基于物联网技术的智慧照明在地铁车站的应用

方漫然

(南京地铁运营有限责任公司，江苏 南京 210012)

基于物联网技术的智慧照明在地铁车站的应用

方漫然

(南京地铁运营有限责任公司，江苏 南京 210012)

智慧照明系统比传统照明更加节能。简要介绍了智慧照明的技术原理，组网结构，比较了智慧照明与传统照明的区别与优点，列举了地铁运营中常见的照明节能问题与解决办法，提出了地铁车站四类区域的智慧照明应用方案。智慧照明可以有效解决乘客多样复杂的照明需求与地铁节能之间的矛盾，适合在地铁车站中应用。

智慧照明；物联网；地铁车站; 节能

引言

地铁运营亏损是国内外地铁行业面临共同的难题，运营成本中电费能占到20%～25%，更加合理的使用电能，成为解决运营亏损问题的一项主要措施。一般来讲，车站照明系统占整个车站设备负荷的15%左右，所以照明是地铁节能的重点之一。目前，地铁车站使用的照明多半还处在由传统日光灯管向LED照明过度的阶段。在新的地铁线路设计时，会以传统日光灯管为主，LED照明作为补充的方式进行，造成了电能的浪费。在照明的控制上，通过BAS系统中大量的可编程逻辑控制器对照明回路进行开关控制，这种控制方式比较粗放，难以满足乘客日益增加的照明多样化需求。智慧照明可以较为全面的解决这些问题。

1 智慧照明系统简介

1.1智慧照明系统构成

如图1所示，智慧照明系统由智慧照明通过物联网技术物物相联组成，覆盖地铁车站的所有区域，并可以相互通讯。该网络通过网关连入云端后可以和计算机、手机等传统信息设备交互数据。智慧照明的运行主要依靠自身所集成的传感器与物联网中其他照明发送的信息，也可以接收到来自网络内运行管理服务器的指令并进行开关动作。

图1 智慧照明系统构成Fig.1 Intelligent lighting system

1.2智慧照明技术原理

通过将智能控制模块嵌入LED光源中，在高度集成后，制作成与传统日光灯管相同型式标准的光源，可对现场既有照明直接替换。其所集成的控制模块包含基础的三个模块，程序运行，LED亮度控制，无线组网。扩展的部分可根据照明用途组合选择，包括雷达、红外、蓝牙、照度传感器等装置，以实现包括：人、物体感知；光线强弱的感知；人、物体移动速度的感知；遥控；与手机直接通讯等功能，如图2所示。

图2 智慧照明技术原理Fig.2 Intelligent lighting technology

1.3智慧照明系统特点

1)无级调光，无感节能。每盏灯都可以进行无级调光。通过内置集成的LED亮度控制模块，可以无级调节通过LED芯片的电流，从而使整灯亮度在0～100%范围内可调节。与传统的节能方式相比，智慧照明可以在不关一盏灯的前提下降低车站整体照度，布光均匀，让乘客觉察不到车站进行了节能。

均匀的光线保证了车站内艺术品的观赏性，保证了车站主题化装修整体效果的实现。美观的环境提升了车站服务，给乘客带来良好的感受。

2)单灯精细化控制，按需照明。车站管理人员通过遥控器等方式，可以不受回路限制，自由选择某盏或某组照明进行关闭或调光，满足了车站最精细的管理需求。针对乘客的照明类投诉响应非常及时，可以完全按照乘客要求对某盏或某组照明进行调整，直至乘客满意。在解决投诉问题的同时也减少了重复投诉，使整体投诉数量下降。

单灯可单独进行时间控制，环境照度控制，在精细化管理的基础上，实现智慧化，单灯自动识别时间和环境照度，作出正确响应，减少管理工作量。

在故障方面，单灯控制不会造成大面积照明故障，比回路控制方式对运营影响更小。因为不关灯，一旦照明发生故障，车站管理人员能够及时发现。维修跟上后，车站照明条件可长期保持稳定。

3)深度节能，改造成本低。智慧照明节能率高，在平均照度相等前提下，比传统日光灯管节能70%以上，比普通LED灯管节能也超过40%。每盏灯集成无线组网模块，灯灯相联自动组网，不需要网络布线，只需要更换照明灯管，应用方便，同时也减少了因有线控制带来的设计、材料、施工成本。

4)物联网+智慧照明，灯随人动。每盏灯都具有单独智慧。单灯可集成多种传感器，例如定时，光线感知，物体探测等，每盏灯可以根据自身所处环境与运行要求判断采取那种亮暗模式。

多盏灯互联成网后形成集体智慧。典型的应用是前灯感知到物体，通知后灯开启。每盏灯既是执行者又是控制者。这样组成的网络没有控制中枢，去中心化特点明显。其智慧特点类似于蜂群在飞行时改变方向，不是依靠中心指挥，而是来自相邻蜜蜂的行为影响，综合判断后改变自身的飞行路线，进而使蜂群整体有序的向同一方向迁徙。这种去中心化的网络结构还可以随时转换为有中心的，单灯感知到环境的改变，通知整组灯改变运行模式，例如智慧照明系统的应急模式，只要对网络中的任意一盏灯下达指令，所有灯都会响应并执行。

智慧照明系统可以兼容传统的控制模式，例如在网络中接入控制服务器来对所有照明进行更复杂的控制，其运作方式类似于传统控制网络，每个照明有一个单独的数字化身份，运行指令精确的传达并执行。

2 地铁照明节能的常见问题

2.1设计施工方面的问题

地铁照明在设计时，考虑到车站的多样化用途和主题特点，往往会超出国家标准[1-2]。以南京地铁4号线为例，开通的第1个月，车站照明全开，测得最高照度近500 lx，远超国标中站厅200 lx，站台150 lx的标准。这就给地铁运营企业的节能带来了空间。在照明回路设计时，往往没有考虑到实际情况，例如，地下车站出入口顶棚上的照明和通道照明设计在同一回路中，难以通过回路分开控制。施工时没有严格按照交叉布灯设计原则接线，导致某片区域照明在同一回路，全开不节能，全关又较暗等。

2.2管理方面的问题

地铁照明节能的一般性做法是关灯，将多个照明回路中的几路关闭，以实现间隔关闭的效果。对回路的控制还会纳入BAS系统功能，为其设置专门的节能模式，具备定时运行的功能。但这样做主要的问题有三点，一是布光不均，设计施工问题造成了局部不满足规范。二是故障难识别，作为车站管理人员，分不清照明是因节能关闭还是因故障关闭，长期累积造成车站越来越暗。三是影响车站整体观感，近年来地铁车站的装修都采用了主题化设计，例如南京地铁的红楼主题，龙舟主题等，壁画小品为车站营造了特别的氛围。间隔关闭照明后会使这些作品上出现斑驳的光影，影响车站整体美观，在乘客的精神上造成了一定影响。

2.3投诉方面的问题

随着近年来生活水平的提高，乘客的维权意识加强，关于地铁照明的投诉是多种多样。再加上政府对政务投诉满意度关注度不断提升，对地铁车站照明节能造成了压力。例如对地下车站出入口附近照明的投诉，就很难处理。地下车站出入口连接地面，形成了一条明暗交界线。这条交界线会随着外界光线的变化不断改变位置，前后相差十多米，此区域的照明经常被投诉。在晴朗时确实可以关闭，但阴雨时又需打开，且该部分照明数量不多，不可能设计为单独的回路，这就对车站处理增加了难度，处理不好结果就是不满意，直接影响地铁企业在城市中的公共服务满意度排名。

3 地铁车站智慧照明系统应用方案

地铁照明按区域分为站厅层、站台层、出入口等公共区域，以及设备用房、管理附属用房、区间隧道风井等非公共区域。其中以公共区域的照明数量最多，又分为工作照明、节电照明、出入口照明、广告照明、导向标志照明、应急照明等，通过回路进行区分管理。智慧照明系统因为做到了单灯控制，可以突破回路的局限，使的部分传统的分类方式变的不再适用，比如工作照明和节电照明。

通过在南京地铁宏运大道站的试点情况来看，智慧照明系统在公共区的应用方案基本分为类，车站通道与站厅区，车站站台区，楼梯与自动扶梯区。

1)车站通道与站厅区。在车站通道与站厅区域中，大部分乘客的目的是快速进站前往站台候车。乘客的步行速度在1 m/s左右，视线范围在5～20 m。将智慧照明系统功能设计为，照明网络中乘客最先遇到的第一盏灯亮起，判断乘客的前进方向，并通知该方向上10 m范围内的灯达到100%亮度，10～20 m范围的灯处于70%亮度，超过20 m亮度10%。如图3所示。随着乘客前进，前进方向上的灯不断亮起，而乘客身后的灯不断由亮转暗。总体效果是灯随人动，人视野内照明开启100%亮度。当然人未到达灯已亮，给人的感觉是周围的灯一直亮着，节电的同时让乘客不易察觉。

图3 智慧照明灯随人动效果示例Fig.3 Example: intelligent lighting effect

2)车站站台区。该区域与站厅区不同，乘客要在此区域等待列车前来，并在此时会有阅读行为，需要照明的持续亮起。此外站台的人流特征与发车时间间隔有明显的对应关系，在列车即将到站时，站台上的人数最多，在车离站的几分钟内车站处于无人或者人少状态。将智慧照明系统功能设计为，以检测到有人的灯为中心，周围5 m范围的灯全部保持100%亮度，5～10 m的灯保持70%亮度，其他亮度10%。

3)楼梯与自动扶梯区。该区域往往楼梯与自动扶梯同时存在，需要进行区分。自动扶梯属于特种设备，在其上方安装了专门的摄像装置用于监测故障，所以扶梯上方的照明需要达标且常亮。楼梯上方没有这样的需求，检测到乘客之后再亮起即可。将智慧照明系统功能设计为，楼梯上方灯与灯之间联动。在有人将到达时，灯亮度无级调光到100%。离开后亮度无级调光为10%。自动扶梯上方100%常亮。

4)其他照明。应急照明在失电情况下通过直流供电，智慧照明光源为LED光源，可以直流驱动，不受影响，只需集成电源转换模块。广告照明费用由广告商支付，一般要求全亮。区间照明理论上可以应用智慧照明网络，节电量可观，但有待进一步研究论证。机房、设备房、走廊的照明一般也是常亮，可以应用智慧照明系统，实现人来灯亮、人走灯暗，定时开关等功能。

4 结束语

在地铁车站站台及站厅层的公共区采用智慧照明控制系统，可以实现无感节能，灯随人动，按需照明等精细化控制，可以为地铁节省可观的电力费用，特别是在潮汐式客流明显的车站，客流少的车站，此类车站随着地铁行业大发展，线网提前规划越来越多；在节能的同时可以提升车站整体效果与服务水平，产生良好的经济效益和社会效益。

[1] 地铁设计规范：GB 50157—2013.

[2] 城市轨道交通照明：GB/T 16275—2008.

IntelligentLightingatSubwayStationBasedonInternetofThingsTechnology

FANG Manran
(NanjingMetroOperationCo.,Ltd,Nanjing210012,China)

The intelligent lighting system can save more energy than traditional lighting. With a brief introduction of the structure and characteristics of intelligent lighting system, the new and old lighting are compared. Common issues and solutions are listed of energy saving in subway. Application schemes of intelligent lighting are presented for four kinds of subway areas. The intelligent lighting resolve the contradiction between the diverse needs of passenger and the energy saving in subway, and therefore it suits the subway stations’s application.

intelligent lighting; Internet of Things; subway station; energy saving

TM923: U231.4

B

10.3969j.issn.1004-440X.2017.05.015