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。
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 62124：2004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。
與國際大公司相比，亞洲的智慧照明公司重視硬體的投入，不太重視後台的軟體，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，揭露大批智慧硬體安全漏洞，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。
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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