Connected lighting creates intelligent IoT
enabled office buildings
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商業照明是相對於家用照明的概念，場所一般是公共場所，比如商業辦公大樓、飯店、超市、商場、學校、停車場、博物館等，採購主體一般是機構而非個人，一般以工程施工的方式進行安裝。
商業照明所要達到的目標，往往取決於應用的場合，比如對照度、色溫的要求，以及對節能的要求等。隨著物聯網技術的應用，智慧系統賦予了商業照明以動態的、可變幻的、有特定程序的方式，與使用端進行交互，並能達到節能的效果，在商業照明中發揮著越來越大的作用。
智慧商業照明的發展，相對家用領域落地更早，發展更快。具有關機構統計和預計，2017年全球智慧照明市場規模46億美元，其中智慧商業照明佔比60％左右，未來幾年會穩步成長，到2020年全球智慧照明市場規模，將達到134億美金，相對於智慧戶外、家用和公共照明，智慧商業照明比重依然最高，佔一半以上。
智慧系統的應用場景
在商業照明裡，一些場合存在著智控的需求，這也是智慧系統能落地的前提。目前的智慧系統，在商業照明的應用，主要是節能、場景控制，以及集中監控等。
在節能場合，一般用到的控制方式是時間表控制，人感感測器控制，以及照度控制。比如倉庫照明，一個有上萬平方米的倉庫，貨架依次排列，傳統方式是燈一直亮著，送取貨的人員或者叉車從過道進出，但其實並不是一天裡，每時每刻每個過道都有人，很多過道大部分時間都沒有人，因此沒有必要保持所有的燈常亮。
這樣的結果就是電費很昂貴，一個倉庫營運的公司，全國的倉庫加在一起，一年下來的電費是一筆非常巨大的開銷。同樣的場合有地下停車場、商業辦公大樓等，這些場合的一個共同特點，是人不是一直在的，沒必要燈一直開在那裡。
智慧系統就提供了一個方案，感知人的存在，從而在需要的時間打開燈，比如倉庫場合感知人或叉車的存在，打開相應過道上的燈，其他沒有人活動的區域燈光關閉；又如地下車庫感知人和車輛，打開相應區域的照明等。
在辦公大樓領域，除了探測人的存在，還可以加上時間表控制來節能，比如圖1的村田東京辦公樓無線系統的節能應用案例，就綜合使用了人體探測，時間表控制來達到節能，跟之前沒有安裝控制系統比較，能源消耗降低了63％。
這樣的智慧系統，不但為企業提高了經濟效益，也符合全球控制溫室氣體，以及保護環境的目標。
圖1 村田東京辦公樓節能控制案例，能源消耗降低63％
在場景控制的場合，比如飯店的宴會廳就是一個很典型的應用。大型飯店的宴會廳又稱作多功能廳，會舉辦各種各樣的活動，比如行業論壇會議、產品發表、企業教育訓練、生日宴會、婚禮宴會等，每個活動對燈光的效果要求都不一樣，在同一活動中，不同的階段也對燈光有著不同的要求。
比如產品發佈，在嘉賓入場階段，產品宣講階段，中場休息階段等燈光就有不一樣的要求。會議室也有類似的場景，比如設置開會討論模式，PPT演示模式，中場休息模式，離開模式等。
場景控制帶來了燈光能動態適應當前的主題活動，取得很好的活動效果。在集中監控的場合，主要是一些大型的公共場所，比如辦公大樓，大型商場的公共區域等等，在主控平台上對燈光控制，節省人力和時間；同時對燈光工作的狀態進行監測，比如看有沒有哪個燈工作不正常，系統及時主動上報。相關管理工作人員可以收到資訊，有問題馬上派人維修。燈光的集中管理帶來了省時，省力和高效。
智慧系統的技術和方案
目前的智慧系統是怎麼實現以上功能的呢，主要是透過連接技術、感知技術，以及前後台軟體實現的。另外大數據、雲計算，以及人工智慧等，正在越來越多地與智慧照明結合，目前在家用照明方面趨勢比較明顯，相信在以項目應用為基礎的商用照明方面，未來也會找到更多契合點。
既然是智慧系統，連接是第一步，也是最基礎的一步，把所有的燈具連接起來能進行通信，才能在此基礎上，施以智慧手段進行調光、調色、監測能耗，以及查看燈具狀態等。
連接技術主要存在有線和無線，目前市場應用中大部分是有線連接。有線技術包括各類總線標準，比如RS485，DALI，BACNet，KNX等；無線連接主要包括ZigBee，BLE mesh， EnOcean， 私有射頻協議等。
有線通信相對無線優勢是穩定，信號不易受到干擾；但安裝麻煩，特別是在後裝改造市場，需要施工佈線，如果場所空間比較大，那麼施工量也是一筆巨大開銷。
無線的優勢是安裝方便，在後裝改造市場有著巨大優勢，在歐美等先進國家就比較明顯，在做施工時會考慮人工成本的問題，人工費用所佔的項目總成本比較高，包括後期維護更換等，所以在這個層面來說，無線是一個價值比較大的地方。
如圖2，目前的無線技術有很多，簡單的可以按照傳輸距離和傳輸速率進行區分。
圖2 各種無線通訊技術傳輸距離及速率
目前智慧路燈領域的無線傳輸系統，一般採用低功耗廣域網的技術，比如NB－IOT等，那麼適應商用照明的無線技術，應該具有哪些特點呢？根據實際的應用情況，一般認為應該有以下特點：組網規模大、組網方式方便、功耗低、網路穩定可靠、抗干擾性強、傳輸距離遠、低延遲、安全性高、標準化等。
由於是商用項目，業界選擇一般比較慎重，主要是從穩定可靠、系統性能、成本，以及施工方便度考慮。無線有其安裝便利和成本優勢，但還沒有佔目前的市場主流，主要還是對其在大網路下的可靠性和穩定性的顧慮，一些國際大公司，以及有獨特技術的企業，在此領域深耕做了不少努力。
比如其中村田研發的無線商用智慧照明系統，採用的方式是對mesh網路進行優化，採用特定的機制防止同頻干擾，在節點數量多的商用照明環境下，實現大規模燈具組網，並保持網路的可靠穩定。在全球市場越來越多的大型辦公大樓、博物館等場合應用。
以連接為基礎，智慧控制系統的控制手段，包括感知技術、前後台軟體等。目前應用的比較多的感知技術是被動紅外線（PIR）感測器、照度感測器、超音波感測器等。
PIR感測器可以檢測人的移動，實現人來燈亮，人走燈滅，應用在上面提的倉庫，以及車庫等場合就比較合適，有些場景可以配合超音波感測器的應用，檢測人的存在。
照度感測器檢測當前的光線強度，比如在白天建築物靠窗的位置，自然光線比較強，可以透過照度感測器調節燈具的亮度，實現恆照度應用，從而節省能耗。
後台軟體可以在後台伺服器裡，實現一些特定的邏輯，比如自動定時開關的邏輯，在辦公室的不同時段，上班時間、午休時間、下班時間等，控制不同區域燈光的開關和亮度。
後台軟體也可以根據記錄的燈具能耗情況，統計總體的能耗；也可以根據其他的系統裡監測的變量，統計相應的功能，創造數據的價值。前台軟體一般實現人機交互，比如場景控制，單燈控制，狀態顯示等。
當然技術是不斷發展的，商用智慧控制系統，正是由於不斷加入新的技術而變得越來越智慧， 性能越來越好。有些技術是很早就存在的，現在隨著各方面條件的成熟，在商用照明這個領域得到了新的應用。
比如各類感測器，村田就研發很多類型的感測器，有用在汽車上的，有用在醫療健康領域的，還有用在環境監測方面的等等，其中一些感測器也可以應用到商用照明系統裡來，比如監測環境的溫濕度、煙霧探測等，為商用照明系統，帶來更多的附加價值。
有些技術是近年來的新技術，比如人工智慧，在家用領域語音控制已有應用，也取得了很好的市場效果，相信也會在商用照明領域取得很好的結合。
在連接方面，一方面已有的協議本身在不斷演進，比如ZigBee演進到目前的3.0版本，其中一項標準功能是Green Power，進一步降低設備的功耗；另一方面近年來又有很多新的連接技術增加進來，比如標準化的藍牙Mesh， NB-IOT，LoRa等，當然在實際應用層面還要平衡成本，應用場景和商業模式。
能量採集技術也是商業照明的一大技術亮點，目前的感測器設備，控制面板等都是需要用電池的，而且需要定期更換電池，對於大型商用場合，更換數量眾多的設備電池，是很耗時耗力的事情，能量採集技術就提供一種方式，從環境中採集能量。
圖3就是一個村田的能量採集通信系統，應用在智慧社區的例子。主要是利用的光發電來給設備提供能量。其他的能量採集，還包括機械能轉化為電能，並儲存供電，將環境的溫差變化產生的熱能轉化為電能等，這些新的能量採集，以及儲能材料可以用在商用智慧系統的產品裡，替代電池供電，節省人力物力。
圖3 村田能量採集系統助力智慧社區
智慧系統當前的問題及對策
儘管商照領域相對家用來說，有比較能夠落地的智慧化的應用場景，但從整個商照市場來說，智慧系統的應用比例只是很小一部分，目前來看，要更多的普及智慧商照，主要需要關注以下幾個方面。
一是成本問題，即評價用戶的購買成本，是否匹配智慧照明創造的價值，一個例子是節能場合，這個場景就較容易評估，測算購買系統以及安裝維護的成本，與節省的能耗相比，是否值得做。又比如場景控制，如果購買的成本很高，用戶的購買動力就會顯著下降，鑒於目前的成本，智慧商照場景控制一般存在於中高端商照市場。
在目前市場的實際方案中，一套智慧照明方案是以系統的形式出現的，或是作為建築自控的一個子系統的形式出現，即由建築控制廠商提供一套建築控制系統，照明控制部分涵蓋在內；或是專注於照明控制的廠商，提供單獨的一套照明控制系統。
其實商照可以再細分到具體的垂直應用，比如車庫節能，宴會廳或會議室場景控制等，針對不同的商照垂直應用，提供最經濟適合的方案，靈活選擇整合不同的設備和軟體方案，而不是用同一套大而全的系統覆蓋所有場景，這樣也會顯著降低成本。在這方面最近市場也湧現了不少公司，有針對性的對某些垂直商照領域提供性價比最優的方案，顯著降低了成本。
二是用戶體驗，功能和性能是否真實達到理想的效果，比如車庫裡檢測人或車的感測器，其準確度是很重要的指標。又比如前面提到的商照垂直應用，針對某個具體的應用場合，結合應用特點和當前產品的主要問題，提供最優的方案，而不是用統一的系統平台適應所有的商照領域，這樣也會顯著提高用戶體驗。
三是產業鏈的協同和更多價值的創造。目前提供智慧商照系統方案的主要還是控制廠商，也有一些大的照明公司發展自己的控制系統，不管是哪種方式，跨界融合是大趨勢。
IT企業與照明企業的跨界聯合，為智慧照明帶來更多的新技術新方案，創造更多的價值應用。包括系統整合商和施工承包商也是重要的一環，將新方案落地，需要不斷更新原來的弱電整合技能，這也是一個需要培育的過程。
智慧系統在商業照明的應用未來會快速發展，隨著物聯網，人工智慧等技術的發展，傳統照明企業會不斷跨界融合，未來也將會有更多的新公司參與這個產業，智慧系統會變得普遍，為企業和社會創造巨大的價值。
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