莊曉波
上海時代之光照明電器檢測有限公司標準技術部副主任
《2018阿拉丁照明產業調研白皮書》智慧照明與物聯網科技 顧問
四、智慧路燈各子系統標準現狀研究
目前，智慧路燈處于快速發展期，現階段示范的產品已是照明、顯示屏、光伏、充電樁、傳感器、通信和軟件等產業的跨界合成。未來還將實現硬件可植入、軟件可疊加、應用可拓展等，并可能向更大的領域延伸，如智慧醫療、智慧金融、智慧體育等。
由于智慧路燈相關技術和市場尚處在不斷地發展變化中，加上跨越多個領域和需要有關管理部門的制度支撐等問題，標準化工作難度很大。上述的多個組織制定的有關智慧照明的標準都各有側重點，智慧照明標準是碎片化的。本節將對智慧路燈主要的幾個子系統進行標準梳理。
4.1照明子系統
照明子系統的相關標準見表1，可以分為安全標準、電磁兼容標準、性能標準(主要考核LED路燈的光學性能和燈具效能等)、環境標準、現場檢測(對道路的平均亮度、亮度總均勻度、亮度縱向均勻度、平均照度、照度均勻度、眩光、環境比以及功率密度等提出要求)和綜合標準。
4.2 顯示屏子系統
顯示屏子系統的相關標準見表2，可以分為安全標準、電磁兼容標準、性能標準(主要針對顏色)、環境標準(包括防水、防塵，高低溫，振動，跌落和鹽霧等)和綜合標準。目前，缺乏標準對智慧路燈用顯示屏的尺寸和最大亮度等進行規范。
4.3 光伏子系統
光伏子系統的相關標準有以下6個：
1)CQC 1602-2013光伏電源供電的LED道路和街路照明系統認證技術規范;
2)GB/T 9535-1998地面用晶體硅光伏組件設計鑒定和定型;
3)GB 24460-2009太陽能光伏照明裝置總技術規范;
4)GB/T 26849-2011太陽能光伏照明用電子控制裝置性能要求;
5)IEC 61730-2:2004光伏(PV)組件安全鑒定第2部分：技術要求;
6)IEC 62124:2004獨立光伏系統-設計驗證。其 中，GB 24460-2009標準要求， 整體結構具有足夠的強度承受10級風荷載試驗，裝置防護等級應大于IP54，4m以上高度的燈桿應具有良好的防雷和接地保護措施，接地電阻應小于30Ω，帶電體與金屬部件之間絕緣電阻應大于2MΩ, 箱體需設計成使用專用工具才能打開的結構 [2]。
4.4 充電樁子系統
充電樁子系統的相關標準有以下5個：
1)GB/T 18487.1-2015電動汽車傳導充電系統第1部分：通用要求;
2)GB/T 20234.1-2015電動汽車傳導充電用連接裝置第1部分：通用要求;
3)GB/T 20234.2-2015電動汽車傳導充電用連接裝置第2部分：交流充電接口;
4)GB/T 20234.3-2015電動汽車傳導充電用連接裝置第3部分：直流充電接口;
5)GB/T 27930-2015電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議。
4.5 傳感器子系統
目前，用于智慧路燈的傳感器主要有MEMS(微機電系統)傳感器、光敏傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器和溫濕度傳感器等，相關的標準并不齊全，主要有以下7個標準：
1)GB/T 7665-2005傳感器通用術語;
2)GB/T 30269.2-2013信息技術傳感器網絡第2部
分術語;
3)GB 10408.5-2000入侵探測器第五部分-室內用被動紅外線探測器;
4)GB 10408.6-2009微波和被動紅外復合入侵探測器;
5)GB/T 30269.701-2014信息技術傳感器網絡第701部分:傳感器接口：信號接口;
6)GB/T 15478-2015壓力傳感器性能試驗方法;
7)GB/T 15768-1995電容式濕敏元件與濕度傳感器總規范。
4.6 音視頻子系統
音視頻子系統的相關標準有以下4個：
1)GB 8898-2011音頻、視頻及類似電子設備 安全要求;
2)GB 20815-2006視頻安防監控數字錄像設備;
3)YD/T 1666-2007遠程視頻監控系統的安全技術要求;
4)YD/T 1806-2008基于IP的遠程視頻監控設備技術要求。
4.7 通信子系統
智慧路燈通信，從通信接入方式上，可以分為有線通信方式和無線通信方式。
有線通信主要方式為：PLC，DALI，DMX512，KNX/EIB，BACNet，RS-485和Ethernet。
無線通信主要方式為：ZigBee，WiFi，Bluetooth，Enocean，UWB， NFC，IRDA[3,4]，和NB-Iot。
本節主要對以下常用的10個通信協議的標準(或者稱之為通信規范)和5個自定義的通信協議進行梳理：
1)PLC(電力線載波):GB/Z 20177.1-2006 控制網絡LONWORKS技術規范 第1部分：協議規范;GB/Z 20177.2-2006控制網絡LONWORKS技術規范
第2部分：電力線信道規范;GB/Z 20177.3-2006控制網絡LONWORKS技術規范
第3部分：自由拓撲雙絞線信道規范;GB/Z 20177.4-2006控制網絡LONWORKS技術規范
第 4 部分：基于隧道技術在IP信道上傳輸控制網絡協議的規范;
2)DALI(數字可尋址照明接口)：DALI 1：GB/T 30104系列(共12個)，等同采用IEC 623861.0版本;DALI2：IEC 62386 2.0版 本， 目前已發布IEC62386-101, 102, 103, 201, 207, 208, 209, 216, 217,218, 222, 224, 301, 302, 303, 304, 332, 333等18個標準，相應的國標正在制修訂中。
3)DMX512(美國舞臺燈光協會發布的一種燈光控制器與燈具設備進行數據傳輸的標準)：WH/T 32-2008DMX512-A燈光控制數據傳輸協議;
4)KNX: GB/T 20965-2013控制網絡HBES技術規范住宅和樓宇控制系統;
5)BACNet(樓宇自動控制網絡數據通信協議):GB/T 28847.1-2012建筑自動化和控制系統 第1部分：概述;
GB/T 28847.2-2012建筑自動化和控制系統第2部分：硬件;
GB/T 28847.3-2012建筑自動化和控制系統第3部分：功能;
6)RS-485: TIA/EIA-485-A，485總線標準;
7)Ethernet: IEEE802.3, IEEE802.11以太網系列標準，無線局域網系列標準;
8)ZigBee：IEEE802.15.4通信協議，GB/T 15629.15-2010信息技術系統間遠程通信和信息交換局域網和城域網特定要求第15部分：低速無線個域網 (WPAN) 媒體訪問控制和物理層規范(修改采用IEEE802.15.4：2006);
9)WiFi：IEEE 802.11a/b/g/n通信協議;無應用層協議;Allseen 聯盟成立智能照明工作組，正在定義應用層協議;
10)Bluetooth: IEEE802.15.1：物理層和MAC層規范;無應用層協議。
5個自定義通信協議：
1)TALQ技術規范1.0.2版(中央控制管理系統軟件接口協議);
2)GB/T 34923.6-2017路燈控制管理系統第6部分：通信協議技術規范;
3)CJJ/T 227-2014城市照明自動控制系統技術規范附錄A城市照明自動控制系統通信協議要求;
4)GB/T 35255-2017LED公共照明智能系統接口應用層通信協議;
5) 深圳市LED產業標準聯盟發布的SQL/LSA004.3-2011LED路燈智能照明技術規范第3部分：應用層通信協議。
4.8 軟件子系統
軟件子系統大體可分為嵌入式軟件和管理服務平臺。
關于嵌入式軟件，相關標準主要有如下4個：
1) GB/T 28169-2011嵌入式軟件C語言編碼規范;
2) GB/T 28171-2011嵌入式軟件可靠性測試方法;
3) GB/T 28172-2011嵌入式軟件質量保證要求;
4) GB/T 30961-2014嵌入式軟件質量度量;
位于后臺的管理服務平臺是整個智慧路燈系統的大腦，它通過對智慧路燈采集而來的大數據進行分析處理，可以有效地應對城市管理中節能環保、道路交通、市民服務等諸多公共問題，甚至協助打擊犯罪。智慧更多地體現在軟件上。國際上，大公司不但重視智慧路燈的硬件投入，更加重視軟件的開發，如Philips建立了citytouch 云平臺，GE建立了Predix云平臺，并在網絡安全方面投入大量的人力和物力，寄希望于基于云平臺的大數據挖掘來提供服務，如GE在圣地亞哥的智慧路燈項目已提供實時交通信息、停車引導和槍聲檢測等服務。
與國際大公司相比，國內的智慧照明公司重視硬件的投入，不太重視后臺的軟件，尤其是安全考量和研發投入較少。這些智慧路燈產品在大范圍投入市場后，可能會被安全漏洞摧毀，且漏洞一旦暴露，后期的修復升級成本極高。
2016年央視3?15晚會上揭露大批智能硬件安全漏洞，如大疆無人機被劫持、智能樓宇系統被惡搞、智能家居被隨意控制、智能攝像頭使用戶隱私全無和智能Pos機盜刷銀行卡等。這部分曝光非常有前瞻性，把智能設備的安全隱患擺到消費者面前，不僅是給這個領域的公司、創業者以及嘗鮮的用戶提了個醒，也給這個飛速發展智能硬件行業扎了一針預防針。
關于網絡安全，相關標準主要有如下11個：
1)GB 17859-1999計算機信息系統安全保護等級劃分準則
2)GB/T 25068.1-2012信息技術安全技術IT網絡安全第1部分：網絡安全管理;
3)GB/T 25068.2-2012信息技術安全技術IT網絡安全第2部分：網絡安全體系結構;
4)GB/T 25068.3-2010信息技術安全技術IT網絡安全第3部分：使用安全網關的網間通信安全保護;
5)GB/T 25068.4-2010信息技術安全技術IT網絡安全第4部分：遠程接入的安全保護;
6)GB/T 25068.5-2010信息技術安全技術IT網絡安全第5部分：使用虛擬專用網的跨網通信安全保護;
7)GB/T 20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求;
8)GB/T 25069-2010信息安全技術術語;
9)GB/T 2887-2000電子計算機場地通用規范;
10)GB/T 29234-2012基于公用電信網的寬帶客戶網絡安全技術要求;
11)SQL/LSA 004.4-2012 LED路燈智能照明技術規范第4部分：信息安全。
4.9 電磁兼容
電磁兼容包括了諧波、電壓波動和閃爍、無線電騷擾特性的限值和測量方法、抗擾度、靜電放電抗擾度、浪涌抗擾度和射頻場感應的傳導騷擾抗擾度等項目。目前，智慧路燈的各個硬件子系統都有相應的 EMC標準，但缺少整機的EMC標準。
4.10 現場驗收
4.10.1燈桿
燈桿相關標準有2個：
1) QB/T 5093.1-2016燈桿第1部分：一般要求;
2) QB/T 5093.2-2016燈桿第2部分：鋼質燈桿。以上2個燈桿標準主要對燈桿的機械性能進行考核，如尺寸及公差、檢修門耐沖擊性能、外殼防護等級、抗風和
耐腐蝕等。
4.10.2設計
設計相關標準有5個：
1)CJJ 45-2015城市道路照明設計標準;
2)CJJ/T 227-2014城市照明自動控制系統技術規范;
3)CJJ 89-2012城市道路照明工程施工及驗收規程;
4)DG/TJ 08-2182-2015道路LED照明應用技術規范;
5)DG/TJ 08-2033-2008道路隧道設計規范。
五、智慧路燈標準體系框架探討
智慧路燈是跨界融合的復雜系統，標準體系尚未建立，本節在梳理智慧路燈各子系統標準現狀的基礎上，參考照明行業 [5-11] 和其他行業 [12-14] 的標準體系以及相應的國家標準 [15]，提出了智慧路燈系統標準體系框圖，如圖5所示。
由于智慧路燈融合了微基站、視頻探頭、多媒體屏、信息交互屏、太陽能光伏、傳感器以及LED照明于一體，智慧路燈系統是跨領域的多維復雜系統，具備全新城市照明系統CityPad的功能，是智慧城市的重要載體，這就涉及多部門的管理協調，因此智慧路燈系統標準急需強有力的外部支撐。如顯示屏是否能放置在主干道的路燈上，屏幕尺寸和最大亮度的要求是什么這都需要管理部門給出明確的規范。如智慧路燈底部箱體安裝空間較為局促，需制定相應標準將底部箱體進行分倉設計，高低壓設備和線路進行分倉安置，保證設備和檢修人員的安全 [16]。
對于智慧路燈系統的基本功能，至少應有遠程控制、故障報警和巡檢功能。
對于評價指標，應從節能、健康、安全和舒適等角度來綜合考量，如系統效率、中間視覺效應和光生物效應等。對于子系統的內部支撐，應對多功能燈桿的機械強度進行考核，并規范各子系統的電源線(如220V AC 和12V/24V DC等)和控制線，以及子系統之間交互的接口協議、接線和測試方法等，再對組件間的電磁兼容進行測試。對于現場驗收，應對智慧路燈的基本功能進行測試，并對系統可靠性和網絡可靠性進行考核，如通信丟包率、無線同頻干擾和中繼測試等。
對于管理，可以分成設施監控、設施管理、生產管理、亮燈策略管理和監控數據管理等，服務于路燈行業管理部門以及行政管理部門等用戶 [17]。
對于大數據采集、分析、處理，大數據可以包括溫度、濕度、光照、電壓、電流、PM2.5、噪聲、雨量、風速、車流、地震、地下管網、窨井蓋等。
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