浅谈轨道交通智能照明系统的研究

任运业

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】：轨道交通智能照明控制系统可提高运行效率、节约能源、减少污染，文章介绍了该系统的概念、特点及在节能、安全、智能化方面的作用，阐述了其在车站、隧道、轨行区的应用，探讨了该系统的关键技术，并分析了其发展趋势和面临的挑战。

【关键字】：轨道交通；智能照明控制系统；感知技术；控制算法；无线通信技术

0引言

城市化加速，轨道交通系统在缓解拥堵、节能减排方面发挥重要作用。但其照明系统能耗占比较大，提高能效对降低运营成本、实现可持续发展意义重大。基于此，智能照明控制系统应运而生，通过灵活控制策略和感知技术，可根据实际需求动态调光，大幅降低能源消耗，是解决这一问题的有效途径。

1轨道交通智能照明控制系统的重要性

轨道交通作为现代城市重要基础设施，其运营效率和服务质量事关城市竞争力和缓解交通压力。照明系统不仅关乎运营安全，也影响能耗和成本。传统照明系统存在弊端，无法适应节能环保和智能化需求。智能照明控制系统通过技术和灵活策略，实现了智能化管理和精细调控，可根据实际需求动态调光，大限度节能，同时提升照明质量、运营安全性和出行舒适度，是实现轨道交通可持续智能绿色发展的重要手段^[1]。

2轨道交通智能照明控制系统的应用现状

2.1车站照明控制应用

（1）照明控制策略。车站照明控制是轨道交通智能照明控制系统的重要应用场景。照明控制策略通常根据车站客流量、时间段等因素进行动态调整。在夜间或客流量较低的时段可适当降低照明亮度，减少能源消耗；在日间或客流量较大时，则提高照明水平，确保良好的视觉舒适度和安全性。一些照明控制系统还采用分区控制的策略，将车站区域划分为不同的照明控制区域，根据各区域的实际情况单独调节亮度，避免了提高或降低照明水平带来的能源浪费。

（2）节能效果分析。车站照明控制应用显著提升了轨道交通系统的能源利用效率。采用智能照明控制系统后，不同车站的节能效果如表1所示。

以A市地铁枢纽站为例，每年照明用电约700×10⁴kW·h，采用智能控制系统后节能率达35%，年节电量高达245×10⁴kW·h，节约成本122.5万元。节能效果不仅来自降低亮度，更多源于系统对照明设备状态的实时监控和高效管理。传统照明控制方式由于缺乏状态监测，部分设备长期处于全亮状态浪费能源。智能系统通过无线传感技术实时监测发现异常，及时报警并远程控制，消除了能源浪费，进一步提升能效。该系统的应用不仅大幅节省运营成本，还体现了轨道交通事业对可持续发展的承诺。

2.2隧道照明控制应用

（1）照明控制方法。隧道照明控制是智能照明控制系统在轨道交通领域的另一重要应用场景。由于隧道环境封闭、视线受限，照明质量对行车安全和乘客舒适度至关重要。智能照明控制系统通常采用分段控制和自适应调光的方法，根据列车位置、行驶状态以及隧道内外光照条件动态调节照明亮度，实现精细化照明控制。当列车驶入隧道时，系统可提前适当距离打开隧道照明，为车头照明提供补充；当列车行驶至隧道内时，沿线区域的照明灯具亮度随之提升，确保车厢两侧有足够的照明；列车通过后，各区域照明则可逐步降低亮度，避免资源的无谓浪费^[2]。该控制方法不仅保证了隧道照明质量，充分考虑驾驶和乘客视觉需求，还大限度节约了能源，显著提高了运营效率。

（2）安全性和舒适性评估。隧道智能照明控制系统不仅提高了能源利用效率，还为乘客和驾驶员提供了更好的安全性和舒适性。根据多条隧道的实测数据，该系统不仅确保了安全和舒适度，还显著降低了能源消耗。传统照明与智能照明控制系统安全性和舒适性评估结果如表2所示。

从表中可以看出，智能照明控制系统在保证足够照度水平的前提下，将年平均能耗从280×104kW·h降至168×104kW·h，节省率高达40%。同时，由于灵活的分段控制策略，驾驶员和乘客的视觉舒适度评分也分别提高到4.5和4.3，远高于传统照明系统。这些数据充分证明，智能照明控制系统在隧道照明领域的性能。该系统既满足了隧道行车安全和乘客舒适的照明需求，又大幅降低了能源消耗，是轨道交通绿色低碳发展的有力保证。

2.3轨行区照明控制应用

（1）区域划分控制。轨行区照明控制是智能照明系统在轨道交通领域另一重要应用。轨行区是指铁路线路两侧的区域，包括站台、路基、桥隧等。传统照明控制方式下，这些区域的照明通常一视同仁，无法根据不同区域的实际需求调节亮度，导致能源的低效利用。智能照明控制系统则采用区域划分控制的策略，根据区域特点和重要性将轨行区划分为不同的照明控制分区，实现分区独立控制。通过精细化的分区控制，智能系统大限度满足了不同区域的照明需求，既保证了运营安全，又实现了能源的节约利用。

（2）智能化管理。智能照明控制系统在轨行区的应用不仅体现在灵活的分区控制策略上，还体现在系统智能化管理能力。通过部署无线传感网络，系统可实时采集轨行区的各种状态数据，如环境亮度、设备工作状态、列车位置等，并将这些数据传输至控制^[3]。控制内的决策算法可基于这些数据，自动生成*优的照明控制策略，并将控制指令下发至现场执行设备。

3轨道交通智能照明控制系统的关键技术

3.1感知技术

（1）车流量检测技术。车流量检测技术是智能照明控制系统获取交通状态信息的重要手段。该技术通过对路面车辆进行实时监测和统计，输出包括车流量、车速、车型等数据，为照明控制策略制订提供关键依据。目前，常用的车流量检测技术主要有视频检测技术和微波雷达检测技术两大类。视频检测技术利用视频图像处理算法对道路监控画面进行分析，识别并跟踪车辆运动轨迹，获取车流参数；微波雷达检测技术通过对车辆反射的微波信号进行分析，根据多普勒频移原理计算车速，并结合其他特征提取车流量等数据。

（2）环境亮度检测技术。环境亮度检测技术是智能照明控制系统中另一项关键的感知技术。该技术通过部署光传感器网络，实时监测轨道交通场景下的自然光照条件变化，为控制系统制订合理的照明亮度调节策略提供依据。典型的环境亮度检测方案是在隧道入口、出口、车站外部等区域布设光传感器阵列，感知外界自然光线的强弱变化。同时，在隧道内部、站厅等封闭区域也需布设传感器，监测该区域的实际亮度水平。

（3）其他感知技术。其他常用的感知技术及应用情况如表3所示。

通过多种感知技术的融合应用，系统可以感知列车运行状态、人员分布、障碍物位置、设备运行状态等多维度信息，为制订精细化的照明控制策略奠定基础，这些的感知技术是智能照明控制系统实现智能化管理的重要支撑。

3.2控制算法

（1）时间控制算法。基于时间的控制算法根据历史数据分析得出不同时间段的交通规律，预先将照明亮度设定为固定等级。例如，发现高峰时段车流量大，则高峰时段亮度等级较高。这种算法简单可靠、成本低，适用于非关键线路，缺点是响应性差、无法与实时交通匹配，以及存在能源浪费。尽管有缺陷，该算法依然是智能控制的基础，在各线路中广泛应用。

（2）需求控制算法。基于需求的控制算法根据实时采集的车流量、环境亮度等数据，动态评估当前照明需求，并立即调整照明亮度以准确匹配。该算法综合考虑能耗、舒适度等多种因素，通过算法量化和权衡，生成*优控制方案。相比固定的时间控制策略，该算法具有更强适应性和灵活性，能充分满足不同场景需求，提升了节能环保性能。

（3）预测控制算法。预测控制算法是智能照明控制中一种策略。该算法借助大数据分析和机器学习技术，建立交通流量预测模型，能够预判未来一段时间内的交通变化趋势。系统据此提前调整照明亮度，主动应对需求变化，增强了系统的前瞻性和适应能力。相比被动响应的需求控制，预测控制算法更有利于节省能源，是实现轨道交通绿色智能发展的重要手段。

3.3无线通信技术

（1）无线传感网络。无线传感网络是实现智能照明控制系统的重要技术支撑。该网络由大量低功耗无线传感节点组成，分布部署在轨道交通沿线的各个关键区域，负责采集车流量、环境亮度等现场信息，并将这些数据通过多跳自组织网络传输至控制。无线传感网络具有灵活部署、自主组网和可扩展等优点，能够有效降低布线成本，适应轨道交通环境的复杂性和长程线性特征。目前，基于ZigBee、LoRa等技术的无线传感网络已在多个轨道线路成功应用于智能照明控制系统。

（2）远程监控和控制。无线通信技术为智能照明控制系统提供了远程监控和控制的能力。控制可以通过移动通信网络实时监视沿线各区域的运行状态，包括车流量、环境亮度、照明设备工作状况等，并远程向每个照明节点下发控制指令，对亮度等参数进行调节。这种集中式的远程控制模式，不仅提高了管理效率，还实现了弹性化调度，能够根据实际情况随时对控制策略进行优化和调整，充分发挥智能化系统的优势。同时，远程监控功能也为后期维护保养带来便利，可及时发现故障点，指导现场作业。

4轨道交通智能照明控制系统的发展趋势与面临的挑战

轨道交通智能照明控制系统未来将朝着更加智能化、绿色化、一体化的方向发展。

（1）智能化。系统算法水平将不断提高，利用大数据分析、机器学习等技术系统能够自主学习交通规律，持续优化控制策略。

（2）绿色化。系统将进一步降低能源消耗，实现可持续发展。

（3）一体化。系统将与其他轨道运营系统深度融合，形成智能化综合管理平台，提升整体运营效率。

尽管前景广阔，但智能照明控制系统在发展过程中也面临着一些挑战。

（1）由于影响数据质量的因素复杂，很难获取完quan准确的交通流量等预测数据，将直接影响控制策略的效果。

（2）系统的复杂度不断提高，对算法的实时性、鲁棒性等提出了更高要求。

（3）新技术的融合将带来技术兼容性挑战，需要制定统一的技术标准。

5安科瑞智能照明控制系统

5.1概述

ALIBUS智能照明产品采用RS485总线技术，技术成熟可靠，安全稳定。开关驱动器具备独立工作的能力，适用于一些中小型的项目；模块化设计，可以任意拼接扩展，同时预留I/O口以及Modbus接口，还可以满足与AcrelEMS企业微电网管理云平台进行数据交换。

5.2应用场所

适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明控制需求。

5.3系统结构

5.4系统功能

1）实时检测并显示各个模块的在线状态，反馈现场受控回路的开关状态，监控界面按照楼层各分区的布局和回路列表来浏览。

2）当发生模块离线、网关设备掉线或者状态反馈和下发控制命令不一致时会发生故障报警，并将故障报警信息记录并显示在界面中。

3）可以对单个照明回路实现开关控制；每个模块、楼层都有相应的模块控制开关和楼层控制开关，也可以一个模块或者整个楼层实现开关控制。

4）开关驱动器支持过零触发功能，负载（灯具）的分合操作仅在交流电过零时进行；可有效减少电磁干扰以及对电网的冲击，延长灯具与控制装置的寿命。

5）对每个照明回路可以预设掉电状态，当照明电源掉电时，开关驱动器会自动切换到预设的掉电状态；确保重新上电时灯具的开关状态是确定与可控的。

6）拖动调光控件，照明设备从0%到100%进行调光，可以对单个照明回路实现调光控制，调光总控可以对一个模块的照明回路实现调光控制，也可以对多个照明回路实现调光控制，通过图标的亮灭状态反馈现场开关的状态。

7）点击场景控件，打开或者关闭对应场景设置，软件界面上显示不同的场景模式和场景功能，通过图标的亮灭显示对应的场景状态是打开还是关闭。

8）设置定时时间，确认时间点后，对该事件点执行的动作进行设置，设置灯在设定的时间点亮或者灭。

9）系统可以通过预设的当地经纬度信息，自动计算每天的日升日落时间；根据天文时钟控制照明开关，实现日落开灯、日出关灯的功能。

10）所有定时控制计划均可下发保存至驱动模块；当上位机系统故障或模块离线时，驱动模块可以利用自带的RTC时钟维持定时控制计划的正常执行，不影响日常的照明控制效果。

11）系统结构是分布式总线结构；系统内各元件不依赖于其他元件而能够独立工作；系统内各元件可以通过程序的设定实现功能的多样性。

12）预留BA或三方集成平台接口，采用modbus、opc等方式。

5.5设备选型

6结束语

智能照明控制系统在轨道交通领域大有可为。该系统可显著降低照明能耗、减少运营成本、提高照明质量和交通安全性，实现了智能化自动化管理。未来，可持续发展理念和物联网技术将进一步推动其在轨道交通中广泛应用，但投资成本和技术创新也是制约因素。因此，持续加大研发投入、加快技术进步，是推动其在该领域取得更大发展的关键。

参考文献:

[1]翟丽倩.城市轨道交通智能照明控制系统研究[J].光源与照明,2023(2):49-51.

[2]杨盛博,骆红宇.城市轨道交通车站照明系统设计[J].运输经理世界,2022(2):142-144.

[3]黄丽莹,陈浩杰,卢欣欣,等.轨道交通智能照明控制系统的应用与技术分析[J].电世界,2021(9):18-20.

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022年05版.

[5]千梦晗，袁新新.轨道交通智能照明控制系统研究.

作者介绍：任运业，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司。