物联网时代的智能照明的发展趋势

 

　　照明从基于钨丝灯，气体放电灯的传统照明跨入基于半导体器件的LED照明，正好遇见移动互联网跃进到万物互联的物联网IOT的时代风口，两者的结合，产生无限美好的遐想和创新，为照明人开创了前景广阔的基于物联网的智能照明时代。

 

　　全球照明联盟(GLA)发布了照明发展路线图(Roadmap)，如图1所示:

 

 

　　图 1:全球照明联盟(GLA)照明发展路线路

 

　　照明发展路线图(Roadmap)分为5个阶段，传统高效照明，LED照明，智能照明，可服务可升级的智能照明和以人为本(HcL)照明，给照明带来的价值和关注的点。分别为：高能效，动态可调、IOT应用和数据分析、循环经济和用户友好。可以看到，照明的发展的目标是以人为本的照明，不仅关于照明的视觉效应，更多的关注的是非视觉效应。对于在IOT时代的智能照明，更多的关注的是物联网数据的应用，可升级可互换的环境友好的循环使用，还有可提供服务可运营的智能照明，下面结合GLA的照明发展路线路图，分析一下智能照明的几个发展趋势:

 

　　发展趋势一：智能的照明的重要关注目标是以人为本的照明

 

　　智能照明的核心是在正确的时间，正确的地点给照明的目标提供正确的照明，包括合适的照度，合适的色温合适的颜色合适的照明时长，手段是照明开关，调光，调色等。在给人提供照明时，不仅需要关注照明的视觉效应，更多的关于照明的非视觉效应，比如光生物安全，光调节人的生理 节律，光调节人的情绪，也就是应该更多的关注人的健康，包括舒适，生理和情绪等，这就是“以人为本的照明“HcL，这是智能照明努力发展的方向目标。智能照明不仅要做到: 光是我们“眼之所见”，还要是我们“心之所想，情之所想”。以建筑照明为例，更多的从关注绿色建筑发展到关注健康建筑。

 

 

　　图 2:智能照明的重要关注目标是 HCL:关注光视觉和非视觉效应

 

　　发展趋势二：合适的连接是智能照明的第一步

 

　　智能照明要对照明进行控制，首先要将照明设备和控制设备之间建立连接，连接是走向智能的照明的第一步，在物联网万物互联的时代，连接的技术非常多，以下图为例，有基于总线的有线技术，有短距离的无线连接技术，也有跨越几km的广域网无线技术。

 

　　图 3:物联网中的连接技术

 

　　面对众多的连接技术，需要选择合适的连接技术来连接照明，适用不同应用场景。

 

　　在智能家居照明的应用场景，需要考虑整体家居设备的全连接、操作方便和安全，更多的要考虑组网节节点多，组网复杂，有些节点比如传感器、遥控器等还必须支持低功耗， 那么ZigBee无疑是现阶段最佳的选择。蓝牙技术定义了基于可控广播的蓝牙Mesh技术，其继承的蓝牙低功耗的特点，在未来也是值得关注的连接技术。但是如果连接的节点不是很多，或者是点到点的单点简单连接情况下，Wi-Fi或蓝牙连接也就可以满足应用。

 

　　在智能楼宇的应用场景，由于智能照明系统一般需要和楼宇自动化系统联动，在楼宇自动化中的基于总线的连接方式已经大量应用，比如KnX、BAcnet或Dynet，可以利用这些总线技术来控制照明，但是对于照明设备，DALI由于其简单可靠，易安装等优点，成为照明连接技术的不二选择。无线的连接方式组网更加灵活，比如和ZigBee/thread同源的支持IP的Fairhair连接技术，由于还具有兼容多种楼宇自动化协议的统一通用应用层，在智能楼宇这个复杂的环境下，将来会成为一个统一的连接方式。

 

　　在城市道路应用场景，更多关注连接的长距离、可靠性和安全性，可以使用电力载波PLc或短距离RF进行本地连接，在控制柜或网关进行汇聚，再借助运营商的通信网络进行远程连接。2017 年后，LPWAn技术的发展，尤其是NB-IOT技术的在中国的蓬勃发展，使路灯的连接变得更加方便。nB-Iot由于使用国家许可的专用频段，由运营商来建设可靠的网络，会成为道路照明连接的首选，其他的 LPWAn 技术比如LoRa，sigfox，UnB，ZEtA等会成为有益的补充。5G的mMtc的完善或许能一统户外道路照明连接的江湖。

 

　　在中国非常火热的景观照明控制应用场景，由于景观照明是要利用照明来体现各个景观或地标的独有的特征，不强调照明的照亮功能，需要实时控制灯具发光的动态变化，营造气氛，照明的连接的通信协议一般为DMX512/RDM， 或Ki-nEt、Art-net等。

 

　　发展趋势三：可升级是智能照明的必不可少的一步

 

　　可循环经济是打造资源节约、资源循环利用的和谐社会的关键的一步，以资源的高效利用和循环利用为核心，在这个大的趋势下，智能照明的模组化，可升级和可互换将是必不可少的一步。

 

　　以智能道路照明为例，智能道路灯具包括智能道路控制器、传感器、电源和发光光源，他们模块化可以是他们能够重复利用，他们之间的连接、安装接口的标准化是支持循环经济的非常重要的第一步，模块化和接口标准化可以使道路照明smart Ready，尤其是标准化的安装接口让现在和将来在道路灯具中安装或升级物联网控制技术变得简单易行，允许部件在现场进行改装和更换而无需拆卸灯具， 并支持广泛使用的DALI、0/1-10V等调光协议。Zhaga在LED 光源的模块化的标准化方面进行长期的努力，为了支持智能化照明发展趋势，提出的new Zhaga战略支持循环经济，定义了智能道路控制器安装接口(Zhaga book18)，其如下图所示，其体积小，成本低，可插拔、可互换，其将成为全球路灯控制器安装的通用接口。

 

图 4:可升级的智能道路照明(smart ready)

 

　　发展趋势四:可服务可运营是的智能照明系统是核心

 

　　利用物联网的通信连接技术将照明设备和相关的传感设备连接起来，对人的信息、环境的信息、照明设备的运行信息进行数据收集，根据人的需求或传感信息对照明设备进行控制。在智能照明系统中，人机交互的平台、数据处理的平台和设备控制平台是智能照明系统的核心，其也是提供照明服务的运营平台。这个运营的平台一般架构在云计算上。

 

图 5:可服务可运营的智能照明平台

 

　　以智能道路照明为例，架构在云端的道路照明管理交互平台对道路灯具进行参数设置、安全管理、控制管理接口，环境信息收集，可以提供道路照明的控制管理业务(开关， 调光、调色等)，资产管理(设备运行状态监控、快速维修)业务，数据分析业务(报表，统计，预测)等。

 

图 6:可服务可运营的智能道路照明平台

 

　　发展趋势五：超越照明是智能照明向智慧照明的跨越发展

 

　　从技术的角度看，智能照明主要强调的是对照明的基于规则的控制和基于环境因素和人的需求的简单的自动控制，智慧照明更多的让照明具有智慧，能够像智慧生物一样思考 和学习，具备情感，让照明更加聪明更有温度，还需要结合大数据处理技术，更要等待人工智能技术和产业的完善，超越照明本身，实现从智能照明到智慧照明的发展。

 

　　从连接控制的对象看，在万物互联的物联网时代，连接一切皆有可能，智能照明不仅给人提供照明的手段，还可以和其他的系统进行互动控制，光已经成为一种新的智能语言，提供更广阔的超越照明的业务。

 

　　在智能家居照明中，智能照明可以他其他智能家居系统 比如安防系统，娱乐系统(音箱，电视等)进行语音互动，应用AI 技术，让系统更加智能，可以让人、照明，家居设备(家电)之间有无缝的互动，让人的生活更加便利，更加丰富，更加安全;在商业楼宇，大型商超中，无处不在智能照明系统可以结合以太网通信基础设施，通过以太网供电(PoE)将智能照明系统和以太网物联网通信系统完美融合，更进一步， 结合可见光通信VLc，提供高速安全的Li-Fi无线通信接 入，或利用可见光定位服务，让你的购物更加便利更加有趣。

 

　　在智能城市照明中，充分发挥路灯(杆)带电的位置资源，结合传感器、视频监控、显示屏、无线通信基站、充电桩等设备，建设多功能路灯(杆)系统，作为基础设施， 将在智能城市建设中发挥更大作用。

 

　　另一方面，智能照明不仅提供在家居，楼宇，城市道路这些环境中提供以人为中心的照明，也跨越到给万物提供照明，比如动植物照明，这个也是一个很广阔的应用领域， 但是需要更多研究针对不同动植物照明的光配方和新的照明计量方法。