城市快速路照明智能控制系统设计指南

3城市快速路照明智能控制系统设计指南本文件规定了城市快速路照明智能控制系统的前期调查、总体设计、数据感知子系统、管理中心子系统、外场控制子系统、网络传输子系统、网络安全等。本文件适用于新建、改扩建城市快速路主线照明智能控制系统的设计，及既有城市快速路主线照明控制系统的升级设计。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T17215.211电测量设备(交流)通用要求、试验和试验条件第11部分:测量设备GB/T17215.321电测量设备（交流）特殊要求第21部分：静止式有功电能表(A级、B级、C级、D级和E级)GB/T20269GB/T20270GB/T22239信息安全技术信息系统安全管理要求信息安全技术网络基础安全技术要求信息安全技术网络安全等级保护基本要求GB/T34923.1路灯控制管理系统第1部分:总则GB/T34923.2路灯控制管理系统第2部分:主站技术规范GB/T34923.4路灯控制管理系统第4部分:路灯控制器技术规范GB/T34923.5路灯控制管理系统第5部分:安全防护技术规范GB/T34923.6路灯控制管理系统第6部分:通信协议技术规范GB/T39021智能照明系统通用要求GB/T4208外壳防护等级（IP代码）GB/T5169.11电工电子产品着火危险试验第11部分:灼热丝熱丝基本试验方法成品的灼热丝可燃性试验方法(GWEPT)CJJ37城市道路工程设计规范CJJ45城市道路照明设计标准CJJ129城市快速路设计规程CJJ/T227城市照明自动控制系统技术规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1城市快速路urbanexpressway在城市内修建的，中央分隔、全部控制出入、控制出入口间距及形式，具有单向双车道或以上的多车道，并设有配套设施的交通安全与管理设施的城市道路。[来源：CJJ129-2009，2.0.1]3.2照明智能控制系统intelligentlightingcontrolsystem4通过对交通信息、环境信息及设备信息的分析处理，实施动态的控制策略，对城市快速路照明设施进行智能控制和管理，以达到预期照明效果的控制系统。3.3协同控制cooperativecontrol针对人、车、路、环境不同交通因素特点，通过整合各方要素，达成公路照明与交通因素之间相互配合、联动运行，进而实现优化交通整体效能目标的技术。3.4调光dimming路灯控制器使受控灯具输出光通量改变的动作。[来源：GB/T34923.4，3.3]3.5响应时间responsetime系统从发送信息(或命令)到最终信息显示或命令执行完毕所需的时间，包括信息采集时间、信息传递时间和信息处理时间。[来源：GB/T34923.1，3.5，有改动]3.6交通事件trafficincident因交通事故、车辆故障、自然灾害、道路施工、异物抛洒或其他突发情况导致公路正常通行能力下降或中断的事件。3.7路段管理roadsectionmanagement对城市快速路特定路段照明设施及系统的管理，包括信息的存储、查询、更新等操作，同时保障信息的安全，防止其被意外或未经授权有意地披露、转让、修改或破坏。3.8路灯控制器streetlampcontroller安装在灯具（杆）侧，能够实现数据采集和状态监测，可对灯具进行开关或调光控制，同时能和管理中心子系统进行数据交换的设备。4前期调查4.1前期调查内容应包括道路设计标准、光源类型、灯具布设方案、供电方案及运营单位其他需求等。4.2道路设计标准调查应包括主辅路的构成、边坡匝道的构成、桥梁与隧道构成、道路等级、设计速度、车道宽度、路基宽度、平纵线型等要素，并应符合CJJ37中城市道路设计标准的规定。4.3光源调查应包括灯具所采用的光源类型，如LED灯、高压钠灯、金属卤化物灯等，并应符合CJJ45的规定。4.4照明灯具布设方案调查应包括布灯形式、灯杆间距、灯具安装高度、悬挑长度和仰角等，并应符合CJJ45的规定。4.5供电方案调查应包括供电方式、变压器、配电箱设置、线路路由等。54.6应调查城市快速路智能照明方案设计过程中运营单位相关需求或要求。5总体设计5.1一般规定5.1.1设计内容包括总体设计、数据感知子系统、管理中心子系统、外场控制子系统、网络传输子系统、网络安全。5.1.2应以提升智能化照明控制水平和数字化管理服务水平为目标。5.1.3应符合安全可靠、技术先进、经济合理、节能环保的原则。5.1.4应结合城市快速路平、纵、横断面设计及路段所处的地理位置、自然环境等情况，确定城市快速路照明智能控制系统的设计方案。5.1.5宜与光源、灯具及附属装置、照明供电同步进行设计。5.1.6应综合考虑交通环境、设备参数、传输网络等因素，并应符合GB/T39021的相关规定。5.2设计准则5.2.1照明指标5.2.1.1城市快速路主路照明智能控制指标应按表1进行设计，应符合国家现行行业标准《城市道路照明设计标准》CJJ45规定。表1城市快速路主路照明指标设计值1234567注：表中所列的平均照度仅适用于沥青路面。若系水泥混凝土路面，其平均照度值5.2.1.2应根据交通量大小、道路设计速度及照明设施的布局等，确定同一条道路的照明控制策略。5.2.2功能5.2.2.1城市快速路照明智能控制系统应具有路灯远程开关控制及功率调节等控制功能。5.2.2.2城市快速路照明智能控制系统应具有数据存储、数据管理、亮灯率统计、故障监测、远程监控、故障报警、地理位置等管理功能，并应符合GB/T34923.2的相关规定。5.2.2.3城市快速路照明智能控制系统应具有网络监测、数据防护、病毒防护等安全防护功能。5.2.2.4城市快速路照明智能控制系统宜具备交通事件协同控制功能。5.2.2.5城市快速路照明智能控制系统可具有漏电检测、支路电流检测、功耗统计和设施定位等扩展功能。5.2.3性能5.2.3.1单点单次控制操作响应时间应小于5s。5.2.3.2单点单次实时数据召测和设置响应时间应小于10s。65.2.3.3数据库数据查询响应时间应小于5s。5.2.3.4故障报警的响应时间应不大于3s。5.3系统构成5.3.1城市快速路照明智能控制系统应包括数据感知子系统、管理中心子系统、外场控制子系统、网络传输子系统及网络安全等。城市快速路照明智能控制系统构成见图1。图1城市快速路照明智能控制系统构成5.3.2数据感知子系统应包括交通信息、环境信息等外部信息的接入，光照度、设备状态、外场控制器状态等自采信息的接入。5.3.3管理中心子系统应包含数据接入与分析模块、控制策略制定模块、综合管理模块。综合管理模块实现路段管理、数据管理、控制管理和辅助管理功能。5.3.4外场控制子系统通过单灯控制器、多灯控制器和回路控制器实现灯具的控制。5.3.5网络传输子系统包括远程通信网络和本地通信网络。远程通信网络可采用多种无线、有线数据传输网络,实现管理中心子系统与路灯控制器之间的数据传输。本地通信网络可采用电力线载波、微功率无线、RS485总线及其他有线或无线网络,实现路灯控制器与路灯及其他设备(各类传感监测等设备)之间的通信。6数据感知子系统6.1一般规定6.1.1数据感知子系统应包括外部接入信息与自采信息采集功能。76.1.2外部接入信息应包括交通信息、环境信息。6.1.3自采信息应包括光照度信息、设备状态信息、外场控制器状态信息。6.2外部接入信息6.2.1交通信息6.2.1.1交通信息感知应包括道路信息、交通运行状态信息、交通事件信息。6.2.1.2道路信息应包括城市快速路名称、车道数量等。6.2.1.3交通运行状态信息应包括车速、车流量、车头时距等。6.2.1.4交通事件信息宜包括交通事故、交通拥堵、施工、异物抛洒、极端天气等。6.2.2环境信息6.2.2.1环境信息应包括天气、温度、湿度、亮度、照度、风速等。6.2.2.2环境感知设备应根据应用场景和周边环境合理选配需监测的环境或气象要素,宜选用集成多种监测功能的环境或气象传感器。6.3自采信息6.3.1光照度信息应通过在道路沿线安装的光照度传感器采集，用于实时监测道路表面的光照强度。6.3.2设备状态信息应由部署在灯具上的传感器及监测装置收集，应包括灯具开关状态、路灯控制器状态等状态量信息。6.3.3外场控制器状态信息通过安装在路灯或相关设备上的传感器和监测模块采集，包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等模拟量信息以及当前和冻结电能示值等电表数据。7管理中心子系统7.1一般规定7.1.1管理中心子系统应包括数据接入与分析模块、控制策略制定模块、综合管理模块。7.1.2数据处理模块应支持对采集数据进行加工处理、分类存储,应支持建立和管理路灯数据平台,并应支持与其他系统接口交换数据。7.1.3管理中心子系统控制策略制定要求7.1.3.1管理中心子系统控制策略应根据当地路网规模、照明设施及智慧照明管理需求等因素，遵循“优化配置、适度超前”的原则进行设计。7.1.3.2管理中心子系统控制策略宜集成时序控制、自适应控制和协同控制算法及指令模块。7.1.3.3时序控制应根据不同时段使用需求，精确调整照明控制时段，合理确定照明开关时间。7.1.3.4自适应控制应根据不同的交通参数通过照明控制算法进行控制策略选择。7.1.3.5协同控制应根据交通事件信息的地理位置、交通事件影响区间及环境因素等确定照明协同控制策略。7.1.3.6在正常情况下以时序控制为主，根据交通流量的实时监测数据，在局部区域或特定时段引入自适应控制进行微调；同时，在与周边重要设施的交互区域，通过协同控制实现整体的优化。7.1.4综合管理功能应包括数据管理功能、控制管理功能及辅助管理功能。7.2数据的接入与分析87.2.1数据接入管理中心子系统应具备设备数据接入、通信数据接入、外部系统数据接入等功能。7.2.2数据分析管理中心子系统应具备数据预处理、照明设备状态分析、照明效果评估分析、环境因素影响分析等功能。7.3控制信息7.3.1控制信息应包括时序控制、自适应控制和协同控制指令系统。7.3.2控制器宜反馈控制指令下发状态信息。7.3.3根据交通事件下发的协同控制策略指令信息，控制器应在时间阈值内反馈信息。7.4控制策略制定7.4.1时序控制7.4.1.1时序控制适用于有固定照明需求规律的场景。7.4.1.2时序控制策略应依据预设的时间参数，通过对比设定的开关灯时间与路灯控制器的系统时间，定时自主实现开关灯。7.4.1.3时序控制宜采用经纬度时序控制器，通过计算在日落日出时间前后，使用亮度仪实时检测路面自然光平均亮度，通过与设定的道路最大平均亮度比较来调整开关灯时间。经纬度时序控制器的选型应依据当地的地理坐标精确校准。7.4.1.4宜根据时间段选择不同的灯光模式，具体灯光控制策略见表2。表2按时间段划分灯光控制策略路灯开启，主干路路灯平均亮度宜为0.75cd/m²~1.夜晚交通高峰期，主干路路灯平均亮度宜为1.5cd/m²~2.0cd/m²,交通流量正常夜晚，主干路路灯平均亮度宜为1.5cd/m夜晚交通低谷期，主干路路灯平均亮度为1.0cd/m²~1.25cd/m²,7.4.1.5可根据城市的交通流量统计数据和历史交通模式制定合理的时间控制策略。7.4.1.6可设置手动控制选项，允许运维人员根据实际需要进行手动调整。7.4.2自适应控制7.4.2.1自适应控制适用于交通流量和环境变化频繁的场景。7.4.2.2自适应控制应根据交通量大小、道路设计速度及照明设施的布局等，确定同一条道路的照明控制策略。7.4.2.3自适应控制应支持不同区域、不同路段，并根据各区域或路段的需求进行独立控制与自适应调节。97.4.2.4宜根据不同控制维度选择不同灯光模式，具体灯光控制策略见表3。表3按不同维度划分灯光控制策略交通低谷期，照明亮度调至1.0cd/m²~1.5cd/m²,平均照度15lx～2段交通高峰期，亮度保持在2.0cd/m²~2.5cd/m²,平均照度30lx～4交通低谷期，亮度调至1.5cd/m²~2.0cd/m²,平均照度20lx～3交通高峰期，亮度为1.5cd/m²~2.0cd/m²,平均照度20lx～3交通低谷期，亮度降至1.0cd/m²~1.5cd/m²,平均照度15lx～2车辆汇入时，亮度提升至2.0cd/m²~2.5cd/m²,平均照度25lx～35车辆驶出时，亮度保持在1.5cd/m²~2.0cd/m²,平均照度20lx～25lx7.4.3协同控制7.4.3.1协同控制适用于城市快速路与周边道路、桥梁、隧道等交通设施连接的区域。7.4.3.2协同控制宜采用集中控制与独立控制相结合的控制方式。7.4.3.3协同控制可将不同区域、不同类型的照明设备纳入统一管理范畴，实现周边道路照明系统的协同控制和优化。7.4.3.4遇火灾、交通事件、极端恶劣天气、交通量严重饱和等特殊场景下，应触发应急预案控制照明模式，并启动协同控制，具体控制策略见表4。表4特殊场景下协同控制策略事故核心区域全亮，平均亮度宜为2.0cd/m²~3.0cd/m²,平均照度宜为25lx~事故路段上下游500m内，宜将路灯亮度提升平均亮度为2.0cd/m²~2.5c全路段路灯亮度应维持在平均亮度为1.5cd/m²~2.5cd/m²,平均照度为20lx~和在拥堵路段及上下游路口，路灯平均亮度宜为2.0cd/m²~2.5cd/m²,平均照度宜为25lx～40lx；在匝道、出入口等关键节点，应全亮照明，路灯亮度应为平均亮度7.5综合管理模块7.5.1路段管理7.5.1.1应具备路段选择功能。7.5.1.2应具备基础信息维护、照明设施信息管理等信息管理功能。7.5.2数据管理7.5.2.1应支持对接光照度传感器、灯具及外场控制器等多类设备，实时采集光照度、灯具状态、设备运行参数等数据，并按照统一格式进行标准化处理。7.5.2.2应配备高性能数据库，制定完善的数据备份策略，定期对关键数据进行备份。7.5.2.3应提供灵活便捷的数据查询功能，用户可根据设备类型、时间范围、地理位置等多维度条件，快速查询所需数据。应对采集到的数据进行深度分析，生成设备运行状态报告、能耗分析报告等统计报表。7.5.2.4应建立严格的数据访问权限控制机制，根据用户角色和职责分配不同的数据访问级别。应采用数据加密技术，对传输和存储过程中的数据进行加密处理。7.5.3控制管理7.5.3.1应支持远程控制路灯的开关状态，操作人员可通过系统界面实时发送开关灯指令，实现对路灯的集中管理。7.5.3.2应根据光照度传感器采集的实时数据，结合预设的亮度调节策略，自动调节路灯的亮度。应支持手动干预亮度调节，操作人员可根据实际情况，对特定路段或灯具进行亮度调整，实现节能降耗的7.5.3.3应支持对路灯进行分组分区管理，操作人员可根据道路功能、地理位置等因素，将路灯划分为不同的区域或群组，实现对不同区域照明系统的差异化控制。7.5.3.4应根据照明系统的运行数据和实际使用情况，对控制策略进行动态优化。7.5.4辅助管理7.5.4.1应提供电子制表功能,应能在线建立和修改报表格式和内容。7.5.4.2应支持通过GIS电子地图察看灯具基本信息情况如设施的地理位置、灯具实时状态、电能数据等功能。7.5.4.3宜支持通过GIS电子地图展示台区控制范围、电缆分布等功能。7.5.4.4可支持通过故障灯杆的位置进行分析,生成推荐检修路径。7.5.4.5平台应具备故障检测与报警功能，能够实时监测系统的运行状态，及时发现并报警可能存在的故障，提高设备运行的可靠性和稳定性。7.5.4.6应自动检测管理中心子系统、路灯控制器、路灯设备等运行情况,记录故障发生时间、故障现象等信息,生成故障通知单,提示标准的故障处理流程及方案,并建立相应的维护记录。7.5.4.7应能统计管理中心子系统和路灯控制器的月/年可用率,应支持对路灯控制器等设备进行分类、分厂家故障统计。7.5.4.8故障告警应实现当管理中心子系统接收到电压、电流异常、开关灯异常、通信异常等故障信息后,应进行报警,可支持以声光、短信、桌面消息、电子邮件等方式通知相关负责人员。7.5.4.9能耗统计主题分析应具有按区域等类别,按日、月、季、年或自定义时间段,进行同比、环比的能耗统计分析的功能。7.5.4.10设备故障主题分析宜从故障总数、设备故障分类明细、故障TOP等不同维度，按照日、月、年等不同统计区间进行图形化专题分析。8外场控制器子系统8.1一般规定8.1.1外场控制器子系统负责对现场照明设备进行直接控制与状态监测。8.1.2外场控制器子系统应具备良好的兼容性，能够适配城市快速路中不同品牌、型号的照明灯具，以及各类传感器设备。8.1.3外场控制器子系统应满足城市快速路复杂环境下的电磁兼容性要求。在车辆密集行驶、周边存在大量电气设备干扰的情况下，仍能稳定运行。8.2外场控制器类型8.2.1按安装位置分类8.2.1.1外场控制器子系统的控制器按照安装位置可分为内置式、外置式。8.2.1.2内置式控制器紧密集成在光源内部，外置式控制器通过特定的安装支架固定在光源外部。8.2.1.3内置式控制器应具备高度集成化的特点，紧密结合光源特性，实现对光源的精准控制。8.2.1.4外置式控制器应具备良好的防护性能，适应户外复杂环境，方便安装与维护。8.2.1.5在实际应用中，应根据不同的照明场景、灯具类型和控制需求，合理选择控制器的类型及安装位置。8.2.2按功能和控制对象分类8.2.2.1外场控制器子系统的控制器按照功能和控制对象可分为单灯控制器、多灯控制器和回路控制器。8.2.2.2单灯控制器可实现对每一盏灯具的独立控制，宜具备对灯具的开关、亮度调节、色温调节等功能。8.2.2.3多灯控制器可将两个及以上盏灯具归为一个控制区域进行统一管理，适用于如主辅路不同照明需求的区域。8.2.2.4回路控制器可用于控制照明回路或其他电气回路，可以监测和控制回路中的电流、电压等参数，实现对整个回路的通断控制和保护。8.3外场控制器功能8.3.1外场控制器应能接收管理中心子系统发送的控制指令，并准确执行相应操作，同时将灯具的实时状态反馈至管理中心子系统。8.3.2外场控制器应具备数据采集功能，应能采集灯具当前电压、电流、有功功率、功率因数等。8.3.3外场控制器有功电能计量准确度应不低于2.0级,并应符合GB/T17215.211,GB/T17215.321的有关规定。8.3.4外场控制器可选配控制功能。控制功能分为开关灯和调光。8.4外场控制器性能要求8.4.1外场控制器子系统应具备高可靠性，平均无故障工作时间(MTBF)不应小于20000h。8.4.2外场控制器的外壳应有足够的强度,外物撞击造成的变形不应影响其正常工作。8.4.3外场控制器的非金属外壳应符合GB/T5169.11的阻燃要求。8.4.4安装在露天环境中的外场控制器,防护性能应符合GB/T4208规定的IP65级要求;安装在具有防护措施环境中的外场控制器,防护性能应符合GB/T4208规定的IP54级要求。8.4.5外场控制器子系统应具备故障自诊断和容错能力，当部分设备出现故障时，不影响其他设备的正常运行，并能及时将故障信息反馈给管理中心子系统。9网络传输子系统9.1一般规定9.1.1网络传输子系统通信应采用通信专网或采取加密机制的公网。9.1.2网络传输子系统通信硬件应保持电气隔离，并宜采用可靠的接地方式。9.1.3管理中心子系统与路灯控制器之间的通信协议应符合CJJ/T227、GB/T34923.6的规定。9.1.4网络传输子系统安全防护要求应符合GB/T34923.5的规定。9.2传输方式9.2.1管理中心子系统与数据感知子系统之间的通信宜采用API接口、光纤、以太网、WIFI、公共无线4G网、公共无线5G网等方式。9.2.2外场控制器子系统灯具与控制器间传输方式宜使用电力线载波、微功率无线、光纤及RS485等通信方式。9.2.3专用无线、电力线载波信道数据传输误码率不应大于10-5，光纤信道数据传输误码率不应大于10-9，其他信道的数据传输误码率应符合相关标准要求。9.2.4路灯控制器至少应具备一种与灯具或管理中心子系统进行数据传输的通信信道，接受灯具或管理中心子系统的参数设置、数据召读以及控制命令，并进行告警上报。9.3本地通信接口9.3.1一般要求路灯控制器至少配有2路RS485本地通信接口，RS485各接口电气上应相互独立，应采用隔离等措施与内部电路电气隔离。传输速率可选用9600bps及以上；路灯控制器应至少配有1路下行通