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白皮书 | 智慧照明标准体系框架研究报告(中)

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2019-01-22 作者:庄晓波 来源:手机赚钱快照明网 浏览量: 网友评论: 0
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摘要: 目前,智慧路灯处于快速发展期,现阶段示范的产品已是照明、显示屏、光伏、充电桩、传感器、通信和软件等产业的跨界合成。未来还将实现硬件可植入、软件可叠加、应用可拓展等,并可能向更大的领域延伸,如智慧医疗、智慧金融、智慧体育等。


  庄晓波

  上海时代之光照明电器检测有限公司标准技术部副主任

  《2018手机赚钱快照明产业调研白皮书》智慧照明与物联网科技 顾问

  四、智慧路灯各子系统标准现状研究

  目前,智慧路灯处于快速发展期,现阶段示范的产品已是照明、显示屏、光伏、充电桩、传感器、通信和软件等产业的跨界合成。未来还将实现硬件可植入、软件可叠加、应用可拓展等,并可能向更大的领域延伸,如智慧医疗、智慧金融、智慧体育等。

  由于智慧路灯相关技术和市场尚处在不断地发展变化中,加上跨越多个领域和需要有关管理部门的制度支撑等问题,标准化工作难度很大。上述的多个组织制定的有关智慧照明的标准都各有侧重点,智慧照明标准是碎片化的。本节将对智慧路灯主要的几个子系统进行标准梳理。

  4.1照明子系统

  照明子系统的相关标准见表1,可以分为安全标准、电磁兼容标准、性能标准(主要考核LED路灯的光学性能和灯具效能等)、环境标准、现场检测(对道路的平均亮度、亮度总均匀度、亮度纵向均匀度、平均照度、照度均匀度、眩光、环境比以及功率密度等提出要求)和综合标准。

  4.2 显示屏子系统

  显示屏子系统的相关标准见表2,可以分为安全标准、电磁兼容标准、性能标准(主要针对颜色)、环境标准(包括防水、防尘,高低温,振动,跌落和盐雾等)和综合标准。目前,缺乏标准对智慧路灯用显示屏的尺寸和最大亮度等进行规范。

  4.3 光伏子系统

  光伏子系统的相关标准有以下6个:

  1)CQC 1602-2013光伏电源供电的LED道路和街路照明系统认证技术规范;

  2)GB/T 9535-1998地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型;

  3)GB 24460-2009太阳能光伏照明装置总技术规范;

  4)GB/T 26849-2011太阳能光伏照明用电子控制装置性能要求;

  5)IEC 61730-2:2004光伏(PV)组件安全鉴定第2部分:技术要求;

  6)IEC 62124:2004独立光伏系统-设计验证。其 中,GB 24460-2009标准要求, 整体结构具有足够的强度承受10级风荷载试验,装置防护等级应大于IP54,4m以上高度的灯杆应具有良好的防雷和接地保护措施,接地电阻应小于30Ω,带电体与金属部件之间绝缘电阻应大于2MΩ, 箱体需设计成使用专用工具才能打开的结构 [2]。

  4.4 充电桩子系统

  充电桩子系统的相关标准有以下5个:

  1)GB/T 18487.1-2015电动汽车传导充电系统第1部分:通用要求;

  2)GB/T 20234.1-2015电动汽车传导充电用连接装置第1部分:通用要求;

  3)GB/T 20234.2-2015电动汽车传导充电用连接装置第2部分:交流充电接口;

  4)GB/T 20234.3-2015电动汽车传导充电用连接装置第3部分:直流充电接口;

  5)GB/T 27930-2015电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议。

  4.5 传感器子系统

  目前,用于智慧路灯的传感器主要有MEMS(微机电系统)传感器、光敏传感器、红外传感器、超声波传感器和温湿度传感器等,相关的标准并不齐全,主要有以下7个标准:

  1)GB/T 7665-2005传感器通用术语;

  2)GB/T 30269.2-2013信息技术传感器网络第2部

  分术语;

  3)GB 10408.5-2000入侵探测器第五部分-室内用被动红外线探测器;

  4)GB 10408.6-2009微波和被动红外复合入侵探测器;

  5)GB/T 30269.701-2014信息技术传感器网络第701部分:传感器接口:信号接口;

  6)GB/T 15478-2015压力传感器性能试验方法;

  7)GB/T 15768-1995电容式湿敏元件与湿度传感器总规范。

  4.6 音视频子系统

  音视频子系统的相关标准有以下4个:

  1)GB 8898-2011音频、视频及类似电子设备 安全要求;

  2)GB 20815-2006视频安防监控数字录像设备;

  3)YD/T 1666-2007远程视频监控系统的安全技术要求;

  4)YD/T 1806-2008基于IP的远程视频监控设备技术要求。

  4.7 通信子系统

  智慧路灯通信,从通信接入方式上,可以分为有线通信方式和无线通信方式。

  有线通信主要方式为:PLC,DALI,DMX512,KNX/EIB,BACNet,RS-485和Ethernet。

  无线通信主要方式为:ZigBee,WiFi,Bluetooth,Enocean,UWB, NFC,IRDA[3,4],和NB-Iot。

  本节主要对以下常用的10个通信协议的标准(或者称之为通信规范)和5个自定义的通信协议进行梳理:

  1)PLC(电力线载波):GB/Z 20177.1-2006 控制网络LONWORKS技术规范 第1部分:协议规范;GB/Z 20177.2-2006控制网络LONWORKS技术规范

  第2部分:电力线信道规范;GB/Z 20177.3-2006控制网络LONWORKS技术规范

  第3部分:自由拓扑双绞线信道规范;GB/Z 20177.4-2006控制网络LONWORKS技术规范

  第 4 部分:基于隧道技术在IP信道上传输控制网络协议的规范;

  2)DALI(数字可寻址照明接口):DALI 1:GB/T 30104系列(共12个),等同采用IEC 623861.0版本;DALI2:IEC 62386 2.0版 本, 目前已发布IEC62386-101, 102, 103, 201, 207, 208, 209, 216, 217,218, 222, 224, 301, 302, 303, 304, 332, 333等18个标准,相应的国标正在制修订中。

  3)DMX512(美国舞台灯光协会发布的一种灯光控制器与灯具设备进行数据传输的标准):WH/T 32-2008DMX512-A灯光控制数据传输协议;

  4)KNX: GB/T 20965-2013控制网络HBES技术规范住宅和楼宇控制系统;

  5)BACNet(楼宇自动控制网络数据通信协议):GB/T 28847.1-2012建筑自动化和控制系统 第1部分:概述;

  GB/T 28847.2-2012建筑自动化和控制系统第2部分:硬件;

  GB/T 28847.3-2012建筑自动化和控制系统第3部分:功能;

  6)RS-485: TIA/EIA-485-A,485总线标准;

  7)Ethernet: IEEE802.3, IEEE802.11以太网系列标准,无线局域网系列标准;

  8)ZigBee:IEEE802.15.4通信协议,GB/T 15629.15-2010信息技术系统间远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求第15部分:低速无线个域网 (WPAN) 媒体访问控制和物理层规范(修改采用IEEE802.15.4:2006);

  9)WiFi:IEEE 802.11a/b/g/n通信协议;无应用层协议;Allseen 联盟成立智能照明工作组,正在定义应用层协议;

  10)Bluetooth: IEEE802.15.1:物理层和MAC层规范;无应用层协议。

  5个自定义通信协议:

  1)TALQ技术规范1.0.2版(中央控制管理系统软件接口协议);

  2)GB/T 34923.6-2017路灯控制管理系统第6部分:通信协议技术规范;

  3)CJJ/T 227-2014城市照明自动控制系统技术规范附录A城市照明自动控制系统通信协议要求;

  4)GB/T 35255-2017LED公共照明智能系统接口应用层通信协议;

  5) 深圳市LED产业标准联盟发布的SQL/LSA004.3-2011LED路灯智能照明技术规范第3部分:应用层通信协议。

  4.8 软件子系统

  软件子系统大体可分为嵌入式软件和管理服务平台。

  关于嵌入式软件,相关标准主要有如下4个:

  1) GB/T 28169-2011嵌入式软件C语言编码规范;

  2) GB/T 28171-2011嵌入式软件可靠性测试方法;

  3) GB/T 28172-2011嵌入式软件质量保证要求;

  4) GB/T 30961-2014嵌入式软件质量度量;

  位于后台的管理服务平台是整个智慧路灯系统的大脑,它通过对智慧路灯采集而来的大数据进行分析处理,可以有效地应对城市管理中节能环保、道路交通、市民服务等诸多公共问题,甚至协助打击犯罪。智慧更多地体现在软件上。国际上,大公司不但重视智慧路灯的硬件投入,更加重视软件的开发,如Philips建立了citytouch 云平台,GE建立了Predix云平台,并在网络安全方面投入大量的人力和物力,寄希望于基于云平台的大数据挖掘来提供服务,如GE在圣地亚哥的智慧路灯项目已提供实时交通信息、停车引导和枪声检测等服务。

  与国际大公司相比,国内的智慧照明公司重视硬件的投入,不太重视后台的软件,尤其是安全考量和研发投入较少。这些智慧路灯产品在大范围投入市场后,可能会被安全漏洞摧毁,且漏洞一旦暴露,后期的修复升级成本极高。

  2016年央视3?15晚会上揭露大批智能硬件安全漏洞,如大疆无人机被劫持、智能楼宇系统被恶搞、智能家居被随意控制、智能摄像头使用户隐私全无和智能Pos机盗刷银行卡等。这部分曝光非常有前瞻性,把智能设备的安全隐患摆到消费者面前,不仅是给这个领域的公司、创业者以及尝鲜的用户提了个醒,也给这个飞速发展智能硬件行业扎了一针预防针。

  关于网络安全,相关标准主要有如下11个:

  1)GB 17859-1999计算机信息系统安全保护等级划分准则

  2)GB/T 25068.1-2012信息技术安全技术IT网络安全第1部分:网络安全管理;

  3)GB/T 25068.2-2012信息技术安全技术IT网络安全第2部分:网络安全体系结构;

  4)GB/T 25068.3-2010信息技术安全技术IT网络安全第3部分:使用安全网关的网间通信安全保护;

  5)GB/T 25068.4-2010信息技术安全技术IT网络安全第4部分:远程接入的安全保护;

  6)GB/T 25068.5-2010信息技术安全技术IT网络安全第5部分:使用虚拟专用网的跨网通信安全保护;

  7)GB/T 20270-2006信息安全技术网络基础安全技术要求;

  8)GB/T 25069-2010信息安全技术术语;

  9)GB/T 2887-2000电子计算机场地通用规范;

  10)GB/T 29234-2012基于公用电信网的宽带客户网络安全技术要求;

  11)SQL/LSA 004.4-2012 LED路灯智能照明技术规范第4部分:信息安全。

  4.9 电磁兼容

  电磁兼容包括了谐波、电压波动和闪烁、无线电骚扰特性的限值和测量方法、抗扰度、静电放电抗扰度、浪涌抗扰度和射频场感应的传导骚扰抗扰度等项目。目前,智慧路灯的各个硬件子系统都有相应的 EMC标准,但缺少整机的EMC标准。

  4.10 现场验收

  4.10.1灯杆

  灯杆相关标准有2个:

  1) QB/T 5093.1-2016灯杆第1部分:一般要求;

  2) QB/T 5093.2-2016灯杆第2部分:钢质灯杆。以上2个灯杆标准主要对灯杆的机械性能进行考核,如尺寸及公差、检修门耐冲击性能、外壳防护等级、抗风和

  耐腐蚀等。

  4.10.2设计

  设计相关标准有5个:

  1)CJJ 45-2015城市道路照明设计标准;

  2)CJJ/T 227-2014城市照明自动控制系统技术规范;

  3)CJJ 89-2012城市道路照明工程施工及验收规程;

  4)DG/TJ 08-2182-2015道路LED照明应用技术规范;

  5)DG/TJ 08-2033-2008道路隧道设计规范。

  五、智慧路灯标准体系框架探讨

  智慧路灯是跨界融合的复杂系统,标准体系尚未建立,本节在梳理智慧路灯各子系统标准现状的基础上,参考照明行业 [5-11] 和其他行业 [12-14] 的标准体系以及相应的国家标准 [15],提出了智慧路灯系统标准体系框图,如图5所示。

  由于智慧路灯融合了微基站、视频探头、多媒体屏、信息交互屏、太阳能光伏、传感器以及LED照明于一体,智慧路灯系统是跨领域的多维复杂系统,具备全新城市照明系统CityPad的功能,是智慧城市的重要载体,这就涉及多部门的管理协调,因此智慧路灯系统标准急需强有力的外部支撑。如显示屏是否能放置在主干道的路灯上,屏幕尺寸和最大亮度的要求是什么这都需要管理部门给出明确的规范。如智慧路灯底部箱体安装空间较为局促,需制定相应标准将底部箱体进行分仓设计,高低压设备和线路进行分仓安置,保证设备和检修人员的安全 [16]。

  对于智慧路灯系统的基本功能,至少应有远程控制、故障报警和巡检功能。

  对于评价指标,应从节能、健康、安全和舒适等角度来综合考量,如系统效率、中间视觉效应和光生物效应等。对于子系统的内部支撑,应对多功能灯杆的机械强度进行考核,并规范各子系统的电源线(如220V AC 和12V/24V DC等)和控制线,以及子系统之间交互的接口协议、接线和测试方法等,再对组件间的电磁兼容进行测试。对于现场验收,应对智慧路灯的基本功能进行测试,并对系统可靠性和网络可靠性进行考核,如通信丢包率、无线同频干扰和中继测试等。

  对于管理,可以分成设施监控、设施管理、生产管理、亮灯策略管理和监控数据管理等,服务于路灯行业管理部门以及行政管理部门等用户 [17]。

  对于大数据采集、分析、处理,大数据可以包括温度、湿度、光照、电压、电流、PM2.5、噪声、雨量、风速、车流、地震、地下管网、窨井盖等。

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  白皮书 | 智慧照明标准体系框架研究报告(上) 

  白皮书 | 智慧照明标准体系框架研究报告(下)

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