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智慧照明让生活更美好

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人气:-发表时间:2017-12-28 16:43【

这个世界哪怕仅一天没有光明都是不可想象的。因不能驯服自然光源,人类只好转向人造光源,其中电光源是最重要的一种。1879年,爱迪生首度发明了可以市场化的白炽灯,电光源取得第一个飞跃;1938年,荧光灯(低压气体放电灯)诞生,电光源取得第二个飞跃;1993年,中村修二发明蓝光LED技术,逐渐引爆了LED照明光源的大量商品化,是电光源发展史上的第三个飞跃。根据已有的数据显示,目前全世界25%的电力都被用于照明,而使用LED灯具之后,用于照明的电力将会降低到4%,这无疑将改变整个世界。正是由于这个世纪贡献,中村修二等3人于2014年获得了诺贝尔物理学奖。

图1是欧洲照明协会2025年战略路线图,它清楚描述了照明行业已经经历和即将发生的深刻变革:光源LED化以实现低碳绿色照明,LED光源光效不断提高及智能照明系统的使用以推动可持续的节能进程,以人为本、智慧照明以营造健康舒适的生活。

目前,我们正处于智能照明向人本照明(即智慧照明)过渡的阶段。智能照明的主要目的仍然是节约能源,利用LED光源亮度容易控制的特点,在灯具中结合了传感器及智能驱动,通过传感器实时监控与跟踪感知外界环境参数,根据用户的需求对LED完成开关灯控制、亮度调节、色温调节甚至色彩控制,从而实现多种功能化照明。

而智慧照明是照明控制的高级阶段。在智能照明控制的基础上,随着物联网和云计算技术的兴起,基于大数据及机器学习等人工智能技术,通过主动感知用户所处环境、理解用户照明喜好、挖掘用户照明需求,自动构建舒适健康的照明环境。

智能照明和智慧照明的边界是模糊的,如果一定要加以区分,则可以这么来理解:智能照明按照人们定义好的控制逻辑来工作,而智慧照明则能够主动、智能地规划控制逻辑,以实现以人为本的照明目标,这个进步靠大数据和机器学习等人工智能技术来推动。

智慧照明的智慧程度是随着科技的发展而逐渐深化的。在人们工作和生活的多个方面中,智能照明控制系统正在或将要为人们提供多重服务并带来显著的社会效益,譬如:

1.节能及降低照明设备运维成本。通过多个照明控制策略,在满足照明需求的基础上最小化照明能耗,譬如:光照度分布控制、带动静感应和位置传感的照明控制、日光采集和窗帘联动的照明控制、分时间区段自动调光控制等。本着节能的目标和对节能效益共享的探索,还催生了新的商业模式,即分享节能效益的合同能源管理,为了实现节能最大化和降低灯具替换、检修成本,灯具能耗统计、工作状态监控和故障上报功能是必需的。

2.实现特定工作场景或氛围。智能会议控制系统,照明控制是其中的一个子系统,根据会议议程的需要,照明现场需要在多个场景模式之间切换,譬如欢迎模式、休息模式、投影模式、会议模式等。另外,在某些特定场合,譬如展览馆、剧院、室内种植养殖照明等,对灯光环境参数要求很严格,需要通过智能照明控制系统来调节LED光源,才能产生适合的光环境:适合的照度和光照分布、亮度/波长/颜色/色温搭配、视觉诱导、增强色彩和质感、增强分辨率等。

3.调节人体生理节律。健康照明,不仅仅是指适合的亮度、无炫光和无频闪等视觉健康需求,还包括工作安全和效率提高、生理节律调节及疾病康复等心理和生理健康需求。一天中自然光的变化规律表明,适度亮度下的高色温环境可以抑制人体褪黑素分泌、诱发警觉度、提高工作效率;而低色温环境则会刺激褪黑素、促进放松与睡眠;高色温但亮度不够的环境中,人们会感到阴沉和情绪低落。通过智能照明控制系统,按照一天内自然光的变化规律,在室内模拟自然光的光环境,提供符合人们健康需求的LED生理照明,可以提高照明舒适度、调节生理节律、改善情绪、提高工作效率、辅助治疗疾病等。

4.物联化下的照明联动。在物联网大潮及万物互联趋势的冲击下,传统的照明产业也在致力于自身的产业升级,逐步融入智能家居、智能建筑以及智慧城市体系。在未来的智能家居、智能建筑和智慧城市这一大体系、大平台概念下,所有设备将通过信息的自动感知、交互、智能分析和控制融合在一起,照明设备能和其他业务设备之间互联互通、物物间协同联动来达到人本照明的效果。举例来说,智能建筑中理想的智能会议系统平台,能融合灯光系统、投影仪、显示器、电动屏幕、电动窗帘、多麦克风及音箱等设备。在准备播放PPT时,相关设备协调联动:电动屏幕自动展开,投影仪和显示器自动开启,灯光系统自动切换到投影模式,电动窗帘会根据窗外光照强度和室内投影模式照明自动调整遮阳角,PPT主讲者的麦克风进入工作状态,而其他麦克风进入噤声状态;PPT播放完毕,进入会议讨论议程时,相关设备开始新的协调联动:投影仪自动关闭散热降温,灯光系统自动切换到会议模式,电动窗帘会根据窗外光照和室内会议模式照明自动调整遮阳角,参会者面前的麦克风全部都进入工作状态。

在技术层面上,智能照明系统在融入智能家居、智能建筑和智慧城市时,遇到的主要障碍是“信息孤岛化、市场碎片化”问题,不同类型设备来自于不同企业,相互之间没有遵循统一的标准。目前,KNX作为全球性知名的楼宇控制协议总线开放式标准,基于不同应用层协议的智能照明系统(譬如DALI、DMX512、ZigBee-Lighting-Link等),借助于协议转换网关或者信号接口模块,都能和KNX总线下的其他业务系统(譬如环境探测、安防监控、会议系统、暖通空调等)有机地融合和联动。专业的智能照明系统方案商,得以专心做精自己的核心产品,再通过协议转换网关而融合到KNX总线平台下的智能建筑中,如图2所示。


5.拓展基于智能照明系统的其他增值服务。提供和照明本身相关的服务是智慧照明系统的基本服务,比如为人服务(基本照明和健康照明)、为动物服务(养殖照明)、为植物服务(植物照明),基本服务的特征是智能照明系统关注于LED灯具输出光的亮度、颜色、色温、波长等参数方面的智能控制。

为了避免基础设施的重复建设,可以基于智能照明系统的设施资源,来拓展照明业务之外的增值服务。智能照明系统有如下的设施资源或者照明业务特征可被利用:

现成的供电线和密集泛在的灯具分布。有人的地方就有照明,室内照明灯具密集分布,照明灯具遍布社会每一个角落。由于LED灯具和供电线路具有天然共存关系,可以借助PLC(电力线通信)技术和PLC/以太网网关,将每盏LED灯接入互联网。只需要将PLC芯片植入灯具,LED灯具就可以接收并转发电力线上输送的信息,而不需要为每盏LED灯单独铺设网线,这极大降低了信息接入成本。密集分布的智慧灯具,可以成为微型信息节点,将成为一张天然的、独立于电信部门基站而布设的泛在信息网;用户不需要支付昂贵的无线电频段使用费,也不需要和WiFi等技术争抢早已拥挤不堪的免费频段。

智慧照明灯具可以成为智慧城市的信息发布节点(广播或警报信息)和信息接收节点(分布式传感网),这些微型的“基站”比电信部门的基站布设得更密集、无处不在(即使在地下隧道内)、节能、安全、绿色环保,不需购买无线频谱。智慧灯具将成为物联网世界最大的末梢感知和信息网络,环境类传感信息(温湿度、气压、污染指数)、有毒气体泄漏检测传感信息(煤气、甲烷等)、火灾/烟雾检测传感信息等,都能通过集成于灯具的小型传感器来获取得到。密集泛在的智慧灯具,充当信息接收节点,实现多维、联合、协同感知。

简而言之,智能照明系统作为传统LED照明产业的升级,尤其在将来电力光缆大量普及的助推下,可以逐步走向智慧城市建设的中心,实现照明网、电力网和信息网的三网融合。

固定的灯具布设位置。每盏LED灯都具有唯一编号,对应于固定的位置坐标,这使得基于位置的服务(LBS)得以精确到每一盏灯的位置。可以设想,用户通过附近的灯将自己的位置传送给云端,然后云端通过灯为用户提供对应的位置服务信息,以支持定位导览、人员资产追踪、商品信息推送及导购、公共安全及人员搜救等服务。基于灯具的室内定位技术及其应用,将成为户外定位技术及应用的补充。

LED灯具输出的可见光。可见光通信将通信与照明有机结合,开发可见光新型频谱资源,依托广泛覆盖的照明网络实现“照中通”,为解决室内网络的“末端接入”和“深度覆盖”问题提供崭新手段。具有可见光通信功能的LED灯具,可实现定位、音视频传输、宽带接入互联网等功能。

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0月22日,在上海飞乐音响股份有限公司隆重召开了国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项“新形态多功能室内智慧照明关键技术及系统集成”项目启动会,该项目的目标是在室内照明区域建立一个集多维传感、互联互通和智能控制于一体的智慧照明灯联网,可以支撑传统灯具与多功能传感/通信模块的集成,灯具之间、灯具与云平台之间、灯具与移动终端之间的互联互通和基于大数据处理的智能控制。为实现以人为本的智慧照明开展关键科学问题的研究、研发核心技术和相关产品、积累示范经验。本项目的开展,将为国家在智慧照明研发和应用领域培养一批专门人才、形成具有自主知识产权的技术和标准体系、推动国内相关技术的产业化,最终为我国抢占智慧照明国际制高点提供强有力的支撑。

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