智能照明控制技術之體育館應用淺析

周玉庭 馬小軍 邢自巧

(南京工業大學自動化與電氣工程學院，江蘇 南京 210009)

0 引言

智能照明控制系統是利用先進電磁調壓及電子感應技術達到優化供電目的照明控制系統。與傳統照明相比，其具有調節環境氣氛、改善工作環境和節能效果、提高工作效率、延長光源壽命、管理維護方便等優勢，它與各種網絡的結合也為控制技術開辟了新的領域[1]。目前，智能照明控制系統已在影視舞臺、多媒體會議系統、智能建筑燈光環境控制等領域得到廣泛應用。隨著2008年奧運會在我國舉辦，全國各地體育場館的新建與改建項目日益增多，體育照明發生著新的變化，個性化定制的智能照明控制模式使得體育館具有簡單實用、節能環保、高效安全等特點。智能照明控制系統在體育場館訓練、比賽和彩電轉播的燈光控制中起著越來越重要的作用。

1 體育照明對光的要求

在體育活動中進行視覺活動和對光線有要求的人員有運動員、觀眾、場地技術人員和記者四類。這四類人員在現場中進行活動對照明有不同的要求[2]。同時，由于場地是多功能的，因此，同一場地可滿足訓練、小型比賽和重大的國際比賽等要求。綜合以上因素，體育館照明設計需要考慮水平面照度、垂直面照度、照度均勻度、光源色溫、顯色性等諸多指標。在照明設計中，根據不同的運動項目，同一項目不同模式(訓練、比賽、彩電轉播、HATV彩電轉播)的照度范圍為300～2 000 Lx。照度應為維持照度，維護系數一般取0.8。照明光源色溫一般在4 000～6 000 K范圍內。對于非彩電轉播的比賽場館，要求顯色指數Ra大于65;有彩電轉播的比賽場館，要求Ra大于80;大型國際和國內比賽，要求 Ra 不宜小于 90[3]。

2 體育照明安裝方式

體育館照明安裝方式一般分為三種：①頂上均勻布燈方式，此方式主要考慮水平面照度，但垂直照度低，適用于一般訓練館;②兩側燈帶投光方式，此方式以側光為主，適用于空間較高的運動項目，可以兼顧水平照度與垂直照度及均勻度，并能有效控制眩光;③均勻布燈與燈帶投光照明相結合方式，此方式燈具在場地上空和側面布置相結合，適用于多功能體育館，水平照度與垂直照度可以兼顧[4]。

3 體育照明控制方式

早期體育照明控制方式采用繼電-接觸控制。這種控制方式需要二次控制電路，接線復雜，開燈方案單一且操作不便，這種方式目前較少采用，取而代之的是智能照明控制系統[5－6]。智能照明控制系統利用計算機技術、網絡通信技術、自動控制技術和微電子技術等現代化的科學技術，根據環境變化、客觀要求、用戶預定需求等條件而自動采集系統中的各種信息，并可對所采集的信息進行相應的邏輯分析、推理、判斷。同時，對結果按特定的形式進行存儲、顯示、傳輸以及反饋控制等處理，以達到最佳的控制效果[1]。

4 系統應用舉例

4.1 場地尺寸及照度標準

南京工業大學體育館擁有2 800個座位，面積為4 800 m2。體育館中心為矩形球場，周圍為觀眾廳，除能承辦體育賽事外，還可滿足文藝演出、大型集會等的需要。

場地照明采用金屬鹵化物光源。整體照明系統實現了全網絡智能化管理，為日后不斷發展的體育場館應用奠定了完備的管理基礎。主館比賽大廳照明采用可編程的計算機程序控制和手動控制。由于主館比賽的項目較多，使用面積不同，因此控制較為復雜。南京工業大學體育館比賽場地尺寸及對應照度標準值如表1所示。

表1 場地尺寸及對應照度標準值Tab.1 Site size and corresponding illumination standard

4.2 采用的照明控制系統

南京工業大學體育館照明控制方式采用的是邦奇智能控制系統(Dynalite)，它是一個分布式控制系統。

Dynalite智能照明控制系統通常可以由調光模塊、開關模塊、控制面板、液晶顯示觸摸屏、智能傳感器、編程插口、時鐘管理器、手持式編程器和PC監控機等部件組成，將上述各種具備獨立功能的控制部件用一根五類數據通信線(四對雙絞線)按手牽手菊花鏈的方式連接起來，就組成一個DyNet控制網絡。

DyNet網絡上的所有設備都是智能化的，并以“點到點”方式進行通信[7－8]。

4.3 智能照明控制方案

4.3.1 功能要求

南京工業大學體育館智能照明控制系統根據場地使用情況，要求達到系統可編程，且程序能隨時修改或編制輸入新的程序。當某一程序執行完畢后，燈具狀態可以鎖定。在第二個程序輸入時，只有狀態改變的燈具執行新的程序，狀態不變的燈具不執行新的程序，且不得有瞬時斷電的現象;控制系統應有自動分路延時啟動功能，防止燈具集中啟動的浪涌電流;必要時可轉入手控狀態，全部控制步驟應在燈控室內完成;設置監視屏，以顯示所有燈具的工作狀態，并有壞燈故障反饋信號;照明的控制方式靈活、簡便、可靠、合理、易操作，并具有遠程控制接口[9]。

4.3.2 照明控制方案

場地燈具共92套，實行一回路一控，單燈檢測，場地照明配備八臺 DDRC1210FP控制器、兩臺DDRC410FR控制器，控制每個回路的交流接觸器，實現一對一的燈具控制，配置16臺BJ6CD(六回路電流檢測器)。觀眾席照明燈具共40套，配備一臺DDRC1210FP控制器，實行六燈或四燈一回路一控。系統共設計了20個開燈模式，照明方式以側光為主。隨燈具線路的敷設，專設兩條感溫電纜全程跟蹤線路的發熱情況，一旦發生危險及時報警。

4.3.3 軟件應用

應用在體育照明控制中的軟件主要有照明設計軟件和智能照明中文監控軟件。

4.3.3.1 照明設計軟件

采用照明設計應用軟件實際計算，計算結果包括各種模式下的水平照度分布值、垂直照度分布值、照度均勻值等。水平照度值、垂直照度值計算方法按照點光源直射照度計算法[10]，計算公式為：

式中：Eh為點光源(燈具)在某一點處產生的水平面照度，Lx;Ev為點光源在某一點處產生的垂直面照度，Lx;為光通量為1 000 lm時照射方向的光強，cd;h為點光源到被照水平面的距離，稱為計算高度，m;Φ為點光源的實際光通量，lm;K為維護系數;垂直角θ為被照點至燈的水平距離與燈安裝高度h比值的反正切值。

由式(1)和式(2)可知，由于燈具至被照點距離足夠遠，可以把所有燈具看作一個個點光源，將它們在該點處產生的水平面照度和垂直面照度分別求和，則可求得該點在這些燈具照射下的水平面照度和垂直面照度。

照度均勻度分為水平照度均勻度和垂直照度均勻度，它們的計算公式分別為：

式中：Emin為參考面(比如籃球、排球訓練模式下場地區域)內水平面和垂直面上的最小照度值，Lx;Emax為參考面內水平面和垂直面上的最大照度值，Lx;Eave為水平面和垂直面上的平均照度值，Lx。

體育照明對U1、U2均有要求，一般有彩電轉播的比賽要求水平照度均勻度 U1＞0.6、U2＞0.7，垂直照度均勻度 U1＞0.4、U2＞0.6。

經采用照明設計應用軟件的實際計算，南京工業大學體育館水平照度分布值、垂直照度分布值、照度均勻值與實測值基本符合，且滿足各比賽項目對照度的標準要求。各項目比賽照度水平及開燈數量如下。

① 籃球、排球照明：開燈數量84套，水平平均照度1 515 Lx，垂直平均照度1 047 Lx，水平照度均勻度U1=0.64、U2=0.76，垂直照度均勻度 U1=0.49、U2=0.65。

② 藝術體操照明：開燈數量36套，水平平均照度1 069 Lx，垂直平均照度1 079 Lx，水平照度均勻度U1=0.93、U2=0.96，垂直照度均勻度 U1=0.73、U2=0.84。

③ 羽毛球照明：開燈數量46套，水平平均照度1 069 Lx，垂直平均照度1 255 Lx，水平照度均勻度U1=0.79、U2=0.84，垂直照度均勻度 U1=0.56、U2=0.79。

④ 乒乓球決賽照明：開燈數量46套，水平平均照度1 563 Lx，垂直平均照度1 440 Lx，水平照度均勻度U1=0.86、U2=0.91，垂直照度均勻度 U1=0.76、U2=0.89。

4.3.3.2 中文監控軟件

Dynalite系統本身無法直接顯示檢測結果。在PC監控機使用MapViewTM類的監控軟件可以對場館的照明進行實時監控和管理。監控軟件具有友好的人機界面，可實時顯示照明模式和所控制照明回路的開斷情況，并能在屏幕上直接進行照明模式控制和對單個的照明回路進行控制。這些功能可以讓不具備網絡控制知識的工作人員在無需參照復雜的線路圖的前提下就能進行照明控制。

5 結束語

南京工業大學體育館建成后，已舉辦多次重要賽事。場館采用的智能照明控制方案方便可行，獲得了較佳的照明效果。該方案具有遠程控制接口，可以通過利用傳感器等先進的元器件及智能照明控制系統互聯網協議平臺，將體育館內照明系統和其他子系統聯網，形成兼容性系統，綜合數據并進行智能分析，對電能控制和消耗進行動態、有效地配置和管理。該方案既滿足體育照明的要求，又能達到一個低碳環境，將體育場館的照明管理提升到一個新的層次。

[1]馬小軍.智能照明控制系統[M].南京：東南大學出版社，2009：1－3.

[2]肖輝，俞麗華.體育照明設計[J].光源與照明，2001(4)：3 －6.

[3]中國建筑科學研究院.GB 50034-2004建筑照明設計標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[4]陳逸泉.體育館照明設計與分析[J].照明工程學報，2005，17(1)：56－58.

[5]李大生，唐曉川.智能照明系統在建筑物中的控制方式與節能應用[J].照明設計與節能專輯，2010(4)：55 －58.

[6]蘇山.智能照明控制技術在某青少年活動中心的應用[J].電氣技術，2011(1)：65 －69.

[7]陳勇.高智能照明系統[J].飾材市場，1999(2)：98 －99.

[8]徐欽經.Dynalite的照明控制系統[J].光源與照明，2004(1)：20－24.

[9]澳大利亞邦奇電子工程有限公司.辦公樓智能照明控制系統解決方案——Dynalite智能照明控制系統在智能辦公大樓中的應用[J].智能建筑與城市信息，2007(4)：102 －103.

[10]肖輝.電氣照明技術[M].2版.北京：機械工業出版社：2009：87－90.