智慧路燈標(biāo)準(zhǔn)體系框架研究

莊曉波，李文鵬，楊 樾

(1.上海時(shí)代之光照明電器檢測有限公司，上海 201114；2.上海羅曼照明科技股份有限公司，上海 200082)

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智慧路燈標(biāo)準(zhǔn)體系框架研究

莊曉波1，李文鵬2，楊 樾1

(1.上海時(shí)代之光照明電器檢測有限公司，上海 201114；2.上海羅曼照明科技股份有限公司，上海 200082)

本文介紹了智慧路燈的應(yīng)用和國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，并對智慧路燈照明子系統(tǒng)、顯示屏子系統(tǒng)、光伏子系統(tǒng)、充電樁子系統(tǒng)、傳感器子系統(tǒng)、音視頻子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、軟件子系統(tǒng)、電磁兼容和現(xiàn)場驗(yàn)收等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)梳理，最后探討了智慧路燈標(biāo)準(zhǔn)體系框架。

智慧照明；智慧路燈；標(biāo)準(zhǔn)體系框架

引言

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(wù)應(yīng)用項(xiàng)目之一，將其更好地融合到智慧城市建設(shè)的大潮中，具有重要意義。智慧照明是綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，具備全新城市照明系統(tǒng)CityPad的功能，并融合微基站、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。

而照明與通信的結(jié)合，甚至與傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等的結(jié)合，都是嶄新的課題。多領(lǐng)域的交叉融合，帶來了一系列的問題，如組件間的通信和接口標(biāo)準(zhǔn)以及相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)等。智慧照明標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立，國內(nèi)外都沒有相應(yīng)的系列標(biāo)準(zhǔn)，這就需要我們研究構(gòu)建相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，確立標(biāo)準(zhǔn)框架，使各類智慧照明產(chǎn)品的質(zhì)量能從安全、性能和電磁兼容等方面進(jìn)行科學(xué)合理的評價(jià)，為智慧照明行業(yè)健康發(fā)展建立標(biāo)準(zhǔn)方面的技術(shù)基礎(chǔ)。

本文將著重探討智慧照明的室外應(yīng)用——智慧路燈的標(biāo)準(zhǔn)體系框架。

1 智慧路燈的應(yīng)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(gè)單燈控制器，通過PLC(電力線載波)或ZigBee協(xié)議，可以將所有的路燈進(jìn)行信息化管理，實(shí)現(xiàn)巡檢和防盜功能，如圖1所示。用戶使用電腦、iPad或手機(jī)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GPRS網(wǎng)絡(luò)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(b)所示，三層架構(gòu))。中央控臺也可以直接通過3G或4G網(wǎng)絡(luò)將指令發(fā)送到每盞路燈(如圖1(a)所示，兩層架構(gòu))。從而后臺可以對LED智能路燈實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制、調(diào)光控制(PWM或0～10V調(diào)光)、巡檢、自由編組、地圖指引、按天文時(shí)鐘自動(dòng)運(yùn)行、故障報(bào)警、偷盜報(bào)警和遠(yuǎn)程抄表等功能[1]。這是智慧路燈的初級階段，也是如今應(yīng)用最多的工程案例。

圖1 智慧路燈系統(tǒng)示意圖(初級階段)Fig.1 Schematic diagram of smart pole (primary stage)

路燈作為規(guī)則分布的城市基礎(chǔ)設(shè)施，是分布在城市中最廣泛、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(biāo)簽和光伏電池板等，在智慧輔燈上加載通信子系統(tǒng)和多種傳感器，通過PLC/Zigbee/6Lowpan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(shí)現(xiàn)小到對窨井蓋監(jiān)測，大到整個(gè)城市景觀效果、園林綠化灌溉控制；上到道路交通狀況，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(shè)落到實(shí)處。這是智慧路燈的高級階段，目前處于快速發(fā)展期。

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(yīng)”擴(kuò)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是4G/5G網(wǎng)絡(luò)的載體。

2 國內(nèi)外智慧路燈標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2.1 國際智慧路燈標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

1)IEC。國際上，2014年11月IEC/TC34/AG2在東京向TC34提交了改組組織架構(gòu)的建議；TC34技術(shù)委員會(huì)采納了如下的建議，即在原有的SC 34A(燈)、SC 34B(燈頭&燈座)、SC 34C(附件)、SC 34D(燈具)的4個(gè)分委會(huì)的基礎(chǔ)上，新增第5個(gè)分委會(huì)SC 34E(智慧照明系統(tǒng))，如圖3所示。

由于SC 34E分委會(huì)需要IEC各成員國投票表決，行政審批時(shí)間長；IEC TC34又成立了AG4工作組開展智慧照明標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)工作，AG4關(guān)于智能燈具和智能照明系統(tǒng)的定義(征求意見稿)如下：①intelligent 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傳感、通信和處理能力的組件的燈具)；②intelligent 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(gè)或多個(gè)智慧燈具與一個(gè)或多個(gè)控制裝置的組合)。

圖2 智慧路燈系統(tǒng)示意圖(高級階段)Fig.2 Schematic diagram of smart pole (advanced stage)

圖3 IEC TC34新架構(gòu)Fig.3 The new structure of IEC TC34

2016年5月，IEC T34 AG4在華盛頓召開了第二次工作組會(huì)議。會(huì)議最終確定《照明系統(tǒng) 術(shù)語和定義》、《自適應(yīng)照明系統(tǒng)光源待機(jī)功率的測試》、《照明系統(tǒng) 一般要求》和《用于具體應(yīng)用領(lǐng)域的照明系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)指南》4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)提案作為優(yōu)先啟動(dòng)項(xiàng)目開展預(yù)研籌備工作，其中3項(xiàng)提案來自中國。

2)ISO。2016年4月，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC 274光與照明技術(shù)委員會(huì)通過投票正式同意建立ISO/TC 274/WG2(第二工作組)，該工作組秘書處設(shè)在中國建筑科學(xué)研究院，由中國管理。ISO/TC 274/WG2工作組將重點(diǎn)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(diào)試方法)的編制工作，并將與來自奧地利、加拿大、荷蘭、德國等11個(gè)國家共同研究探討未來國際智能照明領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作。2016年6月，ISO/TC274/WG 2第一次全體會(huì)議在意大利都靈召開。會(huì)上各國專家重點(diǎn)討論了ISO/PWI 21274名稱、范圍，以及智能照明術(shù)語、定義以及標(biāo)準(zhǔn)化工作路線等問題。

3)國際其他組織。國際上還有一些組織在積極推動(dòng)智慧照明的發(fā)展，如互聯(lián)照明聯(lián)盟TCLA(The Connected Lighting Alliance)，該組織并不參與制定標(biāo)準(zhǔn)，而是采納已有的開放標(biāo)準(zhǔn)來支持無線照明解決方案的全球普及和發(fā)展，推薦ZLL(ZigBee Light Link)協(xié)議用于路燈，推薦Thread協(xié)議用于樓宇照明。如成立于2012年的TALQ聯(lián)盟，其旨在建立一個(gè)可在全球范圍內(nèi)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(shù)規(guī)范1.0.2版本。再如Fairhair聯(lián)盟，其旨在指導(dǎo)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(shù)的轉(zhuǎn)化，并消除關(guān)于IT基礎(chǔ)設(shè)施、安全性和兼容性方面的擔(dān)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(gè)的樓宇系統(tǒng)服務(wù)公司很難打破當(dāng)前存在的不同的樓宇服務(wù)通信標(biāo)準(zhǔn)之間的藩籬，行業(yè)更加需要跨領(lǐng)域的通力合作來打造通用的IT和IoT技術(shù)，以適合當(dāng)今樓宇服務(wù)中的主流通信標(biāo)準(zhǔn)。Fairhair聯(lián)盟并不創(chuàng)建新的或附加的應(yīng)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(shù)轉(zhuǎn)化為IoT技術(shù)。Fairhair的解決方案將使用支持IPv6的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如802.15.4網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(mesh network)，Wi-Fi和以太網(wǎng)。Fairhair聯(lián)盟的長期愿景是實(shí)現(xiàn)一種低成本、高安全性的基于IP的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，并將其作為可互操作的照明和樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2.2 國內(nèi)智慧路燈標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

國內(nèi)也有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，如中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)(CEC)發(fā)布了6項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)：《路燈控制管理系統(tǒng) 總則》(征求意見稿)；《路燈控制管理系統(tǒng) 主站技術(shù)規(guī)范》(征求意見稿)；《路燈控制管理系統(tǒng) 通信協(xié)議》(征求意見稿)；《路燈控制管理系統(tǒng) 路燈控制器技術(shù)規(guī)范》(征求意見稿)；《路燈控制管理系統(tǒng) 路燈控制管理終端技術(shù)規(guī)范》(征求意見稿)；《路燈控制管理系統(tǒng) 安全防護(hù)技術(shù)規(guī)范》(征求意見稿)。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了CJJ/T 227—2014 《城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》；國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(CSA)發(fā)布了：CSA 018—2013《LED公共照明智能系統(tǒng)接口應(yīng)用層通信協(xié)議》；CSA/TR 001—2014《LED照明控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化綜述》；CSA 040—201X《家居智能照明設(shè)備無線通信模塊接口規(guī)范》(征求意見稿)；CSA 041—201X 《家居智能照明設(shè)備功能屬性規(guī)范》(征求意見稿)；CSA/TR 003—201X《家居智能照明系統(tǒng)架構(gòu)及互聯(lián)互通技術(shù)》(征求意見稿)；CSA/TR 004—201X《LED智能家居互聯(lián)照明控制協(xié)議技術(shù)報(bào)告》(征求意見稿)；CSA 045—201X《智能照明體系構(gòu)架與技術(shù)參考模型》(提案)。上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會(huì)發(fā)布了DG/TJ 08-2182—2015 《道路LED照明應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》。深圳市LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟發(fā)布了：SQL/LSA 004.1—2011 《LED路燈智能照明技術(shù)規(guī)范 第1部分：控制系統(tǒng)》；SQL/LSA 004.2—2012 《LED路燈智能照明技術(shù)規(guī)范 第2部分：電力線載波控制子系統(tǒng)》；SQL/LSA 004.3—2011 《LED路燈智能照明技術(shù)規(guī)范 第3部分：應(yīng)用層通信協(xié)議》；SQL/LSA 004.4—2011《LED路燈智能照明技術(shù)規(guī)范 第4部分：信息安全》。國家照明電器質(zhì)檢中心技術(shù)聯(lián)盟(CALT)發(fā)布了CALT 004—2016《道路LED照明智能控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(報(bào)批稿)。

3 智慧路燈各子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀研究

目前，智慧路燈處于快速發(fā)展期，現(xiàn)階段示范的產(chǎn)品已是照明、顯示屏、光伏、充電樁、傳感器、通信和軟件等產(chǎn)業(yè)的跨界合成。未來還將實(shí)現(xiàn)硬件可植入、軟件可疊加、應(yīng)用可拓展等，并可能向更大的領(lǐng)域延伸，如智慧醫(yī)療、智慧金融、智慧體育等。由于智慧路燈相關(guān)技術(shù)和市場尚處在不斷地發(fā)展變化中，加上跨越多個(gè)領(lǐng)域和需要有關(guān)管理部門的制度支撐等問題，標(biāo)準(zhǔn)化工作難度很大。上述的多個(gè)組織制定的有關(guān)智慧照明的標(biāo)準(zhǔn)都各有側(cè)重點(diǎn)，智慧照明標(biāo)準(zhǔn)是碎片化的。本節(jié)將對智慧路燈主要的幾個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)梳理。

3.1 照明子系統(tǒng)

照明子系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表1，可以分為安全標(biāo)準(zhǔn)、電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)、性能標(biāo)準(zhǔn)(主要考核LED路燈的光學(xué)性能和燈具效能等)、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)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(huán)境比以及功率密度等提出要求)和綜合標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 顯示屏子系統(tǒng)

顯示屏子系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表2，可以分為安全標(biāo)準(zhǔn)、電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)、性能標(biāo)準(zhǔn)(主要針對顏色)、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)(包括防水、防塵，高低溫，振動(dòng)，跌落和鹽霧等)和綜合標(biāo)準(zhǔn)。目前，缺乏標(biāo)準(zhǔn)對智慧路燈用顯示屏的尺寸和最大亮度等進(jìn)行限定。

表1 照明子系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The related standards of lighting subsystem

表2 顯示屏子系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The related standards of display subsystem

3.3 光伏子系統(tǒng)

光伏子系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有以下6個(gè)：CQC 1602—2013《光伏電源供電的LED道路和街路照明系統(tǒng)認(rèn)證技術(shù)規(guī)范》；GB/T 9535—1998《地面用晶體硅光伏組件設(shè)計(jì)鑒定和定型》；GB 24460—2009《太陽能光伏照明裝置總技術(shù)規(guī)范》；GB/T 26849—2011《太陽能光伏照明用電子控制裝置性能要求》；IEC 61730—2:2004《光伏(PV)組件安全鑒定第2部分：技術(shù)要求》；IEC 62124:2004《獨(dú)立光伏系統(tǒng)——設(shè)計(jì)驗(yàn)證》。

其中，GB 24460—2009標(biāo)準(zhǔn)要求，整體結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度承受10級風(fēng)荷載試驗(yàn)，裝置防護(hù)等級應(yīng)大于IP54，4 m以上高度的燈桿應(yīng)具有良好的防雷和接地保護(hù)措施，接地電阻應(yīng)小于30 Ω，帶電體與金屬部件之間絕緣電阻應(yīng)大于2 MΩ, 箱體需設(shè)計(jì)成使用專用工具才能打開的結(jié)構(gòu)[2]。

3.4 充電樁子系統(tǒng)

充電樁子系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有以下5個(gè)：GB/T 18487.1—2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第1部分：通用要求》；GB/T 20234.1—2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置 第1部分：通用要求》；GB/T 20234.2—2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置 第2部分：交流充電接口》；GB/T 20234.3—2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置 第3部分：直流充電接口》；GB/T 27930—2015《電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議》。

3.5 傳感器子系統(tǒng)

目前，用于智慧路燈的傳感器主要有MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))傳感器、光敏傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器和溫濕度傳感器等，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)并不齊全，主要有以下7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T 7665—2005《傳感器通用術(shù)語》；GB/T 30269.2—2013《信息技術(shù) 傳感器網(wǎng)絡(luò) 第2部分術(shù)語》；GB 10408.5—2000《入侵探測器 第五部分-室內(nèi)用被動(dòng)紅外線探測器》；GB 10408.6—2009《微波和被動(dòng)紅外復(fù)合入侵探測器》；GB/T 30269.701—2014《信息技術(shù) 傳感器網(wǎng)絡(luò)第701部分：傳感器接口：信號接口》；GB/T 15478—2015《壓力傳感器性能試驗(yàn)方法》；GB/T 15768—1995《電容式濕敏元件與濕度傳感器總規(guī)范》。

3.6 音視頻子系統(tǒng)

音視頻子系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有以下4個(gè)：GB 8898—2011 《音頻、視頻及類似電子設(shè)備 安全要求》；GB 20815—2006 《視頻安防監(jiān)控?cái)?shù)字錄像設(shè)備》；YD/T 1666—2007《遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全技術(shù)要求》；YD/T 1806—2008 《基于IP的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控設(shè)備技術(shù)要求》。

3.7 通信子系統(tǒng)

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，Buletooth，EnOcean，UWB，NFC和IrDA[3-4]。本節(jié)主要對以下常用的10個(gè)通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)(或者稱之為通信規(guī)范)和5個(gè)自定義的通信協(xié)議進(jìn)行梳理：

1)PLC(電力線載波):GB/Z 20177.1—2006《控制網(wǎng)絡(luò)LONWORKS技術(shù)規(guī)范 第1部分：協(xié)議規(guī)范》；GB/Z 20177.2—2006 《控制網(wǎng)絡(luò)LONWORKS技術(shù)規(guī)范 第2部分：電力線信道規(guī)范》；GB/Z 20177.3—2006 《控制網(wǎng)絡(luò)LONWORKS技術(shù)規(guī)范 第3部分：自由拓?fù)潆p絞線信道規(guī)范》；GB/Z 20177.4—2006 《控制網(wǎng)絡(luò)LONWORKS技術(shù)規(guī)范 第4部分：基于隧道技術(shù)在IP信道上傳輸控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的規(guī)范》；

2)DALI(數(shù)字可尋址照明接口)：DALI 1：GB/T 30104系列(共12個(gè))，等同采用IEC 62386 1.0版本；DALI 2：IEC 62386 2.0版本，目前已發(fā)布4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(相應(yīng)的國標(biāo)正在修訂中)，分別是：IEC 62386—101:2014 《數(shù)字可尋址照明接口 第101部分：一般要求 系統(tǒng)組件》；IEC 62386—102:2014 《數(shù)字可尋址照明接口 第102部分：一般要求 控制裝置》；IEC 62386—103:2014 《數(shù)字可尋址照明接口 第103部分：一般要求 控制設(shè)備》；IEC 62386—201:2015 RLV 《數(shù)字可尋址照明接口 第201部分：控制裝置的特殊要求 熒光燈(設(shè)備類型0)》；其他標(biāo)準(zhǔn)如209 顏色控制和303 感應(yīng)傳感器等還在報(bào)批中；

3)DMX512(美國舞臺燈光協(xié)會(huì)發(fā)布的一種燈光控制器與燈具設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn))：WH/T 32—2008《DMX 512-A燈光控制數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議》；

4)KNX: GB/T 20965—2013《控制網(wǎng)絡(luò)HBES技術(shù)規(guī)范 住宅和樓宇控制系統(tǒng)》；

5)BACNet(樓宇自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信協(xié)議): GB/T 28847.1—2012《建筑自動(dòng)化和控制系統(tǒng) 第1部分：概述》；GB/T 28847.2—2012 《建筑自動(dòng)化和控制系統(tǒng) 第2部分：硬件》；GB/T 28847.3—2012 《建筑自動(dòng)化和控制系統(tǒng) 第3部分：功能》；

6)RS-485: TIA/EIA-485-A《485總線標(biāo)準(zhǔn)》；

7)Ethernet: IEEE 802.3, IEEE 802.11以太網(wǎng)系列標(biāo)準(zhǔn)，無線局域網(wǎng)系列標(biāo)準(zhǔn)；

8)ZigBee：IEEE 802.15.4通信協(xié)議，GB/T 15629.15—2010 《信息技術(shù) 系統(tǒng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換局域網(wǎng)和城域網(wǎng) 特定要求 第15部分：低速無線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)媒體訪問控制和物理層規(guī)范》(修改采用IEEE 802.15.4：2006)；

9)WiFi：IEEE 802.11a/b/g/n通信協(xié)議；無應(yīng)用層協(xié)議；Allseen聯(lián)盟成立智能照明工作組，正在定義應(yīng)用層協(xié)議；

10)Bluetooth: IEEE 802.15.1：物理層和MAC層規(guī)范；無應(yīng)用層協(xié)議。

5個(gè)自定義通信協(xié)議：TALQ技術(shù)規(guī)范1.0.2版《中央控制管理系統(tǒng)軟件接口協(xié)議》；中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)(CEC)發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn) 《路燈控制管理系統(tǒng) 通信協(xié)議》(征求意見稿)；CJJ/T 227—2014《城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 附錄A城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)通信協(xié)議要求》；CSA 018—2013《LED公共照明智能系統(tǒng)接口應(yīng)用層通信協(xié)議》；深圳市LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟發(fā)布的SQL/LSA 004.3—2011《LED路燈智能照明技術(shù)規(guī)范 第3部分：應(yīng)用層通信協(xié)議》。

3.8 軟件子系統(tǒng)

軟件子系統(tǒng)大體可分為嵌入式軟件和管理服務(wù)平臺。關(guān)于嵌入式軟件，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有如下4個(gè)：GB/T 28169—2011《嵌入式軟件 C語言編碼規(guī)范》；GB/T 28171—2011《嵌入式軟件可靠性測試方法》；GB/T 28172—2011《嵌入式軟件質(zhì)量保證要求》；GB/T 30961—2014《嵌入式軟件質(zhì)量度量》。位于后臺的管理服務(wù)平臺是整個(gè)智慧路燈系統(tǒng)的大腦，它通過對智慧路燈采集而來的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，可以有效地應(yīng)對城市管理中節(jié)能環(huán)保、道路交通、市民服務(wù)等諸多公共問題，甚至協(xié)助打擊犯罪。智慧更多地體現(xiàn)在軟件上。

國際上，大公司不但重視智慧路燈的硬件投入，更加重視軟件的開發(fā)，如Philips建立了CityTouch云平臺，GE建立了Predix云平臺，并在網(wǎng)絡(luò)安全方面投入大量的人力和物力，寄希望于基于云平臺的大數(shù)據(jù)挖掘來提供服務(wù)，如GE在圣地亞哥的智慧路燈項(xiàng)目已提供實(shí)時(shí)交通信息、停車引導(dǎo)和槍聲檢測等服務(wù)。與國際大公司相比，國內(nèi)的智慧照明公司重視硬件的投入，不太重視后臺的軟件，尤其是安全考量和研發(fā)投入較少。這些智慧路燈產(chǎn)品在大范圍投入市場后，可能會(huì)被安全漏洞摧毀，且漏洞一旦暴露，后期的修復(fù)升級成本極高。

2016年央視3·15晚會(huì)上揭露大批智能硬件安全漏洞，如大疆無人機(jī)被劫持、智能樓宇系統(tǒng)被惡搞、智能家居被隨意控制、智能攝像頭使用戶隱私全無和智能POS機(jī)盜刷銀行卡等。這部分曝光非常有前瞻性，把智能設(shè)備的安全隱患擺到消費(fèi)者面前，不僅是給這個(gè)領(lǐng)域的公司、創(chuàng)業(yè)者以及嘗鮮的用戶提了個(gè)醒，也給這個(gè)飛速發(fā)展智能硬件行業(yè)扎了一針預(yù)防針。

關(guān)于網(wǎng)絡(luò)安全，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有如下10個(gè)：GB/T 25068.1—2012 《信息技術(shù) 安全技術(shù) IT網(wǎng)絡(luò)安全 第1部分：網(wǎng)絡(luò)安全管理》；GB/T 25068.2—2012《信息技術(shù) 安全技術(shù) IT網(wǎng)絡(luò)安全 第2部分：網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu)》；GB/T 25068.3—2010《信息技術(shù) 安全技術(shù) IT網(wǎng)絡(luò)安全 第3部分：使用安全網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)間通信安全保護(hù)》；GB/T 25068.4—2010《信息技術(shù) 安全技術(shù) IT網(wǎng)絡(luò)安全 第4部分：遠(yuǎn)程接入的安全保護(hù)》；GB/T 25068.5—2010《信息技術(shù) 安全技術(shù) IT網(wǎng)絡(luò)安全 第5部分：使用虛擬專用網(wǎng)的跨網(wǎng)通信安全保護(hù)》；GB/T 20270—2006《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)安全技術(shù)要求》；GB/T 25069—2010《信息安全技術(shù)術(shù)語》；GB/T 2887—2000《電子計(jì)算機(jī)場地通用規(guī)范》；GB/T 29234—2012《基于公用電信網(wǎng)的寬帶客戶網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)要求》；SQL/LSA 004.4—2012《LED路燈智能照明技術(shù)規(guī)范 第4部分：信息安全》。

3.9 電磁兼容

電磁兼容包括了諧波、電壓波動(dòng)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、浪涌抗擾度和射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度等項(xiàng)目。目前，智慧路燈的各個(gè)硬件子系統(tǒng)都有相應(yīng)的EMC標(biāo)準(zhǔn)，但缺少整機(jī)的EMC標(biāo)準(zhǔn)。

3.10 現(xiàn)場驗(yàn)收

1)燈桿。燈桿相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有2個(gè)：QB/T XXXXX—201X 《燈桿 第1部分：一般要求》(報(bào)批稿)；QB/T XXXXX—201X 《燈桿 第2部分：鋼質(zhì)燈桿》(報(bào)批稿)。以上2個(gè)燈桿標(biāo)準(zhǔn)主要對燈桿的機(jī)械性能進(jìn)行考核，如尺寸及公差、檢修門耐沖擊性能、外殼防護(hù)等級、抗風(fēng)和耐腐蝕等。

2)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有5個(gè)：CJJ 45—2015《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》；CJJ/T 227—2014《城市照明自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》；CJJ 89—2012《城市道路照明工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》；DG/TJ 08-2182—2015《道路LED照明應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》；DG/TJ 08-2033—2008《道路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》。

4 智慧路燈標(biāo)準(zhǔn)體系框架探討

智慧路燈是跨界融合的復(fù)雜系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立，本節(jié)在梳理智慧路燈各子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，參考照明行業(yè)[5-11]和其他行業(yè)[12-14]的標(biāo)準(zhǔn)體系以及相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)[15]，提出了智慧路燈系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系框圖，如圖4所示。

圖4 智慧路燈系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系框圖Fig.4 The standard system framework of smart pole

由于智慧路燈融合了微基站、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，智慧路燈系統(tǒng)是跨領(lǐng)域的多維復(fù)雜系統(tǒng)，具備全新城市照明系統(tǒng)CityPad的功能，是智慧城市的重要載體，這就涉及多部門的管理協(xié)調(diào)，因此智慧路燈系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)急需強(qiáng)有力的外部支撐。如顯示屏是否能放置在主干道的路燈上，屏幕尺寸和最大亮度的要求是什么這都需要管理部門給出明確的規(guī)范。如智慧路燈底部箱體安裝空間較為局促，需制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)將底部箱體進(jìn)行分倉設(shè)計(jì)，高低壓設(shè)備和線路進(jìn)行分倉安置，保證設(shè)備和檢修人員的安全[16]。

對于智慧路燈系統(tǒng)的基本功能，至少應(yīng)有遠(yuǎn)程控制、故障報(bào)警和巡檢功能。對于評價(jià)指標(biāo)，應(yīng)從節(jié)能、健康、安全和舒適等角度來綜合考量，如系統(tǒng)效率、中間視覺效應(yīng)和光生物效應(yīng)等。對于子系統(tǒng)的內(nèi)部支撐，應(yīng)對多功能燈桿的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行考核，并規(guī)范各子系統(tǒng)的電源線(如220V AC和12V/24V DC等)和控制線，以及子系統(tǒng)之間交互的接口協(xié)議、接線和測試方法等，再對組件間的電磁兼容進(jìn)行測試。對于現(xiàn)場驗(yàn)收，應(yīng)對智慧路燈的基本功能進(jìn)行測試，并對系統(tǒng)可靠性和網(wǎng)絡(luò)可靠性進(jìn)行考核，如通信丟包率、無線同頻干擾和中繼測試等。對于管理，可以分成設(shè)施監(jiān)控、設(shè)施管理、生產(chǎn)管理、亮燈策略管理和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理等，服務(wù)于路燈行業(yè)管理部門以及行政管理部門等用戶[17]。對于大數(shù)據(jù)采集、分析、處理，大數(shù)據(jù)可以包括溫度、濕度、光照、電壓、電流、PM2.5、噪聲、雨量、風(fēng)速、車流、地震、地下管網(wǎng)、窨井蓋等。

5 結(jié)束語

智慧路燈已成為智慧城市的重要發(fā)展趨勢，而智慧路燈的建設(shè)是一項(xiàng)長期的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從技術(shù)上來看，智慧路燈是多學(xué)科多領(lǐng)域交叉融合的產(chǎn)品；從管理上來看，它涵蓋市政、交通、公共安全、環(huán)境和照明等多個(gè)方面；從服務(wù)上來看，它可以提供大數(shù)據(jù)采集分析處理、公共信息發(fā)布、導(dǎo)航定位和無線上網(wǎng)服務(wù)。其中，標(biāo)準(zhǔn)化是支撐智慧路燈建設(shè)的重要手段，標(biāo)準(zhǔn)化可以有效規(guī)范智慧路燈的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行及設(shè)備制造，促進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化，避免資源浪費(fèi)和重復(fù)投入。

值得一提的是，標(biāo)準(zhǔn)體系的編制是動(dòng)態(tài)的，雖然目前的標(biāo)準(zhǔn)體系框架考慮了近期和長遠(yuǎn)的需求，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，也應(yīng)該實(shí)時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，這樣才能不斷完善。

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Research on the Standard System Framework of Smart Pole

ZHUANG Xiaobo1, LI Wenpeng2, YANG Yue1

(1.ShanghaiAlphaLightingEquipmentTestingLtd.,Shanghai201114,China; 2.ShanghaiLuomanLightingTechnologiesInc.,Shanghai200082,China)

The application of smart pole and international and domestic standards are described in this article. The standards of subsystem of smart pole have been sorted out, such as lighting, display, PV, charging stake, sensor, audio & video, communication, software, EMC and field inspection. And then, the standard system framework of smart pole has been inquired.

intelligent lighting; smart pole; standard system framework

TM923

A

10.3969j.issn.1004-440X.2016.04.003