智能照明标准解读与分析

王恒鹏，项焱蓉，李月锋 ，邹 军 ，石明明 ，杨波波 ，郭春凤，李 杨， 高 伟，苏晓锋，张明鹏，许永可，陈 启，丁小涛，李海泉,刘云平

(1.上海应用技术大学理学院，上海 201418；2.江苏赫傲思科技有限公司，江苏 盐城 224000；3.国家半导体照明工程研发及产业联盟，北京 100086；4.烟台华创智能装备有限公司，山东 烟台 264001；5.西双版纳承启科技有限公司，云南 西双版纳 666100；6.上海市农业科学院，上海 201418；7.云南省热带作物科学研究所，云南 西双版纳 666100；8.江苏厚睦莱照明科技有限公司,江苏 盐城 224000)

引言

自从爱迪生发明了灯泡，人类从此便进入了电气时代，灯泡的出现也因此成为了进入现代文明的里程碑，灯泡与电的发明给人类带来了光明。纵观人类文明的发展史，我们的祖先最早采用钻木取火来寻求光和热，不仅改善了人类的烹饪食物的方法，也开启了人类寻求光明的道路。可以说人类照明技术的发展史与人类的文明史同样久远，因此照明与人类的生活息息相关。

有了电和灯泡，人类就要学会去如何控制它们。因此，照明控制技术也是一项重要的内容。照明控制技术从刚开始的机械式开关，经过科技的进步和发展，如今的照明控制技术已经不再是简单地实现开关的控制，它已经成为融合了多种技术的交叉学科，能够实现智能照明，而且越来越受到大众的青睐。随着物联网和智能控制技术的发展，照明产品向智能化、系统化方面快速发展，具有不同智能功能的照明产品不断涌现市场。标准作为产品质量技术基础环节之一，在产业的发展中起着战略性引导和推动作用，对于消费者、政府的市场监管、产业的技术创新等方面具有至关重要的作用。本文是对目前智能照明相关标准进行解读，为全面掌握智能照明标准化现状、完善智能照明标准化体系及智能照明产业发展保驾护航提供参考[1]。

1 智能照明的定义

在研的国际电工委员会(IEC)项目 IEC 63105 和我国国家标准GB/T 39022—2020《照明系统和相关设备 术语和定义》中给出了智能照明的定义：智能照明也称为“自适应照明”，是指根据环境或预定义条件自动调节以提供所需求质量的照明。其中“需求”是表示多方面的需求。例如用户的动态需求、能源性能、环境氛围等方面。可以将智能照明理解为两个方面，一是可以根据环境方面的需求预先设定好程序；二是照明系统能够根据外界的需求变化，能实现对灯具自动调节功能。

2 智能照明的相关标准

本文将智能照明的相关标准划分为国际智能照明标准、国内智能照明标准、行业团体智能照明标准、特殊领域智能照明标准。

2.1 国际智能照明标准

2.1.1 国际发布的智能照明标准

IEC/TC34主要负责照明电器领域产品相关的国际标准化工作。随着照明电器进入智能化，人们对智能照明电器的需求不断增长，为了保护消费者的权益和规范国际智能照明电器，IEC/TC34在数年前就已经开始启动对智能照明相关标准制定的工作。经过不懈的努力，最终制定出智能照明相关标准，如表1所示。

从表1中能看出，IEC/TC34对智能照明进行标准规定主要是数字可寻址照明接口的标准，而其他方面的标准还相对来说较少甚至有所欠缺。ISO/TS 21274—2020《光与照明-照明系统调试》，已于2020年正式发布。而其他国际组织，例如CIE还尚未发布与智能照明相关的标准。我国国内的智能照明标准是根据IEC/TC34制定的标准来制定的。

2.1.2 国际在研智能照明标准

目前IEC针对智能照明标准化成立了几个专门的小组[1]，除了对部分数字可寻址照明接口系列标准修订以外，在研的智能照明项目主要有 4 个，如表2所示，其中1、2、4标准是与我国国家标准协同推进的，而第3标准主要规定了照明系统在电气安全、功能安全、网络分类等方面的整体要求。

《照明系统及相关设备 术语和定义》规定了智能照明、照明系统的相关术语及相关定义，为智能照明标准的制定和相关产业之间的相互沟通提供了一个通用的模板。《照明系统 一般要求》对安装、维护、功能和性能、安全等进行了规定，为智能照明系统提供参考。《照明产品 非主功能模式功率的测量》主要规定了智能照明产品在智能化、多功能化的背景下，对其功率进行测试的相关要求。为智能照明产品的测试提供了方案，也为产品的能耗评估提供了帮助。

表1 国际智能照明标准Table 1 International standards on intelligent lighting

表2 国际在研智能照明标准Table 2 International standards projects on intelligent lighting

2.1.3 智能照明控制系统

智能照明控制系统是利用计算机技术、网络通信技术、自动控制技术、传感技术等现代科学技术，通过对环境信息和用户需求进行分析和处理，实现对照明设备的整体控制和管理，以达到预期照明效果的控制系统，通常由控制管理设备、输入控制设备和输出控制设备等组成。要想实现智能控制，照明系统应该要有适配的接口及协议[2，3]。其协议及特点如表3所示。

表3 智能照明控制协议Table 3 Control agreement of intelligent lighting

2.1.4 各种协议适用标准

1)PLC(电力线载波): GB/Z 20177.1—2006《控制网络 LONWORKS 技术规范 第1 部分: 协议规范》; GB/Z 20177.2—2006 《控制网络 LONWORKS技术规范 第 2 部分: 电力线信道规范》; GB/Z20177.3—2006《控制网络 LONWORKS 技术规范 第3 部 分: 自 由拓扑双绞线信道规范》; GB/Z20177.4—2006《控制网络 LONWORKS 技术规范 第4 部分: 基于隧道技术在 IP 信道上传输控制网络协议的规范》[4]。

2)DALI(数字可寻址照明接口):目前IEC发布的DALI的标准有27个，我国也正根据IEC发布的IEC 62386系列标准来制定我国的GB/T 30104 系列相关标准。 DALI-1：GB/T 30104 系列(共13个)，等同采用 IEC 623861.0 版本，IEC62386-101: 2009 《数字可寻址照明接口 第 101 部分: 一般要求-系统》，IEC 62386-102: 2009 《数字可寻址照明接口 第 102 部分: 一般要求-控制装置》，IEC 62386-207: 2009 《数字可寻址照明接口 第 207 部分: 控制装置的特殊要求 LED 模块(设备类型 6)》。DALI-1:IEC62386-101: 2018 《数字可寻址照明接口 第 101 部分: 一般要求-系统》，IEC 62386-102: 2018 《数字可寻址照明接口 第 102 部分: 一般要求-控制装置》，IEC 62386-207: 2018 《数字可寻址照明接口 第 207 部分: 控制装置的特殊要求 LED 模块(设备类型 6)》[5]。

3)DMX512(美舞台灯光协会发布的一种灯光控制器与灯具设备进行数据传输的标准)：WH/T32—2008《DMX 512-A 灯光控制数据传输协议》[4]。

4)KNX：GB/T 20965—2013《控制网络 HBES技术规范 住宅和楼宇控制系统》;

5)BACNet(楼宇自动控制网络数据通信协议)：GB/T 28847.1—2012 《建筑自动化和控制系统第1 部分: 概述》; GB/T 28847.2—2012《建筑自动化和控制系统 第 2 部分: 硬件》; GB/T 28847.3—2012《建筑自动化和控制系统 第 3 部分: 功能》。

6)RS-485：TIA/EIA -485 -A《485 总线标准》。

7)Ethernet：IEEE 802.3，IEEE802.11以太网系列标准，无线局域网系列标准[4]。

8)ZigBee：IEEE 802.15.4 通信协议，GB/T15629.15—2010《信息技术 系统间远程通信和信息交换局域网和城域网 特定要求 第 15 部分: 低速无线个域网(WPAN)媒体访问控制和物理层规范》(修改采用 IEEE 802.15.4: 2006)[4]。

9)WiFi：IEEE 802.11a/b/g/n 通信协议; 无应用层协议; Allseen 联盟成立智能照明工作组，正在定义应用层协议[4]。

10)Bluetooth：IEEE 802.15.1: 物理层和 MAC层规范; 无应用层协议[4]。

11)ModBus：GB/T19582系列标准等同采用IEC 61158系列。

12)NB-IoT:YD/T 3725—2020《面向物联网的蜂窝窄带接入(NB-IoT)网络管理技术要求》；YD/T 3339-2018《面向物联网的蜂窝窄带接入(NB-IoT)安全技术要求和测试方法》；YD/T 3335—2018《面向物联网的蜂窝窄带接入(NB-IoT)基站设备技术要求》；YD/T 3336—2018《面向物联网的蜂窝窄带接入(NB-IoT)基站设备测试方法》；YD/T 3333—2018《面向物联网的蜂窝窄带接入(NB-IoT)核心网设备技术要求》；YD/T 3337—2018《面向物联网的蜂窝窄带接入(NB-IoT)终端设备技术要求》；YD/T 3334—2018《面向物联网的蜂窝窄带接入(NB-IoT)核心网设备测试方法》；YD/T 3338—2018《面向物联网的蜂窝窄带接入(NB-IoT)终端设备测试方法》；YD/T 3331—2018《面向物联网的蜂窝窄带接入(NB-IoT)无线网总体技术要求》；YD/T 3332—2018《面向物联网的蜂窝窄带接入(NB-IoT)核心网总体技术要求》；T/CSA 052—2018/CIES 015—2017《基于窄带物联网(NB-IoT)的道路照明智能控制系统技术规范》。

5个自定义通信协议: TALQ 技术规范 1.0.2 版《中央控制管理系统软件接口协议》; 中国电力企业联合会(CEC)发布的国家标准《路灯控制管理系统通信协议》(征求意见稿); CJJ/T 227—2014《城市照明自动控制系统技术规范 附录 A 城市照明自动控制系统通信协议要求》; CSA 018—2013《LED 公共照明智能系统接口应用层通信协议》; 深圳市 LED 产业标准联盟发布的 SQL/LSA 004.3—2011 《LED 路灯智能照明技术规范 第 3 部分: 应用层通信协议》[4]。

2.2 国内智能照明标准

2.2.1 国内发布智能照明标准

为了满足国内智能照明市场的需求，使国内消费者的权益得到保证，规范国内智能照明产品的生产。我国采纳了IEC发布的相关标准，制定了符合我国国内智能照明市场情况的标准。目前已经发布实施与智能照明直接相关的国家标准有13项，均为照明通信专用协议―数字可寻址照明接口的系列标准。智能照明国家标准如表4所示。

其中路灯控制管理方面包含了6项，分别如表5所示。

表4 智能照明国家标准Table 4 National standards of intelligent lighting

表5 路灯控制管理系统标准Table 5 Standard for street lamp control and management system

表4中标准主要是关于数字可寻址照明接口的相关标准。在GB/T 30104.101—2013《数字可寻址照明接口 第 101 部分:一般要求 系统》中规定了一些基术语和定义，也规定了接口电源和传输协议框架结构[6]。在GB/T 30104.102—2013《数字可寻址照明接口 第 102 部分:一般要求 控制装置》中规定一些测试流程，例如渐变时间测试流程、渐变速率测试流程、对数调光曲线测试流程、步进调亮调暗测试流程等都有详细的流程图，直观易懂。对数调光曲线流程图如图1所示，测试值应在表6的公差范围内。在这些标准中，主要讲述的都是一些测试流程及相关的测试流程参数。在GB/T 30104.103—2017《数字可寻址照明接口第 103 部分:一般要求 控制设备》中规定了一些编码和命令的定义，为智能照明控制设备提供了编程的参考价值。这些与数字可寻址照明接口相关的标准一定程度上满足了行业的需求，但应该更加完善，智能照明系统应与各部件之间需要建立统一的接口、连接协议，以便于各部件之间对接，推动照明产品更好地向可持续方面发展。

由中国电力企业联合会提出并归口的GB/T 25125—2010《智能照明节电装置》中，规定节电装置的通讯系统采用现场总线方式或其他数字通讯方式。其节电率不得小于R=[1-(U2/U1)2]×100%-2%计算的结果，其中R为节电率限定值;U1为输入电压;U2为输出电压，这给智能照明产品在节约电能方面提供一个参考。由全国汽车标准化技术委员会归口的GB/T 30036 —2013《汽车用自适应前照明系统》标准中，规定了配光性能和相应的配光要求。近光配光的系统要求是汽车每侧发射的任何特定近光模式，在50 V点应至少达到3 lx的光度值，v级近光没有此要求。在采用电气放电光源场合，未经过30 min或更长时间电灯的系统，接通4s后,c级近光模式在50 V点应至少达到5 lx的光度值。对于远光配光系统要求，在左右侧的照明单元中，每侧至少提供不少于远光最小光度值的50%。在采用电气放电光源场合，未经过30 min或更长时间电灯的系统，在点亮4 s后，其远光的HV点的光度值应不小于42 lx。这个标准有助于汽车行业在自适应照明系统的发展，为汽车的自适应照明指明了方向。此标准是参照联合国欧洲经济委员ECER123-00系《关于批准装有汽车自适应前照明系统的统一规定》所制定。

图1 对数调光曲线流程图Fig.1 Flow chart of log dimming curve

表6 对数调光曲线测试流程参数Table 6 Test flow parameters of log dimming curve

2.2.2 国内在研智能照明标准

我国目前的智能照明相关标准有11个，其标准见表7。

表7 国内智能照明Table 7 National standards projects on intelligent lighting

其中前3个标准是由我国作为关键人员参与标准工作组，采用国际国内标准协调推进性的方式，保障标准的适用性、先进性和国际协调一致性[1]。从第4到第11个是我国根据IEC会发布的智能照明相关标准来制定的，目前我国相关的标准制定组织正在加紧对这些标准进行研究制定，将会对我国未来智能照明行业产生积极的影响，引导我国智能照明行业朝着标准化、国际化方向发展。

2.3 行业团体智能照明标准

在智能照明方面，国内联盟、协会等发布了一些关于智能照明的团体标准。比如中国照明电器协会、中国工程建设标准化协会、中关村半导体照明工程研发产业联盟、浙江省照明电器协会、中山市半导体照明行业协会等，都发布了相应的标准，其标准如表8所示。

团体标准的发布在一定程度上填补了国家标准和行业标准制定周期较长、相关亟需标准空白的问题，对产业的快速发展有一定的辅助作用，但是团体标准快速制定的情况下也存在技术不成熟、标准拉动过早、各团体之间恶性竞争、团体标准质量较低和标准实际应用价值不大等方面的问题[1]。

表8 行业团体智能照明标准Table 8 Industry groups standards of intelligent lighting

2.4 特殊领域智能照明标准

在智能照明方面，一些特殊领域的智能照明的具体要求不同。例如在办公室工厂、道路、隧道以及植物工厂等特殊领域中，其智能照明标准也各有所异。目前，国内在特殊领域的智能照明标准有许多，其标准如表9所示。

在道路智能照明方面，有标准DB 41/T 1450—2017 《道路智能照明系统技术要求》，其中规定道路智能照明系统性能应满足时间精度应不超过1 s/d，操作响应时间不大于5 s，服务器运行无故障工作时间不少于50 000 h，数据存储量不少于2年，路灯与智能控制器之间的调光控制接口为PWM、0～10 V、RS485。标准SQL/LSA 004.1—2011《LED路灯智能照明技术规范 第1部分：控制系统(NEW)》中规定，无线公网信道采用国家无线电管理机构对用于某种业务的相应设备所规定的工作频率范围[7]。工作频率与射频性能要求如表10所示。在第2部分电力载波控制模块中规定了LED路灯远程智能控制系统的结构与构成，采用电力线载波通信时，其载波信号频率范围应为3～500 kHz；力线载波通信的最大输出信号电平不大于126 dBμV。载波信号的带宽不大于50 kHz，电力线载波通信的传输信号的频带外的最大干扰电平不大于60 dBμV。在第3部分中规定了各种控制码和命令码等。在标准DB4403/T 30—2019《多功能智能杆系统设计与工程建设规范》中，规定了多功能智能杆系统由杆子系统、供电和防雷子系统、通信子系统、多功能智能杆管理平台等组成。多功能智能杆以杆为载体， 通过挂载各类设备提供智能照明、移动通信、城市监测、交通管理、信息交互和城市公共服务等多种功能，并可通过管理平台进行远程监测、控制、管理、校时、发布信息等。多功能智能杆管理平台应满足云化部署、本地部署，采用分布式架构设计，宜采用模块化设计，新增功能支持在线升级、回退、扩容[8]；操作系统宜采用linux等，为道路智能照明提供了标准和规范。

在夜景照明方面，标准GB/T 39237—2020《LED夜景照明应用技术要求》中规定了夜景照明用LED灯具调光要求，功能照明用LED灯具调光的动态范围下限值不应低于额定光通的10%，景观照明用LED灯具调光的动态范围应为0%～100%。LED灯具在设定调光范围内的调光性能应满足进行调光时，灯具的实测光通与设定值偏差不应超过5%；采用调电流占空比控制方式进行调光的驱动电源，电流脉冲的频率不应小于200 Hz。

表9 特殊领域智能照明标准Table 9 Special areas standards of intelligent lighting

表10 工作频率与射频性能Table 10 Operating frequency and RF performance

3 总结与展望

结合目前智能照明标准的现状，笔者对未来智能照明的标准方向进行展望。目前，智能照明的相关标准还有待进一步的研究与完善。例如在特殊应用领域的相关标准还有待继续完善，在隧道、工厂、办公室、楼宇、植物工厂等领域的相关标准较少，需亟待完善。多功能智慧灯杆是一个新兴的事物，目前在多功能智慧灯杆方面的标准也非常欠缺，应加紧该方面标准的制定，为智慧城市贡献一份力量。随着智能船舶概念的兴起，在2018年工业和信息化部、交通运输部、国防科工委联合印发了《智能船舶发展行动计划(2019—2021 年)》的通知[9]，因此LED在船舶智能照明系统中的应用前景十分广阔。但目前LED应用于船舶智能照明的标准也几乎没有，相关标准制定组织应该在这些特殊领域加大力度，制定出相关标准，为各个行业的发展提供保障。

在智能照明方面，灯具是实现系统发出的重要部件，智能照明灯具应该多考虑人体舒适性相关的色温控制与色温的协调，以及亮度的控制等。目前的5G网络和人工智能也正在迅速发展，智能照明标准也应当多向他们靠拢，这样既符合时代发展的潮流，又能引导智能照明产品向更智能、更智慧方向发展[10，11]。对于智能照明产品，未来的市场肯定是非常的繁多复杂，相关标准制定者应该对相应产品的智能特性进行分类，这样能更方便消费者选择。智能照明作为智能家居、智慧城市的重要组成部分，其标准的制定应该更加完善合理，推动智能照明向更好的方向发展。