張 振

上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200041

0 引言

當(dāng)前城市夜景照明工程發(fā)展迅速，從一、二線大城市，到三、四線城市和小縣城，政府都投入了大量的資金發(fā)展夜景照明，不僅提升了城市形象，增加人民群眾的生活幸福感，也切實(shí)促進(jìn)了當(dāng)?shù)匾菇?jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。城市夜景照明方式不再局限于建筑照明，也涵蓋了山體照明、景觀綠化照明、建筑媒體屏、燈光秀、水舞秀、投影秀等各式各樣的照明方式。豐富的夜景照明形態(tài)給城市的夜晚帶來了質(zhì)的改變，但也暴露了一些問題。例如，部分城市在夜景照明的整體運(yùn)維管理中沒有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌管理，基本還是沿用過去道路照明管控的“三遙”控制方式來進(jìn)行監(jiān)管，導(dǎo)致照明燈具出現(xiàn)故障后不能被及時發(fā)現(xiàn)，影響了夜景照明的整體效果和可持續(xù)運(yùn)行[2]。

對此現(xiàn)狀，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建一套可以統(tǒng)籌管理整個城市的夜景燈光的智能管理平臺就顯得十分必要。該智能管理平臺需要滿足監(jiān)、管、控、保、檢的基本功能訴求，通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制各受控節(jié)點(diǎn)，并搭建視頻監(jiān)控平臺遠(yuǎn)程監(jiān)視亮化節(jié)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問題后能對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析與報(bào)警。同時，所有燈光節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括狀態(tài)、能耗、故障等均可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化記錄與存儲。應(yīng)用智能管理平臺可以實(shí)現(xiàn)對城市夜景照明的集控管理，解決傳統(tǒng)控制方式存在的運(yùn)維不利、管理不便的難題，為夜景照明的遠(yuǎn)程統(tǒng)一管理帶來極大便利，其必將逐步成為未來夜景照明管理的通用辦法[3]。

1 城市夜景照明總控管理平臺概述

城市夜景照明總控管理平臺是將遠(yuǎn)程管理控制、視頻監(jiān)控、智能化照明控制技術(shù)、多媒體動態(tài)燈光演示技術(shù)、燈光藝術(shù)等有機(jī)地結(jié)合在一起，并采用VPN專線+4G 無線+光纖組網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)分級控制的智能控制架構(gòu)體系。城市夜景照明總控管理平臺一般由頂端總控中心控制層、中間通信網(wǎng)絡(luò)層、末端節(jié)點(diǎn)應(yīng)用層3 層架構(gòu)組成（見圖1），根據(jù)實(shí)際需求有時會增設(shè)分控中心控制層[4]。在這一框架體系下，總控中心（或云端總控入口）可以遠(yuǎn)程管理控制各個樓棟，實(shí)現(xiàn)一鍵亮燈、遠(yuǎn)程場景切換、遠(yuǎn)程更換節(jié)目內(nèi)容或動態(tài)效果、遠(yuǎn)程監(jiān)管能耗統(tǒng)計(jì)，遠(yuǎn)程視頻實(shí)時監(jiān)控，故障報(bào)警等。同時，該體系還具有極好的擴(kuò)展性，可以根據(jù)實(shí)際需要不斷擴(kuò)容，更好地實(shí)現(xiàn)了夜景照明建設(shè)短期、長期、中長期的規(guī)劃目標(biāo)。

圖1 城市夜景照明總控管理平臺架構(gòu)圖

2 總控中心控制層建設(shè)

城市夜景照明總控管理平臺的總控中心是整套控制體系的核心，所有控制命令均由此發(fā)出，末端節(jié)點(diǎn)的所有信息也匯聚至此。一般情況下，總控中心設(shè)置在獨(dú)立房間，可在控制區(qū)、操作區(qū)、顯示區(qū)3 個獨(dú)立區(qū)域進(jìn)行布置（見圖2），亦可以根據(jù)需要增設(shè)參觀區(qū)。

圖2 總控中心區(qū)域劃分圖

2.1 控制區(qū)

控制區(qū)是總控中心的中樞控制大腦所在區(qū)域，主要包含網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備（光纖終端、核心交換機(jī)、路由器等）、強(qiáng)弱電控制設(shè)備（服務(wù)器、同步器、網(wǎng)關(guān)等）、視頻監(jiān)控處理設(shè)備（服務(wù)器、磁盤陣列、主干網(wǎng)橋等）以及大屏控制設(shè)備、UPS 備用電源、獨(dú)立配電柜等?？紤]到核心控制設(shè)備均集中放置于此，建議對該區(qū)域進(jìn)行隔離設(shè)置，采用玻璃隔斷設(shè)置獨(dú)立機(jī)房，將此區(qū)域與其他區(qū)域隔離，并設(shè)置進(jìn)出門磁權(quán)限，非專業(yè)技術(shù)人員不得入內(nèi)。這樣既保護(hù)了設(shè)備安全，又可以控制設(shè)備產(chǎn)生的噪聲，使總控中心的布局更為合理[5]。

（1）服務(wù)機(jī)柜?？刂茀^(qū)內(nèi)所有通信設(shè)備、控制設(shè)備、存儲設(shè)備等均有序安裝于服務(wù)器機(jī)柜內(nèi)，機(jī)柜前后門可開啟，并預(yù)留檢修通道，方便后續(xù)的操作檢修。根據(jù)設(shè)備的數(shù)量，可以設(shè)置多臺服務(wù)器機(jī)柜或標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，并排放置。（2）獨(dú)立配電柜。總控中心應(yīng)設(shè)置獨(dú)立配電柜，用于整個總控中心的用電管理。配電柜應(yīng)為控制區(qū)、操作區(qū)、顯示區(qū)的用電分別設(shè)置獨(dú)立分回路，條件允許時應(yīng)考慮雙電源備份，確保系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。（3）備用電源。為保障總控中心的可靠運(yùn)行，應(yīng)考慮設(shè)置備用電源，有條件的情況下可以設(shè)置雙電源供電回路，其余條件建議標(biāo)配UPS 電源。UPS 電源主要用于保障控制區(qū)、操作區(qū)設(shè)備在斷電后可以在一定時間內(nèi)正常運(yùn)行，顯示區(qū)如采用用電量較大的小間距屏可以不設(shè)置備用電源[6]。

2.2 操作區(qū)

操作區(qū)主要是值班操作人員對控制情況、監(jiān)控情況、顯示情況進(jìn)行實(shí)時操作的管理操作臺。管理人員可以通過操作臺電腦，對強(qiáng)弱電進(jìn)行遠(yuǎn)程的實(shí)時管理控制、調(diào)用監(jiān)控畫面、了解監(jiān)管亮化運(yùn)行情況、查詢數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)情況等。

操作區(qū)根據(jù)使用需求可以設(shè)置單排或多排操作臺，操作電腦根據(jù)需求可以采用一體式電腦或分體式電腦，亦可采用定制觸屏式電腦。根據(jù)具體功能的不同，配置多臺操作電腦，并對不同電腦設(shè)置不同功能，分設(shè)不同權(quán)限，將總控中心的管理功能細(xì)分。

2.3 顯示區(qū)

顯示區(qū)是所有控制信息的集中展示窗口，通常設(shè)置于主視角墻面上，工作人員可以直觀地看到所有控制信息。顯示區(qū)可以為值班操作人員直觀地顯示運(yùn)行數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控效果等，也可以作為夜景照明成果集中展示的形象窗口。

顯示區(qū)一般可采用液晶拼接屏、投影機(jī)、LED 小間距屏等屏幕。通過綜合比較顯示亮度、顯示效果、顯示區(qū)域設(shè)置靈活度等，建議在顯示區(qū)采用LED 小間距屏。

2.4 總控管理平臺軟件

總控管理平臺軟件是總控中心的操作核心，主要采用可視化平臺軟件、模塊化平臺軟件或移動端總控平臺軟件，通過主軟件實(shí)現(xiàn)對所有強(qiáng)弱電設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)管理統(tǒng)計(jì)、故障報(bào)警顯示、視頻監(jiān)控等功能模塊的統(tǒng)一管理和控制[7]。

總控管理平臺軟件鏈接的子項(xiàng)功能模塊如下。（1）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理模塊，可以監(jiān)控在線設(shè)備數(shù)量、設(shè)備信號情況，可以判斷所有節(jié)點(diǎn)是否可靠聯(lián)網(wǎng)。（2）強(qiáng)電管理模塊，主要用于管理配電，定時自動啟閉或手動啟閉亮化設(shè)施，組合場景等。（3）弱電場景管理模塊，實(shí)現(xiàn)弱電場景的設(shè)定、場景手動或定時啟閉切換等功能。（4）弱電內(nèi)容編輯模塊，主要用于動態(tài)燈光效果的制作、編輯、導(dǎo)入、上傳和下載至節(jié)點(diǎn)端。（5）燈光秀管理模塊，用于常規(guī)燈具動態(tài)燈光場景秀、投影秀、水霧秀、激光秀、互動燈光秀等燈光秀的統(tǒng)一啟閉管理，以及場景節(jié)目同步控制調(diào)用等。（6）視頻監(jiān)控管理模塊，對所有視頻監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控畫面進(jìn)行管理、控制、調(diào)用、存儲等。（7）GIS 位置管理模塊，基于GIS 地圖顯示所有受控強(qiáng)弱電節(jié)點(diǎn)、視頻監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、燈光秀節(jié)點(diǎn)的位置及狀態(tài)。（8）能耗管理模塊，實(shí)時統(tǒng)計(jì)整套系統(tǒng)的能耗狀況。（9）運(yùn)維管理模塊，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)行情況的實(shí)時監(jiān)控、防盜報(bào)警、故障報(bào)警、實(shí)時數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)等。

2.5 總控中心的建設(shè)

總控中心的建設(shè)除了考慮軟硬件的均衡配置，在整體裝修方面可參考《安全防范工程程序與要求》（GA/T 75—1994）[8]、《控制室設(shè)計(jì)規(guī)范》（HG/T 20508—2014）[9]等相關(guān)規(guī)定與要求。在裝修時地面宜采用靜電地板，在全屋鋪設(shè)防雷網(wǎng)，并做單獨(dú)接地處理。所有強(qiáng)弱電橋架應(yīng)沿靜電地板底部敷設(shè)。房間內(nèi)建議設(shè)置獨(dú)立空調(diào)及排風(fēng)系統(tǒng)，保障房間的恒溫、恒濕環(huán)境，避免過熱、過潮影響設(shè)備的正常使用。房間建議設(shè)置門禁及監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)定人員進(jìn)出權(quán)限及操作使用權(quán)限，減少非必要人員的進(jìn)入及誤操作。

3 網(wǎng)絡(luò)層建設(shè)

城市夜景照明總控管理平臺的建設(shè)基礎(chǔ)是在總控中心與各節(jié)點(diǎn)端之間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的物理鏈接，這需要搭建一套安全的網(wǎng)絡(luò)通信層，構(gòu)建上下游的通信渠道。由于城市夜景照明范圍大、節(jié)點(diǎn)多、使用情形復(fù)雜，因此獨(dú)立建設(shè)有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)的可行性不高?；谶@種情況，網(wǎng)絡(luò)層的建設(shè)考慮采用通用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信，以有線或無線的方式實(shí)現(xiàn)通信鏈接[10]。網(wǎng)絡(luò)通信層的建設(shè)分為上游端和下游端，上游端是總控中心的專線入網(wǎng)，下游端是節(jié)點(diǎn)端的穩(wěn)定入網(wǎng)。

3.1 上游端總控中心

上游端總控中心是所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)與總控中心通信鏈接的入口，是數(shù)據(jù)集中匯聚點(diǎn)，對通信的安全性、穩(wěn)定性及帶寬要求非常高，一般要求安裝的高帶寬VPN 專線不少于兩條。上游端總控中心連上VPN 之后，所有的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)獲得的出口IP 是唯一的。VPN 涵蓋了跨共享網(wǎng)絡(luò)或公共網(wǎng)絡(luò)的封裝、加密和身份驗(yàn)證鏈接的專用網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。VPN 主要采用了隧道技術(shù)、加解密技術(shù)、秘鑰管理技術(shù)和使用者與設(shè)備身份認(rèn)證技術(shù)。VPN 專線的最大優(yōu)點(diǎn)是安全性更高。

3.2 下游端總控中心

城市夜景照明的控制節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，多數(shù)下游節(jié)點(diǎn)端無法通過光纖直接接入，因此一般考慮采用4G 互聯(lián)網(wǎng)的無線方式接入，根據(jù)當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況，有條件的亦可采用5G 網(wǎng)絡(luò)。

4G 互聯(lián)網(wǎng)是基于運(yùn)營商4G 網(wǎng)絡(luò)組成的局域網(wǎng)絡(luò)。4G 互聯(lián)網(wǎng)的最大優(yōu)點(diǎn)是控制范圍極大、靈活度高、應(yīng)用范圍廣、適用于大部分城區(qū)環(huán)境。節(jié)點(diǎn)端通信設(shè)備一般選用工業(yè)級4G 無線路由器或具有網(wǎng)卡的邊緣網(wǎng)關(guān)等通信設(shè)備作為通信入口。因節(jié)點(diǎn)端與總控中心鏈接的主要需求是數(shù)據(jù)通信，故一般考慮采用物聯(lián)網(wǎng)卡，更為經(jīng)濟(jì)方便。

3.3 商業(yè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的選擇

選擇商業(yè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商時，一般是比較在區(qū)域移動網(wǎng)絡(luò)全覆蓋方面哪一家運(yùn)營商更具有優(yōu)勢，同時應(yīng)考慮有線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度。因各地的不同運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)覆蓋水平不一，建議根據(jù)不同區(qū)域運(yùn)營商網(wǎng)點(diǎn)分布情況進(jìn)行選擇。

4 節(jié)點(diǎn)端應(yīng)用層建設(shè)

城市夜景照明節(jié)點(diǎn)端是指受控的各個樓宇、景觀公園、橋梁、廣場、山體等，一般分為強(qiáng)電節(jié)點(diǎn)端、弱電節(jié)點(diǎn)端及獨(dú)立視頻監(jiān)控節(jié)點(diǎn)端。強(qiáng)弱電節(jié)點(diǎn)端主要采用工業(yè)級4G 路由器接入無線網(wǎng)絡(luò)，可共用一張網(wǎng)卡，通過有線連接方式覆蓋強(qiáng)電配電箱和弱電控制箱，建議將強(qiáng)電配電箱及弱電控制箱就近并排安裝于樓頂或其他信號良好位置，4G 路由器建議安裝在強(qiáng)電配電箱內(nèi)。視頻監(jiān)控節(jié)點(diǎn)端獨(dú)立接入網(wǎng)絡(luò)，不與強(qiáng)弱電控制節(jié)點(diǎn)共用網(wǎng)絡(luò)。

4.1 強(qiáng)電節(jié)點(diǎn)端設(shè)備

強(qiáng)電節(jié)點(diǎn)端設(shè)備一般由多功能智能網(wǎng)關(guān)、多功能智能電表、回路監(jiān)測單元、智能控制模塊等組成，集成安裝于強(qiáng)電配電箱內(nèi)，主要作用是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程燈光的分回路開關(guān)、分回路測量、計(jì)量抄表、防盜報(bào)警等?？紤]到協(xié)議對接的統(tǒng)一性、便利性，一般要求以上節(jié)點(diǎn)模塊間通信協(xié)議采用MODBUS 協(xié)議或其他標(biāo)準(zhǔn)開放協(xié)議。

4.2 弱電節(jié)點(diǎn)端設(shè)備

弱電節(jié)點(diǎn)端設(shè)備主要由DMX 主控設(shè)備（嵌入式主控器或工業(yè)級計(jì)算機(jī)）、DMX 分控器、同步控制器、光電轉(zhuǎn)換模塊等組成。弱電節(jié)點(diǎn)端設(shè)備統(tǒng)一安裝于主控制箱內(nèi)，且主控制箱就近安裝于強(qiáng)電配電箱附近，兩者之間除供配電路由外，需要1 根網(wǎng)線互聯(lián)。如一個項(xiàng)目中涉及多臺分控器，則分控器一般就近分箱分散安裝于燈具附近。如采用了信號放大器，將信號放大器安裝在燈具位置附近。

4.3 視頻監(jiān)控節(jié)點(diǎn)端

視頻監(jiān)控節(jié)點(diǎn)端一般考慮獨(dú)立搭建網(wǎng)絡(luò)，因視頻監(jiān)控為實(shí)時監(jiān)控，數(shù)據(jù)量大、實(shí)時流量大，采用無線通信的穩(wěn)定性較差，且成本較高。一般采用有線寬帶方式接入，從經(jīng)濟(jì)性考慮，可以采用家庭寬帶。對于沒有條件采用家庭寬帶的區(qū)域，需要使用獨(dú)立專線接入。對于不具備有線網(wǎng)絡(luò)條件或建設(shè)成本過高的區(qū)域，可以考慮采用通用無線通信方式接入，或采用自主無線網(wǎng)橋方式建設(shè)獨(dú)立無線網(wǎng)絡(luò)。

5 結(jié)束語

隨著各個城市對夜景照明建設(shè)的重視，各級亮化管理單位開始投入更多的資金、技術(shù)、人員來保障夜景照明的穩(wěn)定性。在此需求的促發(fā)下，以智能化運(yùn)維管理為目標(biāo)的城市夜景照明總控管理平臺建設(shè)就顯得非常必要，其發(fā)展前景也非常明朗。

在照明行業(yè)人員和地方政府職能管理部門的共同努力下，城市夜景照明總控管理平臺建設(shè)框架已經(jīng)初步形成，具備了監(jiān)、管、控、保、檢的基本功能，解決了大面積亮化管理維護(hù)難的問題。隨著5G 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、VR/AR 技術(shù)、元宇宙技術(shù)等新興技術(shù)的迅猛發(fā)展以及各類集成化智能芯片技術(shù)的發(fā)展，城市夜景照明總控管理平臺一定會有更多發(fā)展機(jī)遇。