1、关于智能道路照明系统控制的探讨摘 要：城市道路照明节能是一个长久且复杂的系统性工程，需要注重多方面的问题。本文从光源选择、开关灯时间的确定、半夜路灯和特殊天气的控制方式以及根据道路分类和节假日的控制出发，制定了一系列的控制策略，通过这些策略的实施来达到节能的目的，从而使节能工作在道路照明工程中得到彻底的贯彻和实施。 关键词：道路；照明；智能；控制 中图分类号： TB858 文献标识码： A 1.光源的选择 道路照明光源对电能的影响很大，选择适当的光源，可以节约电源，从而达到节约资金的目的。在道路照明系统中，所使用的光源主要是气体放电灯，有荧光灯、高压汞灯、金属卤化物灯、高压钠灯、低压钠灯、无极
2、荧光灯、发光二极管(LED)、太阳能路灯等。就目前状况看，高压钠灯是城市道路照明中的首选光源，因其具有光效高、寿命长、价格低等优点，而且高压钠灯的透雾性能也比较好。随着科学与技术的发展，照明领域出现了 LED 这种新的光源。LED 光源具有节约能源、污染少、光指向性好、寿命长、低电压、反应快的特点，有成为未来光源的趋势。通过实际的对比测试可见：由于 LED 的光输出具有高度的定向性，通过特殊的灯具配光设计，高效率 60 W 的 LED 路灯在路面上所达到的照明效果可以与 250 W 高压钠灯相当，90 W 的 LED 路灯可以与 400 W 的高压钠灯相当，节能效果非常明显。由于 LED 灯的
3、众多优点，本文中采用LED 路灯作为分析对象，这对于整个系统的节能也具有重要的意义。 2.开关灯时间的确定 尽可能的节省电源，城市道路的控制应以时控为主，光控为辅。时控是指计算出某地的日出日落时间，当然这不是最终的开关灯时间，还应根据当时是否达到了城市道路的开关灯照度水平，来决定是否执行开关灯的操作。由于每个城市所处的经纬度不同，其对应位置的日出日落时间也不相同；并且由于地球的自转轴相对于地球和太阳的平面是倾斜的，加上地球公转作用，因此每天的日出日落时间也是不尽相同的。为了更精确地控制城市路灯的开关时间，需要根据城市所处的经纬度计算出当地的日出日落时间，并以此为依据确定城市路灯的开关时间。根据
4、日出日落计算算法，通过在上位计算机中编写程序，能够快速得到每天的日出日落时间。若以上海道路状况为研究对象，可以根据上海的地理位置（东经 1214，北纬 312）来确定日出日落时间。根据城市道路照明设计标准，开灯照度水平为 15lx，关灯照度水平为30/20lx（道路照明开灯时的天然光照度水平宜为 30lx，次干路和支路宜为 20lx） ，因为不同级别道路照明有不同的照度水平， 因此关灯时的照度水平原则上也应分别与其对应。但为了便于管理和控制，规定了 30lx 和 20lx 两种照度水平。开灯时间的确定的流程如图 1 所示。 同理可得关灯流程图，与此类似，不再赘述。在日出的时候，照度值有可能还没
5、有达到 30/20lx，这时如果关灯，将对交通造成不堪的后果。在日落的时候，照度值还远远大于 15lx，这时开灯，必然使得电能浪费。通过时控光控结合的方法，既能节能又能保证路面的正常照度。 3.半夜路灯的控制方式 夜间路上的行人和车辆会变得稀少，此时若维持恒定的道路照明亮度，将引起浪费。因此，制定夜间路灯的控制措施利于节能。在一天的开灯时间和第二天的关灯时间之间，交通流量将会发生很大的变化。这种变化每天都会略有差异，但就一段时间（一个月或几个月）的统计规律来看，这种变化的波动并不很大，因此完全可以按照平均交通流量变化规律把一年的照明周期划分成若干照明季节。通常，夏天时人们会适当延长夜晚活动时间
6、；冬天，人们又会减少夜晚活动时间。在天文学上，一般以春分、夏至、秋分、冬至分别作为每个季节的开始，据此，可把一年分成四个照明季节。开灯时间一般为一天的 18 点左右，那时正是下班高峰期，车流量比较大；在半夜的时候，绝大多数居民已经入睡，只有极少数的人员在外活动，这时路上的车流量相对比较小；在临晨将近关灯的时候，人们也开始一天的活动，车流量开始增大。根据以上的情况，可以把一天的开灯时间和第二天的关灯时间之间分成几个时间段，在每个时间段根据当时的车流量大小来确定光照，可以节能。比如在夏季这个照明季节，可以把一天分成若干个时间段，如表 1： 时段一为交通高峰期，应该保持正常的照度值；时段二为交通次高
7、峰期，可把照度值降低为原来的 70%；时段三为交通的低谷期，可把亮度降低到原来的 50%，隔盏亮灯或部分开关灯来达到节能的目的。 4.天气因素 在夏天，因雷电暴雨等恶劣天气较频发，甚至有时候会出现白天变黑夜的情况，若此时路灯没有及时的点亮，将可能会对交通产生意想不到的影响。因此在这种情况下，必须考虑自然环境照度，从而执行相应的开灯或者关灯的操作。除了夏天的雷电天气之外，特殊天气还包括浓云蔽日，日全食以及突降暴雨等，这些天气都有可能对路面的照度产生影响。为了应对特殊天气，应采用光控的方法，即根据当时的环境照度是否满足最低的照度要求来操作开关灯。由于光照计可以根据设定的时间间隔，在上位机软件上实时
8、显示当时环境的光照度。当环境照度低于15lx 的时候， 上位机软件应该自动的对路灯进行开启； 而当环境照度再次高于 30lx 的时候，上位机软件应关闭路灯。当然这仅限于一般的特殊天气。当遇到闪电这种特殊情况时，在进行环境照度采集时必须采取延时检查等措施消除环境照度尖峰干扰。控制流程图如图 2 ： 光照计在一直实时的测量环境的光照度，当出现特殊天气时，从光照计第一次检测到低于 15lx 开始，如果持续若干时间（如：五分钟）都低于 15lx，则判断出现了特殊天气，排除了闪电的干扰，反之亦然。当开灯时，若光照计采集到高于 30lx，且持续 5 分钟，则关灯。 5.根据道路分类 在智能道路照明控制策略
9、中，应根据道路的类型来采取节电措施。根据城市道路设计规范CJJ37-90 对城市道路的分类，并结合道路照明本身的特点，将城市机动车道路照明按快速路与主干路、次干路、支路分为三级。根据城市道路照明设计标准 ，这三种道路的标准照度值如表 2： 在城市道路照明设计标准中，对同一级别的道路规定了两档的照度标准值， 因为道路照明标准值是根据车辆行驶速度、交通流量等因素来确定的， 与城市的性质和规模没有必然的联系。一般情况下，在规模小的城市中，车辆的数目比大中型的城市少，因而路面的交通流量也会相对的较小。为了合理的配置能源和节能，在中小城市中，可选择照明标准的低档值，而在大城市可以选择照明标准中的高档值。
10、采取这种措施后，既能保证每个路段的可见度，又能节省电源，避免不必要的浪费。 6.节假日 节假日时若还是采取分时段控制，就会出现偏差，由于交通流量曲线与平时会出现较大的波动。此时可通过其他的方式来控制路灯的亮暗。就一定年份来说，每年的同一个节假日的车流量的数值不会波动很大。终上述，可向各地的交通部门查阅某个路段在每个节假日的车流量，从而把这些历史数据存入数据库。当到了某个假日的时候，通过调用数据库中的历史数据和当前数据来进行路灯照明的预测控制。 7.总结 路灯节能智能控制系统可以有效解决城市路灯的节能、监控以及管理等诸多问题。系统设计时在考虑经济效益的同时应充分重视“以人为本，情景节能”的节能模式，尊重客观规律，以科学的方法建立数学模型，使城市路灯的节能、监控以及管理得到不断完善。 参考文献： 1上海耐杰科技实业发展有限公司.浅析道路照明节能控制方法J. 照明工程学报，2006，17(B03):3536 2蔡可健. 道路照明节能控制系统设计J.电力电子技术，2006，40 (6) : 14 15 3林方键，胥布工.基于 ZigBee 网络的路灯节能控制系统J.控制工程，2009，16 (3):324326
