物联网技术下制盖照明在地铁车站的运用

任海燕

（陕西工商职业学院，西安 710000）

地铁系统作为现代城市交通体系的重要组成部分，扮演着运送大量乘客、缓解交通拥堵和减少环境污染的关键角色。然而，地铁车站的照明系统长期以来一直是一个高能耗的领域，对城市能源供应系统产生了巨大压力[1]。随着全球对气候变化和环境可持续性的日益关注，节能减排和提高能效已经成为不可回避的课题，特别是在城市基础设施中。为了实现可持续的地铁运营，降低能源消耗并提高乘客体验，照明技术的创新变得尤为重要[2]。物联网（IoT）技术的崛起为地铁车站照明带来了巨大的潜力。IoT技术的发展已经使传感器、数据分析和智能控制系统变得更加普遍和经济实惠，这些技术可以用于实现高效的照明管理。制盖照明技术，即智能照明系统，是一种通过互联设备和先进控制算法来优化照明的方法，以提高能源效率和服务质量[3]。

因此，有必要深入探讨物联网技术在地铁车站制盖照明中的应用。将研究如何利用IoT传感器、智能控制系统以及制盖照明技术来实现地铁车站照明的节能、精确控制和高效管理。通过详细的案例研究和数据分析，将展示IoT技术如何改善地铁车站的能效，降低运营成本，提高乘客的出行体验。

1 物联网技术与智能照明的结合

1.1 物联网技术概述

物联网（Internet of Things，IoT）是一种创新性的技术和概念，它将互联网连接扩展到了各种物理设备和对象，使它们能够相互通信和共享信息。以下是对物联网技术的概述。

（1）互联性。物联网建立在互联网的基础上，但它更进一步，通过将传感器、设备和物品连接到互联网，使它们能够实时通信和共享数据。这种互联性使各种物理实体智能化协同工作。

（2）传感技术。物联网中的设备通常配备各种传感器，用于收集环境数据，如温度、湿度、光线、位置等。这些传感器数据可以用于监控和控制设备，以及进行分析和决策。

（3）数据通信。物联网设备使用各种通信技术来传输数据，包括Wi-Fi、蓝牙、NFC、LPWAN（低功耗广域网）、5G等。选择通信技术取决于应用场景和需求。

（4）云计算。物联网设备通常将数据上传到云端，进行存储、分析和处理。云计算提供了高度可扩展性和计算资源，使物联网应用能够处理大规模数据。

（5）数据分析和智能决策。物联网产生大量的数据，通过数据分析和机器学习，可以从中提取有价值的信息和模式。这些分析结果用于智能决策，改善效率和服务。

1.2 物联网技术在地铁车站智能照明中的作用

物联网技术在地铁车站智能照明中发挥着关键作用，为这些交通枢纽带来了多方面的好处。

（1）节能与环保。物联网智能照明系统可以根据车站内的实际照明需求动态调整光照强度和照明区域。传感器可以检测到人员和光线水平，根据情况自动调整照明，从而减少能源浪费，降低能源消耗，有助于环保和可持续发展。

（2）成本降低。智能照明系统可以通过灯具自身的状态监测来提供预测性维护。这意味着故障的灯具可以在损坏之前被检测出来，减少了紧急维修的需求，降低了维护成本。

（3）安全增强。物联网智能照明可以增强地铁车站的安全性。智能传感器可以监测人员活动和异常情况，例如，停留的时间过长或不寻常的行为。这些信息可以用于安全监控和紧急响应，确保乘客的安全。

（4）数据收集和分析。物联网智能照明系统可以收集大量有关车站使用情况的数据，如人流量、照明使用情况等。这些数据可以用于优化车站运营和规划，提高效率和安全性。

2 物联网技术下的智能照明系统原理

2.1 无级调节和节能特性

物联网技术下的智能照明系统采用了无级调节原理和节能特性，以实现高效的照明管理。这涉及灯具亮度的调整，其根据环境变量和用户需求进行动态控制。

2.1.1 无级调节原理

式中：L(t) 代表照明系统的亮度，随时间t变化，cd/m2；E表示环境光照强度，lx，通常由光照传感器测量；U是用户需求，即用户希望的照明水平，可以通过用户界面或传感器获取；T是温度，温度可以影响照明设备的性能；P是电力供应的状态，可以检测电力波动或停电；S是安全性因素，当需要增加照明以应对安全威胁时，S会增加。

根据式（1），通过适当的控制算法，动态地调整照明亮度，以实现用户需求和节能目标的平衡。无级调节允许在不同时间和场景下调整亮度，以满足不同需求。

2.1.2 节能特性

式中：Einitial表示初始能耗，Efinal表示最终状态下的能耗。节能特性关注如何最大程度地减少能源消耗，而不牺牲照明质量。通过式（2），系统可以动态响应环境变化和用户需求，以最小化能源消耗。节能特性的度量是节能比率，它衡量了在系统运行中实际实现的节能量。ER的值越高，表示系统越高效地节省能源。

2.2 单盏灯具精确控制与灯光均匀分布

物联网技术下的智能照明系统实现了单盏灯具的精确控制和灯光均匀分布，基于光照度和光照分布均匀度UDI等关键参数进行控制。

2.2.1 光照度控制

控制系统根据目标光照度和当前光照度之间的差异来调整灯具的亮度，以保持所需的光照水平：

式中：Kp是控制增益参数，用于确定调整的速度和幅度。这个控制机制允许单盏灯具根据需求动态调整亮度，以维持目标光照度；Ltarget是目标光照度，这是用户或系统预设的期望光照水平；Lcurrent是当前光照度，通过光照传感器实时测量的光照度；B是控制亮度，是单盏灯具的亮度控制变量。

2.2.2 灯光均匀分布

光照度均匀度UDI是一个衡量照明均匀度的参数，通常通过在不同位置测量光照度来计算。控制系统还考虑了光照度的均匀分布，以确保在照明区域内不会出现亮度不均匀的情况。这可以根据不同位置的光照度测量来优化灯具的位置和亮度分布。系统会根据UDI的计算结果来调整单盏灯具的亮度和方向，以实现均匀的照明分布。

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2.3 节能降耗与降低改造费用

智能照明系统基于环境光照度E和用户需求U来实现节能降耗和降低改造费用。系统的核心目标是使实际光照度Lactual接近用户期望光照度Ldesired，同时优化照明设备的使用和维护。通过使用比例控制算法，通过计算光照度差异来调整照明设备的亮度，具体表达式：

式中：Kp 是控制增益参数，可以根据照明设备类型和环境特性进行调整。系统可以实时响应环境变化，减少能源浪费，同时满足用户需求。

时间控制：智能系统可以根据时间和场景要求调整照明，例如，在白天降低照明亮度或在非工作时段关闭不必要的灯具。

能源管理策略：系统可以监测和记录能源消耗，以便进行优化和报告。这有助于降低能源成本，并为未来改进提供数据支持。

传感器集成：利用现有的物联网和传感技术，系统可以轻松集成到现有照明设施中，无需大规模更改。

系统可扩展性：智能照明系统具有模块化设计，可以逐步扩展，减少初始改造成本。

2.4 物联网与智能照明的集成

物联网技术下的智能照明系统基于物联网IoT与智能照明的集成，通过传感器、数据通信和控制算法实现高效、可持续的照明管理。物联网技术下的智能照明系统通过将照明设备与物联网连接，实现了远程监控、自动化控制和数据分析。该系统基于光照度、用户需求U、能源成本Cenergy和改造费用Crenovation等关键参数来优化照明效率。

式中：Cenergy是能源成本，R是能源费率（单位能源费用），Econsumed是照明系统的能源消耗。

具体工作原理如图1所示。

图1 物联网智能照明系统的工作原理

传感器集成：系统集成了光照传感器，用于测量实际光照度Lcurrent。这些传感器捕捉环境光照度并将数据传输到物联网平台，实现实时监测。数据通信：照明设备通过物联网协议与中央控制器和云平台进行数据通信。这些数据包括光照度、设备状态和用户需求等信息。控制算法：中央控制器使用控制算法，根据目标光照度Ltarget和当前光照度Lcurrent的比较来调整照明设备的亮度B。这些控制算法可以采用比例控制等策略，以确保照明水平满足需求。能源管理策略：系统通过监测能源成本Cenergy来进行能源管理。根据实时成本和需求情况，系统可以决定是否调整照明强度，以降低能源成本。

通过物联网技术的集成，智能照明系统能实时响应环境变化和用户需求，实现高效的照明控制，从而节能、降低能源成本，并降低改造费用，同时提供数据分析支持，以优化照明管理策略。

3 物联网技术下的智能照明在地铁车站的应用案例

3.1 场景控制与时钟控制

在物联网技术的支持下，智能照明在地铁车站的应用案例中实现了场景控制与时钟控制的完美融合。通过智能感知和自动化调节，系统可以根据不同时间、天气、人流等情境需求，智能调整照明亮度，既提高了乘客的舒适感和安全性，又节约能源。同时，时钟控制使系统能够根据日出和日落等时段，按计划自动调整照明设置，确保车站照明在各种情况下都高效运行，为乘客提供更好的服务体验。这些智能照明策略在地铁车站的应用为节能、环保和便捷出行提供了先进的解决方案。

3.2 智能照明模式案例

物联网技术下的智能照明在地铁车站的应用案例中，智能照明模式的多样性和智能性充分彰显了其卓越的适应能力。通过连续监测环境的光照度，系统能够智能切换不同的照明模式，如白天模式、高峰时段模式和夜晚模式，实现精准的亮度调整，以适应时间和天气变化。这一创新不仅提高了乘客的旅行体验，确保站内外的安全和舒适，还显著减少了能源的不必要消耗，从而实现了可持续照明管理，为地铁车站引入了智能和环保的崭新标准，进一步推动了城市交通系统的现代化。图2是基于智能化的地铁照明控制图。

图2 地铁照明智能控制图

4 结论

研究结果表明，物联网技术与制盖照明系统的结合为实现这一目标提供了有力的工具。通过无级调节、精确控制和单灯具管理，物联网技术下的智能照明不仅能够显著减少能源消耗，还能够提高照明质量，创造更加宜人的乘车体验。而且，这一技术的应用还能降低运营成本，对城市可持续性产生积极影响。然而，我们也要意识到，物联网技术下的照明系统解决方案不是一蹴而就的，它需要精心规划、适应性设计和不断的监测和优化。