摘要：本项目的总体目标是研发适用于多种室外应用场景的智慧照明控制云平台系统，以解决城市照明中的节能环保和行车安全问题。考虑到解决该问题的复杂性，将其分解为基于云平台的控制系统研制、照明大数据分析和应用以及多参数智慧照明控制理论三个研究任务。
关键词：智慧照明；控制系统；云技术
针对城市节能环保和行车安全的智慧照明控制需求，本项目重点攻克智慧照明相关的海量物联网终端数据接入和管理、照明大数据分析和应用、多参数照明控制策略生成等关键技术和核心问题，研发适用于室外应用场景的智慧照明控制云平台系统软件，为实现室外照明中的系统联动、智能化控制、系统运维等提供平台支撑。
一、主要研发内容
本项目研发智慧照明控制云平台软件系统主要包含智慧照明大数据管理云平台、智慧照明大数据分析与决策平台和典型场景应用等三大部分。考虑到该系统的复杂性，本项目将其划分为以下三个子任务。
图1 基于云技术的智慧照明控制系统框架图
1）基于云技术的控制系统研制
针对室外智慧照明的集成远程控制需求，设计和实现针对智慧照明的海量数据接入和存储、高效节能控制和安全访问的云端控制系统。
（1）研发面向海量多源异构照明数据的接入和存储系统。基于开源云平台，设计和实现智慧照明大数据云平台当中所涉及到的数据接入节点层、分布式数据存储层、云存储资源服务层以及相对应的协议和接口。针对照明数据对接入和存储设备容量、读写性能、可靠性等要求，重点研究对等分布式存储、热点数据处理和存储虚拟化等关键技术，实现对照明数据的高效、可靠和无缝接入和存储管理。
（2）研发节能优化的智慧照明云端控制系统。针对智慧照明的海量多终端并发控制问题，利用多线程池化、并发数据缓存机制等技术，研究自动调度策略选择、多场景多业务调度、满足低延迟和高响应的远程分布式控制方法；同时针对业务负载特征，融合集中式全局优化特点，进一步研究自适应优化分配和异步渐进式动态迁移等云平台节能优化调度算法，实现适用于大规模动态负载的自适应节能智慧照明云端控制系统。
（3）研究云环境下的照明数据安全访问技术。研究云平台网络接入安全技术、云平台系统安全技术、云平台数据安全技术、云平台用户接入终端安全等技术，重点针对基于角色的分级权限分配和功能授权访问技术进行研究，研究基于角色功能权限的云安全模型。研究照明数据的差分隐私保护策略及其安全性证明和分析，并基于智能照明系统实际应用需求和场景构建系统安全模型。
2）智慧照明大数据分析和应用
针对室外照明智慧应用需求，引入大数据分析与挖掘技术，针对多源异构的照明大数据进行分析，为实现室外应用环境中系统联动、智能控制、系统运维等提供决策支撑。
（1）研究基于照明大数据的交通事故关联分析和预测技术。基于照明、天气、位置等海量异构数据，利用Apriori算法、FP-Growth等关联规则挖掘模型，研究影响道路交通事故的多因素频繁序列生成方法，揭示交通事故与照明、天气等多因素之间的隐含关系。同时基于贝叶斯网络结构建立联合多个关键因素的交通事故预测模型，针对智慧照明平台采集的实时动态数据，利用预测模型对照明设备所在区域的交通事故发生概率进行预测，实现重点区域的照明调节和事故预警。
（2）研究基于照明大数据的照明设备故障诊断模型。针对照明设备运行情况的动态、时变特性进行分析，结合环境、天气、电流电压、设备寿命等因素研究与设备故障相关的多粒度、多尺度隐含特征提取方法；利用隐马尔科夫模型、时间递归神经网络等分析方法研究具备多时序状态的照明故障实时诊断模型；同时针对照明故障发生的持续增量特性，基于在线学习研究诊断模型的参数更新方法，通过不断自我学习提高模型精度。
（3）研发智慧照明大数据分析平台。针对智慧照明控制中数据处理的实时性、并发性和可拓展性等要求，基于Map-Reduce并行划分计算、Spark内存迭代计算等编程模型，实现能在可扩展的服务器集群上进行大规模数据并行处理的回归分析、聚类分析、集成学习、关联规则挖掘、图计算分析等多种数据挖掘算法库，为基于照明大数据的智慧应用和控制决策提供基础算法支撑。
3）智慧照明多参数控制理论研究
针对室外照明的节能环保和行车安全需求，研究基于多参数的智慧照明控制系统理论，建立适用于室外场景的智能化照明控制策略。
（1）研究针对多参数强耦合的照明控制理论。基于现有多参数模糊控制系统理论，研究模糊控制的规则获取及参数优化，研究多变量强耦合模糊系统的解耦方法。研究模糊控制的规则获取和参数设置、模糊控制对各种多变量藕合系统的控制问题，提高模糊控制的稳态精度。
（2）研究特定场景的照明控制子系统。针对高速公路事故多发路段、隧道节能照明、极端天气下的道路照明等多种特定应用场景，选取适当的输入参数，根据节能环保和行车安全等场景特殊要求设计模糊规则，分别建立相对应的智慧照明模糊控制子系统的数学模型；分析多参数对控制系统的综合影响，并通过实测数据修正各个系统的模糊规则和参数。
（3）建立适用于多场景的智能化照明控制策略。以上述的特定场景控制子系统为基础，集成并建立统一的双模糊控制系统的数学模型。进一步设计模糊规则，通过智能识别不同场景，实现能进行自适应场景切换的照明控制系统。同时根据实测数据，结合照明大数据分析结果，验证控制系统模型，改进或者修正控制系统中控制策略的各种模糊规则和模型参数。
二、结束语
通过对研究内容的限定和关键问题的分析，首先基于开源云平台技术、优化分配和动态迁移算法、基于角色权限的安全模型等方法，搭建节能、高效、安全的照明控制云平台；其次，利用关联分析和多粒度时序分析等方法，建立智慧照明分析和应用模型；最后，基于多参数优化和模糊控制规则，实现针对室外场景的智能化照明控制策略。以上研究方案和技术路线定义都很清晰，具有很好的可行性。
在室外照明应用领域，首次系统地将云平台数据接入、照明大数据分析和多参数模糊控制等多种先进的技术和理论进行了有机结合，创新性的研究针对节能环保和行车安全需求的智慧照明控制云平台系统，在国际和国内都处于领先位置。
本项目提出了一系列具有创新性的先进成果，包括基于节能优化调度的云平台系统、基于照明大数据的交通事故分析预测和设备故障诊断模型以及统筹环境、光照、交通安全等多个参数的模糊照明控制模型等，对于室外智慧型LED照明的科学研究、技术研发、产业发展都具有十分重要的理论意义和实用价值。
参考文献：
[1]黄俊等，电力电子技术[M]，机械工业出版社，2006
[2]国建岭，基于GPRS的路灯工作状态检测设备的设计[J]，中国照明电器，2012（10），27-31
作者简介：
高益锋（1963-），男，高级工程师，主要从事电气自动化技术方面的研究。Tel：（0772）3233902 E-mail：2727512784@qq.con。
论文作者:高益锋1,姚伟2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：智慧论文; 数据论文; 控制系统论文; 平台论文; 模型论文; 室外论文; 参数论文; 《基层建设》2019年第19期论文;