试议智能控制在道路照明节能中的应用
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摘要：近年来，随着我国经济的发展，城市道路的照明不仅要在一定程度上满足夜间行车的实际要求，与此同时还要成为路灯景观的亮点，并且还要充分体现城市现代化水平以及科技水平。然而，这些光源具有一个相对高的功耗，这就使得照明节能必须引起我们的高度重视。本文论述道路照明中智能控制的意义，并探讨了智能控制在道路照明中的应用，以供大家参考借鉴。
关键词：智能控制；道路照明；节能；应用
引 言：随着我国经济的快速发展，城市路灯的数量也越来越多，城市路灯照明占我国照明耗电30%左右的比例并呈上升趋势。城市道路照明的主要目的是使行人和驾驶员能很好地识别前方路面上的情况，从而保证夜间交通的安全与社会治安稳定。目前很多城市为了城市形象，盲目的追求高亮度的夜间照明，在美化了夜景的同时能源消耗也在不断增加。事实上，道路照明并不需要太高的亮度，更不是越亮越好。过亮的路面照明会浪费电能，对于人们的夜间休息也会产生一定的影响，并有可能产生光污染。在强调可持续发展、注重能效的今日，道路照明节能已具有紧迫意义。
1 道路照明智能化控制的意义
在满足路灯照明的前提下，最大限度的节约照明用电，节约社会财政支出。实现人性化控制，达到照明以人为本的根本原则。有利于及时的发现路灯的故障，并通知工作人员进行维修。提高照明的质量和路灯的寿命或者通过修改路灯控制系统的某些参数可以适用于更多的复杂场合的照明需求。
2.1 道路照明光源选择
光源对于电能的影响很大，选择适当的光源，可以节约电源，从而达到节约资金的目的。在道路照明系统中，所使用的光源主要是气体放电灯，有荧光灯、高压汞灯、金属卤化物灯、高压钠灯、低压钠灯、无极荧光灯、发光二极管（LED）、太阳能路灯等。就目前状况看，高压钠灯是城市道路照明中的首选光源，因其具有光效高、寿命长、价格低等优点，而且高压钠灯的透雾性能也比较好。随着科学与技术的发展，照明领域出现了LED这种新的光源。LED光源具有节约能源、污染少、光指向性好、寿命长、低电压、反应快的特点，有成为未来光源的趋势。通过实际的对比测试可见：由于LED的光输出具有高度的定向性，通过特殊的灯具配光设计，高效率60 W的LED路灯在路面上所达到的照明效果可以与250 W高压钠灯相当，90 W的LED路灯可以与400 W的高压钠灯相当，节能效果非常明显。由于LED灯的众多优点，本文中采用LED路灯作为分析对象，这对于整个系统的节能也具有重要的意义。
2.2 开关灯时间的确定
为了尽可能的节省电源，城市道路的控制应以时控为主，光控为辅。时控是指计算出某地的日出日落时间，当然这不是最终的开关灯时间，还应根据当时是否达到了城市道路的开关灯照度水平，来决定是否执行开关灯的操作。由于每个城市所处的经纬度不同，其对应位置的日出日落时间也不相同；并且由于地球的自转轴相对于地球和太阳的平面是倾斜的，加上地球公转作用，因此每天的日出日落时间也是不尽相同的。为了更精确地控制城市路灯的开关时间，需要根据城市所处的经纬度计算出当地的日出日落时间，并以此为依据确定城市路灯的开关时间。根据日出日落计算算法，通过在上位计算机中编写程序，能够快速得到每天的日出日落时间。
2.3 半夜路灯的控制方式
在夜间，到了一定的时段，道路上的行人和车辆将会变得稀少，这时如果维持恒定的道路照明亮度，必将导致大量电能的浪费。所以，制定夜间路灯的控制策略也有利于节能减耗。在一天的开灯时间和第二天的关灯时间之间，交通流量将会发生很大的变化。这种变化每天都会略有差异，但就一段时间（一个月或几个月）的统计规律来看，这种变化的波动并不很大，所以完全可以按照平均交通流量变化规律把一年的照明周期划分成若干照明季节。一般情况下，天热时，人们会适当延长夜晚活动时间；而当天气变冷时，人们又会减少夜晚活动时间。在天文学上，一般以春分、夏至、秋分、冬至分别作为每个季节的开始，据此，可把一年分成四个照明季节。
开灯时间一般为一天的18点左右，那时正是下班高峰期，车流量比较大；在半夜的时候，绝大多数居民已经入睡，只有极少数的人员在外活动，这时路上的车流量相对比较小；在临晨将近关灯的时候，人们也开始一天的活动，车流量开始增大。根据以上的情况，可以把一天的开灯时间和第二天的关灯时间之间分成几个时间段，在每个时间段根据当时的车流量大小来确定光照，可以节能。比如在夏季这个照明季节，可以把一天分成若干个时间段。交通高峰期，应该保持正常的照度值；交通次高峰期，可把照度值降低为原来的70%；交通的低谷期，可把亮度降低到原来的50%，隔盏亮灯或部分开关灯来达到节能的目的。
2.4 特殊天气
夏天的时候，雷电等恶劣天气比较频发，甚至有可能出现白天变黑夜的情况，如果路灯没有及时的点亮，可能会对交通产生意想不到的影响。所以在这种情况下，必须考虑自然环境照度，从而执行相应的开灯或者关灯的操作。除了夏天的雷电天气之外，特殊天气还包括浓云蔽日，日全食以及突降暴雨等，这些天气都有可能对路面的照度产生影响。
为了应对特殊天气，应采用光控的方法，即根据当时的环境照度是否满足最低的照度要求来操作开关灯。由于光照计可以根据设定的时间间隔，在上位机软件上实时显示当时环境的光照度。当环境照度低于15LX的时候，上位机软件应该自动的对路灯进行开启；而当环境照度再次高于30LX的时候，上位机软件应关闭路灯。当然这仅限于一般的特殊天气。当遇到闪电这种特殊情况时，在进行环境照度采集时必须采取延时检查等措施消除环境照度尖峰干扰。
光照计在一直实时的测量环境的光照度，当出现特殊天气时，从光照计第一次检测到低于15LX开始，如果持续若干时间（如：五分钟）都低于15LX，则判断出现了特殊天气，排除了闪电的干扰，反之亦然。当开灯时，若光照计采集到高于30LX，且持续5分钟，则关灯。
2.5 根据道路分类
在智能道路照明控制策略中，还应根据道路的类型来采取节电措施。根据《城市道路设计规范》CJJ37-90对城市道路的分类，并结合道路照明本身的特点，将城市机动车道路照明按快速路与主干路、次干路、支路分为三级。
在《城市道路照明设计标准》中，对同一级别的道路规定了两档的照度标准值，因为道路照明标准值是根据车辆行驶速度、交通流量等因素来确定的，与城市的性质和规模没有必然的联系。一般情况下，在规模小的城市中，车辆的数目比大中型的城市少，因而路面的交通流量也会相对的较小。所以，为了合理的配置能源和节能，在中小城市中，可选择照明标准的低档值，而在大城市可以选择照明标准中的高档值。采取这种措施后，既能保证每个路段的可见度，又能节省电源，避免不必要的浪费。
2.6 节假日
在比较重要的节假日，人们的作息时间会和平时不同。在这种情况下，若还是采取分时段控制，就会出现偏差，因为交通流量曲线与平时会出现较大的波动。这时可以通过其他的方式来控制路灯的亮暗。就一定年份来说，每年的同一个节假日的车流量的数值不会波动很大。根据上述情况，可以向各地的交通部门查阅某个路段在每个节假日的车流量，从而把这些历史数据存入数据库。当到了某个假日的时候，通过调用数据库中的历史数据和当前数据来进行路灯照明的预测控制。
3 结束语
总之，在电力能源紧张的今天，更多在道路照明设计和应用中强调智能化控制，不但可以帮助照明系统节省用电量，而且还可以大大延长照明灯具的使用寿命，不仅降低了解决城市路灯照明经费问题，还可以帮助解决电力能源环保等相关领域问题。
参考文献：
[1]王 斌.照明节能及智能控制技术的应用[J].现代建筑电气，2011（2）：29-33.
[2]邰兴灵.智能照明调控系统在道路照明中的推广及应用[J].玻璃，2010，37（9）：38-40.