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智慧灯杆发展情况分析28
智慧灯杆简析
—参考资料
一、智意灯杆3
1.1、智慧灯杆的产生3
1.2、智慧灯杆的发展情况3
二、照明比较4
三、城市运用案例10
3.1、国内10
3.2、国外15
3.3、小结20
四、商业及运营模式20
4.1、创新商业模式20
4.2、创新运营管理模式22
五、用户需求24
六、未来智慧灯杆25
6.1、智慧硬件25
6.2、智慧软件26
一、智慧灯杆
1.1v智慧灯杆的产生
提到智慧灯杆,我们会往往和智慧城市联系在一起,但是用了智蕙灯杆并不等同于城市就是智慧;换句话说,智慧灯杆是构成智慧城市的必要但不充分条件。
智慧灯杆是奔着利用好灯杆这个有利的载体,应用了物联网、互联网、通信技术、网络技术、智慧传感、智慧安防、智慧交通检测、智慧充电桩、智慧信息、智慧城市管网检测发布等整合在一起,通过集成系统和管理品台实现各个技术的有机结合,使之成为智慧城市的必备的单元。
1.2v智慧灯杆的发展情况
目前,随着LED照明行业的竞争日益激烈,越来越多的企业开始抓住了国家智慧化城市建设的总体目标,开始思考在普通LED路灯中集成各类设备,来满足智慧城市的目标。
就目前技术而言,智慧灯杆集成的功能板块可以分解为五大部分:
第一,智慧照明:
路灯远程管理、故障监测、亮度及色温调节等
第二,智慧传感:
环境监测、气象监测、图像监测、水位监测、射频标签、GPS定位等
第三,信息交互:
LED发布屏、触控屏、语音呼救、城市广播等
第四,多功能充电:
汽车充电桩、手机充电、电动自行车充电等
第五,通信节点:
5G微基站、WIFI等
二、照明比较
2.1、LED路灯与传统钠灯的对比
当前我国正在创建资源节约型、环境友好型社会,“绿色照明”的概念也在逐步深入人心。
随着科技的不断进步,半导体材料应用技术的髙速发展,小功率LED光源已广泛应用于的景观照明,大功率的LED路灯也越来越多的引起各方面的关注。
2.2、LED灯的发光原理:
LED(LightEmittingDiode),发光二极管,是由II【一IV族化合物制成,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片,半导体晶片由三部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子和空穴就会被推向量子阱,在量子阱内电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。
而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。
2.3、高压钠灯的发光原理:
高压钠灯是利用通电后,电弧管两端电极之间产生电弧,由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气,阴极发射的电子在向阳极运动过程中,撞击放电物质的原子,使其获得能量产生电离或激发,然后由激发态回复到基态;或由电离态变为激发态,再回到基态无限循环,此时,多余的能量以光辐射的形式释放,便产生了光。
大功率LED路灯是一种通过直流低压点亮发光二极管组来实现照明需求的一种新型照明方式,具有亮度高、显色性好等特点;另外,由于LED路灯的输入为低压直流,能与太阳能结合起来,使得太阳能LED路灯成为了未来道路照明方式的一种可能。
2.4、关于能效分析、比较
应按照达到相同照度(亮度)水平,接近的照明质量标准的前提下比较两者的照明安装功率。
由于高压钠灯大功率灯管(250~400W)光效高,可达130~140lm/W,而小功率灯管(100^150W)光效约为80x1001m/W,而现用大功率LED路灯多用1WLED管,其光效要高的多,所以宜分别对大功率路灯与小功率路灯作分析。
2.4.1.大功率O250W)路灯:
高压钠灯光效高,考虑镇流器损耗,灯具效率以及光道利用率等三个因素,则钠灯的有效光效约为90^1101m/W;而LED路灯的有效光效,国内最好的企业已达140、170m/W。
因此,对大功率路灯,目前LED比钠灯的能效要高。
2.4.2,小功率(W150W)路灯:
钠灯的有效光效约为75~901m/W,而LED仍按140"1701m/W计,则LED比钠灯可实现节能30%〜40%,最高可达50%。
2.5.光源光色对道路照明效果的分析
高压钠灯的相关色温(Tcp)为2100K左右,属暖色温,其显色指数(Ra)只有23、25,显色性低;而LED路灯现在使用的色温多大于5300K,属冷色温,较好的产品,其Ra可达70、80,显色性好。
作为机动车行驶的快速道、主干道,偏黄色光的钠灯,对看清前方90'160m左右距离路面状况,效果比白色光略优,特别是对有雾、多尘的空气条件下,钠灯较有优势。
对于人行道、商业步行街、居住小区等道路,LED的显色性优于钠灯,分辨人的状况更清晰,较有优势。
根据ISA最新技术发布,3500K"4500K对于道路照明效果最为良好,对物体的辨识率最高,而非传统观念上认为的暖色光。
2.6、经济性分析对比
高压钠灯(含灯具),每套约为300^1500元;目前LED路灯,按功率大小不同,价格相差较大,大约在300=800元左右。
就现状而言,LED路灯与高压钠灯差价不明显。
在同等国家照度标准要求下,目前150、180瓦的LED灯已经能够替换250W高压钠灯!
按150W的LED可以节能30%~40%,每年每灯节电约150~200KWh,可以通过几年的时间才能收回成本。
2.7、使用寿命分析
LED灯是一种半导体二极管,它的光源理论寿命都非常长(前提是满足在规定节温范围内,L70光衰标准下),但一个灯具的整体寿命不简单是光源寿命,灯具还包括透镜部分的影响。
所以最终灯具的寿命应以所有灯具部件中寿命部件最短为限。
当光通量衰减到30%时,其寿命达到了50000小时,高压钠灯的寿命是20000小时,因此,LED路灯具有更高的性价比。
2.8、维持性能比较
以城市路灯管理部门为代表的用户,更关心路灯的维护性能。
按分析,钠灯的维护性能好,灯具只要擦洗,不必更换,镇流器很少更换,但是光源每年更换一次,因为钠灯的光衰严重。
而LED路灯,采用了模块化设计,本身使用寿命长,维护也是较早期的LED路灯有了质的飞耀,不用复杂的维护,不用擦洗,光源本身寿命长,光衰小,不用更换,维护更为简单。
2.9、发光效率
LED光源的发光效率,目前国外美国、日本约230Lm/w左右,国内生产的LED约200Lm/w左右。
高压钠灯光源的发光效率为110Lm/w左右,每w发出的光通量比LED低90〜120Lm/wo
2.10、透雾性
在道路照明中对于LED路灯对于大雾的穿透性的认识有很
大的误区。
大多数人一直认为LED路灯的穿透性要比传统照明光源钠灯的穿透性低,这是一个错误的认识。
大多数人多是从网络上看到一些资料或是看到道路上的一些感官的感受,并没有做科学的评估与分析,从而认为LED路灯的光的穿透性差。
在本文中将对此状况作一个科学的分析。
我们都知道可见光的范围是380nm到780nm之间,在此范围的光线都是可被人眼接受与识别的。
也就是说所有灯具只有在此波段范围内的光才有利用价值,出了此范围人眼是无法识别的。
本文对于穿透性的分析也只在此范围内进行。
光谱图中可以看出LED的光谱要比钠灯的全面的多,两者的波峰都在580nm处,LED的蓝光部分只占总光通量的6%左右,而钠灯几乎没有,且LED红光区的分布要比高压钠灯更宽泛。
因此LED路灯的透雾性能比高压钠灯还要高!
2.1K调光功能
LED灯具有较完美的调光功能。
LED灯具光输出和工作电流成正比,因此可以通过减小电流的方法来调光。
另外,由于LED灯进行频繁开关对其没有太大的损伤,LED灯还可以采用脉冲宽度调节的方法来调光,通过调节电压的占空比和工作频率,能够有效调节LED灯的发光强度。
高压钠灯不能频繁的开启和关闭,因此不能进行此类调光,目前市面上没有出现高压钠灯的调节!
2.12.光线利用率、发光效率率
LED灯光源的光通量损失最小,与传统光源不同,LED灯是半空间发光的光源,光的损失仅仅为2%。
高压钠灯是全空间发光的光源,需要将一个半空间的出射光线改变方向投向另一半空间内反射器反射同时,不可避免的对光线的吸收和对光源自身的挡光,这个损失一半为30%,利用率为70%。
而使用LED灯作为光源,不会存在这方面的损失,光线的利用率比也比高压纳灯高。
目前LED灯在180-230流明/瓦,而高压钠灯是140流明/瓦。
钠灯灯具有一个非常大的问题就是钠灯的照明持续性非常不好。
钠灯在工作状态下,灯具腔体内的温度要超过150度,而LED灯温度是高压钠灯的30%,在非工作状态下因为负压回吸进去非常多的灰尘和昆虫,大大影响钠灯的出光效果与寿命,而LED比较稳定。
2.13、性能比较:
对比项目
高压钠灯
LED光源照明灯
功耗
高
低(比高压钠灯节电50%以上)
色温
2000〜2500K
2200〜7000K
显色指数
20〜25
75〜85
工作电压范围
AC200V〜AC230V
AC90V〜AC305V
电源效率
低
高
光效
光效低,光衰严重
光效髙,光衰小
光源使用寿命
短,<5000小时,光
衰>60%
长,60000小时〜100000小时
光衰<30%
防护等级
IP65
IP67
防触电保护类
别
I类
I类
启动时间
3〜5分钟
瞬间启动,无延时
连续启动
不允许,需要等待几
分钟
允许
环保性
汞污染、紫外线辐射
好
发热量
发热量大
发热量小,仅为高压钠灯的30%
耐受环境温度
优
一般
灯具复杂程度
低
中
三、城市运用案例
3・仁国内
项目名称:
福宝景区玉兰山路段项目
项目打造主题:
智慧景区
项目概况:
该景区主要以康养、休闲、旅游、会议、酒店、住宿等一体化服务型的综合景点;进入景区道路长度为2.5km,道路宽度6.5米,沥青路面,多为新建设的盘山道路,景区覆盖大量的茂密竹子,空气质量优秀,温度较低,海拔高。
项目设计方案:
设计的基调为,突出景区的优势,打造基于物联网的智慧景区,带给游客世外桃源的景色又有现代科技的融入!
3.1.1v灯杆杆体选择:
3.1.1.1、灯杆高度:
考虑道路两侧竹子覆盖,高度空间不足,且为新建道路,路基多为松土层,道路为双向两车道,因此灯杆高度考虑7'8米,灯杆采取单侧布灯。
这样有利于灯杆的施工,不易被竹子挡住灯光,山区也可以减少雷击损坏。
3.1.1.2.灯杆造型:
简约版灯杆为一体式灯杆,采用国外一流工业设计大师设计的现代简约风格的灯杆,既能够融入到景区道路,又能够有现代气息。
3.1.2.路灯灯头选择:
项目重点考虑道路实际环境,茂密的竹林,光线不充足,海拔高,湿度大,这样的环境使得对道路照明亮度要求高,且要考虑灯具的防潮处理;路灯灯头采用高光效的LED路灯;
色温选择低色温,透雾性能好;防护等级高,防水、防潮、防尘;山区考虑防雷,采用内置式防雷器,保护路灯产品。
3.1.3.智慧灯杆选择:
3.1.3.K功能配置
依据现场勘查,并深度和业主方沟通,同时考虑施工单位的意见综合评价后,将灯杆的功能做了合理的分配。
具体分布方式为:
将智慧灯杆按照不同的配置分为A类、B类、C类;其中
A类灯杆功能:
1、单头照明(调光控制)2、照明故障报警3、
WIFI功能
4、LED发布屏
5、气象监测(A5#)
6、环境PM2.5
7、语音求助报警
8、网络摄像头(半球机)
9、线缆防盗
10、水浸传感报警
11、灯杆倾斜报警
12、漏电监测13、
USB手机充电
14、预留5G基站端口。
其中:
Al#、A2#使用LED发布屏,主要发布气象数据与景区广告等。
A5#使用LED发布屏,同时具有气象采集功能。
B类功能:
1、单头照明(调光控制)2、照明故障报警
3、网络摄像头(半球机)4、灯杆倾斜报警
C类功能:
1、单头照明(调光控制)2、照明故障报警
3.1.3.2、灯杆选择
集合不同功能配置,选择两种灯杆杆体,设计风格同为现代简约型。
3.1.3.3、安装位置
A类灯杆功能丰富,较为适合安置在入口处、休闲区及停车区等地布置。
B类灯杆9根,因为具备有监控摄像,因此间隔分布在道路中,具体安装位置考虑道路的弯曲情况和监控摄像
的有效距离来确定。
OB7#左侧有竹子傅伏到悬崖下:
灯杆在项目中的具体布置图
3.2、国外3.2.1.美国洛杉矶智能路灯
2016年,美国洛杉矶决定把街上的路灯从原来的高压钠灯换成了LED灯,整个过程需要花费四年时间,共涉及7200多公里长的道路。
这些LED路灯还全部是智能联网的。
未来,智能路
灯还可以响应周围的情况来工作,比如在发生紧急情况时闪烁,提醒过往行人以及给救护车、警车等引路。
除此之外,LED路灯节省下的电将被用来运行100个电动汽车充电站。
3.2.2.半个柏林的路灯变成充电桩
整个德国而言,有约200,000个电线杆可供使用。
在柏林,近1000个电线杆将在下一阶段作为“充电杆”使用。
德国的能源供应商Grundgriin预测,很快柏林的每个街灯都将有这一充电功能。
3.2.3、施莱德多功能路灯在英国MK体育场
英国的MiltonKeynes市MK体育场采用施莱德的智能、一体化的Shuffle灯具,安装在体育场人行区域、售票处以及商店的周围,不仅外观更为现代、简洁,更为观看比赛的观众提供多种功能性服务。
MK体育场位于英国白金汉郡MiltonKeynes市的Denbigh区,建于2007年。
由世界知名建筑设计事务所Populous设计,这座有30500个坐席的体育场是MiltonKeynesDons足球俱乐部的主场,并于2015年举行了当年度英式橄榄球世界杯的三场比赛,观众最多的一次达到30048人次。
PeteWinkelman和他旗下的InterMK集团负责MK体育场的继续开发以及紧邻的高三层、面积达3420平米的MK中心的建设oWinkelman也是MiItonKeynesDons足球俱乐部的董事会主席,他一贯倡导在体育场周围建设“MK—体化”项目。
这一区域是M订tonKeynes市最具发展活力的地区,目前包括一座酒店,会议中心和电影院,以及包括高端商铺以及餐馆在内的商业区。
MKDons足球俱乐部计划将售票处、商店以及MK中心入口处的灯具进行替换,原有的灯具造型过时,开发商希望新的照明系统更能和周围的现代建筑结构融于一体。
施莱德公司的Shuffle最终被采用在该项目,这一智能、一体化灯具采用LED
照明技术,并结合监控摄像、公共广播、无线网络以及电动汽车
充电装置。
安装在售票处以及商店门口的Shuffle配备了360度照明模组(16颗LED)、监控入口处的闭路电视、赛事举行时需要用的公共广播以及WIFIo公共广播和闭路电视接入MK体育场主控室,可做远程遥控,便于及时连接。
模组化设计使Shuffle更具前瞻性概念,即可在任何时候将任何零部件,例如充电装置,替换成更为先进的技术,或者加装更多创新功能,如广告标示等等。
“施莱德的Shuffle是一项独特的创新,不仅外型设计出色,还减少了需要树立的监控摄像、WIFI以及照明的灯杆。
我们真希望这一产品被更早设计出来。
”MKDons以及InterMK集团董事长PeteWinkelman说道。
Shuffle与周围的环境完美融合,让这一片区域的景观更现代、更有特色。
该集团已经计划在未来的项目中安装更多的shuffle。
3.3、小结
对比国内国外的运用案例,我们发现对于智慧灯杆的实际运用,我们和国外基本处于同一水平,但是由于国外的基础设施条件相比国内而言要好的多,因此对智慧灯杆的应用比较有利。
同时国外对于新技术的应用比较的接受,因此推广会比较快速。
在对智慧灯杆的设计思路,国内与国外基本一致,如,都特别注重与环境融合、功能配置可选、等。
4.1、创新商业模式
未来随着技术发展,新的商业模式开始出现,如现在的共享单车,共享电动汽车等创新的商业模式出现了。
这些创新的商业模式更好的了解用户的需求。
传统的商业模式和现在新型的商业模式中用户出资购买的某一个产品,然后再享有其带来的服务。
创新的商业模式是将用户的需求剥离开,用户真正需要的是服务,而不一定是产品。
因此现在的“共享”模式,其实是企业出资购买产品,用户通过购买服务的方式支付使用成本,用户不必承担产品的维修、管理、贬值等风险。
那么,同样这样的商业模式可以应用到未来的智慧城市建设中,市政不在支付产品的各种费用,包括电费、施工、维护等费用,而是通过购买“服务”(如:
照明、大数据、等)的方式,来满足于广大受众(广大市民)。
提供服务的单位可以是企业,也可以是多方合资的公司,通过永久获取智慧灯杆的经营权,获取企业的利润,市政不仅不用支付其原来需要出资购买的服务费用,而且可以获取一定的收益。
该模式的优点:
资金的来源更为广泛,风险和收益多方分担,市政单位不再有任何债务风险,庾而可以获得一定的收益。
该模式的难点:
灯杆的经营权需要出让给企业,政策是否支持。
多种商业模式的比较
商业模式
传统商业模式
现在新型商业模式(EMCXPPP)
未来创新商业模式
参与主体
市政
市政
市政.企业
投资方
市政
市政、企业.私人
市政.企业、私人
市场购买方
市政
市政
市政、企业、个人
受益方
市民
市民
市政、市民
市政债务
有
有
无
设施风险
高
中
无
4.2.创新运营管理模式
未来创新的运营管理,企业前期永久免费提供各种路灯及其附属设施以及配套的滋工,市政单位出让路灯的专属经营权给企业,该企业可以由公司、市政、个人共同筹集资金,共同享有各自收益比例。
智慧灯杆的运营收益来源:
4.2.1.充电桩收费
用户可预约充电、车辆自动识别充电或APP扫码充电;充电单价约2.7元/KW.II,充电完成后,可实现按充电量自动计费;充电功率可高达7KW。
4.2.2.智慧广告发布收费
商业广告、公益宣传、紧急情况告知、公共信息发布等多功能应用,根据投放内容、时间和范围,按市场化需求收费;
4.2.3、便民服务收费
以交互式触摸屏为媒介,提供IC卡类充值服务,主要包括公交充值,地铁充值,水费、电费、天燃气费缴纳等充值便民服务。
4.2.4.其他定制化收费
视频监控和气象信息数据可与数据需求方实现对接,向数据需求方收取市场化数据服务及管理费。
同时,通过满足客户具体应用需求,提供相关定制化服务,收取相关费用,包括应用软件开发、界面及服务定制费等。
4.2.5、流量收益
灯杆中集成有通信基站(4G\5G),可以通过出租的方式给到运营商(移动、电信、联通等)获取收益,此为目前的运营方式;同期,美国有新型的运营方式,基站不在是出租的方式,而是通过接入不同的运营商,接入后就会产生流量,通过收取流量费用获取收益,此方法可以值得我们借鉴,但是还要有政策的支持。
4.2.6、运营管理方式对比:
运营对比
商业模式
传统商业模式
现在新型商业模式
未来创新商业模式
经营权主体
市政
市政和企业
企业
运营方
市政
企业(代表政府)
企业(多方参与)
运营方资质
无
无(玫府自主管理)
1、企业资金规模
2、企业赛与方中,国有资本占比最商
3、企业具备自主研发能力,保障服务品质
受益方
市民
市民
市政、市民
收益来源
财政
财政
公共服务、大数据、信息发布等
收益情况
负债
负债
参与方分成收益
使用方
市政
市政
交通局、公安局、城市管理局、交管局、气象局、环保局、路灯管理处、城市规划与建设局、供电局、普通市民
企业经营期限
无企业参与
阖定期限
无限制
运营风险
高
中
低
市民受益
高
高
校高
五、用户需求
5・仁智慧城市建设目标的需求
5.1.1、以路灯作为载体实现智慧城市管理,推进智慧路灯建设和验收标准的制定。
5.1.2、结合位置要素,融入文化设计于外观中研究其细节需求,灯型的外观选择。
5.1.3、注重其色温、耐久、性价比、运营期间管理、后期维护问题。
5.1.4、资金投入和后期回本,长期运营。
5.2.封闭辖区、企业、景区的需求
5.2.1、区域管理建设的周期,配套设施等
5.2.2、详细配置功能可选择范围等
5.3.传统媒体、广告单位的需求
5.3.1、各类媒体数据接入的方式、接口、管理、审核、费用等
5.3.2、媒体发布的位置选择的范围、时间等
5.3.3、维护及投诉反馈处理等
5.4、市民的需求
5.4.1、安装位置的便利性、使用的方便性
5.4.2、可以操作的权利、范围等
5.4.3、管理收费等
六、未来智慧灯杆
6・仁智慧硬件
6.1.1.通信硬件
通信技术的发展必然带来新的技术,因此通信硬件一定会往通信更快速、距离远、容量大的方向发展;未来的5G技术就是一个即将到来的技术发展。
6.1.2、传感设备
随着半导体新材料,新型封装技术的应用,特别是柔性封装技术的发展,会带来各类体积小,功耗低,性能强的传感器,这回导致出现新型的传感设备。
如现在出现的通过无线能量收集器,收集各种辐射能量,提供给传感器工作电能,传感器可以安装在汽车、老人、小孩、动物等,通过与智慧灯杆通信实现各类信息的收集。
也可以将其植入人体中,通过智慧灯杆提供的智慧医疗服务,实时回传各类身体的参数,便于远程医疗救助服务等。
6.1.3、信息发布设备
信息发布将不仅仅是通过屏和声音推送的方式发布,而是要通过有定制需求的方式发布;如,我们需要购物时候,通过智慧灯杆收集到用户的需求,就近的灯杆推送各类需求信息在屏上,以及个人的移动设备上。
6.1.4.公共服务设备
目前的服务是需要用户前往灯杆,使用各类终端设备;以后发展应当以灯杆为中心,各个设备接入灯杆后,用户可以就近体验服务。
6.2、智慧软件
6.2.1.智慧管理平台
智慧城市管理平台将会发展为愈来愈集中,未来的城市部门
可能会被大量的合并,因此智慧平台的管理能力将要更加的丰富。
6.2.2.服务器管理平台
越来越多的功能板块的集成,导致未来服务器的压力会十分大,其安全性、稳定性、快捷性将会是决定未来服务器管理平台的唯一标准。
6.2.3.终端设备管理软件
各类设备现在是一个简单的叠加,因此有许多的设备功能不能充分利用,因此未来将会统一各类设备接口标准;集成系统需要终端软件管理性能强大,接口丰富,兼容性能强,可以升级。
6.2.4、大数据中心
大数据中心建设是每一个城市必备的基础设施,因此未来这个服务一定会以政府主导的方式,提供给广大的用户,这个也是未来政府收入有望取代税收的最佳收入。
6.2.5、云计算
同大数据一样,云计算一样是会被政府主导成为城市的另一个基础设施,同样会成为
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