意設(shè)計(jì)、燈位布局、照度參數(shù)等方面都嚴(yán)格把關(guān)，力求打造愉悅的商業(yè)空間環(huán)境，提升消費(fèi)者的體驗(yàn)。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(gè)角落，人們對(duì)于照明的感受是相同的(顯色指數(shù)90)，這在無(wú)形中延長(zhǎng)了消費(fèi)者的逗留時(shí)間。由此可見(jiàn)，現(xiàn)代商業(yè)照明的要求不僅僅滿足于點(diǎn)亮空間，而是通過(guò)科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)方案，盡可能挖掘照明的附加值，幫助空間實(shí)現(xiàn)更多可能。

　　圖6

　　銳高在國(guó)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(jì)師實(shí)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(gè)縮影。

　　隨著商業(yè)經(jīng)營(yíng)場(chǎng)所的不斷增加，在消費(fèi)者更加注重消費(fèi)體驗(yàn)、追求品牌和文化內(nèi)涵等因素的推動(dòng)下，各類企業(yè)逐步將品牌建設(shè)作為其經(jīng)營(yíng)管理重點(diǎn)，著重提升品牌檔次和打造完善的消費(fèi)體驗(yàn)環(huán)境，將進(jìn)一步刺激商業(yè)照明的市場(chǎng)需求。

　　四、前景展望PROSPECT

　　智慧照明發(fā)展空間大，市場(chǎng)潛力足，和智慧照明技術(shù)進(jìn)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(guò)智慧照明系統(tǒng)解決方案，可以實(shí)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(shí)，通過(guò)筆者近幾年的應(yīng)用實(shí)踐，智慧照明的發(fā)展將迎來(lái)新的機(jī)遇，智慧照明在國(guó)內(nèi)外各種應(yīng)用場(chǎng)景的大面積推廣運(yùn)用中已經(jīng)取得了一定成效、并將進(jìn)一步提升系統(tǒng)的整體功效。后續(xù)還需要不斷的實(shí)踐，不斷的改進(jìn)，不斷的提升和引入新技術(shù)，為適應(yīng)快速到來(lái)的智慧城市提供數(shù)據(jù)和應(yīng)用支撐。