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一、研究的目的和意義

作為智慧城市的重要組成部分，智慧照明是智慧城市的公共服務(wù)應(yīng)用項(xiàng)目之一。將其更好地融合到智慧城市建設(shè)的大潮中，具有重要意義。智慧照明可以融合微基站、視頻探頭、多媒體屏、信息交互屏、太陽(yáng)能光伏、傳感器以及LED照明于一體，是綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)。

而照明與通信的結(jié)合，甚至與傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等的結(jié)合，都是嶄新的課題。多領(lǐng)域的交叉融合，帶來了一系列的問題，如缺乏組件間的通信和接口規(guī)范以及相應(yīng)的測(cè)試要求等。智慧照明標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立，國(guó)內(nèi)外都沒有相應(yīng)的系列標(biāo)準(zhǔn)，這就需要我們研究構(gòu)建相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，確立標(biāo)準(zhǔn)框架，使各類智慧照明產(chǎn)品的質(zhì)量能從安全、性能和電磁兼容等方面進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)價(jià)，為智慧照明行業(yè)健康發(fā)展建立標(biāo)準(zhǔn)方面的技術(shù)基礎(chǔ)。

本文將著重探討智慧照明的室外應(yīng)用—智慧路燈，和智慧照明的室內(nèi)應(yīng)用—家居智能照明的標(biāo)準(zhǔn)體系框架。

二、智慧照明的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 智慧路燈的應(yīng)用現(xiàn)狀

通過路燈改造，將大功率的高壓鈉燈路燈改造成節(jié)能的LED路燈，并在LED路燈上增加一個(gè)單燈控制器，通過PLC(電力線載波)、ZigBee或NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))協(xié)議，可以將所有的路燈進(jìn)行信息化管理，實(shí)現(xiàn)巡檢和防盜功能，如圖1所示。用戶使用電腦、iPad或手機(jī)終端通過因特網(wǎng)來控制路燈中央控制管理系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱中央控臺(tái))，中央控臺(tái)再通過因特網(wǎng)和移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)把指令發(fā)給集中控制器(簡(jiǎn)稱集中控臺(tái))，集中控臺(tái)再通過ZigBee無線協(xié)議或PLC有線協(xié)議控制旗下的每盞LED路燈(如圖 1 右圖所示，三層架構(gòu))。中央控臺(tái)也可以直接通過NB-IoT或4G網(wǎng)將指令發(fā)送到每盞路燈(如圖1左圖所示，兩層架構(gòu))。通過以上方式，后臺(tái)可以對(duì)LED智能路燈實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制、調(diào)光控制(PWM或0～10V調(diào)光)、巡檢、自由編組、地圖指引、按天文時(shí)鐘自動(dòng)運(yùn)行、故障報(bào)警、偷盜報(bào)警和遠(yuǎn)程抄表等功能 [1]。這是智慧路燈的初級(jí)階段，也是如今應(yīng)用最多的工程案例。

圖一智慧路燈系統(tǒng)示意圖

路燈作為規(guī)則分布的城市基礎(chǔ)設(shè)施，是城市中分布最廣泛、最均勻的物聯(lián)網(wǎng)，有望成為智慧城市最重要的載體。如圖2所示，在智慧主燈上搭載充電樁、微基站、信息屏、攝像頭、RFID電子標(biāo)簽和光伏板等，在智慧輔燈上加載通信子系統(tǒng)和多種傳感器，通過PLC/Zigbee/NB-IoT等協(xié)議連接成網(wǎng);再通過4G或光纖把數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)，可以實(shí)現(xiàn)小到對(duì)窨井蓋監(jiān)測(cè)，大到整個(gè)城市景觀效果、園林綠化灌溉控制;上到道路交通狀況監(jiān)控，下到地下管網(wǎng)安全、城市排澇的全方位檢測(cè)與控制;真正把智慧城市建設(shè)落到實(shí)處。這是智慧路燈的高級(jí)階段，目前處于快速發(fā)展期。

圖二智慧路燈示意圖

需要說明的是，隨著人們健康意識(shí)和對(duì)無線上網(wǎng)速度要求的提高，“鄰避效應(yīng)”擴(kuò)展，部分宏基站將被微基站取代，帶有微基站的智慧路燈本身就可以是4G/5G網(wǎng)絡(luò)的載體。

2.2 智能家居的應(yīng)用現(xiàn)狀

智能家居(smart home/home automation)是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。智能照明是智能家居的一個(gè)最重要的子系統(tǒng)，如圖3所示：

圖三智能家居系統(tǒng)示意圖

智能家居控制系統(tǒng)是智能家居核心，是智能家居控制功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。燈光的智能控制又是智能家居控制系統(tǒng)里重要一環(huán)。智能家居照明系統(tǒng)控制的立項(xiàng)就是針對(duì)智能照明，更確切地來說是針對(duì)智能家居照明的控制實(shí)現(xiàn)方式做一些探索。從布線方式來分，可分為有線控制和無線控制;從控制終端來分，可分為遙控器、智能面板、智能手機(jī)、平板電腦和PC;從控制的傳輸方式(協(xié)議)來分：有WiFi控制、射頻控制、NB-IoT控制、ZigBee控制、485控制、232控制、紅外控制等。

三、 國(guó)內(nèi)外智慧照明標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

3.1 國(guó)際智慧照明標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

3.1.1 IEC(國(guó)際電工委員會(huì))

國(guó)際上，IEC/TC34燈和相關(guān)器件技術(shù)委員在原有的SC34A(燈)、SC 34B(燈頭&燈座)、SC 34C(附件)、SC 34D(燈具)的 4 個(gè)分委會(huì)的大框架下，新增AG4 Lighting systems(智慧照明工作組)，專門開展智慧照明標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)工作，如圖4所示。

圖四  IEC  TC34 架構(gòu)

AG4關(guān)于智能燈具和智能照明系統(tǒng)的定義(征求意見稿)如下：

intelligent luminaire( 智 慧 燈 具 )：luminaireequipped with components that have sensing,communication, and processing capability. (智慧燈具是配備了具有傳感、通信和處理能力的組件的燈具。)intelligent lighting system( 智 慧 照 明 系 統(tǒng) )： collection of one or more intelligent luminaires together with one or more controlling devices. ( 智慧照明系統(tǒng)是一個(gè)或多個(gè)智慧燈具與一個(gè)或多個(gè)控制裝置的組合。)

3.1.2 ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC 274光與照明技術(shù)委員會(huì)成立 ISO/TC 274/WG2(第二工作組)，工作組秘書處設(shè)在中國(guó)建筑科學(xué)研究院。ISO/TC 274/WG2工作組將重點(diǎn)開展ISO 21274《Light and Lighting–commissioning Process of Adaptive Lighting systems》(光與照明—智能照明系統(tǒng)調(diào)試方法)的編制工作，并將與來自?shī)W地利、加拿大、荷蘭、德國(guó)等十一個(gè)國(guó)家共同研究探討未來國(guó)際智能照明領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作。

3.1.3 國(guó)際其他組織

國(guó)際上還有一些組織在積極推動(dòng)智慧照明的發(fā)展，如成立于2012 年的TALQ聯(lián)盟，其旨在建立一個(gè)可在全球范圍內(nèi)接受的用于室外照明的中央控制管理系統(tǒng)軟件接口協(xié)議，目前已發(fā)布TALQ技術(shù)規(guī)范1.0.2版本。

再如Fairhair聯(lián)盟，其旨在指導(dǎo)和簡(jiǎn)化樓宇中照明和樓宇自控生態(tài)系統(tǒng)向物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的轉(zhuǎn)化，并消除關(guān)于IT基礎(chǔ)設(shè)施、安全性和兼容性方面的擔(dān)憂。Fairhair聯(lián)盟的六家發(fā)起成員——飛利浦照明、路創(chuàng)、西門子、歐司朗、思科和芯科科技意識(shí)到單個(gè)的樓宇系統(tǒng)服務(wù)公司很難打破當(dāng)前存在的不同的樓宇服務(wù)通信標(biāo)準(zhǔn)之間的藩籬，行業(yè)更加需要跨領(lǐng)域的通力合作來打造通用的IT和IoT技術(shù)，以適合當(dāng)今樓宇服務(wù)中的主流通信標(biāo)準(zhǔn)。Fairhair聯(lián)盟并不創(chuàng)建新的或附加的應(yīng)用層協(xié)議，相反，F(xiàn)airhair聯(lián)盟與主流的生態(tài)系統(tǒng)如BAcnet、KNX和ZigBee緊密合作，以使這些技術(shù)轉(zhuǎn)化為IoT技術(shù)。Fairhair的解決方案將使用支持IPV6的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如802.15.4網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(mesh network)，Wi-Fi和以太網(wǎng)。Fairhair聯(lián)盟的長(zhǎng)期愿景是實(shí)現(xiàn)一種低成本、高安全性的基于IP的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，并將其作為可互操作的照明和樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

HomeKit是蘋果公司的一套開放的API和協(xié)議集合，整合了siri的語音交互功能，用戶可通過siri語音輸入控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)門鎖、燈具、攝像頭、開關(guān)插座等智能家居設(shè)備的集成化控制，其研發(fā)初衷是希望ios設(shè)備成為智能家居設(shè)備的控制中心，各個(gè)廠家的智能家居設(shè)備在ios層面相互協(xié)作，而無需這些廠家直接進(jìn)行對(duì)接。HomeKit目前主要支持Wi-Fi、BLE及直接連接以太網(wǎng)的智能設(shè)備。Allseen Alliance，是由The Linux Foundation主持的一個(gè)協(xié)作項(xiàng)目，該項(xiàng)目以開源項(xiàng)目AllJoyn為基礎(chǔ)，后者首先由高通發(fā)起，其目標(biāo)是讓各色各樣的設(shè)備、應(yīng)用及服務(wù)都能通過各種在線或離線渠道(如WiFi、電線或以太網(wǎng))進(jìn)行連接。AllJoyn不需要互聯(lián)網(wǎng)連接，且設(shè)計(jì)為跨操作系統(tǒng)及平臺(tái)連接。