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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。
智慧照明標準體系框架研究報告(上)
 
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。
智慧照明標準體系框架研究報告(上)

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。
智慧照明标准体系框架研究报告(上)

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。
智慧照明标准体系框架研究报告(上)
 
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:

智慧照明標準體系框架研究報告(上)
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。
智慧照明标准体系框架研究报告(上)

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。
智慧照明標準體系框架研究報告(上)

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。
智慧照明標準體系框架研究報告(上) 

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;
CNS 15652-5-2013智慧照明系統-第5部:照明設備。