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)應用項目之一。將其更好地融合到智慧城市建設的大潮中，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，是綜合計算、網(wǎng)絡(luò )、物理環(huán)境的多維復雜系統。

而照明與通信的結合，甚至與傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等的結合，都是嶄新的課題。多領(lǐng)域的交叉融合，帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，如缺乏組件間的通信和接口規范以及相應的測試要求等。智慧照明標準體系尚未建立，國內外都沒(méi)有相應的系列標準，這就需要我們研究構建相應的標準體系，確立標準框架，使各類(lèi)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)合理的評價(jià)，為智慧照明行業(yè)健康發(fā)展建立標準方面的技術(shù)基礎。

本文將著(zhù)重探討智慧照明的室外應用—智慧路燈，和智慧照明的室內應用—家居智能照明的標準體系框架。

二、智慧照明的應用現狀

2.1 智慧路燈的應用現狀

通過(guò)路燈改造，將大功率的高壓鈉燈路燈改造成節能的LED路燈，并在LED路燈上增加一個(gè)單燈控制器，通過(guò)PLC(電力線(xiàn)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)現巡檢和防盜功能，如圖1所示。用戶(hù)使用電腦、iPad或手機終端通過(guò)因特網(wǎng)來(lái)控制路燈中央控制管理系統(簡(jiǎn)稱(chēng)中央控臺)，中央控臺再通過(guò)因特網(wǎng)和移動(dòng)運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )把指令發(fā)給集中控制器(簡(jiǎn)稱(chēng)集中控臺)，集中控臺再通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)協(xié)議或PLC有線(xiàn)協(xié)議控制旗下的每盞LED路燈(如圖 1 右圖所示，三層架構)。中央控臺也可以直接通過(guò)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)。通過(guò)以上方式，后臺可以對LED智能路燈實(shí)現開(kāi)關(guān)控制、調光控制(PWM或0～10V調光)、巡檢、自由編組、地圖指引、按天文時(shí)鐘自動(dòng)運行、故障報警、偷盜報警和遠程抄表等功能 [1]。這是智慧路燈的初級階段，也是如今應用最多的工程案例。

圖一智慧路燈系統示意圖

路燈作為規則分布的城市基礎設施，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電子標簽和光伏板等，在智慧輔燈上加載通信子系統和多種傳感器，通過(guò)PLC/Zigbee/NB-IoT等協(xié)議連接成網(wǎng);再通過(guò)4G或光纖把數據傳輸到后臺，可以實(shí)現小到對窨井蓋監測，大到整個(gè)城市景觀(guān)效果、園林綠化灌溉控制;上到道路交通狀況監控，下到地下管網(wǎng)安全、城市排澇的全方位檢測與控制;真正把智慧城市建設落到實(shí)處。這是智慧路燈的高級階段，目前處于快速發(fā)展期。

圖二智慧路燈示意圖

需要說(shuō)明的是，隨著(zhù)人們健康意識和對無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)速度要求的提高，“鄰避效應”擴展，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 智能家居的應用現狀

智能家居(smart home/home automation)是以住宅為平臺，利用綜合布線(xiàn)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)的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務(wù)的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現環(huán)保節能的居住環(huán)境。智能照明是智能家居的一個(gè)最重要的子系統，如圖3所示：

圖三智能家居系統示意圖

智能家居控制系統是智能家居核心，是智能家居控制功能實(shí)現的基礎。燈光的智能控制又是智能家居控制系統里重要一環(huán)。智能家居照明系統控制的立項就是針對智能照明，更確切地來(lái)說(shuō)是針對智能家居照明的控制實(shí)現方式做一些探索。從布線(xiàn)方式來(lái)分，可分為有線(xiàn)控制和無(wú)線(xiàn)控制;從控制終端來(lái)分，可分為遙控器、智能面板、智能手機、平板電腦和PC;從控制的傳輸方式(協(xié)議)來(lái)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、 國內外智慧照明標準現狀

3.1 國際智慧照明標準現狀

3.1.1 IEC(國際電工委員會(huì ))

國際上，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(zhuān)門(mén)開(kāi)展智慧照明標準化相關(guān)工作，如圖4所示。

圖四  IEC  TC34 架構

AG4關(guān)于智能燈具和智能照明系統的定義(征求意見(jiàn)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 )： collection of one or more intelligent luminaires together with one or more controlling devices. ( 智慧照明系統是一個(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(國際標準化組織)

國際標準化組織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(shū)處設在中國建筑科學(xué)研究院。ISO/TC 274/WG2工作組將重點(diǎn)開(kāi)展ISO 21274《Light and Lighting–commissioning Process of Adaptive Lighting systems》(光與照明—智能照明系統調試方法)的編制工作，并將與來(lái)自?shī)W地利、加拿大、荷蘭、德國等十一個(gè)國家共同研究探討未來(lái)國際智能照明領(lǐng)域相關(guān)標準化工作。

3.1.3 國際其他組織

國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)可在全球范圍內接受的用于室外照明的中央控制管理系統軟件接口協(xié)議，目前已發(fā)布TALQ技術(shù)規范1.0.2版本。

再如Fairhair聯(lián)盟，其旨在指導和簡(jiǎn)化樓宇中照明和樓宇自控生態(tài)系統向物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的轉化，并消除關(guān)于IT基礎設施、安全性和兼容性方面的擔憂(yōu)。Fairhair聯(lián)盟的六家發(fā)起成員——飛利浦照明、路創(chuàng )、西門(mén)子、歐司朗、思科和芯科科技意識到單個(gè)的樓宇系統服務(wù)公司很難打破當前存在的不同的樓宇服務(wù)通信標準之間的藩籬，行業(yè)更加需要跨領(lǐng)域的通力合作來(lái)打造通用的IT和IoT技術(shù)，以適合當今樓宇服務(wù)中的主流通信標準。Fairhair聯(lián)盟并不創(chuàng )建新的或附加的應用層協(xié)議，相反，Fairhair聯(lián)盟與主流的生態(tài)系統如BAcnet、KNX和ZigBee緊密合作，以使這些技術(shù)轉化為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(cháng)期愿景是實(shí)現一種低成本、高安全性的基于IP的統一網(wǎng)絡(luò )基礎架構，并將其作為可互操作的照明和樓宇自動(dòng)化系統的基礎。

HomeKit是蘋(píng)果公司的一套開(kāi)放的API和協(xié)議集合，整合了siri的語(yǔ)音交互功能，用戶(hù)可通過(guò)siri語(yǔ)音輸入控制指令，實(shí)現對門(mén)鎖、燈具、攝像頭、開(kāi)關(guān)插座等智能家居設備的集成化控制，其研發(fā)初衷是希望ios設備成為智能家居設備的控制中心，各個(gè)廠(chǎng)家的智能家居設備在ios層面相互協(xié)作，而無(wú)需這些廠(chǎng)家直接進(jìn)行對接。HomeKit目前主要支持Wi-Fi、BLE及直接連接以太網(wǎng)的智能設備。Allseen Alliance，是由The Linux Foundation主持的一個(gè)協(xié)作項目，該項目以開(kāi)源項目AllJoyn為基礎，后者首先由高通發(fā)起，其目標是讓各色各樣的設備、應用及服務(wù)都能通過(guò)各種在線(xiàn)或離線(xiàn)渠道(如WiFi、電線(xiàn)或以太網(wǎng))進(jìn)行連接。AllJoyn不需要互聯(lián)網(wǎng)連接，且設計為跨操作系統及平臺連接。