（机械制造及其自动化专业论文）临港新城景观照明信息系统构建方法研究.pdf

上海大学硕士学位论文 摘要 上海临港新城的建设目标之一是建设“数字港城”，其全新数字化城市的景 观照明系统要实现跨越式发展，并为今后城市景观照明建设提供科学的典范。 本文分析了当今世界城市景观照明的现状和发展趋势，提出了运用基于l e d 照 明的数字照明技术和其它相关技术构建临港新城景观照明信息系统的方法，对 该系统的研究主要取得了如下成果： 1 )分析了临港新城及其景观照明系统要实现的目标，提出了整个临港 新城景观照明信息系统构建的总体框架； 2 )基于数字城市的整体概念，对临港新城景观照明规划提出了较为详 细的总体解决方法； 3 )设计了一个城市级的景观照明虚拟设计和展示的平台模型，并对其 具体构建和使用方法做了描述，通过该平台实现了景观照明效果的可视化； 4 )设计了基于网络的景观照明评估体系，并对具体的景观照明评价方 法进行了较为深入的研究，设计和验证了评价体系中的综合评价算法模型； 5 )构建了信息集成与控制平台来实现整个景观照明系统的信息管理与 现场运行状况的监控与维护； 6 )对实现系统的关键技术一照明信息与控制协议进行了初步的探讨与 研究 关键词：景观照明系统、信息集成与控制系统、信息与控制协议、评估体系 v 上海大学硕士学位论文 a b s t i 认c t “d i g i t a ls e a p o r t i so n ea i mo f t h ec o n s t r u c t i o no f t h es h a n g h a il i n g a n g n e w c i t y , i t sl a n d s c a p el i g h t i n gs y s t e mw i l lt r a n s c e n da l lt h ee x i s t i n ge i t y , a n di tw i l lt ob ea m o d e lo fo t h e rn e w e i t y t h i sp a p e rh a sa n a l y z e dt h ea c t u a l i t ya n dt h et r e n do ft h e c i t yl a n d s c a p el i g h t i n go ft h ew o r l d i tb r i n gf o r w a r d1 3 w a yt oc o n s t r u c tt h e l a n d s c a p el i g h t i n gi n f o r m a t i o ns y s t e mo fl i n g a n gn e wc i t yw i t ht h ed i g i t a ll i g h t i n g t e c h n i q u eb a s e do nt h el e d a n do t h e rt e c h n i q u e si nc o r r e l a t i o n t h em a i nf r u i to f t h er e s e a r c hi s 勰f o u o w s ： 1 ) t h r o u g ha n a l y z i n gt h ea i mo ft h ee o n s l r u c t i o no ft h es h a n g h a il i n g a n g n e wc i t ya n di t sl a n d s c a p el i g h t i n gs y s t e m , p u tf o r w a r dt h ef l a m eo f c o n s t r u c t i n gt h ew h o l el i n g a n gn e wc i t yl a n d s c a p el i g h t i n gi n f o r m a t i o n s y s t e m 2 ) b a s e do nt h ec o n c c p to f d i g i t a le i t y ，g i v e sam e t h o dt om a k et h el i n g a n g n e wc i t y sl a n d s c a p el i g h t i n gl a y o u t 3 1 d e s i g n sl l ni 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 mm o d e la n dg i v e sd e t a i l e d d e s c r i p t i o no f t h ec o n s t r u c t i o nm e t h o da n do p e r a t i o nm o d eo f t h ep l a t f o r m m a k et h el a n d s c a p el i g h t i n ge f f e c tc a nb es e e ni na d v a n c e 4 1 d e s i g n sal a n d s c a p el i g h t i n ge v a l u a t i o ns y s t e mb a s e d0 1 1t h en e t w o r k m a k e s 锄i n - d e p t hr e s e a r c ha b o u tt h el a n d s c a p el i g h t i n ge v a l u a t i o n m e t h o d d e s i g n sa n dv a l i d a t et h ea r i t h m e t i c a lm a t r i xf o ri n t e g r a t i v e e v a l u a t i o n 5 1p u tf o r w a r dam e t h o dt 0s u p e r v i s ea n dm a i n t a i nt h es c e n es t a t u sa n dt o m a n a g et h ei n f o r m a t i o no ft h ec i t yl a n d s c a p el i g h t i n gs y s t e mt h r o u g h c o n s t r u c t i n ga ni n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o na n dc o n t r o ls y s t e m 6 1d oap r i m a r yd i s c u s s i o na n dr e s e a r c ho ft h el i g h t i n gi n f o r m a t i o na n d c o n t r o lp r o t o c 0 1 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 ；e v a l u a t i o ns y s t e m ；i n f o r m a t i o n i n t e g r 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 0 1 v i 上海大学硕士学位论文 原例性声明 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己发 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 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：建醴一日期：瑚- 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：迄瘟记导师签名：型日期：五硝二 上海大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题来源 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 上海市发展的目标是建设成为国际经济、金融、贸易和航运中心，这是中 央与上海市政府依据全球经济与社会发展的趋势而明确定位的。在2 0 0 3 年的上 海市深水港指挥部工作会议上，上海市市长韩正同志就指出：四个中心最有把 握的是航运中心，若航运中心的作用发挥出来，就能更有效地推动其它几个中 心的建设。为完成这一中心目标的建设，上海正在加紧建设洋山深水港及其沿 海陆地部分的临港新城。 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 l l i g e n c ec i t ys y s t e m ，简称i c s ) ，以信息化 为基础实施港城的规划、建设与管理。 上海临港新城作为一座全新构建的城市，有着得天独厚的优势，“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，包括临港新城的城市规划、建设与运营管理等，城市建 设伊始，就以科教兴城作为临港新城树立和落实科学发展观的主战略，以科技 引领临港新城的各项建设和管理，坚决避免粗放开发模式。积极与科技部门结 成战略联盟，创建上海四大科技示范区之一，形成了“智能临港”雏形。她的 建设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“数字上海” 建设提供宝贵经验。 城市景观照明作为城市建设的一部分，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， 上海大学硕士学位论文 成为城市生活中不可缺少的重要组成部分“1 。临港新城的景观照明系统作为“数 字港城”建设的重要组成部分，充分结合了“数字港城”的概念内涵、功能定 位以及主要特点。l 临港新城景观照明系统的突出特点是体现跨越式的建设思路， 新城的景观照明将更加科学合理，富有美感。它将运用现代科技充分发挥现代 景观照明的优势，用光与影来展现上海临港新城的深刻内涵和上海乃至全国人 民的精神风貌，充分展示上海市及我国改革开放的成果。 1 3 国内外研究概况及发展趋势 数字城市已经成为当前城市信息化建设的热点，数字城市应具有模拟和仿 真物质城市以及管理城市各个方面的功能，能够真实地再现现实城市的自然和 社会景观，为管理决策和日常生活提供支持。景观照明管理数字化建设是数字 城市建设的重要组成部分。利用现代化数字技术合理规划、控制和管理景观照 明，不仅可以发挥新照明技术的优势，促进城市照明与自然、环境、人相适应， 而且对于实现城市管理的全面数字化，同样具有深刻的现实意义。 i 3 1 景观照明规划及照明技术的研究概况 ( 1 ) 国内外关于景观照明的研究成果和现状 改革开放以来，我国很多大中城市逐渐认识到了景观照明对于一个城市发 展所起到的巨大作用和意义，上海、南京、北京、天津及沿海开放城市的景观 照明都得到了迅速的发展，夜景照明方式由过去单一的串灯发展为串灯、泛光 灯、内透光及各种装饰照明灯箱等多种照明方式；从过去单个建筑的夜景照明 发展成为成片建筑的景区夜景照明；过去只有节日才开夜景照明灯，而现在不 少建筑平时也有夜景照明，而且照明的色彩车富多了，并且具有多种可变化的 组合功能“1 。 不少国外的科研设计机构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，比如英国伦敦的s o m e r s e t 大楼将多种照明方法有机的 结合在一起，形成了所谓突出重点，兼顾一般的多元立体照明方法，又如美国 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 2 上海大学硕士学位论文 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5 1 。 ( 2 ) 新型光源一l e d 照明技术的发展 l e d 照明技术的出现和发展是景观照明发展史上的一件大事，l e d 作为第 四代绿色照明光源，有逐渐取代传统照明光源的趋势 l e d 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，它具有很多优点嘲m ： 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1 0 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 - 9 0 ，而光效差不多的白炽灯其可见 光效率仅为1 0 2 0 9 6 。 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 e d 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 d 的功率一般在0 0 5 1 w ，消耗能量较同光效的白炽灯 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 可靠耐用：没有钨丝、玻壳等等容易损坏的部件，非正常报废的可能性 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，所以它是一种安全的电源，特别适用于公共场所。 8 响应时间短：白炽灯的响应时间为毫秒级，l e 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l 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。 上海大学硕士学位论文 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l e 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。 例如上海市的东方明珠电视塔，它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发光体 的耗电降低了i 0 0 多千瓦，照明效果却好于从前，使用寿命也提高了许多。现 如今人们对于照硼系统的要求，不再只是对景观照明效果有一定的艺术要求， 而且在如何进行节约能源方面也较以前有所重视。在照明的节能方面投入了大 量的研究工作，将来的照明将是半导体的天下，景观照明也势必要在此领域中 有所突破和进一步发展，其中l e d 将扮演不可替代的角色，而且随着l e d 技术 的日趋进步，在近几年已经有了飞速的发展。有专家预测2 l 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，l e d 的发光强度会大幅度的提高，再结合相应控 制技术的进步，相信在不久的将来，l 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。 i 3 2 景观照明设计技术的研究概况 到上世纪末，照明设计技术取得了丰硕的成果，国际照明委员会( c i 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，组织各国照明专家对城市夜景照明进行了 长期的研究，并制定了城市夜景照明技术文件室外环境照明、室外装饰和 泛光照明及城市市区照明，成为指导各国城市夜景照明的重要依据。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。 4 上海大学硕士学位论文 自上世纪9 0 年代发生世界性能源危机以来，照明面临新的挑战和机遇，各 国把照明节能作为照明设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。这一计划一出台， 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“”。 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。我国从上世纪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 照明设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 i 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 产品海洋中方便的挑选出产品，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，这一革命性转变使照明设计 人员以前所未有的速度完成精度高和规范化的设计，并实现了景观照明设计的 三维可视化。 1 3 3 景观照明控制技术的研究现状和发展方向 城市夜景照明正在悄然地改变着城市的面貌、改变着人民的生活方式。同 样，也改变着相应的景观照明控制系统的方方面面。照明控制方式正在向着新 的发展方向演变。城市景观照明控制系统的照明控制方式正朝着包括通信功能、 上海大学硕士学位论文 软件功能及自动化功能的几个最新方向发展，有如下几个方面的技术要点： ( 1 ) 通信与网络功能：使用有线网络通信或是无线通信。无线通信一般使用 u i f 频段、新的无线通信技术如g p r s 等亦可；有线通信可由各类通信网络如全 光网a o n 、i n t e r n e t 等有线网络来实现，与越来越多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，例如采用客户机服务器模式或者 浏览器服务器模式，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。 ( 2 ) 自动化功能：系统可按设计要求对任何一点进行自动开关控制，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的自动控制。 ( 3 ) 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。如果系统硬件采用浏览器服务器结构的系统，软件可以实现一些动态的实 时信息发布等功能。 在此领域内，许多国内厂家开发应用了一些好的系统，如上海东方明珠夜 景照明控制就非常实用。在国外，悉尼2 0 0 0 年城市夜景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 t n ) 来远程控制城市某一重点区域照明系统的方式n ”。根据这些最新的 发展方向以及系统本身的特殊性，其中涉及到了多个领域的知识，包括城市级 景观照明、远程监控技术、计算机通信及网络互联技术、信息自动化处理技术、 软件工程等。在此领域中，国内外的研究者们相继推出了很多能给本系统以宝 贵经验与借鉴的各类系统。 城市级景观照明系统在国内外的发展现状都并不是十分理想，能够上升到 城市级的景观照明规划与控制的案例并不多，大多数都在试用或者完善阶段。 比较成熟的城市级的照明控制系统往往都是一些对象单一，如针对道路照明这 一类型的照明设备，并不涉及其它景观照明设备的规划及控制。但是这些照明 控制系统都很好地将上述各个领域中的新技术运用到了监控系统中，如，城市 照明监控系统的研究开发”，该系统包含远程故障诊断功能和照明系统信息管 6 上海大学硕士学位论文 理功能的远程监控系统。它采用n e t 技术和x m l 技术，搭建一个基于w e b 的开 放式系统。在系统中设有w e b 服务、系统信息管理、网络通信、故障诊断、对 监控系统本身的监控以及其它一些的功能。鉴于监控中心和现场之间通讯的重 要性，重新制定出一套高效可靠的f s k 无线通讯协议并提出几种辅助通讯方案。 同时对提高监控系统的可靠性和可诊断性做出了探索。给景观照明的控制与管 理提供了一个很好的范例。 南京长江二桥的控制系统“n 采用了l o n w o r k s 控制网络对各供配电设备及 大桥沿线设备进行数据采集，并根据要求对相应设备进行实时控制。该控制网络 具有的组网灵活、互操作性好、可靠性高等特点。l o n w o r k s 控制网络技术在自 动控制领域将得到越来越广泛的应用，国外同样也有将该控制网络成功应用于 照明控制系统的实例1 2 2 1 。南京市的长江二桥上的景观照明控制系统将单个建筑 物的景观照明设备的控制做了很好的示范，此类系统是针对具体一个建筑物或 者构筑物进行监控的一类系统，其一大特点就是照明设备的单点控制技术己很 成熟，在相关研究领域中不乏有很多具有此特点的成功照明控制案例 2 3 - - 2 4 但 其监控对象数耳很少，大多涉及的监控点数量极为有限。 北京市的城市景观照明可以说是目前较其它城市做得最为成功的，它的夜 景照明监控管理系统的景观照明管理真正上升到了城市级的、全城区总体信息 监控的景观照明管理层次。是一个城市级景观照明信息监控管理系统的成功尝 试。该系统采用目前最先进的通用分组无线业务( g p r s ) 无线通讯技术进行主从 站间的通信，集计算机网络、通信、机电、自动控制等多种先进技术于一体，成 功实现了对全市夜景照明设施大范围、多区域、全天候的实时监控和管理。其 中，该系统最大的亮点是采用了中国移动的g p r s 无线通讯网络对全市夜景照明 设旌进行统一管理，实现集中监控，给整个系统增加了很大的灵活性。通过g p r s 无线通信发送和接收终端，以及其无线网络通信系统，实现现场实时操作数据 的采集及上传汇总至监控中心；监控中心的控制信息下传至各个现场监控点， 很好地实现了监控系统关键的数据传输通信问题。该系统还具有数据安全性、 可靠性、经济性和系统交互式管理的特点，它技术先进、安全可靠和经济实用。 这些特性都给我们在系统设计时提供了很好的借鉴及思路拓展的可能。 7 上海大学硕士学位论文 同样利用无线通信方式进行监控的相关应用和实现也有很多，在利用电信 手机短信实现自动化系统综合监控协中，介绍了利用电信手机短信完成自动化 系统综合监控的原理、方法和使用效果，提出了保障自动化系统正常运行、实 现自动化机房无人值守的又一条可行途径。这和利用g p r s 进行通信的方式可以 很好结合起来。此外，在杭州市公用照明网络的监控管理系统，也给我们在城 市照明监控管理方面提供了很好的经验。这是对电力网络的各种终端设施进行 远程自动化集中监控，它已经成为电力系统自动化发展的一种趋势。而这个城 市公用照明的监控管理系统便是这种趋势的一个较为成功的应用。在国外照明 控制系统也有许多新发展，单就照明控制方面有很多成功应用且采用的控制方 式也各有新意，有的将自适应构建方法应用到照明控制系统中，有的则是提出 了一种能够节约将近5 0 能源的照明控制系统。 此外，将计算机、网络技术结合进城市景观照明信息监控系统，特别是在 实时远程监控和数据传输方面的远程控制系统中已成为控制领域中的一大发展 方向。工业监控系统将i n t e r n e t 技术与之结合起来，形成一种新的基于浏览器 的工业信息监控系统。它运用计算机网络技术、工业监控技术和数据库技术， 将工业现场的实时数据以h t m l 的形式进行实时发布，实现工业现场实时数据的 w e b 浏览。 最后，针对景观照明的系统或设备在地理上存在分布分散的特点，分布式 控制系统也被应用其中，并且可以说照明系统在分布式控制方面有了许多进展， 应用各类技术进行控制，但总体上说本文拟构建的基于全光网的监控点数目庞 大的城市级景观照明信息集成与控制系统，在国际上还未有成功案例，有待进 一步在此领域做更大量的研究工作。 1 4 目前城市景观照明领域存在的问题及发展趋势 1 4 1 城市景观照明系统中存在的问题 目前国内外城市景观照明系统存在着不少问题，比较常见的有如下几个方 面啷1 ：1 ) 缺乏统筹规划，整体不协调；2 ) 建筑景观照明与道路照明冲突。应把 景观照明功能严格区分，道路照明应以照明为主，强调合理亮度，避免眩光：其次 考虑其美观感度，而景观工程更多侧重于美化，即对建筑物夜景形象的美化，设 上海大学硕士学位论文 计时应考虑道路的灯光背景，只着重渲染建筑物的效果形象，因而亮度的取舍应 适可而止。3 ) 眩光污染的避免。生理学范畴的眩光污染应包括光辐射污染、强 光屏蔽、光泛滥、色单调、视遮蔽等。4 ) 灯具光源效率低，绿色性能低。由于 各品牌灯具的结构区别，不同品牌的光源性能存在差别，给已调试好的灯光效果 的维修带来不便和麻烦。5 ) 景观照明系统的后期监控和可维护性能不好。6 ) 控制方法选用不够合理。由于我国电力资源的紧缺，加上投资项目的性价比要求， 应采用利于节约能源的控制方式，具体可考虑时钟控制，半夜、全夜控制，不同回 路时钟控制和集中控制等，最终达到控制方式的灵活、经济合理。 要解决城市景观照明系统中出现的这些问题，就必须在城市景观照明的规 划设计，评价及控制的整个过程中发现和解决问题。 1 4 2 城市景观照明系统研究发展方向和目前存在的问题 为加强半导体照明产业化技术的研究与开发，科技部将“半导体照明产业 化技术开发”项目列为“十五”国家科技攻关计划重大项目，该项目除了要解 决市场急需的半导体特殊照明产品的产业化关键技术，而且要建设半导体照明 应用示范工程及特色产业基地。可以预见，l e d 将是未来照明技术的主力，加 上其它数字照明技术的飞速发展，照明效果不但丰富多彩，而且还从以前的静 态可变变为完全动态可变。而数字城市的发展为数字照明系统的发展提供了契 机，信息化技术、基于虚拟和3 d 的照明设计技术、现代网络与控制技术更为数 字照明的应用提供了基础与舞台。这些都将催生一种全新的数字照明系统。 目前国内外城市数字照明系统方面的研究也不少，但仍存在很多不完善、 不成熟的地方： 1 ) 利用数字化手段对城市景观照明进行有效规划，交互式设计以及控制一 体化的研究才刚刚起步。 2 ) 关于城市级数字照明的这一类型的系统的研究方面。目前国内外大多是 以单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 简单的照明灯具控制与监测，能够上升到城市级的数字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数字照明系统还未见相关报道。 3 ) 城市数字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 9 上海大学硕士学位论文 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。 1 5 论文的主要研究工作 本文拟构建一个城市级的景观照明系统，对临港新城的景观照明信息进行 有效的管理，针对国内、国际上目前景观照明的现状，本文主要做了如下工作： 1 ) 分析目前国内城市级景观照明的弊端，结合临港新城景观照明系统建设 的实际，提出了城市级景观照明规划方法和景观照明信息系统构建方案，供后 续研究和实施打下基础； 2 ) 提出了景观照明虚拟设计平台的构建方法，使城市级景观照明虚拟设计 和展示成为可能，为有效进行交互式城市景观照明虚拟设计提供了技术支持。 3 ) 从整个城市景观照明设计的观念出发，借鉴各种系统评价方法基础上， 确定应用于本系统的评价方法，并建立合理的景观照明评价指标模型，设计了 一个面向临港新城景观照明的评价系统，该系统对正在设计阶段的景观照明进 行评价； 4 ) 面对城市中孤立分散的景观照明系统资源，提出一种具体的集成方法， 以便把景观照明的规划设计、监控、评价等软硬资源合理的集成起来，达到城 市景观照明资源的信息化实施和管理的目的： 5 ) 初步分析构建了应用于数字城市景观照明信息集成过程中的景观照明信 息与控制协议，对其框架和包含的具体内容做了详细的介绍。 1 0 上海大学硕士学位论文 第二章临港新城景观照明系统规划与构建方法 2 1 前言 数字城市已经成为当前城市信息化建设的热点，数字城市应具有真实地再 现现实城市自然和社会景观的功能，为管理决策和日常生活提供支持。景观照 明管理数字化建设是数字城市建设的重要组成部分。利用现代化数字技术合理 规划、控制和管理景观照明，不仅可以发挥新照明技术的优势，促进城市照明与 自然、环境、人相适应，而且对于实现城市管理的全面数字化，同样具有深刻 的现实意义。 2 2 临港新城的总体布局 主城区位于长江与杭州湾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。海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。临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。已在2 0 0 5 年完成一期工程，2 0 2 0 年展现整体风貌。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。下图( 图2 - 1 ) 为临港新城总体规划布局示意简图： 图2 1 临港新城总体布局简图 上海大学硕士学位论文 港城的城市布局结构是以滴水湖为中心的典型的“田园城市”的布局模式， 呈环状和射线状布局，是一种规整几何状的空间布局形式。空间布局上可归纳 为：一个中心、四个城市环形带、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。一个中心即滴水湖，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；记忆之岛：建有航 海博物馆；娱乐之岛：建有剧场、游艇俱乐部。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。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。 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 大批的人才和技术资源，提高具有“上海特点”的自主技术研发实力，积累数 字城市建设的经验，回馈数字上海的信息化建设。 根据临港新城的实际情况，“数字港城”的应用定义为：“数字港城”建设 的任务是利用最新的高科技手段，通过建设宽带多媒体信息网络，构建数据基 础的设施平台，整合港口、大桥、产业、物流园区和社区的信息资源，建立面 上海大学硕士学位论文 向政府、企业、社区和公众服务的综合应用系统，实现港城资源在空间上的优 化配置，在时间上的合理利用，以达到港城建设全过程的可持续发展目标。其 目标定位为：以人为本，信息为载体，信息平台为支撑，以空间信息为基础， 以基础设施信化为核心，以建设智能城市系统( i c s ) 为目标，成为国际一流的 现代化港口城市。 数字港城的组成要素主要包括基础信息网络要素、基础数据要素、综合应 用要素、准则体系要素( 政策法规等) 、保障体系要素。根据组成要素，可以得 出数字港城的总体框架如图2 2 所示。 图2 - 2 数字港城总体框架图 从图中可以看出，总体框架主要分为 三个层次：基础数据层、应用基础层和综合应用层 一个支撑平台：信息安全支撑平台 一个监控管理系统：数字港城规划、建设及运营中的监控管理系统 一个保障体系：政策、法规等保障体系 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 - 3 。 孵。，露=k，m憎汗悖。龟器。良 上海大学硕士学位论文 信息 秉j 1 t 音笼理 1 t 蔓：_ r 图2 3 “数字港城”总体信息流图 2 3 临港新城城市级景观照明规划 2 3 1 城市景观照明规划的定义和具体内容 城市景观照明规划是对一个城市的地区，景区，景点和景物照明的功能和 艺术性的总体考虑或筹划。根据城市景观元素的地位、作用、特征等因素，从 宏观上规定构景元素照明的艺术风格、照明水平及照明的色彩基调等，从而组 合成一个完整的照明体系，作为城市景观建设的依据。 城市景观照明主要有城市自然景观照明和人文景观照明两个部分。照明的 对象有山、水、建筑、道路、广场、公园、绿地和公用设施等景观元素。 这些景观元素的照明要求和被照区域如图2 - 4 所示。由图可以看出：道路 ( 含一般的道路和商业区道路) 、桥梁、广场和住宅区的照明强调的是功能性； 而建筑物、公园、水面和商业街等景观元素的照明则强调艺术性。 景观照明规划的任务是全面分析研究被照景观元素的作用和相互关系，制 定出一个战略性，并能指导和控制城市景观照明建设和发展的总体方案。由于 城市景观照明规划要考虑整个城市景观照明效果，所以这种规划决策具有整体 性、多目标性和动态性等特点。 1 4 上海大学硕士学位论文 区域 狭义 ( 点) ( 功能性) 安全安心 区域 广义 ( 面) 啵引景观 ( 艺术性) 图2 4 城市景观元素的组成、照明要求和被照区域 对于整个城市而言，景观照明总体规划就是根据该城市的特征、性质以及 标志性建筑，主要景区景点、道路、商业街和公园等的分布和相互联系，城市 技术、经济水平，从宏观上按点线面( 景点、路、景区) 相结合的原则进行总 的规划。在总的规划指导下进行景观照明的建设才能创出和谐协调、明暗适宜， 并富有自己特色的景观照明效果。 数字城市景观照明规划的关键是建立总体规划决策的规划设计模型和评价 模型。作为城市级景观照明系统规划的评价指标，应具有一定的前瞻性，既能 反映当前城市景观照明系统规划的现状，同时也应能反映今后一个时期城市级 数字景观照明发展的变化趋势，同时应具有较强的开放性和可操作性，并能在 总体景观照明系统规划中指导实施，使城市景观照明规划更加科学合理。 从景观照明的任务和对象出发，并结合临港新城自身的特色，制定临港新 城景观照明规划的总体流程如图2 5 所示： 上海大学硕士学位论文 图2 - 5 城市景观照明规划的总体流程图 2 3 2 景观照明景观度概念的提出 在临港新城景观照明的规划中，本文提出一个景观度的概念，以便作为衡 量景观照明规划效果的尺度。景观度即一个建筑、一个区域景观照明效果展示 的程度，在一定的景观度配置下，景观照明效果展示的内容将由控制系统来确 定。 景观度所包含的三个层次定义 1 ) 景观照明效果可控度：主要分为以下几个等级：照明灯具可控、照明效 果可控、照明效果可再设计。 港城的景观照明将大量应用到半导体l e d 技术，根据l e d 可控可变的特点， 其景观照明的展示方法将完全有别于传统的景观照明方法，因此对于集成在系 统中的各单体照明系统来，就有必要对其景观照明的可控程度进行相应的定义。 照明效果的可控性的定义主要分为以下几方面： 景观照明效果可控制等级定义 1 6 上海大学硕士学位论文 数字港城景观照明系统的核心在于变，特别是可控的变化，从理论上讲， 对景观照明效果的展示完全可以做到单个照明灯具，同时可以实现远程的计算 机控制，从而使整体照明展示效果同样处于可控可变状况。因此在整个景观照 明系统中对可控制等级进行定义，来评价不同的区域甚至整个系统是否可控， 是否可选可控还是完全可控以及可控的程度如何。 景观照明效果可再设计等级定义 由于l e o 技术的特点，使得我们完全有可能随时实现对景观照明效果的调 整，但这样的调整也就是效果的再设计必须有相应的支撑平台来支持，这类支 持的程度就是我们要定义的内容。 2 ) 景观照明效果定义： 城市夜景的照明设施，主要分为装饰性照明、功能性照明和景观性照明三 大类。 从实际情况看，构成城市夜景整体画面的，不仅有建筑的立面泛光照明、 轮廓照明等专为观景而设的装饰照明，还有由建筑室内照明产生的内透光，道 路及其他城市交通的路面等的功能性照明，其他诸如桥梁照明、广场照明、园 林照明等，有更多的兼顾功能与装饰的结合点，这种既满足功能使用，又体现 装饰效果的照明设计称之为景观性照明。 城市的夜间景观是多元化的构成。装饰性照明、功能性照明和景观性照明， 在城市整体夜景中，是互相配合、互相补充和互相映衬的关系。它们都是夜间 景观的参与者，在美丽的城市夜景中，都扮演着非常重要的角色。客观地说， 功能性照明在城市夜间景观的构成中占据比装饰性照明大得多的比例成份。它 虽然“只为功能而设”，但它也有客观装饰作用，也需考虑它在城市景观照明中 的地位，参与照顾景观的需求而赋予构成景观的手笔。通过合理的设计，可以 最大限度地发挥功能性照明的装饰潜能，使景观性照明在城市景观照明中逐渐 占据更多的比例，发挥着越来越大的作用。 因此根据景观照明的划分，在景观照明效果定义中，分别给出装饰性照明、 功能性照明以及景观性照明的等级定义。 3 ) 景观设计参数定义： 1 7 上海大学硕士学位论文 景观设计参数定义中这里主要考虑了以下三个方面的因素： 绿色等级定义 绿色照明是9 0 年代初国际上对采用节约用能、保护环境照明系统的形象说 法。在我国，可持续发展的思想在城市景观照明这一领域的具体措施是实施绿 色照明。 绿色照明是以提高照明效率、节约电力、保护环境为主要目标的照明节电 活动，其主要做法是用高效节能照明器具替代传统低效的照明器具，采用科学 的照明设计和照明控制方法，提高照明用电效率和照明质量。保护人民身心健 康并体现现代化的照明系统，并减少环境污染的需要，满足人类生存环境的可 持续发展的要求。照明质量和水平已成为衡量社会现代化程度的一个重要标志， 是人类社会可持续发展的一项重要措施。 因此在指标体系中也要考虑绿色性以及可持续发展的因素。根据景观照明 的节能、环保和减少光污染等几个方面，可以对港城的景观照明进行绿色等级 划分，以此来评价港城的景观照明的绿色程度。 管理与维护等级定义 景观照明规划中还需要对景观照明系统的维护等级进行定义，这对于集成 管理的照明系统而言是非常重要的，它将有利于及时发现故障，准确定位故障 点，从而快速进行相应的处理与维护。 集成等级定义 在景观照明系统规划中，照明系统之间和整个系统与数字城市中的其他系 统都需要有紧密联系、能共享资源，即具有良好的集成性。这就需要建立各应 用系统之间的数据关联与共享的平台，在保证不破坏原有各应用系统的独立性 ( 即保持已有数据源的自治性) 的情况下，对整个景观照明系统中需要共享与 传输的各种信息进行相应的定义，即对各照明系统的集成等级的规划设计，这 也是景观照明系统规划中一个重要的指标。 对于照明的能耗及光污染的程度，将引用照明领域的有关规范，因此这里 只对景观照明系统管理、维护与集成的等级进行相关的定义，其主要分为以下 上海大学硕士学位论文 几个等级：系统自维护、可提供报警、可远程诊断、全信息共享、全远程维护 等。 2 3 3 照明景观度表达的层次结构 由上文中对于景观度概念的定义可以看出，临港新城景观照明的规划实际 上等同于对整个临港新城景观照明各个区域景观度的规划。 根据上文描述的数字港城自身的情况以及l e d 可控性的特点，着眼于港城 以后的发展和景观照明未来的发展趋势，在一定的景观度配置下我们给出如图 2 6 的景观度规划设计包含的具体内容： 图2 - 6 景现度定义下规划设计具体内容结构图 借助一定的软件平台，这些景观度的定义将具体形成景观系统实