（机械制造及其自动化专业论文）临港新城景观照明系统构建方法研究.pdf

海大学坝：卜学位论文 摘要 上海l 临港新城是配合洋山深水港建设而全新构建的一个新型数字化城市， 其中的景观照明系统是一个城市级的数字照明系统，这类系统的构建方法是一 个全新的研究课题。 本文根据临港新城的总体规划，结合下一代光源一- - l e d 等先进的数字照 明技术的发展趋势，运用先进的网络技术、信息技术、系统集成技术、照明规 划与评估技术、计算机辅助照明效果设计技术及虚拟现实等技术，对城市级景 观照明系统的构建方法进行了探讨与研究，并提出了一套完整的系统构建方法， 其主要内容包括： 1 提出了景观度的概念，描述了景观度的主要功能及组成，并运用景观 度设计了量化评价城市景观照明规划结果的方法及评价平台的构建方 法。 2 提出了景观照明效果全信息模型概念，并以此为核心构建计算机辅助 集成景观照明虚拟殴计平台的方法，并详细描述了该平台的各功能模 块及运作方式。 置在景观照明设计平台的基础上提出了基于网络的景观照明效果事前评 价方法及评价平台的构建方法。 4 初步规划了基于全光网的临港新城景观照明系统网络拓扑结构及系统 集成方法。 5 初步构建了城市级景观照明信息与控制协议框架，该协议为整个景观 照明效果规划、设计、展示、控制及照明系统管理的核心。 关键词：景观照明系统、信息与控制系统、信息与控制协议、事前评估 v 上海大学硕士学位论文 a b s t r a c t s h a n g h a il i n g a n gn e wc i t yi san e w l y b u i l td i g i t a lc i t y i t sl a n d s c a p el i g h t i n g s y s t e mi sac i t y l e v e ld i g i t a ll i g h t i n gs y s t e m a n dt h ec o n s t r u c t i n gm e t h o do ft h i s k i n do fs y s t e mi so n eb r a n d n e wr e s e a r c ht o p i c a c c o r d i n gt ot h ec o m p r e h e n s i v ep l a n n i n go fl i n g a n gn e wc i t y , t h i sa r t i c l e c a r r i e so nt h ed i s c u s s i o na n dt h er e s e a r c ho nt h ea p p r o a c ht oc o n s t r u c t i n gt h ec i t y l e v e ll a n d s c a p el i g h t i n gs y s t e m w i t ht h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fa d v a n c e dd i g i t a l l i g h t i n gt e c h n o l o g ys u c ha st h en e x tg e n e r a t i o nl i g h t s o u r c eo fl e d ，t h ea r t i c l e p r o p o s e sas e to fw h o l ec o n s t r u c t e dm e t h o do ft h i ss y s t e m ，u t i l i z i n ga d v a n c e d t e c h n o l o g y s u c h a s s y s t e mi n t e g r a t i o nt e c h n o l o g y , p l a n n i n g a n de v a l u a t i o n t e c h n o l o g y , c o m p u t e r - a i dl i g h t i n g e f f e c t d e s i g nt e c h n o l o g ya n d v i r t u a lr e a l i t y t e c h n o l o g ya n ds oo n t h em a i nc o n t e n ti sa sf u l l o w s ： 1 p r o p o s e st h ec o n c e p to fl a n d s c a p ed e g r e e ，d e s c r i b et h em a i nf u n c t i o na n d c o m p o s i t i o n so ft h el a n d s c a p ed e g r e e ，a n dd e s i g n sam e t h o dt h a tc a r lv a l u e a n dq u a n t i f yt h ep l a n n i n gr e s u l to ft h eu r b a nl a n d s c a p e l i g h t i n g a n d c o n s t r u c tt h ee v a l u a t i o np l a t f o r mu s i n gt h ec o n c e p t 2 p u t sf o r w a r d st h ec o n c e p to fe n t i r ei n f o r m a t i o nm o d e lo fl a n d s c a p el i g h t i n g e f f e c t ，c o n s t r u c t st h ec o m p u t e r - a i di n t e g r a t e dv i r t u a ld e s i g np l a t f o r mw i t h t h i sc o n c e p ta n dg i v e sd e t a i l e dd e s c r i p t i o no ft h ev a r i o u sf u n c t i o nm o d u l e a n do p e r a t i o nm o d eo ft h ep l a t f o r m 3 p r o p o s e st h ea p p r a i s e dm e t h o do fl a n d s d a p el i g h t i n ge f f e c t i na n t i c i p a t i o n b a s e do nt h en e t w o r ki nt h ef o u n d a t i o no ft h el a n d s c a p el i g h t i n gd e s i g n p l a t f o r m 4 i n i t i a l l yp l a n st h en e t w o r kt o p o l o g ya n di n t e g r a t e dm e t h o do ft h el a n d s c a p e ，l i g h t i n gs y s t e mb a s e do nt h ea l l - o p t i c a ln e t w o r k ( a o n ) 5 i n i t i a l l yc o n s t r u c t st h ec i t y - l e v e lf r a m eo fi n f o r m a t i o na n dc o n t r o lp r o t o c 0 1 t h ep r o t o c o li st h ee s s e n t i a lo fp l a n n i n g ，d e s i g n ，d i s p l a y ，c o n t r o la n d m a n a g e m e n to ft h ew h o l el a n d s c a p el i g h t i n ge f f e c t k e y w o r d s ：l a n d s c a p el i g h t i n gs y s t e m ，i n f o r m a t i o na n dc o n t r o ls y s t e m ， i n f o r m a t i o na n dc o n t r o lp r o t o c o l ，a p p r a i s a li na n t i c i p a t i o n v 卜海大学硕：f ：学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在沦文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：邀 日期：逊堕：墨坦 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：邋 导师签名： 翻 】，n 日期：a 0 9 驴7 ” 上舸大学坝= i 一学位论j ! 1 1 课题来源 第一章绪论 本课题来源于上海市重大科研项目“临港新城l e d 光电照明应用技术及示 范”，同时也是上海数字港城建设的一个重要组成部分。项目编号：0 4 d z l 2 0 4 6 1 。 1 2 课题研究的目的和意义 如今，数字城市已经成为当前全球城市信息化建设的热点，数字城市建设 也正成为我国城市现代化发展战略的重要组成部分。中央与上海市政府依据全 球经济与社会发展的趋势，明确将上海发展的目标定位为逐步建成国际经济、 金融、贸易和航运中心。上海市长韩正同志在上海市深水港指挥部2 0 0 3 年工作 会议上指出：四个中心最有把握的是航运中心。航运中心的作用发挥出来了， 就会推动其它几个中心的建设。 上海南汇正在建设中的上海市洋山深水港及其沿海陆地部分的临港新城， 即是上海市为构筑上海国际航运中心、实施上海新轮发展目标的一项重大战 略决策，亦将是上海进一步优化产业布局，提升产业能级的重要战略举措。 为建设世界一流的新型港城，体现科技先行，科技引导与科技支撑的行为 目标，上海市政府及临港新城管委会以“跨越式”战略眼光，决定建设“数字 港城”，即智能化城市系统( i n t e i g e n c ec i l ys y s t e i n ，简称i t s ) ，以信息 化为基础实施港城的规划、建设与管理。 从“数字地球”概念的提出到后来演绎出的“数字城市”概念，在全球大 部分地区都是在已有的城市型态上进行城市数字化建没。而上海的港城则是一 座全新构建的城市，因此，“数字港城”的建设完全可以走跨越式、集中式的特 色发展道路，它将摆脱传统的数字城市四阶段顺序发展的建设模式，而是创建 一种全新的建设模式，即对城市以信息化为基础的全过程管理( 包括规划、建 设与运营管理) ，不仅可为加强政府对城市的综合管理能力提供全方位的数据及 决策支持，而且将为上海实现国际航运中心的目标奠定重要的基础，同时为“数 上海大学顺。l 学位论文 字上海”建设提供宝贵经验。随着上海社会信息化进程的推进，“数字港城”工 程将愈发显示出重要的战略意义。 临港新城景观照明系统是“数字港城”建漫的一个重要组成部分，充分结 合了“数字港城”的概念内涵、功能定位以及主要特点。因此i 临港新城景观照 明系统必须整体规划设计，合理布局，既要实现城市景观照明的本体功能，还 要以信息化为基础，充分利用先进的网络、远程控制技术以及集成技术等，实 现城市级的数字化景观照明的全过程控制与可持续性发展。 临港新城景观照明系统，将运用现代化高科技手段构建的一个城市的“第 四维空间”，通过系统规划的光和影、虚和实、动和静的有机组合，融文化性、 趣味性、知识性、艺术性于一体，充分展现港城有别于白天的时空夜景，它将 极大地丰富这座新兴城市的内涵，还将成为数字港城现代化、国际化水平的重 要标志。 1 3 国内外研究概况及发展趋势 数字城市的研究，不仅是单纯的各项技术的研究，而且是数据共享和系统 互操作技术以及管理、政策和经济因素的诸多技术因素和人文因素的集成研究。 数字城市体现了以人为本的全新理念，在数字城市中，人们可以随时获取所需 要的具有相应权限的有关城市的数字化信息，利用它来协助处理日常事务、从 事科学研究、进行企业的有效管理和各种决策，数字城市将在很大程度上改变 人们的生活和工作方式。以数字城市为长远目标面向城市可持续发展的全数字 化信息建设系统目前正处在探索阶段，数字城市的研究势在必行。 而城市景观照明是数字城市的一个重要内容。城市景观照明是随着城市的 发展、经济的繁荣、社会的进步和人们对提高生活质量的要求，逐渐成为城市 文化与生活的体现，同时也成为城市管理中的一项重要工作。景观照明用灯光 重塑城市景观的夜间形象，是表达城市文化一个不可或缺的重要元素，是一个 社会城市进步、经济发展和风貌特征的重要体现，城市景观照明再塑和美化了 城市形象，为城市注入了新的生机和活力，呈现出强烈的时代气息，展示了城 市丰厚的文化底蕴，也充分体现出城市的建设成就和管理水平。作为城市建设 l 一海大学颇：l “学位论文 的一部分，城市景观照明越来越受到人们的重视。 本系统的构建涉及城市景观照明领域相关景观规划及照明技术、计算机网 络通信及互联技术、数据库技术、信息自动化处理技术、接口技术、多媒体技 术等各领域知识，下面将对这几项主要的相关技术的研究概况以及发展趋势进 行介绍。 1 曩】景观照明规划及技术的研究概况 i 3 1 i 国内外研究概况 从上世纪白炽灯问世以来，城市景观照明已有1 0 0 多年的历史。在国外， 不少科研没计单位和大公司都有专门的部门和一批数量可观的技术人员从事景 观照明的科研和技术开发工作，并取得了不少科研成果，创造出大量优秀的景 观照明实例，如伦敦、巴黎、里昂、拉斯维加斯、大阪、新加坡等都有大量优 秀的城市景观照明实例，美、英、德、法、日、俄、荷兰和澳大利亚等都积累 了较完整的成套景观照明技术和自己的技术标准规范。“。 法国里昂从1 9 8 9 年开始以“t h ec i t yo fn i g h t ( 不夜之城) ”为主题，开 始对整个城市进行整体的景观照明规划，对1 3 0 多处建筑和桥梁的夜间景观照 明进行了整修。在使用了传统的高压钠灯，金属卤化物灯和卤钨灯传统的光源 进行照明时，也使用了新的照明技术，如菲尔威尔教堂照明工程使用了动态的 变光变色的照明控制技术，技术相当先进，在世界上名列前茅。美国拉斯维加 斯的观景高塔和娱乐层采用了光纤照明技术。美国费城自由广场大厦的姐妹楼 夜景，法兰克福展览大楼，加拿大的蒙特利尔大学办公楼的夜景采用了导光管 照明系统，将建筑物的特征表现得惟妙惟肖，富有迷人的艺术魅力，给人们留 下了深刻的印象。 为了促进城市景观照明技术的发展，1 9 9 7 年法国里昂建立了一个4 7 0 0 0 m ： 的室外照明应用中心( o u t d o o rl jg h t in ga p p i c a t i o nc e n t r e 简称o l a c ) 。1 9 9 5 年在f 7 本大阪，著名的城市景观照明专家m o t o k o i s h i i ( 石井斡子) 博士发起召 开了首次城市景观照明专题学术会议。国际照明界的权威学术组织国际照 明委员会( c i e ) 对城市景观照明问题十分重视。c i e 的几个技术委员会组织了各 ：海大学 * ! 二l 学位论文 国一大批照明专家对城市景观照明进行了长期的研究，总结各国景观照明经验 后，编辑出版了城市景观照明技术文件( “室外环境照明”、“泛光照明”及“城 区照明”) 成为指导各国城市景观照明的重要依据。 我国城市景观照明总的来说起步较晚。在改革开放以前，只有少数重点工 程考虑了景观照明，如国庆十大工程、长安街、上海外滩和南京东路及南京长 江大桥等。景观照明方式几乎都用白炽灯勾绘建筑物轮廓或用霓虹灯照明，商 业街的夜景照明则使用霓虹灯照明。其他照明方式，如泛光照明，内透光照明， 灯箱照明和其他特种照明方式的使用则很少。改革开放以后，比较大规模的建 设城市景观照明工程还是从1 9 8 9 年上海率先在国内启动灯光工程建设开始，在 外滩和南京路进行了景观照明的改造和建设。1 0 多年来，继上海后，北京、南 京、天津、广州、重庆和一些沿海开放城市也都进行了规模不一的景观照明工 程建设 但是在进行景观照明的建设过程中，很多城市的景观照明缺乏统一的规划 和设计，重点不突出，内容不丰富，个体建筑照明百花齐放，相邻建筑的照明 缺乏有机联系，并未形成整体协调的城市夜景形象。整个城市夜景照明的总体 水平较低，照明缺乏特色，未充分体现城市的性质和特点，重点地区和重点景 物未充分展现出来，而且没有考虑照明对象的具体情况，采用单一的泛光照明 方式的比较多，照明缺少层次和立体感，照明总体效果不佳。因此，城市景观 照明规划设计面临的任务是如何把无序的混乱变为有序的规范。 随着国内外景观照明的迅速发展，我国不少城市或地区逐渐开始重视景观 照明的总体规划问题，因地制宜、量力而行，逐步地发展，并创造了许多景观 照明精品工程。比如北京天安门广场及其围和建筑的景观照明，创造了一种壮 观、严肃同时又透露出几分高雅和悠闲的景观照明效果。上海把享有“万国建 筑博览会”美称的外滩西洋建筑群，用现代照明技术加以装点，与浦江辉映， 形成一条雄伟、壮观、亮丽的独特的夜间风景线。同时在浦东陆家嘴将东方明 珠电视塔的景观照明和滨江道及周围的高层建筑群的景观照明融为一体，并与 外滩景观照明相互呼应。其中东方明珠电视塔采用了先进的半导体l e d 照明， 将东方明珠的轮廓勾勒的更具多变迷人的魅力，而且比原来使用的一种光纤端 j 一海人学f ! i ：学位论文 发光体的耗电降低了1 0 0 多千瓦，照明效果却好于从前，使用寿命也提高了许 多。重庆根据其独特的山城地形地貌，运用了光纤技术、激光技术以及发光二 板管等高新技术来突出其城市特色，将城市设计理论与照明技术结合起来，促 进了城市景观照明质量的提高。 l ：3 12 半导体l e d 照明技术概况 半导体l e d 照明是新型的照明技术。l e d ( l i g h tg m i t t i n gd i o d e ) 即发光 二极管，是由半导体材料所制成的发光组件。l e d 是2 0 世纪5 0 年代发展起来 的一种新光源，被称之为第四代绿色照明光源，有逐渐取代传统照明光源的趋 势3 。 i 。即之所以能得到业内人士的普遍关注，在指示、照明领域具有如此大的 发展潜力，是因为同传统光源相比，它具有很多优点”1 ： 1 效率高：按照通常的光效定义，l e d 的发光效率并不高( 一般l o - 3 0 1 m w ， 目前己知光效最高的白色l e d 光效可以达到5 5 1 m w ) ，但由于l e d 的光谱几乎 全部集中于可见光频段，效率可以达到8 0 一9 0 ，而光效差不多的白炽灯其可见 光效率仅为l o - 2 0 。 2 光线质量高：由于光谱中几乎没有紫外线和红外线，故热量较少，没有 辐射，l 吲) 属于典型的绿色照明光源。 3 光色纯：与白炽灯全频段光谱不同，典型的l 。e d 光谱狭窄，发出的光线 很纯。改变电流就可以变色，发光二极管能方便地通过化学修饰方法，调整材 料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的l e d ， 随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色。 4 能耗小：个体l e o 的功率一般在0 0 5 1 w ，消耗能量较同光效的自炽灯 减少8 0 。通过集群方式可以量体裁衣地满足不同的需要，浪费很少。 5 寿命长：光通量衰减到7 0 的标称寿命为1 0 万小时。 6 可靠酬用：没有钨丝、玻壳等等容易损坏的部件，非正常报腹的可能性 很小，维护费用极为低廉。 7 电压低：l e d 使用低压电源，供电电压在6 - 2 4 v 之间，根据产品不同而 异，所以它是个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 | 二海人学 i j i ：l ：学位论文 8 响应时蚓短：白炽灯的响应时间为毫秒级，【1 1 d 灯的响应时间为纳秒级。 9 ，应用灵活：体积小，可平面封装，每个单元i j e d 小片是3 - 5 m m 的正方形， 可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境，易开发成轻薄短小产品， 做成点、线、面各种形式的具体应用产品。 1 0 绿色环保：废弃物可回收，没有污染，不像荧光灯含有汞成分。 传统的l e d 主要应用于信号显示领域、建筑物航空障碍灯、航标灯、汽车 信号灯、仪表背光照明。 随着半导体技术的不断发展，由于l e d 的动态、数字化控制色彩、亮度和 调光，活泼的饱和色可以展现从白光到全光谱中的任意颜色，创造出静态和动 态的照明效果，如今i 止d 在建筑物室内外、城市美化、广告照明、视频荧幕、 景观照明等方面开启了新的思路，应用也越来越广泛。 有专家预测2j 世纪将是以固体发光材料为核心的，即以l e d 为代表的新型 光源、绿色照明的世纪。今后，随着发光二极管发光效率的提高，i 止d 的发光 强度会大i 隔度的提高，再结合相应控制技术的进步，相信在不久的将来，1 e d 光源会逐步取代传统的照明光源，而掀起一次照明领域新的革命。 1 3 _ 2 景观照明设计技术的研究概况 到上世纪未，照明设计技术取得了丰硕的成果，国际照明委员会( c e ) 出版 了许多照明技术方面刊物，其中有大量的照明设计方面的刊物如室内照明，室 内应急照明，室外工作区照明，道路照明，城区照明，泛光照光，室内、外各 种体育照明等设计指南和报告文献，这些成果均是各国照明权威专家开展多年 国际合作的结晶，它体现了当前照明科技的国际先进水平，推动了各国照明设 计的发展，提高了照明设计水平。 自本世纪9 ( ) 年代发生世界性能源危机以来，照明面l 临新的挑战和机遇，各 国把照明节能作为照明漫计应考虑的重要内容之一，c i e 和一些发达国家先后 制订了照明节能措施，从而加速了照明节能新技术和新产品的研究和开发，特 别是进入9 0 年代，联合国提出了实施绿色照明工程的计划。这一计划出台， 便受到世界各国的普遍关注，绿色照明正在世界范围内获得日益推广”。 i l w i 大学颂i 二学位论文 我国在照明设计技术方面，自实行改革开放的方针后，在我国照明科技人 员的努力下，取得了显著的进步，制订了较为完善的照明设计标准体系，如工 业企业照明设计标准、民用照明设计标准、城市道路照明设计标准等， 出版了许多照明设计手册、刊物和专著，在全国各省市设有照明设计学术组织， 开展各种国内外学术交流活动。我国从9 0 年代中期开始也积极地开展绿色照明 这项工作，绿色照明正在引导照明科技发展的新趋势。 照明技术的迅速发展使得照明设计的理念和照明设备都发生了很大的变 化，新的设计思想强调以人为本的人性化设计，以满足人们的各个层面的要求， 兼顾艺术性、文化品位和特色。同时在进行照明时，也有许多的照明指标，使 照明没计走上了规范化与量化的轨道。 照明设计的新技术还体现在利用计算机进行照明优化设计上。随着电子计 算机的推广和应用，极大地改变了原来传统的照明设计方式。目前普遍采用的 计算机辅助设计软件，比如3 d m a x 、l i g h t s c a p e 、d 1 a l u x 、g r a n d m a 等既可以 辅助照明设计师进行照明效果的计算，在计算照明效果和参数的基础上更进一 步，也可以辅助他们进行照明设计，在选择灯具的时候帮助他们从浩瀚的灯具 产品海洋中方便快捷的挑选出他们想要的产品，并根据这些灯具进行照明计算 和设计。所以，计算机辅助设计已成为优化照明设计的先进手段，这一变更性 转变使照明设计人员以前所未有的速度完成精度高和规范化的设计。 1 叭3 景观照明控制方式的研究概况 当前城市景观照明系统的照明控制方式正朝着自动化、网络化、集成化等 最新方向发展o “： 1 ) 自动化功能：系统可按设计要求对任何一点进行自动的效果控制，进行 相应的实时数据的采集、现场照明设备的故障检测和报警。实现通常自动化系 统所具有的远程监测、控制和管理功能以及现场的实时监控功能。将来的景观 照明控制系统将是真正意义上自动化的控制。 2 ) 通信与网络功能：使用有线网络通信或是无线通信。无线通信一股使用 u h i 。? 频段、新的无线通信技术如g p r s 等亦可；有线通信可有各类通信网络如全 i 一海大学坝士学位论文 光网a o n 、i n t e r n e t 等有线网络来实现，有越来越多元的、广泛的技术相结合 进行运用。于是，网络技术也将不可避免地被融入其中，例如采用客户机朋日务 器模式或者浏览器月务器模式，给监控带来更大的灵活性，监控不再是单一的 现场控制，它可以扩展到我们所能想象到的任何范围。这些都要有赖于很好的 通信能力。 3 ) 参数化软件功能：系统软件可按实际需要设置功能，实施图文界面的监 视和控制。或者如是浏览器n 务器结构的系统，可以适时地加入一些动态的实 时信息发布等功能，进行丰富。 在此领域内，许多国内厂家开发应用了一些好的系统，如上海的城市景观 照明控制就非常实用。在国外，2 0 0 0 年奥运会悉尼城市景观照明控制也应用了 许多更为细致的控制手法，采用了照明的控制总线系统通过m o d e m 和公共交换 电话网( p s q n ) 来远程控制城市某一重点区域照明系统的方式。 3 4 目前浚领域存在的问题及发展趋势 目前在城市景观照明规划和建设中，不但有了更好的计算机辅助设计、虚 拟现实、g i s 城市地理信息系统、实时数字视频监控及全市灯光集中管理等等 现代化手段可以调用，同时半导体l e d 等数字化照明光源的出现也为城市景观 照明的可持续发展和数字化照明赋予了全新的理念。 但对于目前的国内外城市景观照明来说，虽然对数字化照明这方面的研究 也很多，但仍存在很多不完善、不成熟的地方： 1 ) 关于城市级景观照明的这一类型的系统的研究方面。现今，国内外大 多是以个体建筑照明系统的应用为主，充其量是一个区域的景观照明系统的设 计及简单的照明灯具的控制与检测，能够上升到城市级的景观照明规划设计与 控制的研究很少，而且基于数字城市概念的景观照明系统还未见相关报道。 2 ) 城市景观照明系统与数字城市其它的各应用系统集成度不高，照明设 计方案与设计效果不能事前评价，数字化设计技术的优势没有充分显现出来。 随着数字城市的发展以及照明设计技术和控制技术等的不断完善，城市照 明规划设计更应在数字城市研究的成果上，利用数字城市照明的基础数据和虚 l ，如人学硕士学位论文 拟现实技术( v i ) 等，用数字照明设计方法，来真实地模拟实际的照明光环境， 全面地定量评价照明设计方案，视看照明设计的效果，全方位地优化设计方案， 使城市照明设计更为科学合理，并且使景观照明系统与数字城市其它的各应用 系统集成，实现景观照明的数字化设 t s n 远程智能控制，充分体现其数字化的 优势，以达到绿色健康照明要求。 1 4 论文的主要研究内容 本论文是以作者攻读硕士学位期间承担课题的工作为基础，针对目前城市 景观照明的发展和临港新城的具体情况，基于全新的数字城市概念，充分利用 了先进的网络、集成技术，提出一个全新的数字化城市景观照明系统的构建模 式，对城市级的景观照明信息与控制平台的构建方法进行研究，通过统一的信 息与控制协议来实现城市级数字化照明的控制与管理，实现整个城市景观照明 的效果控制和管理运作。 论文的主要内容包括： 1 ) 阐述了课题研究的来源、目的、意义：对目前国内外研究的现状以及 该领域的发展趋势作了详细的分析； 2 ) 根据临港新城的情况以及景观照明实现的目标，提出了整个系统构建 方法的总体框架； 3 ) 基于数字城市的整体概念，对城市级景观照明规划及评价提出了总体 的解决方法； 4 ) 介绍了景观照明虚拟设计平台的思路以及平台的具体构建方法，以实 现景观照明效果的可视化；为了对景观照明的质量和效果进行事前评估，设计 了基于网络的评估体系，并对其实现方法进行了研究； 5 ) 对整个系统的实施方法进行了研究，提出了通过信息与控制平台来实 现整个景观照明的展示与现场运行状况的监控与维护的方法； 6 ) 对实现系统的关键技术一照明信息与控制协议进行了一定深度的探讨 与研究。 i ：海人学坝一卜学位论文 2 1 序言 第二章临港新城景观照明系统 城市夜景照明是随着城市的发展、经济的繁荣、社会的进步和人们对提高 生活质量的要求，逐渐成为城市管理工作中的一项重要工作。城市景观照明正 在悄然改变着城市的面貌、改变着人民的生活方式。同时，城市景观照明也是 改善投资环境，展现一个城市现代化、国际化水平的标志，受到各级政府的高 度重视和广大市民的普遍欢迎，成为城市生活中不可缺少的重要组成部分。 城市景观照明水平的不断提高，再塑和美化了城市形象，为城市注入了新 的生机和活力，呈现出强烈的时代气息，展示了城市丰厚的文化底蕴，也充分 体现出城市的建设成就和管理水平，是一个城市现代化、国际化水平的重要标 志。作为一个全新的城市，临港新城的景观照明系统在城市建设中将扮演一个 重要的角色。 2 2 临港新城基本情况概述 22 1 临港新城概述 未来的港城是基于理想规划手段的全新城市，其地域面积2 9 6 7 平方公里， 位于上海南汇的芦潮港，根据整个城市的规划，其主要功能区域包括：东海大 桥、港口、产业园区、物流园区、大学城及临港新城城区等。其布局图如图2 一l ： 图2l 临港新城总体布周 上海人学顺：匕学位论文 东海大桥全线可分为陆上段、海上段及港桥连接段，总长为3 l 公里。东 海大桥工程是我国第一座真正意义上的跨海大桥，它将为我国跨海大桥的建设 奠定坚实的基础，是联接着港区与陆地纽带。 洋山港位于浙江嵊泗群岛，计划中的北港区岸线长l o 余公里，可形成年 吞吐能力1 3 0 0 万t i 训。其中一期工程岸线1 6 0 0 米，五个集装箱泊位，设计年 吞吐能力2 2 0 万t e u ，计划于2 0 0 5 年建成试投产。 临港新城分为临港产业区和临港新城主城区两大功能区块。 临港产业区以打造国际一流的装备制造业为主要目标、以高附加值先进制 造业、高新技术产业为基础、综合发展先进制造、现代物流、研发服务、教育 培训、出口加工、内外贸易等产业，形成具有显著产业特色的竞争优势的综合 型产! 世区。 主城区位于东海与杭州湾的交汇处的南汇芦潮港，与嵊泗及大、小洋山隔 海相望，是上海通向沿海各大岛屿的重要交通门户。临港新城将是以港口产业 为支撑，具备疏运仓储、物流中转、临海加工业、居住、金融、商业服务、娱 乐旅游等综合功能的港口城市，是与空港枢纽紧密连动发展的东北亚国际航运 中心的核心城市。根据规划，海港新城总体规划面积1 6 0 平方公里，其中城市 规划面积9 5 平方公里。预计到2 0 0 5 年完成一期工程，2 0 2 0 年展现整体风貌。 2 2 2 临港新城柿局特点 未来的数字化港城是基于理想规划手段的全新的城市，规划布局为理想的 田园城市格局，城市风貌定为欧洲现代式。图2 2 为总体规划布局示意简图： 图2 - 2 临港新城总体布局简图 i 坶，i 学倾：| 学位论文 港城的城市是以滴水湖为中一h 呈环状和射线状的布局模式，即一种舰整 几何状的空问布局形式。 港城空间布局上可归纳为：一个中一t l , 、四个城市环形；蒂、二十四个“城市 岛”居住小区、一个大学园区、一个物流园区和一个产业园区。其中 个中心即滴水湖，直径2 5 公里，中间分设三个小岛，分别为： 工作之岛：建有宾馆，港务大楼等。 日忆之岛：建有航海博物馆等。 娱乐之岛：建有剧场、游艇俱乐部等。 整个滴水湖通过呈放射性七条河流与外界连接。 四个环带，围绕着中心湖展开，包括： 一环为城市休闲商务环带：建有宾馆酒店、购物商廊及湖滨沙滩，行 政大楼、港务大楼、航运交易所，还有规模宏大的中心广场等。 二环为城市公园环带，是城市的绿肺，同时也是城市的文化交流中心， 建有市政广场、图书馆、科技馆、体育馆、医院、学校等。 三环为城市岛构成的生活居住环带，除住房外还建有会所、商店、餐 饮、诊所、小学及托儿所等。 四环为居住功能补充带，规划设置了约3 平方公里的都市型工业园 区，主要是建立为城市提供配套服务、就业相关的无污染的轻工业， 如食物、包装、加工等等。 大学园区，即海事大学等。 物流园区，主要为港口中转与入关区域，位于新城的西侧。该园区规划 面积约1 3 平方公里，并保留了向西发展的备用地，这里将发展成为我国最大的 物流园之一。 产业园区，将是入驻汽车、飞机等零部件的加工企业，是今后上海又一 重要的工业生产基地。 2 2 3 数字港城的总体框架 2 2 ：j 1 数字港城建设的指导思想 | 二姆大学坝j 学位论文 数字港城建设是一项具有长期性、系统性和复杂性的任务，为了保障整个 工程的顺利实施，首先必须有明确的指导思想。根据该项目的特点，在指导思 想上港城建设将遵循“数据标准化、系统模块化、流程规范化、操作简易化、 运行智能化和应用个性化”的基本思想，在实施过程中应遵循统一性、标准化、 先进性、实用性、发展性、安全性等原则。 数据标准化：由于数字港城的基础数据来源和需求都很广泛，对数据的共 享程度要求很高，应该建立数据的标准与规范，并且做好分类管理，根据数据 的生命周期制订相应的维护和更新机制。 系统模块化：数字港城建设具有长期性、系统性，为了适应技术和应用需 求的发展，系统应具有足够的可扩展性与可维护性，因此在系统的体系构架上 宜采用模块化的结构，注意到模块内部的紧密联系与模块之间的耦合接口关系。 流程规范化：为了保障跨越于不同业务部门和不同组织之问的业务流程与 管理流程能够顺利衔接和高效率运转，必须对上述流程制订合理的规范与协作 规则，充分运用信息技术对流程进行必要的改造与重组。 操作简易化：数字港城应用系统应该体现“以人为本”的思想，操作便捷、 简易，符合人机工程学的设计原则，为港城的数字化生活与数字化管理提供良 好的人机界面。 运行智能化：充分运用现代人工智能技术与计算机通讯智能技术为数字港 城的运行提供高度智能化的环境，通过对大量信息资源的深度挖掘与开发，提 供各种丰富的智能化服务。 应用个性化：在应用系统的设计上，应根据服务对象的需求差异与个性特 征，提供具有个性化的应用服务，提高服务集成与服务一体化能力。 2 2 ：3 2 数字港城建设的总体框架 数字港城建设是上海市信息化建设的重要组成部分，是提高临港新城综合 竞争力的重要手段，是实现上海国际航运中心的重要基础。 作为上海市的辅城，临港新城可以通过规划实施数字港城，将深水港、东 海大桥、物流园区、临港新城建设中信息化建设联为一体，并以数字港城一些 示范应用的实施开展丰富上海市信息化的内容，同时通过该项目的实施，集聚 上海大学缈! = l 学位论文 藩：三鬻誊簿霪 睁缈n ? 数溺魏一勘：黉菱 上海大学坝十学位论义 一个准则体系：标准和规范等信息组织的准则体系 其中，信息安全支撑平台、监控管理系统、保障体系、准则体系贯穿于港 城的各个层次。 数字港城的信息处理功能主要由信息管理平台、信息资源库、信息获取体 系、信息存储与提取体系、信息传输与安全保障体系、信息处理体系以及信息 应用体系组成，其总体信息流图见图2 - 4 。 信直 裳$ “数字港城”总体信息流图 2 3 临港新城景观照明系统构建的总体思路 2 l 系统构建的目标 上海临港新城景观照明系统是“数字港城”建设的一个重要组成部分，数 字港城的发展要求实现数字先行的方针，通过数字基础设施建设、数据库建设 和数据应用建设，在临港新城的建设、运行和管理的发展过程中，处处体现数 字化带来的利益，同时信息化的需求贯穿于数字港城总体及各分项的各阶段， 对于景观照明系统而言，信息化也同样贯穿始终，并将完全秉承数字港城指导 思想与原则，充分结合数字港城的概念内涵、功能需求以及主要特点，来合理 旆局、整体规划设计，完成城市景观照明的总体功能。 数字照明工程是在数字城市的基础研究和技术支撑系统的共同支持下，在 某一特定城市地域中，通过数据的采集、存储、传输处理和显示等技术，把软 件开发应用和硬件框架平台集成起来，建立可运行的、分布式的和开放的城市 磊蒜兰黼篓一黼一 再孬盖一 患l i ：一 信息接口呈l范 一h 鬈厂。；灌l磊 忑鼎兰豁巍一黼磊蔷墼塑 i 一海大学颇二卜学位论文 照明网络信息系统。即利用有关的计算机软硬件，通过城市数据的获墩及计算 机输入，建立城市照明数据模型及数字表达并进行城市照明数据的数据库存储 及处理，通过城市照明数据的共享、分析与应用，达到进行数据的数字化、可 视化与网络化的目的，这也是数字照明系统建设的相关步骤。 临港新城景观照明系统实际上是一个基于数字城市概念、整体规划与展示 控制的城市级景观照明信息与控制平台，是以计算机技术、多媒体技术和照明 设计与控制技术为基础，运用网络，照明设计与控制软件、多媒体及仿真一虚 拟技术等对城市的全部景观照明设施、功能机制及景观照明效果进行三维描述 和动态监测与管理、辅助决策服务的技术体系，也就是说这将是一个非常完整 的城市景观照明信息网，而且这个信息网是基于数字化和多媒体的智能可视化 三维动态的城市景观照明体系，并以此为工具来支持和改善景观照明设计质量， 提高景观照明效果。 临港新城景观照明系统将使整个城市的景观照明发计、展示与控制实现数 字化，通过相关数据库的建立，计算机高速通信网络的连接，在网络化、数字 化的平台上实现管理和调控，这将是一个具有高度自动化、智能化的技术系统。 同时具有对城市景观照明系统的数字化、网络化、虚拟方钊、优化决策支持和 可视化表现等强大功能，可直接为政府及社会公众提供便利的景观照明服务， 并且可以改造传统的景观照明模式，代之以高度自动化、智能化的城市统一调 控模式。同时这又将是一个公共的平台，它能与市民进行广泛的交流，进行事 前景观照明效果评价，保证城市景观照明效果的最优化以及与环境的协调发展。 2 3 2 系统构建的技术思路 由数字港城的总体框架图，我们可以看出数字港城是一个多系统应用综合 而成的数字平台，景观照明系统只是其众多应用平台中的一个。对于数字化城 市来说，要求其各个应用平台之问紧密联系、共享资源、真正实现无缝链接， 充分体现其数字化。数字化的景观照明系统应该具有开放性的系统结构和平台 层次结构。因此景观照明系统的构建设计中，要充分考虑到系统的集成性和开 放性。 卜海大学顺l 学位论文 绿色城市是港城的一个发展方向，因此在数字港城景观照明系统中将大量 地应用新型、节能、绿色的照明技术，包括太阳能光源灯具、防光污染灯具、 各类节能灯具等。随着照明技术的发展，半导体固态照明光源一i e d 作为新一 代的照明光源受到了世人的瞩目，绿色节能、全光色动态可控的半导体i 止d 照 明技术的应用将成为照明的主要方向。对于全新构建的数字港城来说，绿色半 导体光源【e d 的应用也将成为主流。从这意义上讲，城市级景观照明系统的设 汁将主要围绕【e i ) 照明来进行。 i 止d 光源照明与以往传统的光源照明有很大的不同。传统的光源照明控制 方式比较单一，同时也多考虑到个体建筑的照明效果，而l e d 是全光色动态数 字可控的，照明方式灵活多变，从理论上讲，对景观效果的展示完全可以做到 通过对单个照明灯具的控制，来实现灯光的组合变化和照度变化的控制调节。 同时也可以实现远程的计算机控制，从而使整体景观照明展示效果同样处于可 控可变状况，这也就使得景观照明的各个个体系统的形式更加多样化，同时也 有可能通过一定的集成控制达到整体的效果。 城市数字景观照明系统的顺利运行依赖于其中各层次子系统间的信息交 换，系统中的任何项典型的行为都会牵涉到多层次、多部门的信息交换。但 不同个体系统的设计思想、软硬件平台的选用都有一定的差异，造成各个个体 系统问的结构、控制方式以及信息格式等差异。不同平台间的结构差异造成了 集成中诸多的障碍，我们的目标是通过该景观照明系统应能使异构结构的系统 包容在同一的框架结构下，对这些异构信息进行屏蔽，实现异构系统中信息的 集中统一控制，并保证系统的开放性和扩展性。 景观照明系统的构建主要是根据照明技术、照明设计技术的发展以及临港 新城景观照明的功能定位展开的，这也是我们总体设计中的一个主要方面，同 时，还将根据整个城市景观照明规划设计的特点展开具体的区域照明功能与效 果定义，进行相应的景观照明系统配置。 2 4 景观照明系统构建方法的总体方案 城市级景观照明系统的构建是一个全新的技术概念，同时涉及到多项高新 上胤大学顺：l 学位沧文 技术的综合应用。根据项目的总体要求与目标，景观照明系统将应用半导体j 。e d 照明新技术，对数字港城景观照明系统及其构建方法进行研究，以实现城市级 景观照明的数字化，并研究探讨其实现的功能和关键的核心技术。 2 4 1 系统构建的总体方案 数字港城景观照明系统构建方法的主要内容和工作流程如图2 - 5 所示 【_ e d 碍i 见代 肌叫技术 临港新城景观j ! c 【f 月总体规划 临港新蛾城市级 最规照h j 系统构建力浊 蒜耻照叫系统 衄划万 1 ： 景脱心叫系统 世方法 毓优度娅剧1 2 l 音 量 舰 照 明 可 控 程 度 定 义 _ 最 规 照 刚 效 果 定 义 y 家 c 平 撮 舰 参 数 定 义 竹 伽 州 i 殳 l 粜 技 术 j 范 件 仙 家 砰 f l l i j t 拟 摧 毗 l 明 讪 推 l u 【t 坪 毓 蛳 m l 州 控 ：川 f 苦 0 、 毓川燃叫系统 竹息集j 垃方浊 信息oj ；：m 泌 瓣 礁 个体照明系统 精剐照刚订体系 景眦姒叫系统 实施方法 情u ，j 挖：圳半膏 小l 明 守 删 半 、 情 也 许 雕 j 件 价 4 f 图