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2019年5月6日 星期一

IoT-Based Smart Street Lighting Enhances Energy Conservation



來源:阿拉丁照明网  作者:庄晓波 


  庄晓波
  上海时代之光照明电器检测有限公司標準技術部副主任
  《2018阿拉丁照明产业调研白皮书》智慧照明與物聯網科技 顧問
四、智慧路燈各子系統標準現狀研究
目前,智慧路燈處於快速發展期,現階段示範的產品已是照明、顯示螢幕、光伏、充電樁、感應器、通信和軟體等產業的跨界合成。未來還將實現硬體可植入、軟體可疊加、應用可拓展等,並可能向更大的領域延伸,如智慧醫療、智慧金融、智慧體育等。

由於智慧路燈相關技術和市場,尚處在不斷地發展變化中,加上跨越多個領域,和需要有關管理部門的制度支撐等問題,標準化工作難度很大。上述的多個組織制訂的有關智慧照明的標準,都各有側重點,智慧照明標準是碎片化的。

本節將對智慧路燈主要的幾個子系統,進行標準梳理。
4.1照明子系統
照明子系統的相關標準見表1,可以分為安全標準、電磁相容標準、性能標準(主要考核LED路燈的光學性能和燈具效能等)、環境標準、現場檢測(對道路的平均亮度、亮度總均勻度、亮度縱向均勻度、平均照度、照度均勻度、眩光、環境比以及功率密度等提出要求)和綜合標準。

  
4.2 顯示螢幕子系統
顯示幕子系統的相關標準見表2,可以分為安全標準、電磁兼容標準、性能標準(主要針對顏色)、環境標準(包括防水、防塵,高低溫,振動,跌落和鹽霧等)和綜合標準。目前,缺乏標準對智慧路燈用顯示幕的尺寸,和最大亮度等進行規範。

  
4.3 光伏子系統
光伏子系統的相關標準有以下6個:

1)CQC 1602-2013光伏電源供電的LED道路,和街路照明系統認證技術規範

2)GB/T 9535-1998地面用晶體矽光伏組件,設計鑒定和定型

3)GB 24460-2009太陽能光伏照明裝置總技術規範

4)GB/T 26849-2011太陽能光伏照明用電子控制裝置性能要求

5)IEC 61730-2:2004光伏(PV)組件安全鑒定第2部分:技術要求

6)IEC 621242004獨立光伏系統-設計驗證。其 中,GB 24460-2009標準要求, 整體結構具有足夠的強度,承受10級風荷載試驗,裝置防護等級應大於IP54,4m以上高度的燈桿,應具有良好的防雷和接地保護措施,接地電阻應小於30Ω,帶電體與金屬部件之間絕緣電阻,應大於2MΩ 箱體需設計成使用專用工具才能打開的結構 。


4.4 充電樁子系統
充電樁子系統的相關標準有以下5個:

1)GB/T 18487.1-2015電動汽車傳導充電系統第1部分:通用要求

2)GB/T 20234.1-2015電動汽車傳導充電用連接裝置第1部分:通用要求;

3)GB/T 20234.2-2015電動汽車傳導充電用連接裝置第2部分:交流充電接口;

4)GB/T 20234.3-2015電動汽車傳導充電用連接裝置第3部分:直流充電接口

5)GB/T 27930-2015電動汽車非車載傳導式充電機,與電池管理系統之間的通信協議。
4.5 感應器子系統
目前,用於智慧路燈的感應器,主要有MEMS(微機電系統)感應器、光敏感應器、紅外線感應器、超音波感應器和溫濕度感應器等,相關的標準並不齊全,主要有以下7個標準:

1)GB/T 7665-2005感應器通用術語

2)GB/T 30269.2-2013資訊技術感應器網路第2部

分術語

3)GB 10408.5-2000入侵探測器第五部分-室內用被動紅外線探測器

4)GB 10408.6-2009微波和被動紅外複合入侵探測器

5)GB/T 30269.701-2014資訊技術感應器網路第701部分感應器接口:信號接口

6)GB/T 15478-2015壓力感應器性能試驗方法

7)GB/T 15768-1995電容式濕敏元件與濕度感應器總規範。


4.6 音視訊子系統
音視訊子系統的相關標準有以下4個:

1)GB 8898-2011音訊、視訊及類似電子設備 安全要求

2)GB 20815-2006影像監控數位錄影設備

3)YD/T 1666-2007遠端影像監控系統的安全技術要求

4)YD/T 1806-2008基於IP的遠端影像監控設備技術要求。


4.7 通信子系統
智慧路燈通信,從通信接入方式上,可以分為有線通信方式和無線通信方式。

有線通信主要方式為:PLC、DALI、DMX512、KNX/EIB、BACNet、RS-485和Ethernet。

無線通信主要方式為:ZigBee、WiFi、Bluetooth、Enocean、UWB、 NFC、IRDA和NB-Iot。

本節主要對以下常用的10個通信協議的標準(或者稱之為通信規範)和5個自定義的通信協議進行梳理:

1)PLC(電力線載波)GB/Z 20177.1-2006 控制網路LONWORKS技術規範 第1部分:協議規範GB/Z 20177.2-2006控制網路LONWORKS技術規範

第2部分:電力線信道規範GB/Z 20177.3-2006控制網路LONWORKS技術規範

第3部分:自由拓撲雙絞線信道規範GB/Z 20177.4-2006控制網路LONWORKS技術規範

第 4 部分:基於隧道技術在IP信道上傳輸控制網路協議的規範

2)DALI(數位可尋址照明接口):DALI 1:GB/T 30104系列(共12個),等同採用IEC 623861.0版本;DALI2:IEC 62386 2.0版 本, 目前已發佈IEC62386-101, 102, 103, 201, 207, 208, 209, 216, 217,218, 222, 224, 301, 302, 303, 304, 332, 333等18個標準。

3)DMX512(美國舞台燈光協會發佈的,一種燈光控制器與燈具設備進行數據傳輸的標準):WH/T 32-2008DMX512-A燈光控制數據傳輸協議

4)KNX: GB/T 20965-2013控制網路HBES技術規範住宅和樓宇控制系統

5)BACNet(樓宇自動控制網路數據通信協議)GB/T 28847.1-2012建築自動化和控制系統 第1部分:概述

GB/T 28847.2-2012建築自動化和控制系統第2部分:硬體

GB/T 28847.3-2012建築自動化和控制系統第3部分:功能

6)RS-485: TIA/EIA-485-A,485總線標準

7)Ethernet: IEEE802.3 IEEE802.11乙太網系列標準,無線局域網系列標準

8)ZigBee:IEEE802.15.4通信協議,GB/T 15629.15-2010資訊技術系統間遠端通信和資訊交換局域網,和城域網特定要求第15部分:低速無線個域網 (WPAN) 媒體訪問控制,和物理層規範(修改採用IEEE802.15.4:2006);

9)WiFi:IEEE 802.11a/b/g/n通信協議無應用層協議Allseen 聯盟成立智慧照明工作組,正在定義應用層協議

10)Bluetooth: IEEE802.15.1:物理層和MAC層規範無應用層協議。

5個自定義通信協議:
1)TALQ技術規範1.0.2版(中央控制管理系統軟件接口協議)

2)GB/T 34923.6-2017路燈控制管理系統第6部分:通信協議技術規範;

3)CJJ/T 227-2014城市照明自動控制系統技術規範,附錄A城市照明自動控制系統通信協議要求

4)GB/T 35255-2017LED公共照明智慧系統接口,應用層通信協議

5) 深圳市LED產業標準聯盟發佈的SQL/LSA004.3-2011LED路燈智慧照明技術規範第3部分:應用層通信協議。

4.8 軟體子系統
軟體子系統大體可分為嵌入式軟體和管理服務平台。

關於嵌入式軟體,相關標準主要有如下4個:

1) GB/T 28169-2011嵌入式軟體C語言編碼規範

2) GB/T 28171-2011嵌入式軟體可靠性測試方法

3) GB/T 28172-2011嵌入式軟體品質保證要求

4) GB/T 30961-2014嵌入式軟體品質度量

位於後台的管理服務平台,是整個智慧路燈系統的大腦,它透過對智慧路燈採集而來的大數據,進行分析處理,可以有效地應對城市管理中節能環保、道路交通、市民服務等諸多公共問題,甚至協助打擊犯罪。

智慧更多地體現在軟上。國際上,大公司不但重視智慧路燈的硬投入,更加重視軟的開發,如Philips建立了Citytouch 雲平台,GE建立了Predix雲平台,並在網路安全方面,投入大量的人力和物力,寄希望於基於雲平台的大數據挖掘,來提供服務,如GE在聖地亞哥的智慧路燈項目,已提供即時交通資訊、停車引導和槍聲檢測等服務。

與國際大公司相比,亞洲的智慧照明公司重視硬的投入,不太重視後台的軟,尤其是安全考量和研發投入較少。這些智慧路燈產品,在大範圍投入市場後,可能會被安全漏洞摧毀,且漏洞一旦暴露,後期的修復升級成本極高。

2016年對岸央視315晚會上,揭露大批智慧硬安全漏洞,如大疆無人機被劫持、智慧樓宇系統被惡搞、智慧家庭被隨意控制、智慧攝影機使用戶隱私全無,和智慧POS機盜刷銀行卡等。這部分曝光非常有前瞻性,把智慧設備的安全隱憂,擺到消費者面前,不僅是給這個領域的公司、創業者以及嘗鮮的用戶提了個醒,也給這個飛速發展智慧硬體行業扎了一針預防針。

關於網路安全,相關標準主要有如下11個:

1)GB 17859-1999電腦資訊系統安全保護等級劃分准則

2)GB/T 25068.1-2012資訊技術安全技術IT網路安全第1部分:網路安全管理

3)GB/T 25068.2-2012資訊技術安全技術IT網路安全第2部分:網路安全體系結構

4)GB/T 25068.3-2010資訊技術安全技術IT網路,安全第3部分:使用安全網關的網間通信安全保護

5)GB/T 25068.4-2010資訊技術安全技術,IT網路安全第4部分:遠端接入的安全保護

6)GB/T 25068.5-2010資訊技術安全技術IT網路安全第5部分:使用虛擬專用網的跨網通信安全保護

7)GB/T 20270-2006資訊安全技術網路基礎安全技術要求

8)GB/T 25069-2010資訊安全技術術語

9)GB/T 2887-2000電子電腦場地通用規範

10)GB/T 29234-2012基於公用電信網的寬頻客戶網路安全技術要求

11)SQL/LSA 004.4-2012 LED路燈智慧照明技術規範第4部分:資訊安全。

4.9 電磁相容
電磁相容包括了諧波、電壓波動和閃爍、無線電騷擾特性的限值和測量方法、抗擾度、靜電放電抗擾度、浪湧抗擾度和射頻場感應的傳導騷擾抗擾度等項目。目前,智慧路燈的各個硬體子系統,都有相應的 EMC標準,但缺少整機的EMC標準。

4.10 現場驗收

4.10.1燈桿
燈桿相關標準有2個:
1) QB/T 5093.1-2016燈桿第1部分:一般要求;

2) QB/T 5093.2-2016燈桿第2部分:鋼質燈桿。以上2個燈桿標準,主要對燈桿的機械性能進行考核,如尺寸及公差、檢修門耐衝擊性能、外殼防護等級、抗風和耐腐蝕等。

4.10.2設計
設計相關標準有5個:
1)CJJ 45-2015城市道路照明設計標準

2)CJJ/T 227-2014城市照明自動控制系統技術規範

3)CJJ 89-2012城市道路照明工程施工及驗收規程

4)DG/TJ 08-2182-2015道路LED照明應用技術規範

5)DG/TJ 08-2033-2008道路隧道設計規範。

五、智慧路燈標準體系框架探討
智慧路燈是跨界融合的複雜系統,標準體系尚未建立,本節在梳理智慧路燈各子系統標準現狀的基礎上,參考照明行業和其他行業標準體系,以及相應的他們對岸中國的國家標準,提出了智慧路燈系統標準體系框圖,如圖5所示。

  
由於智慧路燈融合了微基地台、監控攝影機、多媒體螢幕、資訊交互螢幕(KIOSK)、太陽能光伏、感測器以及LED照明於一體,智慧路燈系統是跨領域的多維複雜系統,具備全新城市照明系統 City Pad的功能,是智慧城市的重要載體,這就涉及多部門的管理協調,因此智慧路燈系統標準,急需強有力的外部支撐。

如顯示螢幕是否能放置在主幹道的路燈上,螢幕尺寸和最大亮度的要求是什麼,這都需要管理部門給出明確的規範。如智慧路燈底部箱體安裝空間較為局促,需制定相應標準將底部箱體進行分倉設計,高低壓設備和線路進行分倉安置,保證設備和檢修人員的安全。

對於智慧路燈系統的基本功能,至少應有遠端控制、故障報警和巡檢功能。

對於評價指標,應從節能、健康、安全和舒適等角度來綜合考量,如系統效率、中間視覺效應和光生物效應等。

對於子系統的內部支撐,應對多功能燈桿的機械強度進行考核,並規範各子系統的電源線(如220V AC 和12V/24V DC等)和控制線,以及子系統之間交互的接口協議、接線和測試方法等,再對組件間的電磁相容進行測試。

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對於現場驗收,應對智慧路燈的基本功能進行測試,並對系統可靠性和網路可靠性進行考核,如通信丟包率、無線同頻干擾和中繼測試等。

對於管理,可以分成設施監控、設施管理、生產管理、亮燈策略管理和監控數據管理等,服務於路燈行業管理部門,以及行政管理部門等用戶 。

對於大數據採集、分析、處理,大數據可以包括溫度、濕度、光照、電壓、電流、PM2.5、噪聲、雨量、風速、車流、地震、地下管網、人孔蓋等。

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