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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站、視頻探頭、多媒體屏、信息交互屏、太陽能光伏、傳感器以及LED照明于一體，是綜合計算、網(wǎng)絡、物理環(huán)境的多維復雜系統(tǒng)。

而照明與通信的結合，甚至與傳感器、物聯(lián)網(wǎng)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(guī)范以及相應的測試要求等。智慧照明標準體系尚未建立，國內外都沒有相應的系列標準，這就需要我們研究構建相應的標準體系，確立標準框架，使各類智慧照明產(chǎn)品的質量能從安全、性能和電磁兼容等方面進行科學合理的評價，為智慧照明行業(yè)健康發(fā)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—家居智能照明的標準體系框架。

二、智慧照明的應用現(xiàn)狀

2.1 智慧路燈的應用現(xiàn)狀

通過路燈改造，將大功率的高壓鈉燈路燈改造成節(jié)能的LED路燈，并在LED路燈上增加一個單燈控制器，通過PLC(電力線載波)、ZigBee或NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))協(xié)議，可以將所有的路燈進行信息化管理，實現(xiàn)巡檢和防盜功能，如圖1所示。用戶使用電腦、iPad或手機終端通過因特網(wǎng)來控制路燈中央控制管理系統(tǒng)(簡稱中央控臺)，中央控臺再通過因特網(wǎng)和移動運營商網(wǎng)絡把指令發(fā)給集中控制器(簡稱集中控臺)，集中控臺再通過ZigBee無線協(xié)議或PLC有線協(xié)議控制旗下的每盞LED路燈(如圖 1 右圖所示，三層架構)。中央控臺也可以直接通過NB-IoT或4G網(wǎng)將指令發(fā)送到每盞路燈(如圖1左圖所示，兩層架構)。通過以上方式，后臺可以對LED智能路燈實現(xiàn)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、偷盜報警和遠程抄表等功能 [1]。這是智慧路燈的初級階段，也是如今應用最多的工程案例。

圖一智慧路燈系統(tǒng)示意圖

路燈作為規(guī)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(lián)網(wǎng)，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、微基站、信息屏、攝像頭、RFID電子標簽和光伏板等，在智慧輔燈上加載通信子系統(tǒng)和多種傳感器，通過PLC/Zigbee/NB-IoT等協(xié)議連接成網(wǎng);再通過4G或光纖把數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_，可以實現(xiàn)小到對窨井蓋監(jiān)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(jiān)控，下到地下管網(wǎng)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，目前處于快速發(fā)展期。

圖二智慧路燈示意圖

需要說明的是，隨著人們健康意識和對無線上網(wǎng)速度要求的提高，“鄰避效應”擴展，部分宏基站將被微基站取代，帶有微基站的智慧路燈本身就可以是4G/5G網(wǎng)絡的載體。

2.2 智能家居的應用現(xiàn)狀

智能家居(smart home/home automation)是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網(wǎng)絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。智能照明是智能家居的一個最重要的子系統(tǒng)，如圖3所示：

圖三智能家居系統(tǒng)示意圖

智能家居控制系統(tǒng)是智能家居核心，是智能家居控制功能實現(xiàn)的基礎。燈光的智能控制又是智能家居控制系統(tǒng)里重要一環(huán)。智能家居照明系統(tǒng)控制的立項就是針對智能照明，更確切地來說是針對智能家居照明的控制實現(xiàn)方式做一些探索。從布線方式來分，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、智能面板、智能手機、平板電腦和PC;從控制的傳輸方式(協(xié)議)來分：有WiFi控制、射頻控制、NB-IoT控制、ZigBee控制、485控制、232控制、紅外控制等。

三、 國內外智慧照明標準現(xiàn)狀

3.1 國際智慧照明標準現(xiàn)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。

圖四  IEC  TC34 架構

AG4關于智能燈具和智能照明系統(tǒng)的定義(征求意見稿)如下：

intelligent luminaire( 智 慧 燈 具 )：luminaireequipped with components that have sensing,communication, and processing capability. (智慧燈具是配備了具有傳感、通信和處理能力的組件的燈具。)intelligent lighting system( 智 慧 照 明 系 統(tǒng) )： collection of one or more intelligent luminaires together with one or more controlling devices. ( 智慧照明系統(tǒng)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)，工作組秘書處設在中國建筑科學研究院。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—智能照明系統(tǒng)調試方法)的編制工作，并將與來自奧地利、加拿大、荷蘭、德國等十一個國家共同研究探討未來國際智能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(fā)展，如成立于2012 年的TALQ聯(lián)盟，其旨在建立一個可在全球范圍內接受的用于室外照明的中央控制管理系統(tǒng)軟件接口協(xié)議，目前已發(fā)布TALQ技術規(guī)范1.0.2版本。

再如Fairhair聯(lián)盟，其旨在指導和簡化樓宇中照明和樓宇自控生態(tài)系統(tǒng)向物聯(lián)網(wǎng)技術的轉化，并消除關于IT基礎設施、安全性和兼容性方面的擔憂。Fairhair聯(lián)盟的六家發(fā)起成員——飛利浦照明、路創(chuàng)、西門子、歐司朗、思科和芯科科技意識到單個的樓宇系統(tǒng)服務公司很難打破當前存在的不同的樓宇服務通信標準之間的藩籬，行業(yè)更加需要跨領域的通力合作來打造通用的IT和IoT技術，以適合當今樓宇服務中的主流通信標準。Fairhair聯(lián)盟并不創(chuàng)建新的或附加的應用層協(xié)議，相反，F(xiàn)airhair聯(lián)盟與主流的生態(tài)系統(tǒng)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(wǎng)絡技術，如802.15.4網(wǎng)狀網(wǎng)絡(mesh network)，Wi-Fi和以太網(wǎng)。Fairhair聯(lián)盟的長期愿景是實現(xiàn)一種低成本、高安全性的基于IP的統(tǒng)一網(wǎng)絡基礎架構，并將其作為可互操作的照明和樓宇自動化系統(tǒng)的基礎。

HomeKit是蘋果公司的一套開放的API和協(xié)議集合，整合了siri的語音交互功能，用戶可通過siri語音輸入控制指令，實現(xiàn)對門鎖、燈具、攝像頭、開關插座等智能家居設備的集成化控制，其研發(fā)初衷是希望ios設備成為智能家居設備的控制中心，各個廠家的智能家居設備在ios層面相互協(xié)作，而無需這些廠家直接進行對接。HomeKit目前主要支持Wi-Fi、BLE及直接連接以太網(wǎng)的智能設備。Allseen Alliance，是由The Linux Foundation主持的一個協(xié)作項目，該項目以開源項目AllJoyn為基礎，后者首先由高通發(fā)起，其目標是讓各色各樣的設備、應用及服務都能通過各種在線或離線渠道(如WiFi、電線或以太網(wǎng))進行連接。AllJoyn不需要互聯(lián)網(wǎng)連接，且設計為跨操作系統(tǒng)及平臺連接。