（浙江城建规划设计院有限公司） 

城市道路照明是保障夜间交通安全、提升居民生活品质的重要基础设施。路灯作为城市中必不可少的基础设施，具有数量多、分布广、可供电等特点，在智慧城市建设中，其定位不再仅仅是提供照明功能的市政基础设施^[1]。传统的路灯控制系统存在能耗高、维护困难等问题。我国照明用电量占全社会用电量的20%左右，其中道路及景观照明用电量约占照明用电量的30%，成为用电量最大的照明领域。

随着人们对环境问题的关注度日益提高，节能和可持续性设计已经成为了照明设计中的一个核心主题。《国家标准化发展纲要》中也提出了“强化绿色消费标准引领，筑牢绿色生产标准基础”的要求^[2]。近年来我国在照明“节能减排”领域出台了多项重要政策，旨在推动绿色照明技术应用、提高能源利用效率并助力“双碳”目标的实现。如国家宏观战略层面的法规《中华人民共和国节约能源法》（2018年修订），照明领域专项的政策《中国逐步淘汰白炽灯路线图》（2011年）、中国通信企业协会团体标准《智慧灯杆设计导则》、《广东省照明节能增效行动计划（2023-2025）》等。本文提出一种道路照明智能化控制系统方案，验证了其节能及管控效果。

道路照明系统作为维系夜间交通安全性及城市运转效能的关键基础设施，其结构性要素主要由支撑结构、发光装置、光学组件和控制模块四大核心部件协同构成，这些组件在技术设计与性能实现层面相互依存、紧密关联，共同支撑着照明优化、能耗降低与智能管控的多维目标。

1.1 支撑结构

灯杆作为系统物理载体的功能，其作用范畴已经显著超越传统认知中单纯的承重功能。一般采用热浸镀锌钢或铝合金材质，来满足严苛的力学结构标准，在高度上，通常设计为6~12米，锥度比为1:100的锥形杆体。

现代的路灯灯杆已经演变为城市多功能集成平台，通过预留标准接口，可以搭载5G微基站、环境监测传感器、应急广播等设备，实现“一杆多用”的集约化建设。例如北京市2022年实施的智慧灯杆改造中，通过集成空气质量监测模块，单杆设备复用率提升60%，市政设施用地规模缩减35%。这一事实充分印证了“单杆多功能”设计理念的实践价值。

1.2 发光装置

作为光能输出的核心装置，其技术特性的优劣直接影响到照明质量与能耗水平两项关键指标。采用压铸铝材质的外壳，配合以IP65等级的防护设计，使灯具能够在-40 ℃至50 ℃的极端温度环境下保持稳定的运行。光学系统方面，通过实施非对称蝙蝠翼型的配光设计，将LED光源所具有的120~150 lm/W的高光效精准投射至路面。

散热性能对于灯具寿命影响重大，采用热管导热技术结合石墨烯涂层这一创新性方案后，据产品数据显示LED结温可降低18 ℃之多，光衰速率从原先3%/万小时改善至1.5%/万小时水平，使用寿命获得显著延长效果。

1.3 光源组件

在照明系统领域，显著推动能效提升的是光源技术的持续革新。基于GaN-on-SiC芯片技术的应用，使得光效仅为80 lm/W的传统高压钠灯已被现代LED光源200 lm/W的超高转换效率所超越。

功能边界得到进一步扩展的是光谱自适应技术，雾霾天气条件下自动切换至2700 K色温的琥珀色光谱具有更强的穿透性，雨雪环境中显色指数提升至Ra 80以上水平，使得视觉安全性与能效在特殊气候下得到了兼顾。

1.4 控制模块

控制系统智慧化升级的核心环节是控制系统的构建，物联网架构的应用带来了照明管理模式的根本性变革。

在当代道路照明系统中，显著可见的是四大核心构件的技术性整合所产生的协同效应。能够依据实时交通流量数据发出控制指令的智能调控系统，驱动着LED光源器件在30毫秒级时间尺度内完成亮度参数的调整。具有精密配光特性的照明器具，其有效照度指标可提升达20%之多。而集成于灯杆上的光伏发电单元，则可为整套系统提供占比30%的离网电力供应。这种闭环运行机制的建立，使得传统意义上仅具单一照明功能的道路照明设施，逐步转型成为城市物联网体系中的重要组成单元。

在传统道路照明体系中，有手动调控、光敏调控与时序调控三种基础控制方式，长期主导着城市路灯的运营管理。这些技术手段尽管在当前智能化浪潮中逐渐显现出适应性不足的问题，然而其内在设计理念与实施方法论，仍然持续塑造着现代照明体系的演变轨迹，功能实现度与作用效能紧密耦合于城市治理的具体诉求。

（1）手动调控

作为最基础的操作模式，通过物理开关装置来完成灯具启闭状态的转换。明显存在着响应时效性差、操作安全隐患突出等固有的弊端。2015年某华南地区城市汛期灾害事件中，由于抢修力量未能及时到位执行人工关灯指令，致使大量道路照明设备因浸水损毁，直接经济损耗逾百万元规模。这种过度依赖人为干预的运作模式，深刻暴露了能源消耗管控粗放化与运维支出持续增长的制度性困境。

（2）光敏调控

环境光照强度的自动感知由光敏元件完成，在灯杆顶端固定安装如硫化镉光敏传感器等器件，持续进行着外界亮度数据的采集工作。设定阈值在10~15 lx范围内时，继电器电路的闭合将被触发。

但实际运行中，也存在有显著的技术缺陷。悬浮颗粒物对自然光的散射效应，在雾霾气象条件下会造成傍晚时段照明设备的过早启动；暴雨天气带来的瞬时暗度变化，则导致灯具工作状态的异常切换。

（3）时序调控

时序调控的引入标志着在时间维度管理上的精细化尝试。早期采用机械定时钟轮盘设定开关时间，后期升级为带经纬度算法的电子控制器，可根据地理位置自动计算日出日落时间。但其刚性时序管理难以应对特殊场景，如大型体育赛事散场时的人流密集状况、极端天气引发的能见度快速下降等特殊场景均无法激活照明增强机制。

这三种传统控制方式共同构建了照明管理的基础框架，其作用机理映射技术特征在不同时代的差异性表现。手动控制延续了电气化初期的直接操作逻辑，光控技术体现了光电传感的早期应用，钟控系统则引入了时序管理概念。但它们有着本质局限——控制体系缺乏实时反馈机制，构成了控制体系的核心缺陷。城市道路常年困境由此产生，“该亮不亮、该暗不暗”现象持续存在。

在现代需求的动态化与精细化特征日益显著，线性控制逻辑已显现出明显不适应状态。北京长安街在2016年的照明改造工程中，智能联网控制系统替代原有钟控系统后，实时车流与天气数据的融合处理使得年耗电量下降37%的同时，照明质量得到了保证。

3.1 系统组成

城市道路照明智能控制系统基于多模异构通信网络架构，集成GPRS/4G/5G移动通信与电力线载波通信（PLC）技术，构建广域物联网管控架构，实现全域路灯的拓扑组网与集约化控制。经实践验证，该系统可通过对光效、功率、运行时序的协同优化，实现电能消耗的精准调控，提升市政照明管理效费比。主要由以下四部分组成。

3.1.1 控制系统结构

道路照明智能控制系统包括管理平台、集中式控制单元及配电装置、单灯调控器件、光源组件以及通信网络结构等组成部分。

在道路照明的不同区域划分中，通过电力线载波技术或无线通信手段实现路灯的调控是由集中控制器完成的。运行独立操作系统于该设备内部，当管理平台发生故障时态，或者GPRS/4G/5G网络出现临时性中断状况下，预设的多重控制任务能够被自主执行，整个系统的管理工作亦可独立开展。

3.1.2 集中控制单元

作为道路照明智能化控制系统的关键组件，集中控制器承担着路灯信息采集与远程操控的双重职能。既能够借助电力线载波技术实现与单灯控制器间的数据交互，完成路灯状态信息的采集及调控操作；亦可通过GPRS/4G/5G无线传输通道或以太网有线连接方式，与管理平台建立远程通信链路。监控平台下发的指令由此得以接收，而采集所得数据则依据定时或实时需求反馈至监控中心。

3.1.3 照明配电控制箱

照明配电控制箱承担着路灯配电及控制职能，是由漏电保护断路器与接触器共同构建的照明配电控制回路网络。当突发紧急状况时，操作人员可将手/自动转换开关切换至手动档位，此时便能够通过人工方式直接操纵路灯配电回路的通断状态。

在照明工程实践中，三相电源配电方式被路灯系统普遍采用。间隔接入灯杆的三相电源，基本平衡的负荷状态得以保障。TN-S或TT系统构成电源接地的常见形式，保护导体需要可靠连接，包括金属灯杆构件、灯具外壳以及配电控制箱等外露可导电部分。

3.1.4 通信网络构架

管理平台与集中控制器之间的远距离通信需求存在于道路照明智能控制系统中。单灯控制器与集中控制器之间则需建立近距离通信链路。GPRS/4G/5G技术与ZigBee无线通信相结合的方案，以及GPRS/4G/5G与电力线载波技术相结合的方案，当前在道路照明控制领域获得广泛应用，分别如图1、图2所示。适用于远距离数据传输的正是GPRS/4G/5G技术，而短距离组网应用则更适合采用ZigBee无线通信和电力线载波技术。其特性差异详见表1。 

图1  系统架构(ZigBee）

图2  系统架构(PLC) 

表1  通信网络优缺点对比

3.2 控制系统的结构设计

在智能化道路照明控制系统设计过程中，得以实现的是单条道路乃至多个区域路灯的集中化运营与管理功能。控制系统架构主要涵盖感知层、传输层与控制层三个层级。

感知层借助光照度传感器、气象传感器（涵盖温度、湿度、雨量等参数）、交通流量传感器等设备收集环境信息，为系统提供实时反馈数据。传输层则运用ZigBee、LoRa或NB-IoT等无线通信技术，将采集到的数据高效传输至云端平台，将这部分路段的路灯进行信息化管理，提升公共管理水平，节省维护成本^[3]。控制层基于人工智能算法与预设规则，对传输的数据进行深度分析处理，进而生成精准的控制指令，通过驱动器对路灯的亮度或开关状态进行调节。

3.3 制系统的控制方式

管理平台可实现对城市路灯的集中运营管理，集成有多个功能模块于一体。

动态调整路灯参数的能力，依据实际外界自然光强度的变化为依据，自动调节路灯亮度的功能在光照度调节方面得以体现，是该系统的核心优势所在。晴天亮度降低以实现节能效果，阴雨天气或黄昏时分亮度提升以确保照明质量。并安装摄像头、红外传感器等交通检测设备进行实时监测，车流量与人流量联动控制功能的实现，在交通高峰时段提高亮度保障安全性能，低峰时段则对部分路灯进行调暗或关闭处理。

智能照明系统调光节能技术的实现方法十分简便。在普通LED光源基础上增加单灯控制器，将无调光功能的LED灯驱动电源替换为可调光驱动电源，实现单灯的可控可调。这在很大程度上提升了路灯巡检的效率，有助于实现更精细化的管理^[4]。同时系统支持无级调节亮度，并依据道路主干道、次干道、人行道等功能分区设置分段调光，不同亮度阈值，避免单一照明模式。

河北唐山某区改造的道路现有市政路灯总量1280盏，其中500 W高压钠灯为140盏，300 W和400 W各为186盏，250 W和150 W为384盏。年总运行功率达4493.26 kW。经实地检测，现有照明系统存在能耗偏高、管控手段落后等问题，亟需进行技术升级。具体道路信息见表2。某道路实景如图3和图4。   

表2  提升改造道路的信息

图3 人民路白天现场实景 

图4 人民路晚上提升后效果

节能改造技术路径分二步实施，其一是对光源效能的优化，采用高效LED光源实施替代方案，以250 W LED光源替换400 W高压钠灯，120 W LED光源替换250 W钠灯。改造后高压钠灯组总功率由4493.26 kW降至2561.03 kW，实现年节约电费56.40万元，综合节电率达43%。见表3。改造过程严格执行CJJ 45—2015《城市道路照明设计标准》，确保路面照度维持原有水平。见图5、图6。

表3  改造前后功率及能耗对比

图5  曹雪芹大道照度模拟 

图6  曹雪芹大道照度模拟伪色图

其二是对智能控制系统升级，对既有1280盏普通LED路灯进行智能化改造，加装单灯控制器、升级可调光驱动电源，构建远程监控管理平台。2021年试点改造的3条道路运行数据显示，冬季亮灯时段为16:50-5:30，节能效率实测数据达24%~43%（见表4），验证了分时段调光策略的有效性。 

表4  路灯升级改造前后节能效果对比

本案例验证了“硬件升级+智能管控”双轮驱动模式在市政照明改造中的有效性，为同类型城市照明系统节能改造提供了可复用的技术方案。后续建议建立能耗监测长效机制，持续优化控制策略，进一步提升系统综合能效。需要积极探索和利用新的科技和设计理念，以更好地服务于城市和社区，提升城市的美感和可用性，同时也注重环保和可持续性^[5]。

智能化道路照明控制系统通过动态调节路灯亮度、优化开关时间以及精细化管理，显著降低了能源消耗和运营成本。笔者在设计河北唐山某区市政路灯改造的项目中，验证了该系统的节能效果。道路照明智能控制系统的应用效果体现在经济效益、管理效益、社会效益等方面。随着城市化进程的推进和人们生活水平的提高，需要开发精确的量化指标体系，推动道路照明节能改造工程的高效进行^[6]，为中小城市的路灯更新与改造提供了可借鉴的方案。

5.1 节能效果

系统年用电量从改造前4493.26 kWh降至2561.03 kWh，实现43%的能耗降幅，年省电费56.40万元。其中光源替换贡献主要节能效果，智能控制带来额外10%~15%的节能增益。

5.2 管理效益

道路照明管理平台及手机APP的实施，将大大提升城市的管理水平，有利于建设服务政府、责任政府、法治政府，进一步打造“阳光政府”，从而为建设“和谐城市”“节约型城市”的新形象奠定坚实的基础^[7]。

通过恒流驱动与亮度调节技术，LED灯具使用寿命从5万小时延长至7万小时，故障响应时间由48小时缩短至4小时，年维护成本降低38%。

5.3 社会效益

数字化城市管理在城市的推广，必将大大提升城市形象，路灯亮灯率大幅提升，用电安全得到了保障，减少碳排放约1200吨/年，让城市亮化更高效、市民出行更安全。照明质量显著提升，将进一步推动城市经济的迅速发展。随着科技的不断进步和环保意识的不断提高，数字化、绿色发展成为当今社会的主流趋势。照明行业必须跟上时代的步伐，采用数字化、绿色发展的理念，推动照明行业的发展^[8]。