iNELS SMART CITY | Smart street lighting
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一、研究的目的和意義
作為智慧城市的重要組成部分，智慧照明是智慧城市的公共服務應用項目之一。將其更好地融合到智慧城市建設的大潮中，具有重要意義。
智慧照明可以融合微基地台、監控攝影機、多媒體螢幕、資訊互動螢幕、太陽能光伏、感測器，以及LED照明於一體，是綜合計算、網路、物理環境的多維複雜系統。
而照明與通信的結合，甚至與感測器、物聯網等的結合，都是嶄新的課題。多領域的交叉融合，帶來了一系列的問題，如缺乏組件間的通信和接口規範，以及相應的測試要求等。
智慧照明標準體系尚未建立，目前全世界都沒有相應的系列標準，這就需要我們研究建構相應的標準體系，確立標準框架，使各類智慧照明產品的品質能從安全、性能和電磁相容等方面，進行科學合理的評價，為智慧照明行業健康發展，建立標準方面的技術基礎。
本文將著重探討智慧照明的室外應用—智慧路燈，和智慧照明的室內應用—智慧家庭照明的標準體系框架。
二、智慧照明的應用現狀
2.1 智慧路燈的應用現狀
透過路燈改造，將大功率的高壓鈉燈路燈，改造成節能的LED路燈，並在LED路燈上增加一個單燈控制器，透過PLC（電力線載波）、ZigBee或NB-IoT（窄頻物聯網）協議，可以將所有的路燈，進行資訊化管理，實現巡檢和防盜功能。
如圖1所示。使用者端利用電腦、iPad或手機終端，透過 Internet 來控制，路燈中央控制管理系統（簡稱中央控台），中央控台再透過 Internet 和行動網路，把指令發給集中控制器（簡稱集中控台），集中控台再透過ZigBee無線協議，或PLC有線協議，控制旗下的每盞LED路燈（如圖 1 右圖所示，三層架構）。
中央控台也可以直接透過NB-IoT或4G網，將指令發送到每盞路燈（如圖1左圖所示，兩層架構）。透過以上方式，後台可以對LED智慧路燈，實現開關控制、調光控制（PWM或0～10V調光）、巡檢、自由編組、地圖指引、按天文時鐘自動運行、故障報警、偷盜報警和遠端抄表等功能。
這是智慧路燈的初級階段，也是如今應用最多的工程案例。
路燈作為規則分布的城市基礎設施，是城市中分布最廣泛、最均勻的物聯網，有望成為智慧城市最重要的載體。
如圖2所示，在智慧主燈上搭載充電樁、微基地台、資訊顯示螢幕、攝影機、RFID電子標籤和光伏板等，在智慧輔燈上加載通信子系統，和多種感測器，透過PLC/Zigbee/NB-IoT等協議連接成網；
再透過4G或光纖，把數據傳輸到後台，可以實現小到對人孔蓋監測，大到整個城市景觀效果、園林綠化灌溉控制；上到道路交通狀況監控，下到地下管網安全、城市排澇的全方位檢測與控制；真正把智慧城市建設落到實處。
這是智慧路燈的高級階段，目前處於快速發展期。
需要說明的是，隨著人們健康意識，和對無線上網速度要求的提高，「鄰避效應」擴展，部分大基地台將被微基地台取代，帶有微基地台的智慧路燈，本身就可以是4G/5G網路的載體。
2.2 智慧家庭的應用現狀
智慧家庭（Smart Home/Home Automation）是以住宅為平台，利用綜合佈線技術、網路通信技術、安全防範技術、自動控制技術、音視訊技術，將家居生活有關的設施整合，建構高效的住宅設施，與家庭日程事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，並實現環保節能的居住環境。
智慧照明是智慧家庭的一個最重要的子系統，如圖3所示：
智慧家庭控制系統是智慧家庭核心，是智慧家庭控制功能實現的基礎。燈光的智慧控制，又是智慧家庭控制系統裡重要一環。智慧家庭照明系統控制的立項，就是針對智能照明，更確切地來說，是針對智慧家庭照明的控制實現方式做一些探索。
從佈線方式來分，可分為有線控制和無線控制；從控制終端來分，可分為遙控器、智慧面板、智慧手機、平板電腦和PC；從控制的傳輸方式（協議）來分：有WiFi控制、射頻控制、NB-IoT控制、ZigBee控制、485控制、232控制、紅外線控制等。
三、 全球智慧照明標準現狀
3.1 國際智慧照明標準現狀
3.1.1 IEC（國際電工委員會）
國際上，IEC/TC34燈和相關器件技術委員，在原有的SC34A（燈）、SC 34B（燈頭＆燈座）、SC 34C（附件）、SC 34D（燈具）的 4 個分委會的大框架下，新增AG4 Lighting systems（智慧照明工作組），專門開展智慧照明標準化相關工作，如圖4所示。
AG4關於智慧燈具和智慧照明系統的定義如下：
Intelligent luminaire（ 智慧燈具 ）：Luminaire equipped with components that have sensing, communication, and processing capability． （智慧燈具是配備了具有感測、通信和處理能力的組件的燈具。）Intelligent lighting system（智慧照明系統）：Collection of one or more intelligent luminaires together with one or more controlling devices． （智慧照明系統是一個或多個智慧燈具，與一個或多個控制裝置的組合。）
3.1.2 ISO（國際標準化組織）
國際標準化組織ISO/TC 274光，與照明技術委員會成立 ISO/TC 274/WG2（第二工作組），工作組秘書處設在對岸中國建築科學研究院。
ISO/TC 274/WG2工作組，將重點開展ISO 21274《Light and Lighting–commissioning Process of Adaptive Lighting systems》（光與照明—智慧照明系統調試方法）的編制工作，並將與來自奧地利、加拿大、荷蘭、德國等十一個國家，共同研究探討，未來國際智慧照明領域，相關標準化工作。
3.1.3 國際其他組織
國際上還有一些組織，在積極推動智慧照明的發展，如成立於2012年的TALQ聯盟，其旨在建立一個，可在全球範圍內接受的，用於室外照明的中央控制管理系統軟體接口協議，目前已發佈TALQ技術規範1.0.2版本。
再如Fairhair聯盟，其旨在指導和簡化建築中，照明和建築自控生態系統，向物聯網技術的轉化，並消除關於IT基礎設施、安全性和相容性方面的擔憂。
Fairhair聯盟的六家發起成員——飛利浦照明、路創、西門子、歐司朗、思科和芯科科技，意識到單個的建築系統服務公司，很難打破當前存在的，不同的建築服務通信標準之間的藩籬，行業更加需要跨領域的通力合作，來打造通用的IT和IoT技術，以適合當今建築服務中的主流通信標準。
Fairhair聯盟，並不創建新的，或附加的應用層協議，相反，Fairhair聯盟與主流的生態系統，如BAcnet、KNX和ZigBee緊密合作，以使這些技術轉化為IoT技術。
Fairhair的解決方案，將使用支持IPV6的網路技術，如802.15.4網狀網路（mesh network），WiFi和 Internet。Fairhair聯盟的長期願景，是實現一種低成本、高安全性的，基於IP的統一網路基礎架構，並將其作為可互操作的照明，和建築自動化系統的基礎。
HomeKit，是蘋果公司的一套開放的API和協議集合，整合了Siri的語音交互功能，用戶可透過Siri語音輸入控制指令，實現對門鎖、燈具、攝影機、開關插座等，智慧家庭設備的整合化控制，其研發初衷是希望 ios 設備，成為智慧家庭設備的控制中心，各個廠家的智慧家庭設備在ios層面相互協作，而無需這些廠家直接進行對接。
HomeKit目前主要支持WiFi、BLE，及直接連接 Internet 的智慧設備。Allseen Alliance，是由The Linux Foundation主持的一個協作項目，該項目以開源項目AllJoyn為基礎，後者首先由高通發起，其目標是讓各色各樣的設備、應用及服務，都能透過各種線上或離線管道（如WiFi、電線或 Internet ）進行連接。AllJoyn不需要網路連接，且設計為跨操作系統及平台連接。
此外，Google、三星、松下等巨頭，都紛紛推出自己的智慧家庭平台，有一系列的產品和標準，囊括智慧照明。
3.2 台灣發佈了：
智慧照明系統-第1部：系統功能；
CNS 15652-2-2013智慧照明系統-第2部：廣域網路介面；
CNS 15652-3-2013智慧照明系統-第3部：場域網路介面；
CNS 15652-4-2013智慧照明系統-第4部：場域網路設計指引；
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