智能照明系統(tǒng)綜述及淺析

王 輝 溫唯理

（威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司 廣州 510663）

引言

近年來，隨著LED照明技術(shù)的發(fā)展，照明的管理和控制得到了極大的加強(qiáng)。這為引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)等智能技術(shù)提供了基礎(chǔ)。智能化逐漸成為照明控制的發(fā)展趨勢(shì)，滿足人們提高照明舒適度、高節(jié)能水平、操作方便等照明需求。與傳統(tǒng)照明相比，智能照明可以實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能、舒適、高效的目標(biāo)。因此，智能照明在家庭、辦公、商業(yè)和公共設(shè)施領(lǐng)域有著更好的發(fā)展前景。隨著國(guó)內(nèi)智能照明研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品推廣力度的加大，智能照明在領(lǐng)域的應(yīng)用有望得到普及。

1 智能照明概念及現(xiàn)狀

1.1 智能照明概念

“智能”是指具有人類或類似人類智能特征的能力，表現(xiàn)為在實(shí)現(xiàn)某一目標(biāo)的過程中，通過感知、決策和執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)過程或過程循環(huán)，并不斷地從中學(xué)習(xí)以提高實(shí)現(xiàn)目的的能力、效率與效果。為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的“智能”技術(shù)或技術(shù)解決方案，稱為“智能技術(shù)”，它綜合體現(xiàn)了現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、音視頻技術(shù)、機(jī)電技術(shù)等的內(nèi)容。

智能照明可以理解為一種應(yīng)用了智能技術(shù)，具有感知、決策、執(zhí)行、學(xué)習(xí)、反饋等能力，并綜合利用這些能力達(dá)到預(yù)定照明效果的應(yīng)用[4,7]。

1.2 智能照明現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的照明行業(yè)已經(jīng)處于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)白熱化，服務(wù)、產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，企業(yè)利潤(rùn)呈現(xiàn)微薄甚至負(fù)利。在這般的市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)，此起彼伏的價(jià)格戰(zhàn)，最后兩敗俱傷的情形經(jīng)常出現(xiàn)，可以很形象的稱為處于“紅?！彪A段。于是各大企業(yè)呈現(xiàn)出轉(zhuǎn)型升級(jí)地趨勢(shì)，集中在智能照明的方向中尤為明顯。以佛山照明、歐普、三雄極光、雷士、陽(yáng)光照明等為首的大型照明企業(yè)都在不斷建立智能化標(biāo)簽，甚至有互聯(lián)網(wǎng)、家電企業(yè)跨行業(yè)加入智能照明領(lǐng)域，如華為、百度、小米、涂鴉智能、科大訊飛、聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)、中國(guó)電信物聯(lián)網(wǎng)、阿里巴巴等，該領(lǐng)域目前處于“藍(lán)?！彪A段，各公司都在某個(gè)領(lǐng)域有自己的特點(diǎn)或優(yōu)勢(shì)，就能獲取一定的利潤(rùn)與市場(chǎng)。

加上近年來隨著居民生活水平的持續(xù)提高，消費(fèi)觀念的逐步改變，消費(fèi)者更愿意看重高品質(zhì)和體驗(yàn)感，而智能照明能夠很好的給人們生活帶來便利與新鮮的體驗(yàn)，這為智能照明的發(fā)展帶來了不少機(jī)遇。但是由于目前技術(shù)百花齊放，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)威認(rèn)證，導(dǎo)致市場(chǎng)培養(yǎng)以及宣傳的缺乏，使消費(fèi)者很難直接為產(chǎn)品功能買單[1,2]。

2 智能照明系統(tǒng)框架和控制協(xié)議

2.1 智能照明系統(tǒng)框架

智能照明系統(tǒng)包括以下組成部分：智能照明服務(wù)平臺(tái)、智能照明網(wǎng)關(guān)、路由器、智能照明控制器、照明設(shè)備（燈具）及可選配的傳感器、智能照明控制操作終端、開關(guān)面板等組成[5,6]。

以傳感器為主控的系統(tǒng)，由傳感器收集環(huán)境與照明關(guān)聯(lián)的信息，轉(zhuǎn)變?yōu)檩斎胄盘?hào)作用于智能照明控制器，為控制器發(fā)出照明控制指令的決策提供依據(jù)，最終指令作用于照明設(shè)備（燈具），從而實(shí)現(xiàn)智能照明控制，如圖1。

圖1 傳感器主控系統(tǒng)

以智能照明操作終端為主控的系統(tǒng)，終端將照明劃分為了不同的應(yīng)用場(chǎng)景，通過運(yùn)行操作軟件、觸摸屏幕、手勢(shì)或語(yǔ)音等方式可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程/現(xiàn)場(chǎng)對(duì)智能照明控制器和照明設(shè)備（燈具）的控制，如圖2。

圖2 智能照明操作終端主控系統(tǒng)

以智能照明服務(wù)平臺(tái)為主控的系統(tǒng)，通過智能照明服務(wù)平臺(tái)設(shè)定好的應(yīng)用服務(wù)、決策方案、實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等程序，對(duì)智能照明控制器和照明設(shè)備（燈具）進(jìn)行控制與遠(yuǎn)程管理，如圖3。

圖3 智能照明操作終端主控系統(tǒng)

由于智能照明系統(tǒng)還可以與智能家電系統(tǒng)、樓宇控制系統(tǒng)和其他智能系統(tǒng)相互集成，因此智能照明系統(tǒng)的組件可以與其他控制器和其他云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、共享信息以及協(xié)同工作。

通過組合，集成了上述幾種簡(jiǎn)單的智能照明系統(tǒng)模式，目前實(shí)現(xiàn)了更為全面的、可以適用于不同應(yīng)用場(chǎng)景的一般智能照明系統(tǒng)框架，如圖4。

圖4 一般的智能照明系統(tǒng)框架

2.2 智能照明系統(tǒng)控制協(xié)議

控制協(xié)議（通訊技術(shù)），是智能照明行業(yè)發(fā)展的根本，在控制系統(tǒng)中需要通過網(wǎng)絡(luò)化控制將各層設(shè)備相互連接，從而讓各部件互相通信達(dá)成協(xié)作。控制協(xié)議可分為以下3個(gè)層級(jí)：

1）LED照明控制裝置與燈具電源之間，有模擬接口如0-10V或PWM協(xié)議，這也是最早在電子鎮(zhèn)流器采用過的成熟通訊控制技術(shù)，現(xiàn)在仍有普遍應(yīng)用。也有數(shù)字接口，典型為數(shù)字可尋址照明接口（digital addressable lighting interface）DALI協(xié)議，目前該協(xié)議已標(biāo)準(zhǔn)化，加上長(zhǎng)時(shí)間的使用已是一項(xiàng)十分成熟的技術(shù)。

2）LED照明控制裝置與網(wǎng)管/路由器、傳感器、開關(guān)面板終端等設(shè)備之間，也稱之為本地控制。有Wi-Fi無線局域網(wǎng)、ZigBee協(xié)議、藍(lán)牙Mesh協(xié)議、電力載波通信協(xié)議（PLC）、DALI、RS-485通信接口等。它們可以用無線技術(shù)、總線技術(shù)、電力載波技術(shù)等不同的連接技術(shù)加以區(qū)分。顧名思義無線技術(shù)是無需另外設(shè)計(jì)布線，如Wi-Fi、ZigBee、藍(lán)牙，它們具有操控靈活簡(jiǎn)單，便于升級(jí)，成本低等特性；總線技術(shù)，需要專門的有線線路將所有設(shè)備與控制集中在一條總線上，如DALI、RS-485通信接口，控制十分精準(zhǔn)，但對(duì)于已完工的照明設(shè)施應(yīng)用升級(jí)改造比較繁瑣；電力載波PLC（Power Line Communication），是一種利用了電力線傳輸數(shù)據(jù)的控制方式，具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，無需重新布線，但控制靈活程度相對(duì)較低。

3）智能照明服務(wù)器、手機(jī)APP與網(wǎng)管/路由器之間，一般取決于以太網(wǎng)、NB-IoT、光纖接入網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)4G/5G技術(shù)[3]。

3 現(xiàn)有智能照明系統(tǒng)評(píng)述

3.1 現(xiàn)有智能照明系統(tǒng)不足

3.1.1 單一生態(tài)平臺(tái)模型數(shù)據(jù)收集缺乏

目前廠商一般提供單一生態(tài)平臺(tái)，囊括了云端服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)/路由器、控制器、燈具設(shè)備等都通過廠商統(tǒng)一的自主開發(fā)的連接技術(shù)進(jìn)行互通、用自主平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控。導(dǎo)致由于廠商自身技術(shù)主打區(qū)域的限制，造成其他領(lǐng)域技術(shù)引用匱乏。因廠家自有生態(tài)封閉性，面對(duì)來自不同領(lǐng)域技術(shù)的智能設(shè)備無法彼此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，互通互控，使得智能照明難以大數(shù)據(jù)化，去支撐起更為智能的“大腦”。

3.1.2 “人為”特征仍占主體

目前的智能照明設(shè)備強(qiáng)調(diào)決策以及學(xué)習(xí)特征，但目前的智能特征仍然沒有較好地被表現(xiàn)以及實(shí)踐，人為特征仍然占主體，這種不足具體表現(xiàn)在許多操作上，仍需人為操作手機(jī)APP或控制面板終端實(shí)現(xiàn)分場(chǎng)景控制，而非真正意義上的“智能”。導(dǎo)致此問題的主要原因還是缺少“數(shù)據(jù)化”，沒辦法支持智能照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從感知到?jīng)Q策到學(xué)習(xí)的全過程。

3.2 解決方案

3.2.1 不同智能平臺(tái)實(shí)現(xiàn)云互通模型，大數(shù)據(jù)AI

智能照明設(shè)備應(yīng)可和其他智能設(shè)備協(xié)同工作，成為整個(gè)智能系統(tǒng)中重要的組成部分，互相共享數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的對(duì)環(huán)境中各項(xiàng)指標(biāo)如室外天氣、人體生理信息、室內(nèi)溫濕度、空氣質(zhì)量等進(jìn)行監(jiān)控處理，突破自身生態(tài)壁壘，平臺(tái)云互通、本地連接設(shè)備互通。如人體智能手環(huán)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)血壓、心率等人體生理信息，并反饋到手環(huán)自身服務(wù)器平臺(tái)，與智能照明服務(wù)器平臺(tái)通過云端進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，引入智能AI的分析控制，使之控制照明設(shè)備合理切換出對(duì)應(yīng)舒適的光照?qǐng)鼍埃Ｐ腿鐖D5。

圖5 智能平臺(tái)實(shí)現(xiàn)云互通模型

上述模型還可集成更多的智能產(chǎn)品進(jìn)行互聯(lián)，收集更大量的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，加上AI智能具有的“自我學(xué)習(xí)”功能，讓智能照明產(chǎn)品能做到真正“懂人性”。

4 小結(jié)

智能照明系統(tǒng)隨著未來地升級(jí)完善，平臺(tái)云端互通也將產(chǎn)生更大的數(shù)據(jù)量，將云端大數(shù)據(jù)與人工智能AI深度結(jié)合，無論是產(chǎn)品自身故障監(jiān)控、用戶的狀態(tài)感知、環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)都可統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)，多生態(tài)平臺(tái)集成系統(tǒng)，無需人為操控，真正做到以用戶為核心，體驗(yàn)趨于個(gè)性化、無感化，忽略設(shè)備的存在去品味高質(zhì)量光帶來的舒適體驗(yàn)。本文對(duì)智能照明系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了分析和匯總，嘗試探討了系統(tǒng)改進(jìn)方案與未來發(fā)展方向，希望能給讀者帶來一定的參考價(jià)值。