一、行業(yè)背景

   隨著通信技術(shù)，特別是物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的快速進(jìn)步，“路燈單燈控制”這個(gè)概念 早已在行業(yè)內(nèi)深入人心。相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)不斷涌現(xiàn)；大量工程項(xiàng)目落地實(shí)施； 創(chuàng)造了積極的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。尤其是在“節(jié)能減排”方面，展現(xiàn)出了其獨(dú)有的應(yīng)用潛力。

  目前路燈單燈控制產(chǎn)品中，普遍采用分時(shí)段調(diào)光的技術(shù)實(shí)現(xiàn)“二次節(jié)能”。即在車流量較少的時(shí)段（例如，后半夜），將路上燈具的功率（亮度）調(diào)低，以達(dá)到節(jié)能的效果。這樣的控制技術(shù)及管理模式，看似比較合理：車少的時(shí)段燈具依然保持  亮度滿功率運(yùn)行造成電能浪費(fèi)，引入調(diào)光降功率管理模式可以有效節(jié)能。

  但是這種節(jié)能手段存在一定的安全隱患：首先，在節(jié)能降功率的時(shí)段，路面照度達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，對于道路用戶觀察路面及周邊環(huán)境造成一定影響；同時(shí)夜間雖然路上車少，但是車輛行駛速度普遍較交通高峰時(shí)更快；而且相較于前半夜，駕駛員后半夜更容易因疲勞導(dǎo)致注意力、觀察力及判斷力下降。這就意味著夜間其實(shí)更需要有良好的道路照明條件，輔助駕駛員觀察周圍道路情況，確保安全。簡而言之，從安全的角度出發(fā)，哪怕路面僅有一輛車，也應(yīng)該提供符合國家標(biāo)準(zhǔn)亮度的照明條件。

  那么如何在“夜間交通安全”與“降碳減排”之間， 找到一個(gè)平衡點(diǎn)呢？“燈隨車動(dòng)”的控制模式就是一個(gè)理想的解決方案：有車輛通過，沿路燈具提前點(diǎn)亮；車輛駛過，燈具進(jìn)入深度節(jié)能模式降低亮度。

二、設(shè)計(jì)原則

 1. 綠色節(jié)能

  單燈控制系統(tǒng)除去一般的“遙控”功能外（遠(yuǎn)程開關(guān)+調(diào)節(jié)功率）， 全國范圍內(nèi)第一次實(shí)現(xiàn)可靠的“燈隨車動(dòng)”智能化按需照明。與傳統(tǒng)的分時(shí)段調(diào)光節(jié)能方式相比，后半夜低交通流量工況下，節(jié)能率可以達(dá)到80%以上。真正做到讓每一束光都按照需求投射。

2.管控高效

   基于無線自組網(wǎng)技術(shù)的單燈控制系統(tǒng)，可以達(dá)到單燈控制器在線率 99%以上。即路燈管理平臺下發(fā)命令后（數(shù)據(jù)下行），組內(nèi)有 99%或以上的單燈控制器在1秒之內(nèi)做出響應(yīng)；路燈管理平臺下發(fā)查詢命令后（數(shù)據(jù)上行），組內(nèi)有99%或以上的單燈控制器能夠在1分鐘內(nèi)將數(shù)據(jù)上報(bào)到管理平臺。真正做到單燈實(shí)時(shí)可遙控；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可遙測！充分保證了路上控制效果的一致整齊，燈具故障上報(bào)的及時(shí)準(zhǔn)確。

3.安全第一

  系統(tǒng)設(shè)計(jì)始終將“安全”作為首要考慮的因素；充分兼顧到了各個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)的安全性。

（1）數(shù)據(jù)安全：

  無線通信采用國際先進(jìn)的AES128 加密算法，有效保障數(shù)據(jù)安全。管理平臺采用服務(wù)器集群和分布式部署技術(shù)，最大限度地提高服務(wù)的可靠性和安全性。

（2）架構(gòu)安全：

  當(dāng)控制系統(tǒng)中任一環(huán)節(jié)發(fā)生故障時(shí)（服務(wù)器故障、通信故障、集中控制器故障 或單燈控制器故障），依然能夠保證道路照明設(shè)施可以按照傳統(tǒng)的回路控制方式實(shí)施控制和管理，不會(huì)影響其基本的道路照明功能。

（3）應(yīng)用安全：

  傳統(tǒng)分時(shí)段調(diào)光，不能充分保障道路照明照度符合國家標(biāo)準(zhǔn)，存在一定的安全隱患。

  例如，后半夜駕駛員易出現(xiàn)疲勞注意力不集中等問題，且后半夜車流量少車速一般會(huì)更快。其實(shí)這樣的工況，更應(yīng)該充分保障道路照明的照度，保障駕駛員視覺上觀察效果，避免事故發(fā)生。

  “燈隨車動(dòng)”智能化按需照明的功能，既可以實(shí)現(xiàn)駕駛員視野范圍內(nèi)路燈100%照度輸出保障安全；又可以在沒有車輛行人的時(shí)候，路燈以超低功耗狀態(tài)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)深度節(jié)能。

三、技術(shù)架構(gòu)

   控制系統(tǒng)采用雙層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。集中控制器（網(wǎng)關(guān)）采用公共移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（2G/4G） 與遠(yuǎn)程服務(wù)器通信；現(xiàn)場單燈控制器通過無線通信方式與集中控制器（網(wǎng)關(guān)） 通信。引入目前主流的無線物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，不僅提高了通信的可靠性，同時(shí)也提高了設(shè)備部署的便利性、以及后期功能擴(kuò)展的靈活性。管理平臺采用最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)，一套服務(wù)器管理平臺可以同時(shí)在線管理 50 萬盞路燈。同時(shí)，系統(tǒng)提供通用 API 接口（支持 HTTP 、MQTT 協(xié)議），可實(shí)現(xiàn)無縫對接第三方智慧城市管理平臺。實(shí)現(xiàn)方便可靠安全的平臺間數(shù)據(jù)交互。

  下圖展示了“燈隨車動(dòng)”控制模式實(shí)現(xiàn)的基本原理。當(dāng)圖中第二盞路燈（順序 由左至右）偵測到運(yùn)動(dòng)車輛后，單燈控制器將實(shí)時(shí)傳感信息（位置，運(yùn)動(dòng)方向及速度） 即時(shí)發(fā)送給單燈集中控制器（綠色箭頭）。單燈集中控制器根據(jù)這些信息，通過“邊緣計(jì)算”得出車輛前方的即時(shí)亮燈數(shù)量及亮燈持續(xù)時(shí)長，然后通過現(xiàn)場無線通 信網(wǎng)絡(luò)，即時(shí)發(fā)送給目標(biāo)單燈控制器（橙色箭頭）。從而實(shí)現(xiàn)燈具在車前方及時(shí)提前 點(diǎn)亮的效果。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，駕駛員不會(huì)察覺到前方環(huán)境亮度變化，確保行車安全。同時(shí)，道路用戶經(jīng)過后，路燈自動(dòng)恢復(fù)節(jié)能模式。提前點(diǎn)亮燈具的數(shù)量及時(shí)長可以由管理平臺遠(yuǎn)程編輯、遠(yuǎn)程修改。

“燈隨車動(dòng)”效果示意圖

安裝了車流檢車傳感器的 LED 燈具

單燈控制器 和 車流檢車傳感器，防護(hù)等級 IP67

四、節(jié)能率計(jì)算

   在后半夜車流量極低的路段，平均車速60km/h （約 17 米/秒），5小時(shí)車輛經(jīng)過數(shù)量假設(shè)為100 輛；系統(tǒng)設(shè)置路燈運(yùn)行功率降為10%；系統(tǒng)設(shè)置車輛經(jīng)過時(shí)提前亮燈數(shù)量5盞（相當(dāng)于提前亮燈距離175米，燈桿間距 35 米）；系統(tǒng)設(shè)置每次觸發(fā)亮燈時(shí)常 5 秒鐘；則每盞燈每輛車經(jīng)過后，亮燈持續(xù)時(shí)長為15 秒；（車輛距離某一盞路燈 175 米時(shí)，該燈第一次觸發(fā)全亮，其后隨著車輛行進(jìn)，被連續(xù)觸發(fā)5次，每次觸發(fā)重新計(jì)時(shí)點(diǎn)亮?xí)r長5秒鐘，最后一次觸發(fā)為車輛行駛到該路燈下方， 最后一次重新計(jì)時(shí)點(diǎn)亮?xí)r長 5 秒鐘，加上車輛行駛175 米所需 10 秒，每盞燈每車經(jīng)過時(shí)累計(jì)亮燈時(shí)長為10+5=15 秒）；100 輛車?yán)塾?jì)亮燈1500 秒，即25分鐘。25分鐘/5 小時(shí)=8.3%  則后半夜實(shí)際用電量為滿功率運(yùn)行的：100% × 8.3% + 10% × 91.7% = 17.47% ，節(jié)能率為：82.53%