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路灯、智能路灯和多功能路灯的标准进展

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-06-30  来源:中国智慧照明网  作者:庄晓波,黄峰 上海时代之光照明电器检测有限公司 昕诺飞(中国)投资有限公司  浏览次数:4198
核心提示:摘要:在道路照明的基础上扩展其他非照明功能,路灯在新基建中扮演重要基础设施的角色,业界有多种名称:多功能路灯、多功能杆、智慧灯杆、综合杆、智慧路灯、智慧杆等。本文从道路照明演进的角度称其为多功能路灯,并介绍了从路灯到智能路灯再到多功能路灯的演进,以及国内外标准进展,并对其标准化工作提出了建议。
       在城市中,为营造一个安全舒适的夜间光环境,路灯是极其关键的基础设施。传统路灯仅提供照亮道路的基本功能,但随着电光源技术发展、新材料新工艺的运用、灯具设计的不断优化,更好的光设计、更低的能耗和更方便的运维是路灯发展的方向,也是路灯向智能路灯转变的起因。智能路灯即带有单灯控制器的LED路灯,具有远程开关控制、调光控制和路灯运营状态监测,故障告警等功能。
       在基于5G发展构建的高数据流量和高传输速率的物联网的新基建环境下,路灯可以是智慧城市的信息感知与反馈节点,路灯杆体的高度和内腔容量足够,足以在一体化设计要求下作为5G基站的安装位置,并搭载各种传感器及感知设备、高清摄像头、无线WiFi等,利用物联网及互联网技术,使道路照明装置成为智慧城市信息采集终端和便民服务终端,是智慧城市重要的切入口,也让智能路灯演变成多功能路灯,使其变成智慧城市发展最理想的物联网搭载平台,如图l所示。
图1道路照明装置的演进示意图
图1道路照明装置的演进示意图
      多功能路灯是在道路照明的基础上,通过应用先进、高效、可靠的通信技术(有线或无线),实现对路灯的远程集中控制与管理,同时扩展支持环境信息传感功能、公用通信接人功能、公共信息服务功能、智能安防功能、新能源汽车供电功能。
       虽然与多功能杆、智慧灯杆、综合杆、智慧路灯、智慧杆等具体名称不同,但概念和支持的功能一致,都是在城市路灯杆上进行多功能的扩展。
1、路灯标准进展
      
路灯,标准上称为“道路照明灯具”,由于习惯的关系,很多人把它称作“路灯”。
路灯标准进展
       其标准成熟完备,见表1。
       对于安全,路灯的安全须符合GB7000.1-  2015和GB7000.203-2013的要求,等同采用的是IEC60598-1:2014和IEC60598-2-3:2003+A1:2011.表1中的IEC标准是最新版。
       对于性能,国家标准有GB/T24827-2015《道路与街路照明灯具性能要求》,而IEC目前还没有专门针对路灯性能的相关标准,只有针对灯具和LED灯具性能的标准:IEC62722-1《灯具性能第1部分一般要求》和IEC62722-2-I《灯具性能第2-1部分LED灯具特殊要求》.
        对于认证,路灯不是CCC强制认证产品,一般甲方会要求路灯生产企业出具CQC自愿认证报告,依据的标准是CQC3105-2018和CQC3127-2016。CQC3105适用于使用荧光灯或高强度气体放电灯为光源的道路照明灯具,而CQC3127适用于LED道路和隧道照明产品,以及光伏电源供电的LED道路照明产品。对于能效,GB37478-2019《道路和隧道照明用LED灯具能效限定值及能效等级》依据功率和色温,将路灯的光效分为三级,并对光通维持率和显色指数提出要求。
       对于应用,道路照明效果须满足CJJ45-2015《城市道路照明设计标准》的一系列要求,如平均亮度、亮度总均匀度、亮度纵向均匀度、平均照度、照度均匀度、眩光阈值增量、环境比和功率密度等,道路照明的施工和验收应符合CJJ89,IEC没有相应的应用标准,而北美照明学会有IES R P-8-14《R  oad Lighting》。
       对于测试方法,GB/T9468-2008、IESLM-79-19、IESLM-80-15和GBrT5700-2008分别适用于路灯的配光曲线、光电色参数、光通维持率和现场照明等的测试。
       对于可靠性,GB/T33721-2017《LED灯具可靠性试验方法》提出通过验证LED模块的ts点温度在灯具中的情况,以及燃点1000h的方法来验证灯具的寿命;T/CALT001-2014《LED灯具结温的测量方法》则通过测试路灯灯具的结温,可以定性比较不同批次路灯的寿命。
       其他标准如GB/T35269-2017《led照明应用与接口要求非集成式LED模块的道路灯具》对路灯的模块进行标准化,模块根据尺寸分为A型和B型,目前已被市场大量采纳;而CJJrT261-2017《城市照明合同能源管理技术规程》对合同能源管理项目的节电能和节能率进行了标准化。
2、智能路灯标准进展
       2.1国际智能路灯标准进展
       1) IEC。国际上,IECTC34AG4照明系统咨询工作组提出了关于智能照明标准化的推荐结构,如图2所示。
国际智能照明标准化的推荐结构
       4个已经启动的国际标准分别是:IECTS63105《照明系统术语和定义》、IEC63117《照明系统的一般要求一安全》、IEC63116《照明系统的一般要求一性能》、IEC63103《照明系统待机功率的测试》。
    IECTC34的WG14照明系统工作组也在开发智能照明控制协议DALI的系列标准-IEC623862.0版。IECTC34正在进行结构重组,计划将AC4和WG14两个工作组合并。
       2) ISO。2020年1月,国际标准化组织ISO/TC274光与照明技术委员会通过了ISO/DTS21274《Light and lighting-Commissioning of lightingsystems》(光与照明一照明系统调试方法)的DTS投票,该技术建议将于2020年正式发布,
       3)国际其他组织。国际上还有一些组织在积极推动智慧照明的发展,如北美照明学会IES发布了IESTM-23-2017《Lighting Control Protocol》的技图2 IECTC34照明系统标准化的推荐结构术备忘录。TALQ联盟旨在建立一个可在全球范围内接受的用于室外道路照明的中央管理系统软件接口协议,以配置、控制、命令和监控智慧城市设备网络。通过验证多个来自不同供应商的智慧城市传感器、控制器与中央管理系统软件( CMS)的互操作性,TALQ联盟已经完成了第一个TALQ2.0版插件,并于2019年7月发布了TALQ技术规范2.1.0版本。Zhaga组织开展了NewZhaga,定义了智能路灯安装接口Book18,该标准转换为的ANSIC136.58-2019正在成为IEC标准。DiiA(数字照明接口联盟)开展了智能路灯最后一厘米的连接控制协议,将DALI延伸到智能路灯控制器和路灯电源的连接,该系列标准为D4i标准,同时也正在成为IEC标准。
        2.2国内智能路灯标准进展
    国内智能路灯相关的国家标准、行业标准和团体标准主要有:    GB/T34923.1-2017《路灯控制管理系统第1部分:总则》; GB/T34923.2-2017《路灯控制管理系统第2部分:主站技术规范》;    GB/T34923.3-2017《路灯控制管理系统第3部分:路灯控制管理终端技术规范》;    GB/T34923.4-2017《路灯控制管理系统第4部分:路灯控制器技术规范》;    GB/T34923.5-2017《路灯控制管理系统第5部分:安全防护技术规范》;    GB/T34923.6-2017《路灯控制管理系统第6部分:通信协议技术规范》;    CJJrT227-2014《城市照明自动控制系统技术规范》;    GB/TXXXX-2020《城市公共设施服务智能路灯基础信息(报批稿)》;    GB/T35255-2017《LED公共照明智能系统接口应用层通信协议》;    T/CSA045/IG R S0004.01-2019《智能照明体系架构与技术参考模型》;    T/CSA051-2019《智能道路照明终端控制器接
口要求》;    T/CSA052-2018/CIES015-2017《基于窄带物联网( NB-IoT)的道路照明智能控制系统技术规范》;    T/CSA056-2020《智能道路照明工程验收要求
及测试方法(报批稿)》;    T/CALIXXXX-20XX《智能道路照明接口规范一灯具扩展模块和扩展底座(征求意见稿)》(等同采用Zhaga Book18);    YDBXXXX-2020《物联网智慧照明系统控制器连接接口技术要求(报批稿》。
       目前,随着工信部大力推广窄带物联网( NBIoT),新建智能路灯工程的通信协议由过去的PLC(电力线载波)或ZigBee协议改为NB-IoT,且采用标准接口与路灯灯具主体相连接,主要有两种接口。一是高压交流供电采用依据ANSIC136.10-2010《用于道路照明设备的光控装置、插头和配套座》标准的NEMA接口;二是低压直流供电采用依据Zhaga Book18《灯具扩展模块和扩展底座》的Zhaga接口。
3、多功能路灯标准进展
       国际上,美国、德国和荷兰等国家的智能照明控制系统已经有许多的应用,集成照明、基站、噪声传感器的多功能路灯在美国也有部署。标准方面,落地的多功能路灯标准很少,只有关注智能道路照明控制的标准,如TALQ技术规范。
       在我国,多功能路灯已在北京、上海、广州、深圳、江苏、陕西、湖南等省市有了应用,本着“创新发展、标准先行”的原则,在应用不断深入的同时,多功能路灯的标准化也在逐步开展中,目前主要的多功能路灯标准见表2。
多功能路灯标准见表
     可见,随着近年来标准化改革深入发展,目前我国多功能路灯标准主要以行业标准、团体标准和地方标准为代表,行业学会、协会、联盟等组织在多功能路灯标准化进程上发挥了重要的作用。
        T/CAL10802-2019《多功能杆技术规范》侧重于多功能路灯的产品要求,没有包含具体的工程施工和运维方面的内容,整套标准结合了现阶段产品
应用,根据多功能路灯各个功能模块分为一般要求与试验、管理服务平台要求与试验、灯杆的一般要求和试验方法等8个部分。T/CSA057-2019《多功能路灯功能模块现场组装调试规范要求》根据布设场景,选配功能模块,规范了施工组装和调试等步骤。《江苏省城市照明智慧灯杆建设指南》明确提出强弱电分仓,规定“智慧灯杆地埋的预留管道宜不小于6根,强、弱电管线净间距应不小于0.5m,宜采用不同色彩管道区分不同权属单位,手井与杆体底座之间连通的弯管宜不小于4根”,保证设备
和检修人员的安全。相关的国家标准已启动制订,如全国信息技术标准化技术委员会在2019年立项《智慧城市智能多功能杆系统总体要求》。
        同时从表2中发现,上海、深圳、广州、江苏等省市在多功能路灯标准制定方面属于先行者。《上海市道路合杆整治技术导则(试行)》是在上海市住房和城乡建设管理委员会的组织下编制的,按照“多杆合一”“多箱合一”“多头合一”集约化建设原则,实现各类路杆的集中统一。此外,上海市还出台了《上海市道路综合杆技术要求(试行)》,《上海市道路综合设备箱技术要求》和《上海市综合杆工程建设和运行维护技术标准》等规范。TlSPIA001-2019《智慧杆系统建设与运维技术规范》不仅对杆体、挂载设备、供电、电磁兼容、漏电保护、防雷、抗风、防腐等提出技术要求,还涉及建设施工以及运维。《广州市智慧灯杆及道路合杆整治技术导则》规范了合杆的功能要求、布设要求、杆体设计要求、智慧照明技术标准、附属设施设计以及施工与运维等。
       目前已发布或制定中的多功能路灯标准结合了当前多功能路灯的应用现状和未来可能的应用场景,从标准化的角度,对多功能路灯从体系框架到功能模块、硬件和软件、特性和接口、产品和服务、施工和运维等进行了梳理和统一,虽然目前多功能路灯标准体系还不够完善,但为多功能路灯的健康发展提供了一定的保障。
4、标准化工作的建议
        路灯到智能路灯再到多功能路灯的演进,产品从单一照明功能到结合智能控制以照明功能为主的小系统,再到多功能并存的大系统,带来了标准化对象的急剧变化。路灯的标准体系相对完善,标准化对象是路灯灯具和照明效果等。智能路灯是在照明功能上叠加了通信功能,标准化对象是路灯接口、控制器、通信和管理服务平台等,其安全、性能的IEC标准正在制定中,接口、通信和验收要求已有团体标准,管理服务平台、可靠性、认证规范等标准化工作还有待开展。多功能路灯是在照明功能的基础上,加载环境信息传感、公用通信接人、公共信息服务等功能,其标准化对象最为复杂,涉及设计、产品、施工、运维、服务等,标准化工作处于起步阶段,现有标准侧重产品的技术要求,个别地方有施工和运维规范,但技术指标仍需细化。
       结合在标准化工作中碰到的问题,对智能路灯和多功能路灯的标准化给出如下建议:
      1)术语和定义的规范化,例如智能路灯、多功能路灯的定义、架构等亟需统一概念,以便于进一步的标准化。
      2)现有标准的更新,例如近年来,智能路灯的通信协议由过去的PLC或ZigBee协议改为NBIoT,而NB-IoT有低功耗、低速、单播等特点,原先制定的标准参数有很多已不适用,建议尽快启动修订工作。
      3)技术要求的深化,例如多功能路灯由于加载的设备不仅有路灯灯具,还有很多其他设备,如通信基站、摄像头、显示屏等,其强度和防风设计就不能仅仅参考路灯杆设计,需要重新考虑,已在应用中出现杆体开裂和倒塌的现象,新建、改建项目必须对杆体强度和防风进行计算并校核,亟需相应的标准。
     4)技术要求的细化,例如道路照明额定功率运行时应满足CJJ45的要求,这是毋庸置疑的,但现有CJJ45的道路照明限值考虑的场景相对简单。能否在现有的高低档位基础上,在深夜车流量较小时的情况下增加一个夜间限值,如可以是原有限值的700-/0。这样可以给调光功能在标准允许范围内留下操作的空间。但应规定要避免间隔亮灯的情况出现,因为这样路面亮度均匀度极差,严重影响行车安全。
       5)产品标准化的同时,亟需服务标准化。多功能路灯可以提供SG、监控、大数据采集等服务,需要探索出良性的运营模式,管理部门需要出台相应的管理与服务规范。
       6)关键设备的标准化,例如多功能路灯中网关是关键设备,其起到本地连接和远程智慧城市管理平台之间的承接作用,其支持的功能、架构等很有必要进行标准化。
       7)安装接口的标准化,多功能路灯杆上承载了多个行业的设备,这些设备遵循相关行业的标准,其技术要求不宜重复标准化。但是对于标准的滑槽式可扩展的灯杆,各个设备在灯杆上的标准化安装接口非常必要,比如5g基站在多功能路灯杆顶部的法兰安装接口,这些安装接口的标准化有利于该类杆体的生产和现场安装、设备功能扩展等。
      8)软件接口不宜过早标准化。智慧路灯如何与智慧城市有效结合,还有漫长的磨合期,不仅是技术方面的问题,还关系到管理部门职能和城市规划、建设、管理等各方面的支持与协调。智慧路灯在逐渐演变,智慧城市也在不断发展。因此多功能路灯综合管理系统和各个功能部件以及网关之间的软件接口,和智慧城市管理系统的软件接口不宜过早地进行标准化,以保证功能的可扩展和创新。
       随着路灯技术与应用的不断发展,以及相关国家标准、行业标准、地方标准、团体标准等的发布与实施,我们相信智能路灯、多功能路灯将在智慧城市建设中,尤其是在新基建中发挥更多的作用,展现更高的价值。
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