智能照明控制技术之体育馆应用浅析

周玉庭 马小军 邢自巧

(南京工业大学自动化与电气工程学院，江苏 南京 210009)

0 引言

智能照明控制系统是利用先进电磁调压及电子感应技术达到优化供电目的照明控制系统。与传统照明相比，其具有调节环境气氛、改善工作环境和节能效果、提高工作效率、延长光源寿命、管理维护方便等优势，它与各种网络的结合也为控制技术开辟了新的领域[1]。目前，智能照明控制系统已在影视舞台、多媒体会议系统、智能建筑灯光环境控制等领域得到广泛应用。随着2008年奥运会在我国举办，全国各地体育场馆的新建与改建项目日益增多，体育照明发生着新的变化，个性化定制的智能照明控制模式使得体育馆具有简单实用、节能环保、高效安全等特点。智能照明控制系统在体育场馆训练、比赛和彩电转播的灯光控制中起着越来越重要的作用。

1 体育照明对光的要求

在体育活动中进行视觉活动和对光线有要求的人员有运动员、观众、场地技术人员和记者四类。这四类人员在现场中进行活动对照明有不同的要求[2]。同时，由于场地是多功能的，因此，同一场地可满足训练、小型比赛和重大的国际比赛等要求。综合以上因素，体育馆照明设计需要考虑水平面照度、垂直面照度、照度均匀度、光源色温、显色性等诸多指标。在照明设计中，根据不同的运动项目，同一项目不同模式(训练、比赛、彩电转播、HATV彩电转播)的照度范围为300～2 000 Lx。照度应为维持照度，维护系数一般取0.8。照明光源色温一般在4 000～6 000 K范围内。对于非彩电转播的比赛场馆，要求显色指数Ra大于65;有彩电转播的比赛场馆，要求Ra大于80;大型国际和国内比赛，要求 Ra 不宜小于 90[3]。

2 体育照明安装方式

体育馆照明安装方式一般分为三种：①顶上均匀布灯方式，此方式主要考虑水平面照度，但垂直照度低，适用于一般训练馆;②两侧灯带投光方式，此方式以侧光为主，适用于空间较高的运动项目，可以兼顾水平照度与垂直照度及均匀度，并能有效控制眩光;③均匀布灯与灯带投光照明相结合方式，此方式灯具在场地上空和侧面布置相结合，适用于多功能体育馆，水平照度与垂直照度可以兼顾[4]。

3 体育照明控制方式

早期体育照明控制方式采用继电-接触控制。这种控制方式需要二次控制电路，接线复杂，开灯方案单一且操作不便，这种方式目前较少采用，取而代之的是智能照明控制系统[5－6]。智能照明控制系统利用计算机技术、网络通信技术、自动控制技术和微电子技术等现代化的科学技术，根据环境变化、客观要求、用户预定需求等条件而自动采集系统中的各种信息，并可对所采集的信息进行相应的逻辑分析、推理、判断。同时，对结果按特定的形式进行存储、显示、传输以及反馈控制等处理，以达到最佳的控制效果[1]。

4 系统应用举例

4.1 场地尺寸及照度标准

南京工业大学体育馆拥有2 800个座位，面积为4 800 m2。体育馆中心为矩形球场，周围为观众厅，除能承办体育赛事外，还可满足文艺演出、大型集会等的需要。

场地照明采用金属卤化物光源。整体照明系统实现了全网络智能化管理，为日后不断发展的体育场馆应用奠定了完备的管理基础。主馆比赛大厅照明采用可编程的计算机程序控制和手动控制。由于主馆比赛的项目较多，使用面积不同，因此控制较为复杂。南京工业大学体育馆比赛场地尺寸及对应照度标准值如表1所示。

表1 场地尺寸及对应照度标准值Tab.1 Site size and corresponding illumination standard

4.2 采用的照明控制系统

南京工业大学体育馆照明控制方式采用的是邦奇智能控制系统(Dynalite)，它是一个分布式控制系统。

Dynalite智能照明控制系统通常可以由调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、编程插口、时钟管理器、手持式编程器和PC监控机等部件组成，将上述各种具备独立功能的控制部件用一根五类数据通信线(四对双绞线)按手牵手菊花链的方式连接起来，就组成一个DyNet控制网络。

DyNet网络上的所有设备都是智能化的，并以“点到点”方式进行通信[7－8]。

4.3 智能照明控制方案

4.3.1 功能要求

南京工业大学体育馆智能照明控制系统根据场地使用情况，要求达到系统可编程，且程序能随时修改或编制输入新的程序。当某一程序执行完毕后，灯具状态可以锁定。在第二个程序输入时，只有状态改变的灯具执行新的程序，状态不变的灯具不执行新的程序，且不得有瞬时断电的现象;控制系统应有自动分路延时启动功能，防止灯具集中启动的浪涌电流;必要时可转入手控状态，全部控制步骤应在灯控室内完成;设置监视屏，以显示所有灯具的工作状态，并有坏灯故障反馈信号;照明的控制方式灵活、简便、可靠、合理、易操作，并具有远程控制接口[9]。

4.3.2 照明控制方案

场地灯具共92套，实行一回路一控，单灯检测，场地照明配备八台 DDRC1210FP控制器、两台DDRC410FR控制器，控制每个回路的交流接触器，实现一对一的灯具控制，配置16台BJ6CD(六回路电流检测器)。观众席照明灯具共40套，配备一台DDRC1210FP控制器，实行六灯或四灯一回路一控。系统共设计了20个开灯模式，照明方式以侧光为主。随灯具线路的敷设，专设两条感温电缆全程跟踪线路的发热情况，一旦发生危险及时报警。

4.3.3 软件应用

应用在体育照明控制中的软件主要有照明设计软件和智能照明中文监控软件。

4.3.3.1 照明设计软件

采用照明设计应用软件实际计算，计算结果包括各种模式下的水平照度分布值、垂直照度分布值、照度均匀值等。水平照度值、垂直照度值计算方法按照点光源直射照度计算法[10]，计算公式为：

式中：Eh为点光源(灯具)在某一点处产生的水平面照度，Lx;Ev为点光源在某一点处产生的垂直面照度，Lx;为光通量为1 000 lm时照射方向的光强，cd;h为点光源到被照水平面的距离，称为计算高度，m;Φ为点光源的实际光通量，lm;K为维护系数;垂直角θ为被照点至灯的水平距离与灯安装高度h比值的反正切值。

由式(1)和式(2)可知，由于灯具至被照点距离足够远，可以把所有灯具看作一个个点光源，将它们在该点处产生的水平面照度和垂直面照度分别求和，则可求得该点在这些灯具照射下的水平面照度和垂直面照度。

照度均匀度分为水平照度均匀度和垂直照度均匀度，它们的计算公式分别为：

式中：Emin为参考面(比如篮球、排球训练模式下场地区域)内水平面和垂直面上的最小照度值，Lx;Emax为参考面内水平面和垂直面上的最大照度值，Lx;Eave为水平面和垂直面上的平均照度值，Lx。

体育照明对U1、U2均有要求，一般有彩电转播的比赛要求水平照度均匀度 U1＞0.6、U2＞0.7，垂直照度均匀度 U1＞0.4、U2＞0.6。

经采用照明设计应用软件的实际计算，南京工业大学体育馆水平照度分布值、垂直照度分布值、照度均匀值与实测值基本符合，且满足各比赛项目对照度的标准要求。各项目比赛照度水平及开灯数量如下。

① 篮球、排球照明：开灯数量84套，水平平均照度1 515 Lx，垂直平均照度1 047 Lx，水平照度均匀度U1=0.64、U2=0.76，垂直照度均匀度 U1=0.49、U2=0.65。

② 艺术体操照明：开灯数量36套，水平平均照度1 069 Lx，垂直平均照度1 079 Lx，水平照度均匀度U1=0.93、U2=0.96，垂直照度均匀度 U1=0.73、U2=0.84。

③ 羽毛球照明：开灯数量46套，水平平均照度1 069 Lx，垂直平均照度1 255 Lx，水平照度均匀度U1=0.79、U2=0.84，垂直照度均匀度 U1=0.56、U2=0.79。

④ 乒乓球决赛照明：开灯数量46套，水平平均照度1 563 Lx，垂直平均照度1 440 Lx，水平照度均匀度U1=0.86、U2=0.91，垂直照度均匀度 U1=0.76、U2=0.89。

4.3.3.2 中文监控软件

Dynalite系统本身无法直接显示检测结果。在PC监控机使用MapViewTM类的监控软件可以对场馆的照明进行实时监控和管理。监控软件具有友好的人机界面，可实时显示照明模式和所控制照明回路的开断情况，并能在屏幕上直接进行照明模式控制和对单个的照明回路进行控制。这些功能可以让不具备网络控制知识的工作人员在无需参照复杂的线路图的前提下就能进行照明控制。

5 结束语

南京工业大学体育馆建成后，已举办多次重要赛事。场馆采用的智能照明控制方案方便可行，获得了较佳的照明效果。该方案具有远程控制接口，可以通过利用传感器等先进的元器件及智能照明控制系统互联网协议平台，将体育馆内照明系统和其他子系统联网，形成兼容性系统，综合数据并进行智能分析，对电能控制和消耗进行动态、有效地配置和管理。该方案既满足体育照明的要求，又能达到一个低碳环境，将体育场馆的照明管理提升到一个新的层次。

[1]马小军.智能照明控制系统[M].南京：东南大学出版社，2009：1－3.

[2]肖辉，俞丽华.体育照明设计[J].光源与照明，2001(4)：3 －6.

[3]中国建筑科学研究院.GB 50034-2004建筑照明设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[4]陈逸泉.体育馆照明设计与分析[J].照明工程学报，2005，17(1)：56－58.

[5]李大生，唐晓川.智能照明系统在建筑物中的控制方式与节能应用[J].照明设计与节能专辑，2010(4)：55 －58.

[6]苏山.智能照明控制技术在某青少年活动中心的应用[J].电气技术，2011(1)：65 －69.

[7]陈勇.高智能照明系统[J].饰材市场，1999(2)：98 －99.

[8]徐钦经.Dynalite的照明控制系统[J].光源与照明，2004(1)：20－24.

[9]澳大利亚邦奇电子工程有限公司.办公楼智能照明控制系统解决方案——Dynalite智能照明控制系统在智能办公大楼中的应用[J].智能建筑与城市信息，2007(4)：102 －103.

[10]肖辉.电气照明技术[M].2版.北京：机械工业出版社：2009：87－90.