自动化控制技术在异常天气城市路灯照明效率提升中的应用

[摘 要]文章聚焦于自动化控制技术在提升异常天气条件下城市路灯照明效率的应用，考虑到极端气象事件对城市基础设施的影响日益加剧，文章提出了一种基于太阳升落时间估算和实时环境照度调控的路灯自动化调节方案。通过对城市日出日落时间的精确预测以及路灯照明强度的动态调整，旨在优化路灯的开关时间和亮度水平，从而提高能源效率并确保公共安全。

[关键词]自动化控制技术；城市路灯；照明效率；异常天气

[中图分类号]TU113.666；TP273 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2024）06–0006–03

The Application of Automation Control Technology in Improving the Efficiency of Urban Street Lighting Under Abnormal Weather Conditions

JIANG Wenhai，ZHANG Bin

[Abstract]This article focuses on the application of automation control technology to improve the efficiency of urban street lighting under abnormal weather conditions. Considering the increasing impact of extreme weather events on urban infrastructure， this article proposes a street lighting automation adjustment scheme based on solar rise and fall time estimation and real-time environmental illumination regulation. By accurately predicting the sunrise and sunset times in cities and dynamically adjusting the lighting intensity of street lights， this plan aims to optimize the on/off time and brightness level of street lights， thereby improving energy efficiency and ensuring public safety.

[Keywords]automation control technology； urban streetlights； lighting efficiency； abnormal weather

在当前全球气候变化背景下，极端天气事件的频繁发生对城市基础设施提出了前所未有的挑战。城市路灯作为保障夜间公共安全和便利的关键组成部分，其运行效率和适应性成为了研究热点，特别是在异常天气条件下，传统的路灯控制系统常因缺乏灵活性和预见性而无法满足实际需求，这不仅影响了城市的能源效率，也危及公共安全。文章基于这一背景，探讨了自动化控制技术在提升城市路灯照明效率中的应用，特别是在异常天气条件下的性能表现，旨在为城市基础设施的智能化管理提供理论依据和实践指导，以促进城市照明系统的可持续发展和高效运行。

1 太阳升落时间估算

1.1 城市日出时间

通过对自然和地理因素影响的考虑，使得城市日出时间的估算更加贴近实际情况。通过这种方式，自动化控制技术能够更准确地调整城市路灯的开关时间，从而在确保照明效率的同时，进一步节省能源，提高城市居民的舒适度和安全性。

1.2 城市日落时间

在自动化控制技术领域，对城市日落时间的精确估算不仅关系到能源的有效管理，而且对于确保市民在夜间的安全与舒适度有着直接影响[2]。

均时差是由于地球轨道的非圆形性以及地轴的倾斜导致太阳每天过中天的时间并不恒定而引入的修正项。

通过对日落时间的精确估算，自动化控制技术可显著提高城市路灯照明系统的效率和响应能力。这不仅减少了能源消耗，还提高了城市居民的生活质量。未来的研究将进一步探索日落时间估算模型的优化，以适应复杂的气象条件和不同的城市地理特征。

2 自动化调控

2.1 路灯开关时间调控

自动化路灯系统的基础为高度精确的环境感知功能。通过部署环境光感传感器，系统能够实时监测周围的光照强度，这些传感器对光照变化的敏感度极高，能够捕捉到从微弱的黄昏光线到强烈日光的所有光照级别。此外，集成的天气预报功能允许系统预测即将到来的光照条件变化，如云层的聚散，从而提前做出调整准备[3]。自动化路灯系统中的数据处理与决策算法是实现智能化控制的核心，涉及复杂的数据分析、模式识别以及预测模型。系统不仅需要处理实时数据，还要能够从历史数据中学习和识别出特定的天气模式和光照变化规律，以优化路灯的开关时间和亮度控制。此外，考虑到地理位置和气候条件对日照模式的显著影响，自动化路灯系统需要具备高度的适应性，即系统在部署时需要根据当地的纬度、经度、季节变化以及常见的天气模式进行调整[4]。

2.2 路灯亮度调控

在现代城市管理与智能交通系统的构建中，路灯照明的自动化调控不仅关系到能源的有效利用，还直接影响城市居民的夜间活动安全与舒适度。尤其在异常天气条件下，如雾霾、大雨、雪天等，传统的基于时间控制的照明系统通常无法满足照明需求，导致路面能见度低，增加交通事故的风险[5]。因此，引入智能化的路灯亮度自动调控系统，能够根据实时天气情况和环境光线调整路灯亮度，是提高城市路灯照明效率的有效途径。路灯亮度自动化调控示意图如图1所示。路灯亮度的自动调控基于实时监测的环境光线强度和特定的天气条件来动态调整路灯亮度。该系统利用环境光传感器收集当前环境光线强度的数据，通过预设的算法模型自动计算出适宜的路灯亮度级别。

3 试验设计与讨论

3.1 试验设计

针对某城市路灯照明系统的试验研究，文章提出采用自动化照明调控技术以应对极端气候条件下的城市照明挑战。为验证试验的数据可信度和结果的有效性，选取了两种传统的控制技术进行对比分析，一种为基于可编程逻辑控制器的技术（以下简称“传统技术1”），另一种则是应用模糊逻辑理论的控制方法（以下简称“传统技术2”）。试验选取了雨天、雾天和雪天这3种典型的恶劣天气条件进行测试。试验装备包括1台KHFF-4A8F型号的控制器，1台IHFA-47FG7型号的亮度调节器，以及5台亮度传感器，以此来执行路灯照明的自动化控制试验。

3.2 结果讨论

试验以环境照度作为评价3种技术控制效果的主要指标，依据CJJ45—2015《城市道路照明设计标准》，在极端气候条件下，城市路灯的环境照度不应低于 20 lx。在选定的异常天气条件下，从14：00 开始，每隔1 h，利用IYFA-A4F7照度计测量并记录城市路灯的环境照度值，具体结果见表1。

从表1可观察到，在文章设计的自动化控制技术应用下，该城市的环境照度值始终高于20 lx，照度值在22.35～26.75 lx变动，显示出较高的城市路灯照明亮度和适中的环境照度值。相比之下，两种传统技术在应用后的城市环境照度值相对较低，其中传统技术 1的应用下环境照度值介于13.60～20.65 lx，而传统技术2应用下的环境照度值则介于11.30～19.60 lx，均低于文章设计技术的表现。

同时考虑了不同数量的城市路灯，并基于城市日出、日落时间自动调节路灯的开关和亮度，以此模拟在异常天气条件下的实际应用场景。试验数据收集的主要目的是评估自动化控制技术在调节路灯照明系统方面的延迟时间，特别是在不同路灯数量的情况下，试验结果见表2。

随着路灯数量的增加，所有技术的控制延迟时间均有所增加。然而，采用自动化控制技术的延迟时间增长幅度明显小于两种传统技术。表明异常天气下自动化控制技术能够更加准确和迅速地响应城市日出、日落时间的变化，及时调整路灯的开关和亮度，从而显著提升城市路灯照明效率。

4 结束语

本研究深入探讨了自动化控制技术在异常天气下提升城市路灯照明效率的应用，从太阳升落时间的精确估算到路灯开关时间与亮度的自动化调控，每一步都体现了对城市基础设施智能化管理的深刻理解与创新应用。通过试验设计与结果讨论，证实了自动化控制技术相较于传统方法，在能源效率提升和照明质量保障方面具有的显著优势，尤其在面对极端天气条件时的适应性和灵活性。

参考文献

[1] 刘进勋.基于物联网技术的智能路灯监控系统的研究[J].自动化应用，2023（14）：1-3，7.

[2] 胡蝶影.智慧路灯控制系统设计与算法研究[D].重庆：重庆理工大学，2023.

[3] 佚名.基于NB-IOT控制的智慧路灯[J].上海节能，2023（3）：372-373.

[4] 王福锁.电气自动化技术在照明系统中的应用[J].光源与照明，2022（9）：25-27.

[5] 赵晓梅.智能路灯控制系统的研究与设计[J].灯与照明，2022（3）：15-18.