面向智慧照明的聯動控制策略

譚童 向敏 趙旭東

摘 要：智慧照明是智慧城市的重要組成部分，而智慧照明控制策略是智慧照明的關鍵技術之一。文章針對當前路燈信息采集與照明控制之間以及集中控制器與集中控制器之間的聯動不足的問題，提出一種智慧照明聯動控制策略，該控制策略有效將照明集中控制器，提高了照明控制器的管理效率。

關鍵詞：智慧照明；智慧城市；集中控制器；聯動控制

隨著網絡化控制技術的飛速發展，智慧城市的建設將作為我國城市建設的重點研究對象，而智慧照明是智慧城市的重要組成部分。普通路燈僅具有單一的照明功能，而智慧照明是集環境信息采集、照明控制等功能于一體的智能體[1-2]，路燈作為城市道路建設的一個重要群體，國內外專家學者側重于在單燈控制方面對智慧照明進行研究，而對群體的聯動控制方面的研究較少，程新華等[3]提出了一種群體決策的街道照明自主控制系統，將單個路燈看作一個燈節點，所有燈節點組成一個無線傳感器網絡的燈組，燈組由燈成員與一個燈領導形成樹形拓撲，最終燈成員與燈領導投票決策路燈的起閉。張立萍等[4]通過分析電力線載波通信（Power Line Communication，PLC）技術傳輸距離短和時延大的問題，提出了一種基于蟻群算法的LED路燈組網尋址算法，該算法設計了路燈自動路由模型，提高了路燈網絡通信的有效性。

本文通過分析智慧照明的環境信息采集部分及照明控制部分之間以及照明集中控制器與集中控制器之間的聯動不足的問題，提出一種面向智慧路燈的聯動控制策略，該策略構建了一種智慧照明的聯動控制網絡，從而對路燈控制網絡進行優化，提高照明管理效率。

1 照明集中控制器介紹

本文的照明集中控制器集成了環境信息采集、車輛信息檢測、路燈控制等功能，主要分為信息采集與照明控制兩部分，信息采集部分主要由環境傳感器及車輛傳感器組成，環境傳感器負責采集燈周圍環境指標信息如PM2.5、濕度、溫度及照度等信息，車輛傳感器主要檢測車輛的車速、車流量等信息，整體硬件結構如圖1所示。

2 聯動控制策略

單個集中控制器獲得的環境信息相對獨立，且準確率比較低，所以單燈控制在實際的照明控制應用中有一定的局限性，針對以上問題本文提出了一種聯動控制網絡拓撲結構，利用多個集中控制器共同決策的方法提高照明控制的準確率，該聯動控制網絡結構是按區域劃分，首先將整個路燈網絡劃分為不同的區域，一個區域中包括n個照明集中控制器，n個集中控制器由1個集中控制器頭及n-1個控制器成員組成，區域與區域之間的通信是由控制器頭與控制器頭之間進行通信。同一個區域的所有集中控制器成員把采集的環境信息及車輛信息轉發給控制器頭，控制器頭根據采集的信息算出各個信息的平均值，采用多個控制器共同決定環境參數值的方法可以避免單個集中控制器采集的環境指標參數出錯的情況，從而提高環境參數的采集的準確率，聯動控制策略主要體現在區域與區域之間的聯動，整個聯動過程主要有以下幾個步驟，具體如下。

（1）區域的聯動控制方向由行車方向決定，如圖2所示，按行車方向將車輛首先經過的區域劃分為區域1，而車輛第二經過的區域劃分為區域2。

（2）若有車輛經過區域1時，區域1控制器成員及控制器頭識別到區域1的車流量及車速，區域1控制器頭收集到控制器成員識別的車流量及車速并計算該區域車流量、車速信息的平均值，區域1控制器頭將計算的平均值發送給下一個區域即區域2的控制器頭。

（3）區域2的控制器頭收到區域1計算的平均車流量及車速信息，每個區域都有固定的道路距離，區域2控制器頭根據區域固定的道路距離及收到的區域1控制器頭的平均車速信息計算出車輛到達區域2的時間。

（4）區域2控制器頭在車輛到達時間90%的時候開始給所有區域2的控制器成員下發控制指令，下發的控制指令為路燈的控制亮度。路燈的控制亮度根據區域1識別到的車流量信息及照度信息進行控制，在照度相等的情況下，車流量越多時路燈亮度較亮，車流量越低時路燈亮度較暗，所有控制器成員接收到控制指令立刻控制路燈到相應的照明亮度。

3 仿真與分析

在本次仿真實驗中，選取一天（24小時）的車流量及照度信息作為仿真數據源輸入仿真模型中，仿真實驗是測試24小時內隨著照度及車流量的變化，路燈照明亮度調節的變化，以每一個小時為時間間隔選取為車流量及照度測試點，仿真結果如圖3所示。

從仿真結果圖中可以明確看出，白天照度較高的情況下，雖然有車流量高峰存在，但是照明亮度調節的等級不高一般都為0；而在晚上照度較低的情況下，22—24點為車流量較為集中的時間區間，此時亮度調節等級達到了0.6為最高的亮度等級；在凌晨到早上6點期間，雖然照度較低，但車流量也較低，所以所調節的路燈照明亮度等級也較低，該仿真實驗很好地反映了車流量照度與路燈照明調節亮度的關系，同時很好地反映出該策略的有效性。

通過仿真分析，表明該聯動控制策略能有效提高照明管理效率，節約照明能耗。

4 結語

本文針對智慧照明領域的智慧照明控制策略展開研究，通過分析目前智慧照明控制的研究現狀，總結出智慧照明控制當前存在環境信息采集部分與照明控制部分及集中控制器與集中控制器之間聯動性較差的問題，提出一種面向智慧照明的聯動控制策略。該策略將道路的路燈集中控制器組成一種聯動控制網絡拓撲結構，通過組建該結構，照明控制器之間能實現相互通信及相互聯動的效果，從而解決了照明設備聯動性較差的問題。且本文在聯動控制網絡拓撲結構的基礎上，提出了一種根據車流量的變化，集中控制器相應調節路燈的照明亮度的策略，聯動控制策略與車流量照明亮度變化策略相結合，能較好地提高照明控制的管理效率及降低照明能耗，同時也減少了照明資源的浪費，減少了人工維護成本。

[參考文獻]

[1]肖鵬.智慧路燈在城市道路照明中的應用[J].電工技術，2018（22）：121-125.

[2]王子卓越.智能照明應用發展與趨勢[J].科技與創新，2018（24）：150-153.

[3]程新華，張健.基于群體決策自主控制的街道照明系統[J].計算機與數字工程，2017（10）：1945-1964.

[4]張立萍，柴萬東，孟散散.蟻群算法在智能LED路燈控制中的應用研究[J].光電子·激光，2017（6）：584-590.