楼宇照明控制系统智慧化应用探索

现代计算机、通信、控制、人工智能、大数据、云计算、感知等高科技技术的迅猛发展,各类高科技制造(高阶数字芯片、量子计算机)的不断完善,5G通信网络的全域覆盖,大量的应用软件和AI边缘计算的支撑,促使各类数据和信息交互融合,各行业都朝着更高水准的智能化发展,萌生全新智慧的发展理念,将更多的人类智慧植入到控制中,智慧建筑是今后建筑智慧化的发展趋势,智慧照明控制是智慧建筑的重要组成部分。

何谓楼宇智慧照明

最近在编制行业协会标准《楼宇智慧照明系统与运维技术要求》时促使笔者对楼宇智慧照明进行深入思考,“智慧照明”与传统的“智能照明”究竟有哪些不同?什么样的技术能支撑“智能照明”走向“智慧照明”?

“智能照明”是利用计算机、网络通信、自动控制等技术,通过对环境信息和用户需求进行分析和处理,实施特定的控制策略,对照明系统进行整体控制和管理,以达到预期照明效果的控制系统。

“智慧照明”是伴随着最新的人工智能、5G通信、物联网、大数据等技术的诞生和发展,促使建筑内各类数据和信息高度汇聚和融合,利用边缘计算和大数据分析,将原本单一用途的信息共享给楼宇数据共享平台,使照明控制在智能照明原有的控制策略基础上得到更多的有用信息,通过人工智能技术的嵌入,反复的机器训练和学习,实时感知周围的环境变化,助力控制系统深度思考,并获得更符合人的视觉行为,更舒适、能自行学习优化的照明控制效果。

楼宇智慧照明控制的系统构架

图1是楼宇智慧照明的系统架构。通过物联网网关、有线和无线传输设备将各类与照明控制相关的传感器、视频终端、温湿度、气象信息和楼宇相关信息进行收集,经数据处理和深度分析,通过智慧照明控制管理平台进行基于多环境照明控制算法的精准照明和遮阳控制,以实现对照明终端设备的多场景智慧照明控制。

楼宇智慧照明控制系统应能实现对楼宇空间照明工作和生活场景的照明控制,满足各类场所的功能需求和照明环境的舒适性,并在此基础上与楼宇其他电气和智能化系统实现信息交互,以达到精准智慧的照明控制,实现场所的照明随各类环境因素(如温湿度、采光、遮阳、人员密度和流动趋势等)的自适应调节和智慧控制。

楼宇智慧照明控制是智慧建筑的一个组成部分,应融入楼宇智慧集成管理平台,楼宇智慧照明系统控制平台与楼宇电气与智能化系统平台应实现数据的双向传输,收集楼宇电气与智能化系统平台与照明控制相关的实时数据,通过数据处理和算法分析,实现对照明终端设备的多场景智慧照明控制,并实时将照明运行能耗数据传输给能耗管理系统,同时能接收楼宇电气和智能化管理与控制平台的实时指令,开启相关部位的照明,实现联动。结合预置事件实时控制和调节照度、色温和遮阳设施,以达到满足融入环境舒适性的多场景照明控制。

智慧照明的应用场景

未来的智慧照明控制在智慧建筑综合管理平台大数据融通的条件下,必然会呈现丰富多彩的应用场景。下面举例说明可实现的智慧照明场景:

a. 长时间工作场所,根据人的生活节律调节室内照度和色温,以缓减长时间工作的疲劳;

b. 根据室内温湿度,自动调节室内空间照度和色温,以满足人们对环境的综合舒适性要求;

c. 根据季节气候自动调节建筑物立面和景观照明场景;

d. 重要场所的单个或局部照明相关传感器故障时,设置照明传感器冗余,也可通过空间内其他传感器(如视频终端等)经采样数据分析替代故障传感器实现照明控制;

e. 室内工作照明结合自然采光和遮阳控制实现工作面恒照度的照明环境;

f. 博物馆等文物保护场所,根据观览人流调节展品和一般照明照度,有效控制被保护文物展品的曝光量;

g. 图书馆阅览区域实现人体感应的局部照明照度调节,书库实现人体感应照度控制;

h. 宴会厅、报告厅根据预设的事件和人员密度,通过视频监视终端探测人流密度、流动趋势,自动设定场所的照明场景;

i. 人流密集的复杂空间需要标识照明变换的场所(如剧院、大型商业等),设置智慧标识照明控制系统,具备人性化的标识引导功能;

j. 体育、演艺场所的演艺灯光实现预置场景与音乐节律同步的照明控制;

k. 教室、会议室照明结合自然采光和遮阳控制实现课桌面的恒照度控制,与投影等教学、会议多媒体设备实现联动控制。

运用人工智能技术提升系统的容错能力

人工智能技术是通过实时收集和感知环境变量等数据,运用AI算法进行深度数据分析和处理,并根据环境变量的实时变化进行反复训练与学习,获得实时调节的精准控制,并不断“思考”和完善控制策略,以达到符合甚至超过人们所期望的智慧控制。

光传感器、动静传感器是传统照明控制最重要的感知器件,一旦出现偏差或失效会使照明控制紊乱,甚至失控。人工智能技术能使大量分布的视频监控系统智慧视频终端实现智慧控制:平时通过实时收集、截取被照面或被照空间的光信息(如亮度、对比度、灰度、白平衡、光强、色差等)和摄像机物理信息(如光圈、快门等),并通过建筑大数据平台获得气候、阳光照射强度、遮光设备状态等信息,运用人工智能AI算法对比光传感器获得的数据进行深度训练与学习,积累与光传感器平行的控制数据,一旦光传感器出现明显偏差或失效时,就能暂时替代光传感器对照明进行控制,有效地提高了照明控制系统的容错能力。

同理,视频监控系统智慧视频终端能实时截取空间中人的数量,多个视频终端能获取人流活动参量,通过人工智能深度学习、训练和分析,获取人流密度和流动趋势,以实现更多的应用。如视频终端与动静传感器共同作用,更智慧地服务于智慧照明控制;带有人脸识别的视频人流分析,预测人流活动趋势,应用于目的空间照明场景的预设和空调系统的调节、电梯调度,在满足舒适性的基础上节省能耗。

结语

智慧建筑、智慧照明是建筑智能化的发展趋势,是现代和未来最新技术支撑的必然,随着技术的不断发展和完善,智慧照明一定会成为现实。不过单凭目前的技术能力和开发水平,要实现智慧照明还需更多的技术应用积累和创新。尤其是高阶芯片的研发、人工智能AI算法的研究、智慧化感知技术的研发、建筑内各系统数据的融通和信息交互、完善的建筑智慧控制与管理平台的建立、系统和设备的容错机制等最新技术应用的研究和探索,需要更多的先进技术行业来支撑智慧建筑领域。

本文全文载于《建筑电气》2021年第5期,详文请见杂志。

版权归《建筑电气》所有。

作者:夏林,男,同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,高级工程师,副总工程师。侵删。

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于灯火阑珊处,于暗香离别时,未曾放弃。
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