城市背街小巷LED路灯控制方案的探讨

林海阔，李 涛，朱继红，李 瑶，许 敏，辛 凯

(1.苏州市城市照明管理处，江苏苏州 215005；2.山西光宇半导体照明股份有限公司，山西临汾 041000)

引言

在城市城区道路照明建设迅速发展的同时，背街小巷的照明要求也随之提高。但是伴随而来的是街灯数量的增加，而维护管理部门仍然需要靠人工巡检完成数倍于过去的任务，并且无法解决灯具增加与耗能的矛盾。依靠传统的人工巡检方式，很难管理如此多的道路灯具，尤其在很多背街小巷中车辆无法进入，更增加了巡检的难度与工作量。为了保证亮灯率，因此需要每日的巡检，造成了背街小巷维护管理人员的劳动强度很大。因此采用道路智能照明控制系统来辅助人工巡检，协助管理调光节能，既能够解决维护管理单位人员不足的状况，又能够满足节能的需求。

1 城市背街小巷路灯控制方案介绍

城市背街小巷路灯控制的传统方案采用时控开关[1]，对路灯进行定时开关，但它无法进行实时控制，不能按需开关街灯，信息无法及时反馈，维护费用开销过大。因此需要选择传输方式以及合理的控制架构来实现城市照明监控管理系统[1]。

1)数据传输方式。目前应用于道路的通信方式主要是RS485方式、电力载波方式、远程无线(GPRS、3G、NB-IoT)、中短距离无线方式(ZigBee、433通信、LoRa)等[2-6]，各种通信方式均有自己的特点的应用环境。

ZigBee在实际应用上安装施工方便，减少了施工布线的人工及材料投入，施工难度较低；维护方便，减少了对线路排查的工作量及难度。我们选用ZigBee方案在背街小巷中进行照明设备控制。

2)系统架构。我们采用ZigBee控制方案，由监控中心、集中控制器、单灯节能控制终端三部分组成。系统以GPRS无线通信为主干网，以ZigBee通信为二级子网，具体架构如图1所示。

图1 系统架构图Fig.1 System architecture diagram

3)系统产品功能。①监控中心。实现自动化控制管理、维护管理，突发事件处理；构建基础数据库、基础GIS、动态数据服务、通讯协议转换。

②集中控制器(图3)。控制中心与集中控制器采用3G或者GPRS无线网络完成对智能控制装置的实时监控和节能调控。集中控制器对其下的灯杆采用无线ZigBee实现对单灯的开关控制分组控制，亮度调节，状态反馈。

③单灯控制器。实现道路控制点的自动采集、智能控制和道路的单个调光控制

2 城市背街小巷LED路灯控制方案的应用

我们将此LED路灯控制方案应用于江苏苏州部分背街小巷的街灯改造，实际道路安装环境如图2所示。

图2 街灯现场图Fig.2 Scene of street lamp

1)测试。此次案例在进行改造之前，我们先进行了一系列室内模拟测试，模拟物体阻挡以及跳传的情况下，委托友方公司进行测试。测试环境在地下车库，ZigBee单灯控制器放置在视线范围，距离地面高度约4.5 m，集中控制器放置在地面；当电源启动时，ZigBee单灯控制器连接到集中控制器的ZigBee网络；集中控制器向ZigBee单灯控制器发送命令以切换LED开关状态；ZigBee单灯控制器对集中控制器进行应答；在每个距离发送控制命令，并得到确认。重复10次;控制故障率(CFR)被记录，连接范围定义为CFR 10%的距离(10个命令中有1个控制失败)。现场接通wifi以及蓝牙进行干扰，测试内容如表1所示。

表1 测试距离以及功率

测试发现功率大于9 dbm以后CFR基本为0，因此我们采用20 dbm的单灯控制器以及集中控制器。

2)现场应用。此次在现场应用，信号连接稳定，通断延时小于10 s， 实际安装架构方式采用图3所示的架构安装方式。

图3 实际安装架构方式Fig.3 The actual installation architecture approach

3)应用效果分析。采用控制采用夜晚11点以后调光到50%，早上5点调光到100%，每盏灯具满功率为30 W。其节能率如表2所示。

从表5中可以看出：每改造100盏灯具，每天可以节能15度电。现场模拟灯具故障，通过在管理中心的管理软件可以及时显示灯具故障报警。同时注明损坏详细位置，对于维护人员维护非常便利。

表5 节能计算表

3 总结

采用智能监控管理系统以后，背街小巷中的LED路灯均可实现按需照明并精确到每一盏灯精细化管理，每一盏路灯的开关调光操作实现自动控制。在城市背街小巷中使用LED路灯控制方案，不仅降低了灯具功率，延长了光源寿命，降低了路灯管理运行成本，进一步提高了经济效益。

[1] 赵庆苓,王军,张涛,等. 智慧城市道路照明智能化控制系统设计.照明工程学报,2016, 27(3):48-53.

[2] 郗书堂,胡培生,李景色,等. 路灯[M].北京：中国电力出版社，2013.

[3] 李光耀,王利，易子川，等. 基于ZigBee的智能照明系统研究与设计.照明工程学报,2016, 27(3):1-6.

[4] 许梦羊,罗素芹,陈国栋，等. 基于ZigBee和GPRS感知天气的太阳能LED路灯控制系统.照明工程学报,2017，28(5):54-58.

[5] 耿晓明，文玉梅,等. 基于ZigBee的路灯控制系统设计.照明工程学报,2016,27(3):26-30.

[6] 许勇. 基于ZigBee的Mesh网络的研究[M]. 北京：中国科学技术大学，2011.