【智慧照明移动平台】白皮书 | 智慧照明系统的解决方案

上海飞乐音响股份有限公司首席技术官

《2018阿拉丁照明产业调研白皮书》

智慧照明与物联网科技 顾问

一、引言

随着城市建设的高速发展,特别是智慧城市概念的提出,为整个人类社会发展提供了巨大的契机。智慧照明在推进智慧城市发展中,扮演着举足轻重的作用。智慧照明本质就是高效节能、环保、安全、舒适,四者相辅相成、不可或缺。高效节能即是以消耗较少的电能获得足够的照明,从而达到环保的目的;安全、舒适指的是光照清晰、柔和及不产生紫外线、眩光等有害光照,不产生光污染。

照明产业也经历五个“一”的发展历程,即从一盏灯具、一套控制,一个系统,一张网络,一座城市发展,产品从单一到集成的转换,但是应用是从复杂转向了简单,其中智慧化扮演着重要的作用。

二、智慧照明在照明中的定位

照明进入到LED时代,把照明也从电器时代转变成电子时代。从此,照明行业也可以借助电子及计算机技术,实现产品和产业的腾飞。智慧照明系统就是以新一代半导体照明光源及灯具为核心,利用云平台、大数据、人工智能等方面的技术,实现照明系统化智能控制的目标。

智慧照明系统是在基本的智能控制中,通过运用可见光通信Li-Fi、光传感器、调光调色模块等创新技术,再集成信息采集、人员定位、安防监控、交通控制、气象监测、人员疏导、公共安全等物联网相关的功能与特性。在整个系统框架中,自下而上构架了一套由感知层、传输层、应用层的模型。

其中传输层在整个智慧照明中举足轻重,飞乐音响结合自身多年的工程和项目经验,总结出一套稳定、高可靠的网络架构,该架构的可以适应在智慧社区、智慧园区、智慧港口、智慧道路等各种场景。网络架构如下图:见图1

图1 智慧照明系统之网络架构图

该系统包括能够对感知设备的接入层,具有收集、清洗、安全等数据汇聚层,可以数据分享到各个专业网络的应用层。

上述架构具有普适性,上海飞乐音响利用该架构,已经把照明产品顺利的进行了智能化,并且进行了商用落地。

以LED智能路灯终端为例, 多功能智能路灯兼具LCD智慧广告机、LED智慧灯杆屏、LED智慧橱窗屏、户外超强Wi-Fi覆盖、可见光及红外安防摄像头、Wi-Fi嗅探、紧急公共广播等功能,并可作为城市地域性文化和形象的载体,整个管控平台可实现互联互通,智能路灯终端将会成为新型城镇化建设的重要设施基础之一。

再以LED室内可见光通信为例,高速宽带、不受电磁干扰、超高保密性等优异属性,能在超高建筑、商场超市、学校医院、广场地铁等人流密集场合,成为下一代4G/5G等无线通信的极大补充,是新型IoT组网、联网的重要方式之一,具有广阔的发展前景。

三、解决方案场景的布局

基于智慧照明的系统解决方案,可以运用到在道路,隧道、会展中心、车企、港口、码头、体育场馆、学校、加油站、地铁,办公等典型应用场景中,下面结合飞乐音响近几年的应用情况,总结两种典型的场景解决方案:

3.1 港口照明解决方案

港口是重要的交通枢纽,是实现外向型经济的窗口,中国主要港口在世界港口中已经占据重要地位,集装箱吞吐量已连续多年位居世界第一,成为世界上港口吞吐量和集装箱吞吐量最大、增长速度最快的国家。随着经济持续增长,节能减排、提升效率成为中国乃至全球的迫切要求。

比如上海国际港务港区内照明消耗电量就高达594万KWh,港口企业一直是交通运输行业的耗能大户,节约能源已经成为新时期港口企业提升国际竞争力的重要手段之一,因此,智慧照明将是高效化、智能化港口的重要的应用载体。

智慧港口照明以LED灯具、驱动电源及NB-IoT控制器等硬件设备为基础来实现系统解决方案的集成,即将NB-IoT芯片加入到LED灯中,形成NB-IoT物联网通信方式的智慧照明产品。系统由电信运营商提供蜂窝窄带物联网(NB-IoT)网络、基站、物联网卡、专有运营平台,并负责技术支持。

根据港口的应用场景,将户外的设施通过窄带通信技术(NB)来进行管理与控制,并将管理及控制系统接入全景指挥中心,形成完整的物联网控制系统。

NB-IoT智慧照明控制框架如下图:见图2

图2 NB-IoT 智慧照明系统解决方案框架图

基于上述的NB-IoT的智慧照明,包括上一节讨论的网络系统架构,形成了最终港口智能化的整体解决方案。该系统架构包括四个层,分别是终端层、网络层、平台层和应用层。各个层的功能和作用:见图3

图3 NB-IoT 智慧照明系统方案组成

终端层:包括NB-IoT模组,智能控制硬件及固件、LED电源及灯具等。该层主要完成智能硬件的控制及照明功能的输出。

网络层:包括NB-IoT网络,运营商物联网平台等。该层的主要目的就是把终端的信息上传或者下载,解决平台和终端间的数据通讯和信号控制。

平台层:包括整个智能灯具的管理,控制,API,规则引擎,大数据分析及运营支持等。该层主要是整个系统的人机界面,对外通讯API,系统管控等功能。

应用层:包括GIS、能效管理、ERP界面,EMS设备管理等。该层主要是利用智能化的数据和运维,形成一些有增值的应用和应用数据接口。

在照明灯具部分,传统的港口照明,港区通常用以功率1000W的高压钠灯为主,其显色性差,启动时间长,功率因数低,寿命短,一般仅为1万小时左右,维护费用高且灯具拆、装、维修是高空作业,工作强度和危险性都较大。

全新的LED半导体照明解决方案设计,大功率、超大光通输出、节能性优异、投射距离远、替换HID高压钠灯1000W、改善了传统HID灯具投射距离近的缺陷。就NB-IoT节能率计算,450W LED灯具替换1000W钠灯约节能55%,根据日照情况及工作人员活动情况,自动调节照明强度,约节能20%。实现了二次节能,总计约节能75%。

就笔者所在的飞乐音响,已经为港口场景量身定做的该套适用于港口照明的LED智能系统解决方案,不仅能降低维修频率,同时更提高了维修工作及维修人员的安全性,设计时所增加的NB-IoT技术运用于港口照明的智能控制,以无线通信方式接入移动蜂窝网络,达到对港口照明单灯全面监测、智能控制、精准管理,实现按需照明、节能减排。

总而言之,应用NB-IoT的智慧港口照明解决方案,集高光效、智能化、易维护等特点,直接降低港口照明的维护成本,提高照明系统的管理质量,促进港口物流工作的顺利高效进行。

3.2 智能路灯网解决方案

智能路灯网是把一些终端的单体设备采用各种技术手段集成汇合到一起的产品系统,它是一种基于智能控制的照明物联网系统,该系统连同集成的智能化设备,最终形成整体的智能路灯网络体系。

智能路灯网以LED路灯为载体,集成监控摄像头、电子显示屏、充电桩、公共广播及各类传感器等功能,通过通讯信息感知、数据传输、灯光控制、计算机处理,将采集到的数据和信息传输到核心运营平台,从而为智慧城市提供大数据分享。 见图4

图4,智能路灯网络示意图

目前,有很多企业都在从事智能路灯产品的开发,但是都偏向于一杆的应用。单体产品,缺少整体的把控功能,对大数据应用会有天然的缺陷,是因为这些智能路灯,并没有形成智能路灯网。因此,只有把这些终端的单体设备用各种技术集成汇合,通过挖掘他们直接的应用,最终在一个平台上,进行智能化的应用,才可以称之为智能路灯网。

智能路灯和智能路灯网有着本质的区别,单体的智能路灯无法解决数据孤岛、无法形成系统的数据群,最终大数据平台无法分析有效的、连续的数据,无法形成整个智慧城市的应用。智能路灯网的核心基于大数据的运营平台。该平台是基于云服务,运营平台通过云计算、大数据、人工智能等前沿ICT技术,逐步打造智慧城区的“大脑”的一部分。

该平台可以收集智能路灯上的传感器信息、视频数据,最终为智能互动应用,平安城市提供保障和支持。另外,根据笔者近几年在上海建设的经验,诸如45公里长的浦江两岸景观灯照明工程,采用了该智能路灯网方案,在部分区域段实现了整体智能路灯网的应用,并且部门功能,已经顺利接入到公安、城管等专管部门。

3.3 商业照明解决方案

商业照明的产生源于公共商业场所的诞生, 是一种为服务于商业场所的照明需要而产生的照明系统。最初的商业照明与其他如家居、工厂、学校、办公楼等领域的照明系统差别不大,具有通用性;如今的商业照明是指营造商业场所光影环境,用以满足照亮空间、产品展示等基础性需求,以及氛围渲染、品牌提升等功能性需求的照明系统,广泛地运用于品牌零售终端、购物中心、超级市场等以销售产品为目标的商品式商业领域和星级酒店、主题公园、娱乐会所等以提供服务为目标的体验式商业领域。

商业照明以系统照明设计为核心,根据经营场所的品牌定位、风格特征、装修布局,结合照明系统配套产品的应用,通过对光影环境的整体建设来强化品牌特征,并实现对整个消费环境和重点产品的烘托和渲染,从而达到提升品牌形象、优化消费体验的目标。

随着商业企业竞争的日益激烈,越来越多的商业企业重视到商业照明通过光影环境的营造在提升品牌形象、展现产品特点上的重要性,对照明效果提出了更高的专业化要求,促进商业照明行业的发展。

随着技术的进步,商业照明系统设计、系统配套产品呈现专业化和多元化的发展趋势,同时商业照明系统呈现多功能化、节能化、环保化、 智能化的发展趋势,从技术层面为商业照明行业的快速发展提供了强劲的动力。下面以锐高在国贸三期的应用为例,介绍锐高照明在商业综合体领域的成功案例。见图5

图5,锐高模组及调光驱动系列产品应用于国贸三期酒店裙楼室内照明中

图5,锐高模组及调光驱动系列产品应用于国贸三期观光电梯照明中

中国国际贸易中心位于北京中央商务区核心地段,是由主塔楼、酒店裙楼、商业裙楼和附属设施组成的商业综合体。国贸三期的观光电梯&酒店裙楼室内照明由锐高与专业的照明设计顾问公司联手打造,总面积约7万平方米,用创意与专业技术的融合,点亮了京城这座极具设计特点的建筑。(见图5)

国贸三期观光电梯地下三层,地上四层,不同楼层的功能不同,涵盖办公、KTV、餐饮以及商场,照明需要符合商业综合体的特点,根据不同楼层的特定功能,电梯到达每层的照明需要相应匹配。锐高通过与照明设计团队之间的沟通,在充分了解每个楼层照明的特点后,选用锐高QLE系列LED模组搭载锐高LED调光驱动,色温可调范围在2700K-6500K之间,实现了观光电梯可调色温,使得电梯空间色温与该到达楼层的色温保持一致。

不同楼层的色温在变化但照度不会改变,让人们从电梯间到目的楼层的整个过程都能够感受到均匀舒适的照明氛围。同时增加了电梯楼层的识别度,凸显大楼的高端定位的品牌形象。(见图6)酒店裙楼共十层,功能包括酒店、餐饮、健身娱乐休闲等,裙楼室内的公共区域照明应用的是锐高SLE系列LED模组。

每个环节从创意设计、灯位布局、照度参数等方面都严格把关,力求打造愉悦的商业空间环境,提升消费者的体验。产品的稳定性及照明的一致性保证了在公共区域的任何一个角落,人们对于照明的感受是相同的(显色指数90),这在无形中延长了消费者的逗留时间。

由此可见,现代商业照明的要求不仅仅满足于点亮空间,而是通过科学、合理的设计方案,尽可能挖掘照明的附加值,帮助空间实现更多可能。

锐高在国贸三期观光电梯与酒店裙楼室内照明的应用最大程度发挥了其光源显色性及产品的稳定品质,帮助设计师实现了预期的照明效果,打造出舒适愉悦的照明环境。使之成为现代商业照明的一个缩影。

随着商业经营场所的不断增加,在消费者更加注重消费体验、追求品牌和文化内涵等因素的推动下,各类企业逐步将品牌建设作为其经营管理重点,着重提升品牌档次和打造完善的消费体验环境,将进一步刺激商业照明的市场需求。

四、前景展望

智慧照明发展空间大,市场潜力足,和智慧照明技术进步日新月异,从产品到解决方案不断成熟与完善相关。通过智慧照明系统解决方案,可以实现“以人为本”,为人类提供更加舒适、更加安全、更加节能的光环境。

同时,通过笔者近几年的应用实践,智慧照明的发展将迎来新的机遇,智慧照明在国内外各种应用场景的大面积推广运用中已经取得了一定成效、并将进一步提升系统的整体功效。后续还需要不断的实践,不断的改进,不断的提升和引入新技术,为适应快速到来的智慧城市提供数据和应用支撑。