淺談LED景觀照明智能控制及應(yīng)用

1、前言

LED以其節(jié)能環(huán)保、壽命長、可靠性高、色彩豐富、易控制（響應(yīng)迅速、便于非標(biāo)設(shè)計(jì)及超長跨距控制）等特點(diǎn)，在我國各大中城市景觀照明中得到了廣泛應(yīng)用。在北京奧林匹克公園，夜晚的“水立方”（國家游泳中心）玲瓏剔透，散發(fā)著湛藍(lán)色的迷人的光芒。“水立方”的景觀照明工程就全部采用LED照明，據(jù)估算，比采用傳統(tǒng)的熒光燈照明全年可節(jié)電74.5萬kWh，節(jié)能達(dá)70%以上。

LED色彩豐富，理論上僅用LED光源就能完全覆蓋CIE色度曲線中的所有飽和顏色，即LED通過與磷的有機(jī)結(jié)合幾乎能夠產(chǎn)生任何顏色；LED可低壓直流供電，調(diào)光方便，因此在景觀照明領(lǐng)域具有其它光源無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

目前，管理與控制一體化是照明節(jié)能的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。配合適當(dāng)?shù)目刂撇呗裕凑窄h(huán)境整體要求對(duì)LED進(jìn)行編程控制，通過LED光色的協(xié)調(diào)，即可產(chǎn)生整體的藝術(shù)景觀效果。下面以實(shí)際應(yīng)用為基礎(chǔ)介紹管控一體化技術(shù)在LED景觀照明中的應(yīng)用。

2、LED景觀照明管控一體化智能控制系統(tǒng)

LED景觀照明管控一體化智能控制系統(tǒng)包括設(shè)備的監(jiān)管和智能控制兩大部分，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控主要實(shí)現(xiàn)對(duì)照明回路、燈具的智能控制、防盜、在線故障診斷與報(bào)警等。LED景觀照明的智能控制是區(qū)別于其他管控一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，通過智能控制策略可以充分體現(xiàn)LED應(yīng)用于景觀照明的優(yōu)勢(shì)，是將景觀照明設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思想具體實(shí)現(xiàn)的有效手段。

2.1設(shè)備監(jiān)控

2.1.1智能控制器/驅(qū)動(dòng)器的安裝位置

管控一體化控制系統(tǒng)在線路終端配置智能控制器。根據(jù)實(shí)際需求的不同，智能控制器/驅(qū)動(dòng)器的安裝位置不同：

a.一個(gè)智能控制器/驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)一個(gè)/多個(gè)回路、多個(gè)照明設(shè)備的監(jiān)控、防盜和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓芾?。此方案適用于照明設(shè)備較多，且相對(duì)集中的場(chǎng)所。

b.每個(gè)燈具安裝一個(gè)智能控制器/驅(qū)動(dòng)器。能自動(dòng)監(jiān)測(cè)到保護(hù)跳閘、線路故障、電壓波動(dòng)、開關(guān)控制異常等突發(fā)事件，并通過控制器內(nèi)部的通信模塊及時(shí)將報(bào)警數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心，供值班人員及時(shí)了解情況，做出處理。此方案適用于照明設(shè)備數(shù)量較少，且相對(duì)分散的場(chǎng)所。

2.1.2防盜問題

防盜是目前景觀照明工程面臨的一大難題，景觀照明的設(shè)施大多在戶外，周圍人員流動(dòng)大，給防盜工作帶來很大困難。而管控一體化控制系統(tǒng)線路終端的智能控制器可方便地起到防盜作用：

a.為燈具、配電箱設(shè)計(jì)防拆開關(guān)，通過智能控制器監(jiān)控、檢測(cè)電信號(hào)，與報(bào)警聯(lián)動(dòng)。

b.燈具內(nèi)設(shè)計(jì)玻璃破碎震動(dòng)開關(guān)，通過智能控制器監(jiān)控、檢測(cè)電信號(hào)，與報(bào)警聯(lián)動(dòng)。除此之外還可以通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，建立遠(yuǎn)程監(jiān)控與人員巡更相結(jié)合的制度。

2.2智能控制

LED景觀照明的節(jié)能控制主要體現(xiàn)在智能控制方面，并通過智能控制器與監(jiān)控中心服務(wù)器的通信來實(shí)現(xiàn)下述功能。

2.2.1自動(dòng)開關(guān)燈

a.根據(jù)所在地的經(jīng)緯度和季節(jié)編制開關(guān)燈時(shí)間表，景觀照明智能控制系統(tǒng)嚴(yán)格按時(shí)間表開關(guān)景觀照明，這種控制方式的缺陷是，控制方式比較呆板，電能浪費(fèi)較嚴(yán)重。

b.智能監(jiān)控，根據(jù)光電傳感器檢測(cè)到的照度值控制開關(guān)燈，控制方式比較靈活，在無需人工干預(yù)的條件下實(shí)時(shí)地營造絢爛夜景氛圍，同時(shí)也節(jié)約電能。

2.2.2動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)光

開燈之后通過視頻圖像處理技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控圖像進(jìn)行處理，由監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)計(jì)算出人流量，根據(jù)人流量對(duì)景觀照明進(jìn)行調(diào)光控制。

2.2.3動(dòng)態(tài)場(chǎng)景變換

設(shè)定不同的景觀照明場(chǎng)景，根據(jù)不同的日期和時(shí)間自動(dòng)切換相應(yīng)的場(chǎng)景，節(jié)假日設(shè)定多種節(jié)日?qǐng)鼍?，定時(shí)變幻效果。動(dòng)態(tài)場(chǎng)景變換由場(chǎng)景控制單元自動(dòng)完成，監(jiān)控人員只需在監(jiān)控中心通過視頻監(jiān)控即可，也可切換到人工操作模式，由人工操作實(shí)現(xiàn)景觀照明場(chǎng)景的切換。

3、無錫廣南立交LED景觀照明的智能控制

無錫市外環(huán)的廣南立交位于312國道和金匱路交叉口，占地面積約10萬m2。在廣南立交的景觀照明控制系統(tǒng)中采用了點(diǎn)、線、面相融合的手法，來突出景觀效果。在燈具布置方面，橋身側(cè)立面采用LED帶狀洗墻燈，清晰地展現(xiàn)了橋身的線條輪廓；側(cè)立面從上到下的光暈效果表現(xiàn)出環(huán)境的靜謐祥和；LED投光燈對(duì)橋墩與橋身底面由下向上的泛光效果增強(qiáng)了橋身的體積感，給人以穩(wěn)固、安全的感覺。整個(gè)橋身色可變，場(chǎng)景變換自然、緩慢，照明工程與自然景觀融為一體，充分體現(xiàn)了“和諧自然”的設(shè)計(jì)理念。

無錫廣南立交LED燈使用情況及表現(xiàn)效果

3.1景觀照明智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

無錫廣南立交LED燈使用情況見下表。由于廣南立交景觀照明燈具數(shù)量較多，相對(duì)集中，且廣南立交重點(diǎn)體現(xiàn)整體效果，多燈群控的方式可滿足此效果要求。故，采用一個(gè)智能控制器/驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)一個(gè)回路的監(jiān)控、管理、防盜、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?ldquo;管控一體化”的智能控制方式。

整個(gè)景觀照明的控制以模塊化的自動(dòng)控制為主，手動(dòng)控制為輔，每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)通過自動(dòng)裝置結(jié)合軟件系統(tǒng)，使得照明管理和設(shè)備維護(hù)變得更加簡單，該控制系統(tǒng)由無錫城市夜景照明監(jiān)控中心統(tǒng)一管理。監(jiān)控中心由主機(jī)、相關(guān)外部設(shè)備，無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)接口，以太網(wǎng)TCP/IP接口，網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，監(jiān)控大屏幕等部分組成。對(duì)各遠(yuǎn)端監(jiān)控點(diǎn)采用輪詢或并行訪問方式，使管理人員能夠遠(yuǎn)程控制、管理、監(jiān)控LED景觀照明系統(tǒng)的運(yùn)行情況，既能監(jiān)控?zé)艟叩氖褂脿顟B(tài)又能防止盜竊，將傳統(tǒng)的人工“巡燈”制度轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;值班”制度，極大地提高了照明系統(tǒng)的管理效率。系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性。

3.2控制方案

控制系統(tǒng)分級(jí)控制，采用TCP/IP聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)命令的下達(dá)和狀態(tài)的反饋。管理層可以通過TCP/IP登陸到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。控制方案如下：

a.以每個(gè)景觀節(jié)點(diǎn)為主要的控制節(jié)點(diǎn)，每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)構(gòu)成控制子系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立控制，也能通過管理監(jiān)控中心的調(diào)度實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制。

b.控制子系統(tǒng)中，采用RS485總線通過智能網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)控制裝置與監(jiān)控中心的通信，由自主開發(fā)的智能控制器/驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具回路的控制。子系統(tǒng)內(nèi)部手動(dòng)控制優(yōu)先于自動(dòng)控制。自動(dòng)控制時(shí)，根據(jù)不同緯度、不同季節(jié)、不同日期及光電傳感器監(jiān)測(cè)到的環(huán)境照度自動(dòng)執(zhí)行開關(guān)燈操作；手動(dòng)控制時(shí)，由操作人員手動(dòng)輸入指令執(zhí)行開關(guān)燈操作。

c.在重要的燈光景點(diǎn)設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)與監(jiān)控中心連接，將現(xiàn)場(chǎng)圖像實(shí)時(shí)傳送至監(jiān)控中心的大屏幕上顯示，監(jiān)控中心可通過控制程序控制景點(diǎn)的燈光效果。控制節(jié)點(diǎn)示意見圖1（含視頻監(jiān)控及景觀照明控制）。

圖1  控制節(jié)點(diǎn)示意圖

3.3監(jiān)控主機(jī)軟件

監(jiān)控主機(jī)軟件操作界面友好，為中文界面。為便于系統(tǒng)集成，提供標(biāo)準(zhǔn)的OPC（過程控制中的對(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)）數(shù)據(jù)接口，可方便地與支持OPC協(xié)議的系統(tǒng)無縫連接。監(jiān)控主機(jī)軟件具有以下特點(diǎn)。

3.3.1圖形化

采用友好的圖形化界面及菜單。電子地圖功能，可在窗口上顯示燈光控制的邏輯狀態(tài)，也能在地圖上顯示故障設(shè)備位置并報(bào)警。能接入監(jiān)控系統(tǒng)的視頻圖像，查看實(shí)際的燈光效果?？杀O(jiān)控當(dāng)前的運(yùn)行狀況、可統(tǒng)計(jì)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，如運(yùn)行時(shí)間、用電量、維護(hù)記錄等，可生成表格、打印輸出。支持遠(yuǎn)程監(jiān)控、手機(jī)報(bào)警。

3.3.2可擴(kuò)展性

系統(tǒng)能在線升級(jí)；方便地?cái)U(kuò)容，不影響原有系統(tǒng)。

3.3.3互聯(lián)性

系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的接口，便于和其它設(shè)備集成互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一，資源共享。

3.4廣南立交實(shí)景效果

廣南立交景觀照明系統(tǒng)中，通過控制器對(duì)所有景觀照明單元進(jìn)行控制，所有LED單元可以根據(jù)指令單獨(dú)或同步作全彩混色變化。通過調(diào)節(jié)控制指令，還可以改變波動(dòng)變化的速度以及顏色變化的時(shí)間長度；每個(gè)彩色LED燈具單元可表現(xiàn)出接近真全彩顏色。筆者對(duì)廣南立交景觀照明工程投入運(yùn)行后進(jìn)行了實(shí)景拍攝，效果如圖2、圖3所示。

圖2  LED發(fā)藍(lán)光時(shí)實(shí)景效果

圖3  LED變換為粉紅光時(shí)實(shí)景效果

4、結(jié)束語

目前，廣南立交LED景觀照明系統(tǒng)已投入運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，景觀照明效果良好。管控一體化技術(shù)和相應(yīng)控制策略的應(yīng)用，減少了人員到現(xiàn)場(chǎng)次數(shù)，降低了運(yùn)行、管理費(fèi)用，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。