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阿拉丁照明产业调研白皮书》智慧照明与物联网科技 顾问
一、研究的目的和意义
作为智慧城市的重要组成部分，智慧照明是智慧城市的公共服务应用项目之一。将其更好地融合到智慧城市建设的大潮中，具有重要意义。智慧照明可以融合微基站、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，是综合计算、网络、物理环境的多维复杂系统。
而照明与通信的结合，甚至与传感器、物联网等的结合，都是崭新的课题。多领域的交叉融合，带来了一系列的问题，如缺乏组件间的通信和接口规范以及相应的测试要求等。智慧照明标准体系尚未建立，国内外都没有相应的系列标准，这就需要我们研究构建相应的标准体系，确立标准框架，使各类智慧照明产品的质量能从安全、性能和电磁兼容等方面进行科学合理的评价，为智慧照明行业健康发展建立标准方面的技术基础。
本文将着重探讨智慧照明的室外应用—智慧路灯，和智慧照明的室内应用—家居智能照明的标准体系框架。
二、智慧照明的应用现状
2.1 智慧路灯的应用现状
通过路灯改造，将大功率的高压钠灯路灯改造成节能的LED路灯，并在LED路灯上增加一个单灯控制器，通过PLC(电力线载波)、ZigBee或NB-IoT(窄带物联网)协议，可以将所有的路灯进行信息化管理，实现巡检和防盗功能，如图1所示。用户使用电脑、iPad或手机终端通过因特网来控制路灯中央控制管理系统(简称中央控台)，中央控台再通过因特网和移动运营商网络把指令发给集中控制器(简称集中控台)，集中控台再通过ZigBee无线协议或PLC有线协议控制旗下的每盏LED路灯(如图 1 右图所示，三层架构)。中央控台也可以直接通过NB-IoT或4G网将指令发送到每盏路灯(如图1左图所示，两层架构)。通过以上方式，后台可以对LED智能路灯实现开关控制、调光控制(PWM或0～10V调光)、巡检、自由编组、地图指引、按天文时钟自动运行、故障报警、偷盗报警和远程抄表等功能 [1]。这是智慧路灯的初级阶段，也是如今应用最多的工程案例。
路灯作为规则分布的城市基础设施，是城市中分布最广泛、最均匀的物联网，有望成为智慧城市最重要的载体。如图2所示，在智慧主灯上搭载充电桩、微基站、信息屏、摄像头、RFID电子标签和光伏板等，在智慧辅灯上加载通信子系统和多种传感器，通过PLC/Zigbee/NB-IoT等协议连接成网;再通过4G或光纤把数据传输到后台，可以实现小到对窨井盖监测，大到整个城市景观效果、园林绿化灌溉控制;上到道路交通状况监控，下到地下管网安全、城市排涝的全方位检测与控制;真正把智慧城市建设落到实处。这是智慧路灯的高级阶段，目前处于快速发展期。
需要说明的是，随着人们健康意识和对无线上网速度要求的提高，“邻避效应”扩展，部分宏基站将被微基站取代，带有微基站的智慧路灯本身就可以是4G/5G网络的载体。
2.2 智能家居的应用现状
智能家居(smart home/home automation)是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能照明是智能家居的一个最重要的子系统，如图3所示：
智能家居控制系统是智能家居核心，是智能家居控制功能实现的基础。灯光的智能控制又是智能家居控制系统里重要一环。智能家居照明系统控制的立项就是针对智能照明，更确切地来说是针对智能家居照明的控制实现方式做一些探索。从布线方式来分，可分为有线控制和无线控制;从控制终端来分，可分为遥控器、智能面板、智能手机、平板电脑和PC;从控制的传输方式(协议)来分：有WiFi控制、射频控制、NB-IoT控制、ZigBee控制、485控制、232控制、红外控制等。
三、 国内外智慧照明标准现状
3.1 国际智慧照明标准现状
3.1.1 IEC(国际电工委员会)
国际上，IEC/TC34灯和相关器件技术委员在原有的SC34A(灯)、SC 34B(灯头&灯座)、SC 34C(附件)、SC 34D(灯具)的 4 个分委会的大框架下，新增AG4 Lighting systems(智慧照明工作组)，专门开展智慧照明标准化相关工作，如图4所示。
AG4关于智能灯具和智能照明系统的定义(征求意见稿)如下：
intelligent luminaire( 智 慧 灯 具 )：luminaireequipped with components that have sensing,communication, and processing capability. (智慧灯具是配备了具有传感、通信和处理能力的组件的灯具。)intelligent lighting system( 智 慧 照 明 系 统 )： collection of one or more intelligent luminaires together with one or more controlling devices. ( 智慧照明系统是一个或多个智慧灯具与一个或多个控制装置的组合。)
3.1.2 ISO(国际标准化组织)
国际标准化组织ISO/TC 274光与照明技术委员会成立 ISO/TC 274/WG2(第二工作组)，工作组秘书处设在中国建筑科学研究院。ISO/TC 274/WG2工作组将重点开展ISO 21274《Light and Lighting–commissioning Process of Adaptive Lighting systems》(光与照明—智能照明系统调试方法)的编制工作，并将与来自奥地利、加拿大、荷兰、德国等十一个国家共同研究探讨未来国际智能照明领域相关标准化工作。
3.1.3 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，如成立于2012 年的TALQ联盟，其旨在建立一个可在全球范围内接受的用于室外照明的中央控制管理系统软件接口协议，目前已发布TALQ技术规范1.0.2版本。
再如Fairhair联盟，其旨在指导和简化楼宇中照明和楼宇自控生态系统向物联网技术的转化，并消除关于IT基础设施、安全性和兼容性方面的担忧。Fairhair联盟的六家发起成员——飞利浦照明、路创、西门子、欧司朗、思科和芯科科技意识到单个的楼宇系统服务公司很难打破当前存在的不同的楼宇服务通信标准之间的藩篱，行业更加需要跨领域的通力合作来打造通用的IT和IoT技术，以适合当今楼宇服务中的主流通信标准。Fairhair联盟并不创建新的或附加的应用层协议，相反，Fairhair联盟与主流的生态系统如BAcnet、KNX和ZigBee紧密合作，以使这些技术转化为IoT技术。Fairhair的解决方案将使用支持IPV6的网络技术，如802.15.4网状网络(mesh network)，Wi-Fi和以太网。Fairhair联盟的长期愿景是实现一种低成本、高安全性的基于IP的统一网络基础架构，并将其作为可互操作的照明和楼宇自动化系统的基础。
HomeKit是苹果公司的一套开放的API和协议集合，整合了siri的语音交互功能，用户可通过siri语音输入控制指令，实现对门锁、灯具、摄像头、开关插座等智能家居设备的集成化控制，其研发初衷是希望ios设备成为智能家居设备的控制中心，各个厂家的智能家居设备在ios层面相互协作，而无需这些厂家直接进行对接。HomeKit目前主要支持Wi-Fi、BLE及直接连接以太网的智能设备。Allseen Alliance，是由The Linux Foundation主持的一个协作项目，该项目以开源项目AllJoyn为基础，后者首先由高通发起，其目标是让各色各样的设备、应用及服务都能通过各种在线或离线渠道(如WiFi、电线或以太网)进行连接。AllJoyn不需要互联网连接，且设计为跨操作系统及平台连接。
此外，Google、三星、松下等巨头都纷纷推出自己的智能家居平台，有一系列的产品和标准，囊括智慧照明。
3.2 国内智慧照明标准现状
国内，有零星的相关标准发布：
中国电力企业联合会(CEC)发布了6项国家标准
GB/T 34923.1-2017路灯控制管理系统第1部分：总则;
GB/T 34923.2-2017路灯控制管理系统第2部分：主站技术规范;
GB/T 34923.3-2017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/T 34923.4-2017路灯控制管理系统第4部分：路灯控制器技术规范;
GB/T 34923.5-2017路灯控制管理系统第5部分：安全防护技术规范;
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;
国家住房和城乡建设部发布了：CJJ/T 227-2014城市照明自动控制系统技术规范;
国家半导体照明工程研发及产业联盟(CSA)发布：
GB/T 35255-2017 LED公共照明智能系统接口应用层通信协议;
CSA 040-2017家居智能照明设备无线通信模块接口规范;
CSA 041-2017家居智能照明设备功能属性规范;
CSA/TR 001-2014 LED照明控制系统标准化综述;
CSA/TR 003-2017家居智能照明系统架构及互联互通技术;
CSA/TR 004-2017 LED智能家居互联照明控制协议技术报告;
CSA 045/IGRS 0004.01-201X智能照明体系构架与技术参考模型(征求意见稿);
CSA 051-201X基于NB-IoT技术的道路照明控制终端接口要求(征求意见稿);
CSA 052-201X基于NB-IoT技术的道路照明智能控制系统(报批稿);
CSA 056-201X智能道路照明工程验收评价及测试方法(提案);
上海市城乡建设和交通委员会发布了：DG/TJ 08-2182-2015道路LED照明应用技术规范;
深圳市LED产业标准联盟发布了：
SQL/LSA 004.1-2011 LED路灯智能照明技术规范
第1部分：控制系统;SQL/LSA 004.2-2011 LED路灯智能照明技术规范
第2部分：电力线载波控制子系统：QL/LSA 004.3-2011 LED路灯智能照明技术规范
第3部分：应用层通信协议;SQL/LSA 004.4-2012 LED路灯智能照明技术规范
第4部分：信息安全;
国家照明电器质检中心技术联盟(CALT)发布了：CALT 004-2016道路LED照明智能控制系统技术规范(报批稿)。
国家能源局发布了电力行业标准：
DL/T 1398.1-2014智能家居系统第1部分：总则;
DL/T 1398.2-2014智能家居系统第2部分：功能规范;
DL/T 1398.31-2014智能家居系统 第3-1部分：家庭能源网关技术规范;
DL/T 1398.32-2014智能家居系统第3-2部分：智能交互终端技术规范;
DL/T 1398.33-2014智能家居系统第3-3部分：智能插座技术规范;
DL/T 1398.34-2014智能家居系统第3-4部分：家电监控模块技术规范;
DL/T 1398.41-2014智能家居系统第4-1部分：通信协议-服务中心主站与家庭能源网关通信;
DL/T 1398.42-2014智能家居系统第4-2部分：通信协议-家庭能源网关下行通信;重庆电信研究院发布了：
DB 50/T 488-2013智能家居监控系统测试规范;
DB 50/T 489-2013智能家居监控系统技术要求;中国智能家居产业联盟发布了：
CSHIA-FC-GW-01智能家居产品互联互通中间件技术标准;
中国通信标准化协会发布了：YDB 123-2013泛在物联应用智能家居系统技术要求;
台湾发布了：
CNS 15652-1-2013智慧照明系统-第1部：系统功能;
CNS 15652-2-2013智慧照明系统-第2部：广域网路界面;
CNS 15652-3-2013智慧照明系统-第3部：场域网路界面;
CNS 15652-4-2013智慧照明系统-第4部：场域网路设计指引;
CNS 15652-5-2013智慧照明系统-第5部：照明设备。
此外，阿里、京东、小米、华为、海尔和美的等互联网或家电巨头都有了自家的云平台，有一系列的智能单品和标准，涵盖智慧照明。
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