1 引言
已經(jīng)頒布實(shí)施的國(guó)家城市道路照明設(shè)計(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，城市道路照明應(yīng)該為各種車(chē)輛的駕駛?cè)藛T以及行人創(chuàng)造良好的視覺(jué)環(huán)境,，達(dá)到保障交通安全，降低犯罪率和美化城市環(huán)境的目的,。這就要求城市道路照明（ 特別是機(jī)動(dòng)車(chē)交通道路） 達(dá)到一定的亮度標(biāo)準(zhǔn),，另一方面，近年來(lái),，隨著國(guó)內(nèi)城市化進(jìn)程的迅速發(fā)展,，相關(guān)道路照明設(shè)施的規(guī)模及數(shù)量越來(lái)越大，道路照明耗電也在迅速上升,。如何在保證道路照明的亮度/ 照度和安全性的前提下,，不增加維護(hù)成本而降低城市道路照明的耗電量，具有重大意義,，也成為當(dāng)前節(jié)能降耗研究中的重要內(nèi)容,。
2 城市路燈照明系統(tǒng)
機(jī)動(dòng)車(chē)交通道路照明按快速路與主干路、次干路,、支路分級(jí),，各級(jí)道路的照明標(biāo)準(zhǔn)值（ 路面平均亮度或照度、亮度或照度均勻度,、眩光限制和誘導(dǎo)性） 已作出了區(qū)分,。常規(guī)照明燈具的布置常采用間隔一定距離的道路雙側(cè)交錯(cuò)布置,、雙側(cè)對(duì)稱(chēng)布置,、或其他布置方式; 一般采用壽命長(zhǎng)、光效高的高壓鈉燈作為光源,。
城市各級(jí)交通道路根據(jù)不同時(shí)段的照明需求,，提供相應(yīng)的照明水平是很好的控制方式和節(jié)能手段。
目前部分地區(qū)為節(jié)能普遍實(shí)行“半夜燈”制度，采取“亮一隔一”或“亮一隔二”的權(quán)宜措施,，關(guān)閉部分光源,。然而此法不僅減小路面亮度（ 照度） ，同時(shí)路面亮度（ 照度） 均勻度也有不同程度,、甚至是嚴(yán)重的下降（ 與燈具布置方式也有關(guān)） ,，不利于維護(hù)公共交通安全和社會(huì)治安。
目前,，城市各級(jí)交通道路照明一般由專(zhuān)用的回路箱變專(zhuān)供,，由于我國(guó)城市電網(wǎng)技術(shù)落后，電網(wǎng)電壓受負(fù)荷的影響較大,，線(xiàn)路的電壓波動(dòng)大大超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),，有時(shí)甚至?xí)^(guò)額定電壓的15% 以上。
在用電高峰期,，電壓偏低; 用電低谷期,，電壓偏高。
午夜用電低谷時(shí),，城市電負(fù)荷急劇減少,，電網(wǎng)電壓較高，下半夜電壓普遍超過(guò)230V,，甚至接近250V,。
這樣將增加高達(dá)22% 的耗電量，不僅浪費(fèi)能量,，降低路燈使用壽命,，而且路面照度太強(qiáng)不利于行車(chē)安全。
道路照明節(jié)電有很大的潛力,，除了選擇高效照明器材之外,，在深夜若適當(dāng)降低回路電壓，調(diào)整光源的光通量,，降低路面亮度/ 照度（ 需保證正常的道路照明） 是節(jié)能效果最為明顯的一項(xiàng)有效措施,。
3 智能照明控制策略
3. 1 節(jié)能調(diào)光原理
根據(jù)人體視覺(jué)對(duì)光線(xiàn)適應(yīng)的理論，人眼對(duì)光線(xiàn)的感覺(jué)和光線(xiàn)成對(duì)數(shù)關(guān)系,，即光照降低10% ,，而人的視覺(jué)僅降低1% ， 因此適當(dāng)降低光源的光通量（ 從而可以節(jié)能） 而并不影響人的視覺(jué),。高壓鈉燈在正常工作條件下,，進(jìn)入正常工作狀態(tài)前的整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程約需4 ～ 8 分鐘; 工作在弧光放電狀態(tài)時(shí)，為負(fù)斜率的伏—安特性曲線(xiàn),，電源電壓的波動(dòng)將引起燈具電參數(shù)的變化,。電源電壓上升將引起燈管工作電流增大,，工作電壓、燈管功率隨著增高,，造成燈泡壽命下降; 反之,，電源電壓降低，燈的發(fā)光效率下降,，還可能造成燈具不能啟動(dòng)或自行熄滅,。
高壓鈉燈正常啟動(dòng)工作后， 將燈具電壓降至190V,，甚至180V,，高壓鈉燈都不會(huì)熄滅,，因此,，高壓鈉燈可以實(shí)施降壓供電,。在工程實(shí)際中， 經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量,，當(dāng)高壓鈉燈電壓過(guò)壓10% 時(shí),，光源壽命約降低一倍; 電壓在正常工作電壓220V附近小范圍下降時(shí)（ 降壓10% ） ，功率成平方比快速下降,，此時(shí)照度只是輕微下降,，節(jié)電率可達(dá)20%。在高壓鈉燈工作時(shí),，電源電壓的波動(dòng)不宜過(guò)大,，電源電壓的最優(yōu)選擇與控制都是節(jié)能照明最有效的途徑。
3. 2 目前控制策略的不足
照明控制可分為開(kāi)關(guān)控制和調(diào)光控制,。調(diào)光控制又包括連續(xù)的調(diào)光控制（ 被控光源的光通量可連續(xù)的變化） 和不連續(xù)的調(diào)光控制（ 被控光源的光通量只能在若干固定的預(yù)設(shè)值之間變化）,。合理、正確地選用照明控制方式不僅是經(jīng)濟(jì)性和使用性的良好統(tǒng)一,，也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能照明的有效措施,。
我國(guó)現(xiàn)行的道路照明的控制簡(jiǎn)單粗糙，大多僅實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制,，或簡(jiǎn)單的定時(shí)器控制和光電控制,。以路段為控制單位，按照日出日落時(shí)間對(duì)路燈進(jìn)行自動(dòng)控制,，在滿(mǎn)足照度和節(jié)能上兩難取舍,。但是，城市道路照明實(shí)際要求的照度（ 亮度） 因環(huán)境等因素而不同,，如： 傍晚尚未全黑時(shí)與夜間天全黑時(shí),，照度要求不同; 深夜與晚間及清晨不同; 受雨、雪,、霧,、陰天、風(fēng)沙等異常天氣影響,。目前的粗放式管理,，實(shí)現(xiàn)道路節(jié)能照明的合理化、科學(xué)化比較困難,，也不能及時(shí)準(zhǔn)確地了解路燈設(shè)備的工作狀態(tài),。
3. 3 TPO 控制策略
綜上所述，城市道路照明管理需充分考慮實(shí)際狀況,，引入光控措施和交通流量傳感器,，采取分區(qū)域和分時(shí)段的場(chǎng)景控制策略。依據(jù)人體工程學(xué)中的視覺(jué)理論,，采用現(xiàn)代控制論中的最優(yōu)控制方法,，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈電壓及照度的動(dòng)態(tài)智能化管理，即TPO管理（ TIME /PLACE /OCCASION）,。所謂場(chǎng)景控制就是通過(guò)綜合考慮和分析與道路照明密切相關(guān)的時(shí)間,、路段、環(huán)境照度和交通流量等因素,，按照預(yù)設(shè)的控制策略,，能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài),、平滑地調(diào)整路燈輸入電壓,，從而進(jìn)行路燈的調(diào)壓式調(diào)光輸出，對(duì)道路照明進(jìn)行動(dòng)態(tài)智能化管理,，控制路燈在不同情況下工作在不同狀態(tài),，實(shí)現(xiàn)多樣化的道路照明場(chǎng)景，從而在提高照明質(zhì)量的同時(shí)獲得最佳得節(jié)能效果,，節(jié)約有功電耗達(dá)20 ～ 30% 以上,。
對(duì)節(jié)能照明智能控制策略（ 包括時(shí)間表控制、組群控制和環(huán)境參數(shù)輔助控制） 進(jìn)行融合,，以高壓鈉燈為控制對(duì)象,，實(shí)施以下照明控制策略：
a） 分時(shí)段照明控制
在晚間繁忙的時(shí)段，控制路燈保持較高的照度,，接近午夜時(shí)分,，開(kāi)始自動(dòng)調(diào)光，在后半夜車(chē)稀人少時(shí),，則控制路燈保持較低照度的照明,，同時(shí)還可以根據(jù)節(jié)假日和特殊天氣狀況自動(dòng)調(diào)整控制策略。另外,，精確的開(kāi)關(guān)燈控制也需要根據(jù)城市所處的經(jīng)緯度計(jì)算出當(dāng)?shù)孛刻斓拈_(kāi)關(guān)燈時(shí)間,。
b） 組群控制
處于同一照明回路中的不同路燈,，由于其所處位置的不同，對(duì)其照明控制的要求可能也不相同,。
基于單燈節(jié)點(diǎn)的控制和檢測(cè),，實(shí)現(xiàn)指定組群燈具的不同場(chǎng)景控制。組群控制可以通過(guò)道路照明系統(tǒng)底層———照明回路控制單元和智能路燈節(jié)點(diǎn)控制器之間的通信協(xié)議層實(shí)現(xiàn)配置和組合,。
c） 環(huán)境參數(shù)輔助控制
根據(jù)天氣,、交通流量等實(shí)際的環(huán)境參數(shù)調(diào)整照明控制措施，以獲得更好的照明質(zhì)量和節(jié)電效果,。
綜合考慮自然光照度和當(dāng)前時(shí)間,，消除環(huán)境光中的尖峰干擾或突變持續(xù)性干擾，執(zhí)行相應(yīng)的開(kāi)燈或關(guān)燈操作,，以調(diào)整路燈開(kāi)關(guān)的時(shí)刻和時(shí)間,。道路上車(chē)輛流量不是一成不變的，每個(gè)道路段的流量也會(huì)有所變化,。因此,，也可以根據(jù)車(chē)輛流量進(jìn)行路面光照度調(diào)節(jié)。
d） 閉環(huán)回路照明控制
午夜12 點(diǎn)后,，依據(jù)行駛車(chē)輛的大致位置和行進(jìn)方向,，在其前方相應(yīng)路段的照明回路進(jìn)行照度調(diào)節(jié)。
1 引言
已經(jīng)頒布實(shí)施的國(guó)家城市道路照明設(shè)計(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,，城市道路照明應(yīng)該為各種車(chē)輛的駕駛?cè)藛T以及行人創(chuàng)造良好的視覺(jué)環(huán)境,，達(dá)到保障交通安全，降低犯罪率和美化城市環(huán)境的目的,。這就要求城市道路照明（ 特別是機(jī)動(dòng)車(chē)交通道路） 達(dá)到一定的亮度標(biāo)準(zhǔn),，另一方面，近年來(lái),，隨著國(guó)內(nèi)城市化進(jìn)程的迅速發(fā)展,，相關(guān)道路照明設(shè)施的規(guī)模及數(shù)量越來(lái)越大，道路照明耗電也在迅速上升,。如何在保證道路照明的亮度/ 照度和安全性的前提下,，不增加維護(hù)成本而降低城市道路照明的耗電量，具有重大意義,，也成為當(dāng)前節(jié)能降耗研究中的重要內(nèi)容,。
2 城市路燈照明系統(tǒng)
機(jī)動(dòng)車(chē)交通道路照明按快速路與主干路、次干路,、支路分級(jí),，各級(jí)道路的照明標(biāo)準(zhǔn)值（ 路面平均亮度或照度、亮度或照度均勻度,、眩光限制和誘導(dǎo)性） 已作出了區(qū)分,。常規(guī)照明燈具的布置常采用間隔一定距離的道路雙側(cè)交錯(cuò)布置,、雙側(cè)對(duì)稱(chēng)布置、或其他布置方式; 一般采用壽命長(zhǎng),、光效高的高壓鈉燈作為光源,。
城市各級(jí)交通道路根據(jù)不同時(shí)段的照明需求，提供相應(yīng)的照明水平是很好的控制方式和節(jié)能手段,。
目前部分地區(qū)為節(jié)能普遍實(shí)行“半夜燈”制度，采取“亮一隔一”或“亮一隔二”的權(quán)宜措施,，關(guān)閉部分光源,。然而此法不僅減小路面亮度（ 照度） ，同時(shí)路面亮度（ 照度） 均勻度也有不同程度,、甚至是嚴(yán)重的下降（ 與燈具布置方式也有關(guān)） ,，不利于維護(hù)公共交通安全和社會(huì)治安。
目前,，城市各級(jí)交通道路照明一般由專(zhuān)用的回路箱變專(zhuān)供,，由于我國(guó)城市電網(wǎng)技術(shù)落后，電網(wǎng)電壓受負(fù)荷的影響較大,，線(xiàn)路的電壓波動(dòng)大大超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),，有時(shí)甚至?xí)^(guò)額定電壓的15% 以上。
在用電高峰期,，電壓偏低; 用電低谷期,，電壓偏高。
午夜用電低谷時(shí),，城市電負(fù)荷急劇減少,，電網(wǎng)電壓較高，下半夜電壓普遍超過(guò)230V,，甚至接近250V,。
這樣將增加高達(dá)22% 的耗電量，不僅浪費(fèi)能量,，降低路燈使用壽命,，而且路面照度太強(qiáng)不利于行車(chē)安全。
道路照明節(jié)電有很大的潛力,，除了選擇高效照明器材之外,，在深夜若適當(dāng)降低回路電壓，調(diào)整光源的光通量,，降低路面亮度/ 照度（ 需保證正常的道路照明） 是節(jié)能效果最為明顯的一項(xiàng)有效措施,。
3 智能照明控制策略
3. 1 節(jié)能調(diào)光原理
根據(jù)人體視覺(jué)對(duì)光線(xiàn)適應(yīng)的理論，人眼對(duì)光線(xiàn)的感覺(jué)和光線(xiàn)成對(duì)數(shù)關(guān)系,，即光照降低10% ,，而人的視覺(jué)僅降低1% ,， 因此適當(dāng)降低光源的光通量（ 從而可以節(jié)能） 而并不影響人的視覺(jué)。高壓鈉燈在正常工作條件下,，進(jìn)入正常工作狀態(tài)前的整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程約需4 ～ 8 分鐘; 工作在弧光放電狀態(tài)時(shí),，為負(fù)斜率的伏—安特性曲線(xiàn)，電源電壓的波動(dòng)將引起燈具電參數(shù)的變化,。電源電壓上升將引起燈管工作電流增大,，工作電壓、燈管功率隨著增高,，造成燈泡壽命下降; 反之,，電源電壓降低，燈的發(fā)光效率下降,，還可能造成燈具不能啟動(dòng)或自行熄滅,。
高壓鈉燈正常啟動(dòng)工作后， 將燈具電壓降至190V,，甚至180V,，高壓鈉燈都不會(huì)熄滅，因此,，高壓鈉燈可以實(shí)施降壓供電,。在工程實(shí)際中， 經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量,，當(dāng)高壓鈉燈電壓過(guò)壓10% 時(shí),，光源壽命約降低一倍; 電壓在正常工作電壓220V附近小范圍下降時(shí)（ 降壓10% ） ，功率成平方比快速下降,，此時(shí)照度只是輕微下降,，節(jié)電率可達(dá)20%。在高壓鈉燈工作時(shí),，電源電壓的波動(dòng)不宜過(guò)大,，電源電壓的最優(yōu)選擇與控制都是節(jié)能照明最有效的途徑。
3. 2 目前控制策略的不足
照明控制可分為開(kāi)關(guān)控制和調(diào)光控制,。調(diào)光控制又包括連續(xù)的調(diào)光控制（ 被控光源的光通量可連續(xù)的變化） 和不連續(xù)的調(diào)光控制（ 被控光源的光通量只能在若干固定的預(yù)設(shè)值之間變化）,。合理、正確地選用照明控制方式不僅是經(jīng)濟(jì)性和使用性的良好統(tǒng)一,，也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能照明的有效措施,。
我國(guó)現(xiàn)行的道路照明的控制簡(jiǎn)單粗糙，大多僅實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制,，或簡(jiǎn)單的定時(shí)器控制和光電控制,。以路段為控制單位，按照日出日落時(shí)間對(duì)路燈進(jìn)行自動(dòng)控制，在滿(mǎn)足照度和節(jié)能上兩難取舍,。但是,，城市道路照明實(shí)際要求的照度（ 亮度） 因環(huán)境等因素而不同，如： 傍晚尚未全黑時(shí)與夜間天全黑時(shí),，照度要求不同; 深夜與晚間及清晨不同; 受雨,、雪、霧,、陰天,、風(fēng)沙等異常天氣影響。目前的粗放式管理,，實(shí)現(xiàn)道路節(jié)能照明的合理化,、科學(xué)化比較困難，也不能及時(shí)準(zhǔn)確地了解路燈設(shè)備的工作狀態(tài),。
3. 3 TPO 控制策略
綜上所述,，城市道路照明管理需充分考慮實(shí)際狀況,，引入光控措施和交通流量傳感器,，采取分區(qū)域和分時(shí)段的場(chǎng)景控制策略。依據(jù)人體工程學(xué)中的視覺(jué)理論,，采用現(xiàn)代控制論中的最優(yōu)控制方法,，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈電壓及照度的動(dòng)態(tài)智能化管理，即TPO管理（ TIME /PLACE /OCCASION）,。所謂場(chǎng)景控制就是通過(guò)綜合考慮和分析與道路照明密切相關(guān)的時(shí)間,、路段、環(huán)境照度和交通流量等因素,，按照預(yù)設(shè)的控制策略,，能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài),、平滑地調(diào)整路燈輸入電壓,，從而進(jìn)行路燈的調(diào)壓式調(diào)光輸出，對(duì)道路照明進(jìn)行動(dòng)態(tài)智能化管理,，控制路燈在不同情況下工作在不同狀態(tài),，實(shí)現(xiàn)多樣化的道路照明場(chǎng)景，從而在提高照明質(zhì)量的同時(shí)獲得最佳得節(jié)能效果,，節(jié)約有功電耗達(dá)20 ～ 30% 以上,。
對(duì)節(jié)能照明智能控制策略（ 包括時(shí)間表控制、組群控制和環(huán)境參數(shù)輔助控制） 進(jìn)行融合,，以高壓鈉燈為控制對(duì)象,，實(shí)施以下照明控制策略：
a） 分時(shí)段照明控制
在晚間繁忙的時(shí)段，控制路燈保持較高的照度，接近午夜時(shí)分,，開(kāi)始自動(dòng)調(diào)光,，在后半夜車(chē)稀人少時(shí)，則控制路燈保持較低照度的照明,，同時(shí)還可以根據(jù)節(jié)假日和特殊天氣狀況自動(dòng)調(diào)整控制策略,。另外，精確的開(kāi)關(guān)燈控制也需要根據(jù)城市所處的經(jīng)緯度計(jì)算出當(dāng)?shù)孛刻斓拈_(kāi)關(guān)燈時(shí)間,。
b） 組群控制
處于同一照明回路中的不同路燈,，由于其所處位置的不同，對(duì)其照明控制的要求可能也不相同,。
基于單燈節(jié)點(diǎn)的控制和檢測(cè),，實(shí)現(xiàn)指定組群燈具的不同場(chǎng)景控制。組群控制可以通過(guò)道路照明系統(tǒng)底層———照明回路控制單元和智能路燈節(jié)點(diǎn)控制器之間的通信協(xié)議層實(shí)現(xiàn)配置和組合,。
c） 環(huán)境參數(shù)輔助控制
根據(jù)天氣,、交通流量等實(shí)際的環(huán)境參數(shù)調(diào)整照明控制措施，以獲得更好的照明質(zhì)量和節(jié)電效果,。
綜合考慮自然光照度和當(dāng)前時(shí)間,，消除環(huán)境光中的尖峰干擾或突變持續(xù)性干擾，執(zhí)行相應(yīng)的開(kāi)燈或關(guān)燈操作,，以調(diào)整路燈開(kāi)關(guān)的時(shí)刻和時(shí)間,。道路上車(chē)輛流量不是一成不變的，每個(gè)道路段的流量也會(huì)有所變化,。因此,，也可以根據(jù)車(chē)輛流量進(jìn)行路面光照度調(diào)節(jié)。
d） 閉環(huán)回路照明控制
午夜12 點(diǎn)后,，依據(jù)行駛車(chē)輛的大致位置和行進(jìn)方向,，在其前方相應(yīng)路段的照明回路進(jìn)行照度調(diào)節(jié)。
4 無(wú)線(xiàn)控制通信網(wǎng)絡(luò)
引入智能場(chǎng)景控制策略的城市道路照明管理需要構(gòu)建由路燈節(jié)點(diǎn)控制器LCU,、照明回路控制單元RTU 和照明管理中心組成的控制網(wǎng)絡(luò),。路燈節(jié)點(diǎn)控制器LCU （ Light Control Unit） 負(fù)責(zé)所屬路燈的工作狀態(tài)檢測(cè)和控制; 管理中心工作站通過(guò)Ethernet 或者遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)通信與回路控制單元RTU （ RemoteTerminal Unit） 通信，經(jīng)回路控制單元向各節(jié)點(diǎn)發(fā)布控制指令和獲取各節(jié)點(diǎn)回傳的狀態(tài)信息; 節(jié)點(diǎn)控制器和回路控制單元之間則可采用多種方式的通信介質(zhì)實(shí)現(xiàn),，如現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn),、窄帶電力線(xiàn)載波、以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等,。
傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在道路照明控制中也有應(yīng)用,，但是大多存在著通訊接口協(xié)議復(fù)雜，而且需要鋪設(shè)專(zhuān)用線(xiàn)纜,，路燈網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)成本高,、維護(hù)不方便等問(wèn)題; 窄帶電力線(xiàn)載波直接利用電力線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,，省去了專(zhuān)用電纜的安裝，構(gòu)建靈活,，具有性?xún)r(jià)比高,、升級(jí)方便、維護(hù)簡(jiǎn)單等特色,，但存在電力線(xiàn)干擾大,、傳輸速率慢的缺點(diǎn)，大規(guī)模應(yīng)用的可靠性還有待驗(yàn)證,。隨著通信和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)因其組網(wǎng)方便，布局容易,，維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),，開(kāi)始逐步應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。在道路照明控制中,，目前成熟的應(yīng)用大多采用常規(guī)工業(yè)頻段或利用GSM 短信息或GPRS /CDMA 等公眾網(wǎng),。采用數(shù)傳電臺(tái)不但需要申請(qǐng)工業(yè)頻段，天線(xiàn)架設(shè)麻煩,，而且設(shè)備價(jià)格較高; GSM 短消息通信實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,，不過(guò)實(shí)時(shí)性和信息量得不到保證，而GPRS /CDMA 按流量計(jì)費(fèi),，在照明燈具節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多時(shí),，系統(tǒng)成本會(huì)急劇上升,。
短距離無(wú)線(xiàn)通信具有低成本,、低功耗、對(duì)等通信的重要特征和優(yōu)點(diǎn),。終端間的直通能力即實(shí)現(xiàn)對(duì)等通信是短距離無(wú)線(xiàn)通信的重要特征,，有別于長(zhǎng)距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，對(duì)等通信無(wú)需網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行中轉(zhuǎn),，接口設(shè)計(jì)和高層協(xié)議相對(duì)比較簡(jiǎn)單,，更適合于城市道路照明控制系統(tǒng)的規(guī)模化節(jié)點(diǎn)通信,，國(guó)內(nèi)外已有不少機(jī)構(gòu)和公司開(kāi)始關(guān)注和研究基于無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化道路照明管理系統(tǒng),。
城市道路照明的路燈設(shè)置間距要考慮到道路性質(zhì)和照明要求，一般在35 ～ 50 米左右的間隔區(qū)間,。
短距離無(wú)線(xiàn)通信由于受發(fā)射功率的限制（ 工業(yè)與信息化部無(wú)線(xiàn)電管理局規(guī)定城市環(huán)境下單個(gè)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)設(shè)備RF 發(fā)射功率不可超過(guò)100mW） ,， 傳輸距離與大功率數(shù)傳電臺(tái)相比有較大差距，因此主從配置（所有無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)都與訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)連接） 的連接方式不再合適,，需要以照明回路中的路燈節(jié)點(diǎn)控制器形成接力式傳遞和冗余路由來(lái)完成點(diǎn)到點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信,。
借鑒無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN） 的思想， 集中管理、分散控制,，多個(gè)路燈節(jié)點(diǎn)控制器LCU 組成鏈狀樹(shù)型拓?fù)渥越M織結(jié)構(gòu),。照明回路控制單元（ 主控節(jié)點(diǎn)RTU） 和管理中心工作站之間采用GSM /圖1 節(jié)能道路照明系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)智能控制網(wǎng)絡(luò)組成示意圖GPRS 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， 同時(shí)擔(dān)任WSN 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器,，通過(guò)節(jié)點(diǎn)間無(wú)線(xiàn)多跳式傳輸方式和路燈節(jié)點(diǎn)控制器之間通信,。路燈節(jié)點(diǎn)LCU 之間的路由通信通過(guò)數(shù)據(jù)應(yīng)答和數(shù)據(jù)重發(fā)的握手協(xié)議， 確保通信的可靠性;若通信時(shí)發(fā)現(xiàn)某路燈節(jié)點(diǎn)LCU 失效,， 則可跳過(guò)此LCU 節(jié)點(diǎn)與鄰近LCU 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信,，并及時(shí)把該節(jié)點(diǎn)LCU 故障狀態(tài)反饋于回路控制單元。圖1 所示為以無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的節(jié)能道路照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,。
圖1 節(jié)能道路照明系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)智能控制網(wǎng)絡(luò)組成示意圖
典型的短距離無(wú)線(xiàn)連接有多種規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),，如802. 11b、Bluetooth,、UWB,、RFID、IrDA 等,。其中在免費(fèi)的2. 4GHz ISM （ 工業(yè),、科學(xué)、醫(yī)療） 頻段工作的ZigBee 作為一種新興的短距離低速率網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已在道路照明控制系統(tǒng)中有所應(yīng)用,。另一方面,，若基于非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議構(gòu)建系統(tǒng)， 則在保留ZigBee 絕大部分優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)（ 低功耗,、低成本,、時(shí)延短、組網(wǎng)方便等） 的同時(shí),，可以獲得更高的效率（ 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議通信過(guò)程需要按協(xié)議特定格式封裝數(shù)據(jù)包,，降低了傳輸效率，ZigBee 約為21% ,，采用非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議則可提高到約40% ） ,，從而能更有效的傳輸數(shù)據(jù); 自定義協(xié)議組網(wǎng)可按照具體道路情況靈活設(shè)置，自行設(shè)計(jì)通信過(guò)程和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu); 與此同時(shí),，基于非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議無(wú)線(xiàn)通信支持的最高傳輸速率1Mbit / s 也大于ZigBee 協(xié)議的傳輸速率250kbit / s,。
不論是采用ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議還是基于非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議無(wú)線(xiàn)通信，都可以簡(jiǎn)化布線(xiàn),，方便回路控制單元和多個(gè)路燈節(jié)點(diǎn)控制器之間組網(wǎng),，實(shí)現(xiàn)道路的節(jié)能照明控制。
5 節(jié)能照明節(jié)點(diǎn)控制器設(shè)計(jì)
照明回路控制單元（ 主控節(jié)點(diǎn)） 和路燈節(jié)點(diǎn)LCU 的實(shí)現(xiàn)是軟硬件的結(jié)合,。照明回路控制單元安裝在箱變附近,，接受傳感器采集信息,，監(jiān)測(cè)箱變及照明回路的工作狀態(tài)，同時(shí)與路燈節(jié)點(diǎn)建立無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò),，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)LCU 的工作狀態(tài),，并通過(guò)GPRS 收發(fā)器與管理中心工作站通信。為增強(qiáng)可靠性,，設(shè)計(jì)采用PLC 或工控計(jì)算機(jī)為核心,，短距離無(wú)線(xiàn)通信接口、電力狀態(tài)與控制模塊,、照度/ 流量傳感器接口,、電能計(jì)量模塊、人機(jī)交互接口和指示電路,、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等外圍配置的硬件實(shí)現(xiàn),。
照明節(jié)點(diǎn)LCU 的硬件電路實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要以低功耗微處理器（ 單片機(jī),、ARM 或DSP 等） 控制電路和無(wú)線(xiàn)通信接口為基礎(chǔ)按給定協(xié)議（ ZigBee或自定義協(xié)議） 實(shí)現(xiàn)多跳網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能,，配備必要的照度/流量傳感器接口和照明電路狀態(tài)與控制接口模塊實(shí)現(xiàn)路燈的開(kāi)關(guān)控制、亮度調(diào)節(jié)和狀態(tài)監(jiān)測(cè),，在智能化節(jié)能照明策略的管理下運(yùn)行,。
在沒(méi)有管理中心干預(yù)的情況下，照明回路控制單元和節(jié)點(diǎn)LCU 按照預(yù)設(shè)的照明控制策略完成自主的現(xiàn)場(chǎng)照明控制,。為了使高壓鈉燈始終在最佳工作特性下工作,，路燈光輸出的改變不是突變而是分步進(jìn)行的，防止路燈在調(diào)光過(guò)程中熄滅,。無(wú)論預(yù)先設(shè)定的調(diào)光電壓值為多少,，路燈在剛點(diǎn)亮以后首先工作在100% 光輸出狀態(tài)（ 額定電壓） 下; 當(dāng)路燈完全點(diǎn)亮后，照明回路控制單元和節(jié)點(diǎn)LCU 才會(huì)按控制策略逐漸將路燈光輸出調(diào)整到預(yù)設(shè)值,。
考慮到現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜多變,，因此可保留原來(lái)的道路照明系統(tǒng)電路（ 作為冗余系統(tǒng)） ,，在智能照明控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)或者特定情況下,，能夠快速安全的無(wú)障礙切換到現(xiàn)用的傳統(tǒng)照明系統(tǒng)電路，方便路燈使用過(guò)程中的維護(hù)和管理工作,。
6 結(jié)束語(yǔ)
基于無(wú)線(xiàn)通信技術(shù),，采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)升級(jí)改造道路節(jié)能照明智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單控制的粗放式管理向回路調(diào)壓,、單燈控制的精細(xì)化管理轉(zhuǎn)換,，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理城市道路夜間照明使之高效穩(wěn)定安全運(yùn)行，有效節(jié)約電能消耗,。