淺談軌道交通智能照明系統的研究

任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】：軌道交通智能照明控制系統可提高運行效率、節約能源、減少污染，文章介紹了該系統的概念、特點及在節能、安全、智能化方面的作用，闡述了其在車站、隧道、軌行區的應用，探討了該系統的關鍵技術，并分析了其發展趨勢和面臨的挑戰。

【關鍵字】：軌道交通；智能照明控制系統；感知技術；控制算法；無線通信技術

0引言

城市化加速，軌道交通系統在緩解擁堵、節能減排方面發揮重要作用。但其照明系統能耗占比較大，提高能效對降低運營成本、實現可持續發展意義重大。基于此，智能照明控制系統應運而生，通過靈活控制策略和感知技術，可根據實際需求動態調光，大幅降低能源消耗，是解決這一問題的有效途徑。

1軌道交通智能照明控制系統的重要性

軌道交通作為現代城市重要基礎設施，其運營效率和服務質量事關城市競爭力和緩解交通壓力。照明系統不僅關乎運營安全，也影響能耗和成本。傳統照明系統存在弊端，無法適應節能環保和智能化需求。智能照明控制系統通過技術和靈活策略，實現了智能化管理和精細調控，可根據實際需求動態調光，大限度節能，同時提升照明質量、運營安全性和出行舒適度，是實現軌道交通可持續智能綠色發展的重要手段^[1]。

2軌道交通智能照明控制系統的應用現狀

2.1車站照明控制應用

（1）照明控制策略。車站照明控制是軌道交通智能照明控制系統的重要應用場景。照明控制策略通常根據車站客流量、時間段等因素進行動態調整。在夜間或客流量較低的時段可適當降低照明亮度，減少能源消耗；在日間或客流量較大時，則提高照明水平，確保良好的視覺舒適度和安全性。一些照明控制系統還采用分區控制的策略，將車站區域劃分為不同的照明控制區域，根據各區域的實際情況單獨調節亮度，避免了提高或降低照明水平帶來的能源浪費。

（2）節能效果分析。車站照明控制應用顯著提升了軌道交通系統的能源利用效率。采用智能照明控制系統后，不同車站的節能效果如表1所示。

以A市地鐵樞紐站為例，每年照明用電約700×10⁴kW·h，采用智能控制系統后節能率達35%，年節電量高達245×10⁴kW·h，節約成本122.5萬元。節能效果不僅來自降低亮度，更多源于系統對照明設備狀態的實時監控和高效管理。傳統照明控制方式由于缺乏狀態監測，部分設備長期處于全亮狀態浪費能源。智能系統通過無線傳感技術實時監測發現異常，及時報警并遠程控制，消除了能源浪費，進一步提升能效。該系統的應用不僅大幅節省運營成本，還體現了軌道交通事業對可持續發展的承諾。

2.2隧道照明控制應用

（1）照明控制方法。隧道照明控制是智能照明控制系統在軌道交通領域的另一重要應用場景。由于隧道環境封閉、視線受限，照明質量對行車安全和乘客舒適度至關重要。智能照明控制系統通常采用分段控制和自適應調光的方法，根據列車位置、行駛狀態以及隧道內外光照條件動態調節照明亮度，實現精細化照明控制。當列車駛入隧道時，系統可提前適當距離打開隧道照明，為車頭照明提供補充；當列車行駛至隧道內時，沿線區域的照明燈具亮度隨之提升，確保車廂兩側有足夠的照明；列車通過后，各區域照明則可逐步降低亮度，避免資源的無謂浪費^[2]。該控制方法不僅保證了隧道照明質量，充分考慮駕駛和乘客視覺需求，還大限度節約了能源，顯著提高了運營效率。

（2）安全性和舒適性評估。隧道智能照明控制系統不僅提高了能源利用效率，還為乘客和駕駛員提供了更好的安全性和舒適性。根據多條隧道的實測數據，該系統不僅確保了安全和舒適度，還顯著降低了能源消耗。傳統照明與智能照明控制系統安全性和舒適性評估結果如表2所示。

從表中可以看出，智能照明控制系統在保證足夠照度水平的前提下，將年平均能耗從280×104kW·h降至168×104kW·h，節省率高達40%。同時，由于靈活的分段控制策略，駕駛員和乘客的視覺舒適度評分也分別提高到4.5和4.3，遠高于傳統照明系統。這些數據充分證明，智能照明控制系統在隧道照明領域的性能。該系統既滿足了隧道行車安全和乘客舒適的照明需求，又大幅降低了能源消耗，是軌道交通綠色低碳發展的有力保證。

2.3軌行區照明控制應用

（1）區域劃分控制。軌行區照明控制是智能照明系統在軌道交通領域另一重要應用。軌行區是指鐵路線路兩側的區域，包括站臺、路基、橋隧等。傳統照明控制方式下，這些區域的照明通常一視同仁，無法根據不同區域的實際需求調節亮度，導致能源的低效利用。智能照明控制系統則采用區域劃分控制的策略，根據區域特點和重要性將軌行區劃分為不同的照明控制分區，實現分區獨立控制。通過精細化的分區控制，智能系統大限度滿足了不同區域的照明需求，既保證了運營安全，又實現了能源的節約利用。

（2）智能化管理。智能照明控制系統在軌行區的應用不僅體現在靈活的分區控制策略上，還體現在系統智能化管理能力。通過部署無線傳感網絡，系統可實時采集軌行區的各種狀態數據，如環境亮度、設備工作狀態、列車位置等，并將這些數據傳輸至控制^[3]。控制內的決策算法可基于這些數據，自動生成*優的照明控制策略，并將控制指令下發至現場執行設備。

3軌道交通智能照明控制系統的關鍵技術

3.1感知技術

（1）車流量檢測技術。車流量檢測技術是智能照明控制系統獲取交通狀態信息的重要手段。該技術通過對路面車輛進行實時監測和統計，輸出包括車流量、車速、車型等數據，為照明控制策略制訂提供關鍵依據。目前，常用的車流量檢測技術主要有視頻檢測技術和微波雷達檢測技術兩大類。視頻檢測技術利用視頻圖像處理算法對道路監控畫面進行分析，識別并跟蹤車輛運動軌跡，獲取車流參數；微波雷達檢測技術通過對車輛反射的微波信號進行分析，根據多普勒頻移原理計算車速，并結合其他特征提取車流量等數據。

（2）環境亮度檢測技術。環境亮度檢測技術是智能照明控制系統中另一項關鍵的感知技術。該技術通過部署光傳感器網絡，實時監測軌道交通場景下的自然光照條件變化，為控制系統制訂合理的照明亮度調節策略提供依據。典型的環境亮度檢測方案是在隧道入口、出口、車站外部等區域布設光傳感器陣列，感知外界自然光線的強弱變化。同時，在隧道內部、站廳等封閉區域也需布設傳感器，監測該區域的實際亮度水平。

（3）其他感知技術。其他常用的感知技術及應用情況如表3所示。

通過多種感知技術的融合應用，系統可以感知列車運行狀態、人員分布、障礙物位置、設備運行狀態等多維度信息，為制訂精細化的照明控制策略奠定基礎，這些的感知技術是智能照明控制系統實現智能化管理的重要支撐。

3.2控制算法

（1）時間控制算法。基于時間的控制算法根據歷史數據分析得出不同時間段的交通規律，預先將照明亮度設定為固定等級。例如，發現高峰時段車流量大，則高峰時段亮度等級較高。這種算法簡單可靠、成本低，適用于非關鍵線路，缺點是響應性差、無法與實時交通匹配，以及存在能源浪費。盡管有缺陷，該算法依然是智能控制的基礎，在各線路中廣泛應用。

（2）需求控制算法。基于需求的控制算法根據實時采集的車流量、環境亮度等數據，動態評估當前照明需求，并立即調整照明亮度以準確匹配。該算法綜合考慮能耗、舒適度等多種因素，通過算法量化和權衡，生成*優控制方案。相比固定的時間控制策略，該算法具有更強適應性和靈活性，能充分滿足不同場景需求，提升了節能環保性能。

（3）預測控制算法。預測控制算法是智能照明控制中一種策略。該算法借助大數據分析和機器學習技術，建立交通流量預測模型，能夠預判未來一段時間內的交通變化趨勢。系統據此提前調整照明亮度，主動應對需求變化，增強了系統的前瞻性和適應能力。相比被動響應的需求控制，預測控制算法更有利于節省能源，是實現軌道交通綠色智能發展的重要手段。

3.3無線通信技術

（1）無線傳感網絡。無線傳感網絡是實現智能照明控制系統的重要技術支撐。該網絡由大量低功耗無線傳感節點組成，分布部署在軌道交通沿線的各個關鍵區域，負責采集車流量、環境亮度等現場信息，并將這些數據通過多跳自組織網絡傳輸至控制。無線傳感網絡具有靈活部署、自主組網和可擴展等優點，能夠有效降低布線成本，適應軌道交通環境的復雜性和長程線性特征。目前，基于ZigBee、LoRa等技術的無線傳感網絡已在多個軌道線路成功應用于智能照明控制系統。

（2）遠程監控和控制。無線通信技術為智能照明控制系統提供了遠程監控和控制的能力。控制可以通過移動通信網絡實時監視沿線各區域的運行狀態，包括車流量、環境亮度、照明設備工作狀況等，并遠程向每個照明節點下發控制指令，對亮度等參數進行調節。這種集中式的遠程控制模式，不僅提高了管理效率，還實現了彈性化調度，能夠根據實際情況隨時對控制策略進行優化和調整，充分發揮智能化系統的優勢。同時，遠程監控功能也為后期維護保養帶來便利，可及時發現故障點，指導現場作業。

4軌道交通智能照明控制系統的發展趨勢與面臨的挑戰

軌道交通智能照明控制系統未來將朝著更加智能化、綠色化、一體化的方向發展。

（1）智能化。系統算法水平將不斷提高，利用大數據分析、機器學習等技術系統能夠自主學習交通規律，持續優化控制策略。

（2）綠色化。系統將進一步降低能源消耗，實現可持續發展。

（3）一體化。系統將與其他軌道運營系統深度融合，形成智能化綜合管理平臺，提升整體運營效率。

盡管前景廣闊，但智能照明控制系統在發展過程中也面臨著一些挑戰。

（1）由于影響數據質量的因素復雜，很難獲取完quan準確的交通流量等預測數據，將直接影響控制策略的效果。

（2）系統的復雜度不斷提高，對算法的實時性、魯棒性等提出了更高要求。

（3）新技術的融合將帶來技術兼容性挑戰，需要制定統一的技術標準。

5安科瑞智能照明控制系統

5.1概述

ALIBUS智能照明產品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩定。開關驅動器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業微電網管理云平臺進行數據交換。

5.2應用場所

適合于各類智能小區、醫院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。

5.3系統結構

5.4系統功能

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態，反饋現場受控回路的開關狀態，監控界面按照樓層各分區的布局和回路列表來瀏覽。

2）當發生模塊離線、網關設備掉線或者狀態反饋和下發控制命令不一致時會發生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個照明回路實現開關控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關和樓層控制開關，也可以一個模塊或者整個樓層實現開關控制。

4）開關驅動器支持過零觸發功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個照明回路可以預設掉電狀態，當照明電源掉電時，開關驅動器會自動切換到預設的掉電狀態；確保重新上電時燈具的開關狀態是確定與可控的。

6）拖動調光控件，照明設備從0%到100%進行調光，可以對單個照明回路實現調光控制，調光總控可以對一個模塊的照明回路實現調光控制，也可以對多個照明回路實現調光控制，通過圖標的亮滅狀態反饋現場開關的狀態。

7）點擊場景控件，打開或者關閉對應場景設置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態是打開還是關閉。

8）設置定時時間，確認時間點后，對該事件點執行的動作進行設置，設置燈在設定的時間點亮或者滅。

9）系統可以通過預設的當地經緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據天文時鐘控制照明開關，實現日落開燈、日出關燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發保存至驅動模塊；當上位機系統故障或模塊離線時，驅動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時控制計劃的正常執行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統結構是分布式總線結構；系統內各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統內各元件可以通過程序的設定實現功能的多樣性。

12）預留BA或三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

5.5設備選型

6結束語

智能照明控制系統在軌道交通領域大有可為。該系統可顯著降低照明能耗、減少運營成本、提高照明質量和交通安全性，實現了智能化自動化管理。未來，可持續發展理念和物聯網技術將進一步推動其在軌道交通中廣泛應用，但投資成本和技術創新也是制約因素。因此，持續加大研發投入、加快技術進步，是推動其在該領域取得更大發展的關鍵。

參考文獻:

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[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022年05版.

[5]千夢晗，袁新新.軌道交通智能照明控制系統研究.

作者介紹：任運業，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。