面向智慧照明的聯(lián)動(dòng)控制策略

譚童 向敏 趙旭東

摘 要：智慧照明是智慧城市的重要組成部分，而智慧照明控制策略是智慧照明的關(guān)鍵技術(shù)之一。文章針對(duì)當(dāng)前路燈信息采集與照明控制之間以及集中控制器與集中控制器之間的聯(lián)動(dòng)不足的問(wèn)題，提出一種智慧照明聯(lián)動(dòng)控制策略，該控制策略有效將照明集中控制器，提高了照明控制器的管理效率。

關(guān)鍵詞：智慧照明；智慧城市；集中控制器；聯(lián)動(dòng)控制

隨著網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)的飛速發(fā)展，智慧城市的建設(shè)將作為我國(guó)城市建設(shè)的重點(diǎn)研究對(duì)象，而智慧照明是智慧城市的重要組成部分。普通路燈僅具有單一的照明功能，而智慧照明是集環(huán)境信息采集、照明控制等功能于一體的智能體[1-2]，路燈作為城市道路建設(shè)的一個(gè)重要群體，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者側(cè)重于在單燈控制方面對(duì)智慧照明進(jìn)行研究，而對(duì)群體的聯(lián)動(dòng)控制方面的研究較少，程新華等[3]提出了一種群體決策的街道照明自主控制系統(tǒng)，將單個(gè)路燈看作一個(gè)燈節(jié)點(diǎn)，所有燈節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的燈組，燈組由燈成員與一個(gè)燈領(lǐng)導(dǎo)形成樹(shù)形拓?fù)洌罱K燈成員與燈領(lǐng)導(dǎo)投票決策路燈的起閉。張立萍等[4]通過(guò)分析電力線載波通信（Power Line Communication，PLC）技術(shù)傳輸距離短和時(shí)延大的問(wèn)題，提出了一種基于蟻群算法的LED路燈組網(wǎng)尋址算法，該算法設(shè)計(jì)了路燈自動(dòng)路由模型，提高了路燈網(wǎng)絡(luò)通信的有效性。

本文通過(guò)分析智慧照明的環(huán)境信息采集部分及照明控制部分之間以及照明集中控制器與集中控制器之間的聯(lián)動(dòng)不足的問(wèn)題，提出一種面向智慧路燈的聯(lián)動(dòng)控制策略，該策略構(gòu)建了一種智慧照明的聯(lián)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)，從而對(duì)路燈控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，提高照明管理效率。

1 照明集中控制器介紹

本文的照明集中控制器集成了環(huán)境信息采集、車輛信息檢測(cè)、路燈控制等功能，主要分為信息采集與照明控制兩部分，信息采集部分主要由環(huán)境傳感器及車輛傳感器組成，環(huán)境傳感器負(fù)責(zé)采集燈周圍環(huán)境指標(biāo)信息如PM2.5、濕度、溫度及照度等信息，車輛傳感器主要檢測(cè)車輛的車速、車流量等信息，整體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 聯(lián)動(dòng)控制策略

單個(gè)集中控制器獲得的環(huán)境信息相對(duì)獨(dú)立，且準(zhǔn)確率比較低，所以單燈控制在實(shí)際的照明控制應(yīng)用中有一定的局限性，針對(duì)以上問(wèn)題本文提出了一種聯(lián)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用多個(gè)集中控制器共同決策的方法提高照明控制的準(zhǔn)確率，該聯(lián)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是按區(qū)域劃分，首先將整個(gè)路燈網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的區(qū)域，一個(gè)區(qū)域中包括n個(gè)照明集中控制器，n個(gè)集中控制器由1個(gè)集中控制器頭及n-1個(gè)控制器成員組成，區(qū)域與區(qū)域之間的通信是由控制器頭與控制器頭之間進(jìn)行通信。同一個(gè)區(qū)域的所有集中控制器成員把采集的環(huán)境信息及車輛信息轉(zhuǎn)發(fā)給控制器頭，控制器頭根據(jù)采集的信息算出各個(gè)信息的平均值，采用多個(gè)控制器共同決定環(huán)境參數(shù)值的方法可以避免單個(gè)集中控制器采集的環(huán)境指標(biāo)參數(shù)出錯(cuò)的情況，從而提高環(huán)境參數(shù)的采集的準(zhǔn)確率，聯(lián)動(dòng)控制策略主要體現(xiàn)在區(qū)域與區(qū)域之間的聯(lián)動(dòng)，整個(gè)聯(lián)動(dòng)過(guò)程主要有以下幾個(gè)步驟，具體如下。

（1）區(qū)域的聯(lián)動(dòng)控制方向由行車方向決定，如圖2所示，按行車方向?qū)④囕v首先經(jīng)過(guò)的區(qū)域劃分為區(qū)域1，而車輛第二經(jīng)過(guò)的區(qū)域劃分為區(qū)域2。

（2）若有車輛經(jīng)過(guò)區(qū)域1時(shí)，區(qū)域1控制器成員及控制器頭識(shí)別到區(qū)域1的車流量及車速，區(qū)域1控制器頭收集到控制器成員識(shí)別的車流量及車速并計(jì)算該區(qū)域車流量、車速信息的平均值，區(qū)域1控制器頭將計(jì)算的平均值發(fā)送給下一個(gè)區(qū)域即區(qū)域2的控制器頭。

（3）區(qū)域2的控制器頭收到區(qū)域1計(jì)算的平均車流量及車速信息，每個(gè)區(qū)域都有固定的道路距離，區(qū)域2控制器頭根據(jù)區(qū)域固定的道路距離及收到的區(qū)域1控制器頭的平均車速信息計(jì)算出車輛到達(dá)區(qū)域2的時(shí)間。

（4）區(qū)域2控制器頭在車輛到達(dá)時(shí)間90%的時(shí)候開(kāi)始給所有區(qū)域2的控制器成員下發(fā)控制指令，下發(fā)的控制指令為路燈的控制亮度。路燈的控制亮度根據(jù)區(qū)域1識(shí)別到的車流量信息及照度信息進(jìn)行控制，在照度相等的情況下，車流量越多時(shí)路燈亮度較亮，車流量越低時(shí)路燈亮度較暗，所有控制器成員接收到控制指令立刻控制路燈到相應(yīng)的照明亮度。

3 仿真與分析

在本次仿真實(shí)驗(yàn)中，選取一天（24小時(shí)）的車流量及照度信息作為仿真數(shù)據(jù)源輸入仿真模型中，仿真實(shí)驗(yàn)是測(cè)試24小時(shí)內(nèi)隨著照度及車流量的變化，路燈照明亮度調(diào)節(jié)的變化，以每一個(gè)小時(shí)為時(shí)間間隔選取為車流量及照度測(cè)試點(diǎn)，仿真結(jié)果如圖3所示。

從仿真結(jié)果圖中可以明確看出，白天照度較高的情況下，雖然有車流量高峰存在，但是照明亮度調(diào)節(jié)的等級(jí)不高一般都為0；而在晚上照度較低的情況下，22—24點(diǎn)為車流量較為集中的時(shí)間區(qū)間，此時(shí)亮度調(diào)節(jié)等級(jí)達(dá)到了0.6為最高的亮度等級(jí)；在凌晨到早上6點(diǎn)期間，雖然照度較低，但車流量也較低，所以所調(diào)節(jié)的路燈照明亮度等級(jí)也較低，該仿真實(shí)驗(yàn)很好地反映了車流量照度與路燈照明調(diào)節(jié)亮度的關(guān)系，同時(shí)很好地反映出該策略的有效性。

通過(guò)仿真分析，表明該聯(lián)動(dòng)控制策略能有效提高照明管理效率，節(jié)約照明能耗。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)智慧照明領(lǐng)域的智慧照明控制策略展開(kāi)研究，通過(guò)分析目前智慧照明控制的研究現(xiàn)狀，總結(jié)出智慧照明控制當(dāng)前存在環(huán)境信息采集部分與照明控制部分及集中控制器與集中控制器之間聯(lián)動(dòng)性較差的問(wèn)題，提出一種面向智慧照明的聯(lián)動(dòng)控制策略。該策略將道路的路燈集中控制器組成一種聯(lián)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)組建該結(jié)構(gòu)，照明控制器之間能實(shí)現(xiàn)相互通信及相互聯(lián)動(dòng)的效果，從而解決了照明設(shè)備聯(lián)動(dòng)性較差的問(wèn)題。且本文在聯(lián)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種根據(jù)車流量的變化，集中控制器相應(yīng)調(diào)節(jié)路燈的照明亮度的策略，聯(lián)動(dòng)控制策略與車流量照明亮度變化策略相結(jié)合，能較好地提高照明控制的管理效率及降低照明能耗，同時(shí)也減少了照明資源的浪費(fèi)，減少了人工維護(hù)成本。

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