任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】：軌道交通智能照明控制系統(tǒng)可提高運行效率、節(jié)約能源、減少污染，文章介紹了該系統(tǒng)的概念、特點及在節(jié)能、安全、智能化方面的作用，闡述了其在車站、隧道、軌行區(qū)的應用，探討了該系統(tǒng)的關鍵技術，并分析了其發(fā)展趨勢和面臨的挑戰(zhàn)。

【關鍵字】：軌道交通；智能照明控制系統(tǒng)；感知技術；控制算法；無線通信技術

0引言

城市化加速，軌道交通系統(tǒng)在緩解擁堵、節(jié)能減排方面發(fā)揮重要作用。但其照明系統(tǒng)能耗占比較大，提高能效對降低運營成本、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展意義重大?；诖耍悄苷彰骺刂葡到y(tǒng)應運而生，通過靈活控制策略和感知技術，可根據(jù)實際需求動態(tài)調(diào)光，大幅降低能源消耗，是解決這一問題的有效途徑。

1軌道交通智能照明控制系統(tǒng)的重要性

軌道交通作為現(xiàn)代城市重要基礎設施，其運營效率和服務質(zhì)量事關城市競爭力和緩解交通壓力。照明系統(tǒng)不僅關乎運營安全，也影響能耗和成本。傳統(tǒng)照明系統(tǒng)存在弊端，無法適應節(jié)能環(huán)保和智能化需求。智能照明控制系統(tǒng)通過技術和靈活策略，實現(xiàn)了智能化管理和精細調(diào)控，可根據(jù)實際需求動態(tài)調(diào)光，大限度節(jié)能，同時提升照明質(zhì)量、運營安全性和出行舒適度，是實現(xiàn)軌道交通可持續(xù)智能綠色發(fā)展的重要手段^[1]。

2軌道交通智能照明控制系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀

2.1車站照明控制應用

（1）照明控制策略。車站照明控制是軌道交通智能照明控制系統(tǒng)的重要應用場景。照明控制策略通常根據(jù)車站客流量、時間段等因素進行動態(tài)調(diào)整。在夜間或客流量較低的時段可適當降低照明亮度，減少能源消耗；在日間或客流量較大時，則提高照明水平，確保良好的視覺舒適度和安全性。一些照明控制系統(tǒng)還采用分區(qū)控制的策略，將車站區(qū)域劃分為不同的照明控制區(qū)域，根據(jù)各區(qū)域的實際情況單獨調(diào)節(jié)亮度，避免了提高或降低照明水平帶來的能源浪費。

（2）節(jié)能效果分析。車站照明控制應用顯著提升了軌道交通系統(tǒng)的能源利用效率。采用智能照明控制系統(tǒng)后，不同車站的節(jié)能效果如表1所示。

以A市地鐵樞紐站為例，每年照明用電約700×10⁴kW·h，采用智能控制系統(tǒng)后節(jié)能率達35%，年節(jié)電量高達245×10⁴kW·h，節(jié)約成本122.5萬元。節(jié)能效果不僅來自降低亮度，更多源于系統(tǒng)對照明設備狀態(tài)的實時監(jiān)控和高效管理。傳統(tǒng)照明控制方式由于缺乏狀態(tài)監(jiān)測，部分設備長期處于全亮狀態(tài)浪費能源。智能系統(tǒng)通過無線傳感技術實時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)異常，及時報警并遠程控制，消除了能源浪費，進一步提升能效。該系統(tǒng)的應用不僅大幅節(jié)省運營成本，還體現(xiàn)了軌道交通事業(yè)對可持續(xù)發(fā)展的承諾。

2.2隧道照明控制應用

（1）照明控制方法。隧道照明控制是智能照明控制系統(tǒng)在軌道交通領域的另一重要應用場景。由于隧道環(huán)境封閉、視線受限，照明質(zhì)量對行車安全和乘客舒適度至關重要。智能照明控制系統(tǒng)通常采用分段控制和自適應調(diào)光的方法，根據(jù)列車位置、行駛狀態(tài)以及隧道內(nèi)外光照條件動態(tài)調(diào)節(jié)照明亮度，實現(xiàn)精細化照明控制。當列車駛?cè)胨淼罆r，系統(tǒng)可提前適當距離打開隧道照明，為車頭照明提供補充；當列車行駛至隧道內(nèi)時，沿線區(qū)域的照明燈具亮度隨之提升，確保車廂兩側(cè)有足夠的照明；列車通過后，各區(qū)域照明則可逐步降低亮度，避免資源的無謂浪費^[2]。該控制方法不僅保證了隧道照明質(zhì)量，充分考慮駕駛和乘客視覺需求，還大限度節(jié)約了能源，顯著提高了運營效率。

（2）安全性和舒適性評估。隧道智能照明控制系統(tǒng)不僅提高了能源利用效率，還為乘客和駕駛員提供了更好的安全性和舒適性。根據(jù)多條隧道的實測數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)不僅確保了安全和舒適度，還顯著降低了能源消耗。傳統(tǒng)照明與智能照明控制系統(tǒng)安全性和舒適性評估結果如表2所示。

從表中可以看出，智能照明控制系統(tǒng)在保證足夠照度水平的前提下，將年平均能耗從280×104kW·h降至168×104kW·h，節(jié)省率高達40%。同時，由于靈活的分段控制策略，駕駛員和乘客的視覺舒適度評分也分別提高到4.5和4.3，遠高于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)。這些數(shù)據(jù)充分證明，智能照明控制系統(tǒng)在隧道照明領域的性能。該系統(tǒng)既滿足了隧道行車安全和乘客舒適的照明需求，又大幅降低了能源消耗，是軌道交通綠色低碳發(fā)展的有力保證。

2.3軌行區(qū)照明控制應用

（1）區(qū)域劃分控制。軌行區(qū)照明控制是智能照明系統(tǒng)在軌道交通領域另一重要應用。軌行區(qū)是指鐵路線路兩側(cè)的區(qū)域，包括站臺、路基、橋隧等。傳統(tǒng)照明控制方式下，這些區(qū)域的照明通常一視同仁，無法根據(jù)不同區(qū)域的實際需求調(diào)節(jié)亮度，導致能源的低效利用。智能照明控制系統(tǒng)則采用區(qū)域劃分控制的策略，根據(jù)區(qū)域特點和重要性將軌行區(qū)劃分為不同的照明控制分區(qū)，實現(xiàn)分區(qū)獨立控制。通過精細化的分區(qū)控制，智能系統(tǒng)大限度滿足了不同區(qū)域的照明需求，既保證了運營安全，又實現(xiàn)了能源的節(jié)約利用。

（2）智能化管理。智能照明控制系統(tǒng)在軌行區(qū)的應用不僅體現(xiàn)在靈活的分區(qū)控制策略上，還體現(xiàn)在系統(tǒng)智能化管理能力。通過部署無線傳感網(wǎng)絡，系統(tǒng)可實時采集軌行區(qū)的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)，如環(huán)境亮度、設備工作狀態(tài)、列車位置等，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至控制^[3]?？刂苾?nèi)的決策算法可基于這些數(shù)據(jù)，自動生成*優(yōu)的照明控制策略，并將控制指令下發(fā)至現(xiàn)場執(zhí)行設備。

3軌道交通智能照明控制系統(tǒng)的關鍵技術

3.1感知技術

（1）車流量檢測技術。車流量檢測技術是智能照明控制系統(tǒng)獲取交通狀態(tài)信息的重要手段。該技術通過對路面車輛進行實時監(jiān)測和統(tǒng)計，輸出包括車流量、車速、車型等數(shù)據(jù)，為照明控制策略制訂提供關鍵依據(jù)。目前，常用的車流量檢測技術主要有視頻檢測技術和微波雷達檢測技術兩大類。視頻檢測技術利用視頻圖像處理算法對道路監(jiān)控畫面進行分析，識別并跟蹤車輛運動軌跡，獲取車流參數(shù)；微波雷達檢測技術通過對車輛反射的微波信號進行分析，根據(jù)多普勒頻移原理計算車速，并結合其他特征提取車流量等數(shù)據(jù)。

（2）環(huán)境亮度檢測技術。環(huán)境亮度檢測技術是智能照明控制系統(tǒng)中另一項關鍵的感知技術。該技術通過部署光傳感器網(wǎng)絡，實時監(jiān)測軌道交通場景下的自然光照條件變化，為控制系統(tǒng)制訂合理的照明亮度調(diào)節(jié)策略提供依據(jù)。典型的環(huán)境亮度檢測方案是在隧道入口、出口、車站外部等區(qū)域布設光傳感器陣列，感知外界自然光線的強弱變化。同時，在隧道內(nèi)部、站廳等封閉區(qū)域也需布設傳感器，監(jiān)測該區(qū)域的實際亮度水平。

（3）其他感知技術。其他常用的感知技術及應用情況如表3所示。

通過多種感知技術的融合應用，系統(tǒng)可以感知列車運行狀態(tài)、人員分布、障礙物位置、設備運行狀態(tài)等多維度信息，為制訂精細化的照明控制策略奠定基礎，這些的感知技術是智能照明控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能化管理的重要支撐。

3.2控制算法

（1）時間控制算法?；跁r間的控制算法根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析得出不同時間段的交通規(guī)律，預先將照明亮度設定為固定等級。例如，發(fā)現(xiàn)高峰時段車流量大，則高峰時段亮度等級較高。這種算法簡單可靠、成本低，適用于非關鍵線路，缺點是響應性差、無法與實時交通匹配，以及存在能源浪費。盡管有缺陷，該算法依然是智能控制的基礎，在各線路中廣泛應用。

（2）需求控制算法?；谛枨蟮目刂扑惴ǜ鶕?jù)實時采集的車流量、環(huán)境亮度等數(shù)據(jù)，動態(tài)評估當前照明需求，并立即調(diào)整照明亮度以準確匹配。該算法綜合考慮能耗、舒適度等多種因素，通過算法量化和權衡，生成*優(yōu)控制方案。相比固定的時間控制策略，該算法具有更強適應性和靈活性，能充分滿足不同場景需求，提升了節(jié)能環(huán)保性能。

（3）預測控制算法。預測控制算法是智能照明控制中一種策略。該算法借助大數(shù)據(jù)分析和機器學習技術，建立交通流量預測模型，能夠預判未來一段時間內(nèi)的交通變化趨勢。系統(tǒng)據(jù)此提前調(diào)整照明亮度，主動應對需求變化，增強了系統(tǒng)的前瞻性和適應能力。相比被動響應的需求控制，預測控制算法更有利于節(jié)省能源，是實現(xiàn)軌道交通綠色智能發(fā)展的重要手段。

3.3無線通信技術

（1）無線傳感網(wǎng)絡。無線傳感網(wǎng)絡是實現(xiàn)智能照明控制系統(tǒng)的重要技術支撐。該網(wǎng)絡由大量低功耗無線傳感節(jié)點組成，分布部署在軌道交通沿線的各個關鍵區(qū)域，負責采集車流量、環(huán)境亮度等現(xiàn)場信息，并將這些數(shù)據(jù)通過多跳自組織網(wǎng)絡傳輸至控制。無線傳感網(wǎng)絡具有靈活部署、自主組網(wǎng)和可擴展等優(yōu)點，能夠有效降低布線成本，適應軌道交通環(huán)境的復雜性和長程線性特征。目前，基于ZigBee、LoRa等技術的無線傳感網(wǎng)絡已在多個軌道線路成功應用于智能照明控制系統(tǒng)。

（2）遠程監(jiān)控和控制。無線通信技術為智能照明控制系統(tǒng)提供了遠程監(jiān)控和控制的能力?？刂瓶梢酝ㄟ^移動通信網(wǎng)絡實時監(jiān)視沿線各區(qū)域的運行狀態(tài)，包括車流量、環(huán)境亮度、照明設備工作狀況等，并遠程向每個照明節(jié)點下發(fā)控制指令，對亮度等參數(shù)進行調(diào)節(jié)。這種集中式的遠程控制模式，不僅提高了管理效率，還實現(xiàn)了彈性化調(diào)度，能夠根據(jù)實際情況隨時對控制策略進行優(yōu)化和調(diào)整，充分發(fā)揮智能化系統(tǒng)的優(yōu)勢。同時，遠程監(jiān)控功能也為后期維護保養(yǎng)帶來便利，可及時發(fā)現(xiàn)故障點，指導現(xiàn)場作業(yè)。

4軌道交通智能照明控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與面臨的挑戰(zhàn)

軌道交通智能照明控制系統(tǒng)未來將朝著更加智能化、綠色化、一體化的方向發(fā)展。

（1）智能化。系統(tǒng)算法水平將不斷提高，利用大數(shù)據(jù)分析、機器學習等技術系統(tǒng)能夠自主學習交通規(guī)律，持續(xù)優(yōu)化控制策略。

（2）綠色化。系統(tǒng)將進一步降低能源消耗，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（3）一體化。系統(tǒng)將與其他軌道運營系統(tǒng)深度融合，形成智能化綜合管理平臺，提升整體運營效率。

盡管前景廣闊，但智能照明控制系統(tǒng)在發(fā)展過程中也面臨著一些挑戰(zhàn)。

（1）由于影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素復雜，很難獲取完quan準確的交通流量等預測數(shù)據(jù)，將直接影響控制策略的效果。

（2）系統(tǒng)的復雜度不斷提高，對算法的實時性、魯棒性等提出了更高要求。

（3）新技術的融合將帶來技術兼容性挑戰(zhàn)，需要制定統(tǒng)一的技術標準。

5安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

5.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關驅(qū)動器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進行數(shù)據(jù)交換。

5.2應用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。

5.3系統(tǒng)結構

5.4系統(tǒng)功能

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場受控回路的開關狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線、網(wǎng)關設備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時會發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個照明回路實現(xiàn)開關控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關和樓層控制開關，也可以一個模塊或者整個樓層實現(xiàn)開關控制。

4）開關驅(qū)動器支持過零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時，開關驅(qū)動器會自動切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時燈具的開關狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動調(diào)光控件，照明設備從0%到100%進行調(diào)光，可以對單個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對一個模塊的照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對多個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，通過圖標的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場開關的狀態(tài)。

7）點擊場景控件，打開或者關閉對應場景設置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態(tài)是打開還是關閉。

8）設置定時時間，確認時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進行設置，設置燈在設定的時間點亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過預設的當?shù)亟?jīng)緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據(jù)天文時鐘控制照明開關，實現(xiàn)日落開燈、日出關燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動模塊；當上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時，驅(qū)動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時控制計劃的正常執(zhí)行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統(tǒng)結構是分布式總線結構；系統(tǒng)內(nèi)各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過程序的設定實現(xiàn)功能的多樣性。

12）預留BA或三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

5.5設備選型

6結束語

智能照明控制系統(tǒng)在軌道交通領域大有可為。該系統(tǒng)可顯著降低照明能耗、減少運營成本、提高照明質(zhì)量和交通安全性，實現(xiàn)了智能化自動化管理。未來，可持續(xù)發(fā)展理念和物聯(lián)網(wǎng)技術將進一步推動其在軌道交通中廣泛應用，但投資成本和技術創(chuàng)新也是制約因素。因此，持續(xù)加大研發(fā)投入、加快技術進步，是推動其在該領域取得更大發(fā)展的關鍵。

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[5]千夢晗，袁新新.軌道交通智能照明控制系統(tǒng)研究.

作者介紹：任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。