城市照明系统智能化改造与能效提升策略研究

引言：对现有城市照明系统进行智能化改造与能效提升，已不再是单纯的技术升级，而是推动城市节能减排、实现精细化治理、赋能智慧城市建设的必然选择和战略举措。本文将从现状分析入手，提出一套贴合实际的系统性改造策略。

一·、城市照明系统现状与问题分析

当前，我国大多数城市，尤其是中小城市及老城区，其照明系统仍处于相对传统的发展阶段，主要问题体现在以下几个方面：

1. 光源设备老旧，光效低下：大量高压钠灯、金属卤化物灯等传统高耗能光源仍在服役。这些光源普遍存在光效低（高压钠灯约为80-130 lm/W，且显色性差）、寿命短、启动慢等缺点，是造成系统整体能效低下的根本原因之一。

2. 控制系统智能化水平不足：主流的时控和光控方式灵活性极差。时控器易因昼夜时长变化和天气突变而失灵，要么“天黑不亮灯”，要么“天亮仍亮灯”。光控器则易受灰尘干扰，导致误动作。这种粗放控制无法实现“按需照明”。

3. 运维管理模式落后：日常维护依赖于养护人员定期巡检，故障发现具有滞后性。一旦出现灯具损坏、线路故障等问题，从发现到修复周期长，不仅影响市民夜间出行安全，也增加了人力与车辆成本。同时，缺乏对单灯能耗的精确计量，难以进行能效考核和精细化管理。

4. 系统孤岛现象严重：照明系统通常独立运行，与交通、安防、环境监测等其他城市管理系统缺乏数据互通与业务协同，无法形成城市级的综合感知网络，资源整合度低。

二、城市照明系统智能化改造的核心内容

智能化改造并非简单的设备替换，而是一个系统性工程，其核心是利用现代信息技术构建“感知、分析、决策、执行”一体化的智慧照明体系。

1.硬件层改造：光源与灯具的升级

这是能效提升的基础。应全面淘汰高压钠灯等传统光源，大规模推广应用LED 灯具。

优势：LED 光源具有光效高（目前已可达 150-200 lm/W 以上）、寿命长（可达5 万小时以上）、显色性好、响应速度快、方向性强等显著优势。直接更换为LED 灯具，即便不改变控制方式，也能实现 30% -50%的节能效果。

选型要求：在改造中，应选择光效高、配光合理、品质可靠的LED 灯具，确保光线精准投射到需要照明的区域，减少眩光和天空光污染，实现二次节能。

2.神经末梢部署：单灯控制器与传感器

为每一盏路灯安装智能单灯控制器，这是实现“单灯管理”的物理基础。该控制器是灯具的“大脑”，具备远程开关、调光（0-100%无级调光）、能耗监测、故障自动上报等功能

同时，在路灯杆上集成多种传感器，构建城市感知神经末梢：

光照度传感器：实时监测环境亮度，作为自动启停和调光的依据

人体/车流感应传感器（雷达或红外）：探测道路人车流量，实现“车来灯亮、车走灯暗”的按需照明模式。其他传感器：可集成温湿度、空气质量（PM2.5）、噪音等环境监测传感器，亦可预留 5G 微基站、视频监控、信息发布屏等接口，将灯杆升级为智慧城市综合杆。

3.网络层构建：可靠的通信方案

选择稳定、可靠的通信技术连接成千上万的单灯控制器与云端平台是项目成功的关键。主流方案包括：电力线载波（PLC）通信：利用现有电力线进行数据传输，无需额外布线，成本较低，但在某些电力环境复杂的区域稳定性可能受影响。

无线通信技术：如LoRa、ZigBee 等低功耗广域物联网（LPWAN）技术，适合传输小数据包，覆盖距离远，功耗低。NB-IoT（蜂窝物联网）技术，基于运营商网络，信号覆盖广、稳定性高，是当前的主流选择。在条件

允许的区域，也可采用4G/5G 通信。

4.平台层建设：智慧照明云平台云平台是整个系统的“指挥中枢”，其应具备以下功能：

集中监控与一张图管理：在电子地图上可视化显示所有路灯的分布、状态（开关、亮度、能耗、故障）、支持按道路、区域进行分组管理。策略化智能控制：支持自定义多种照明策略，如：定时控制、光控、经纬度控制（自动计算日出日落时间）、以及基于人流车流的自适应控制策略。

大数据分析与决策支持：平台自动采集并存储海量运行数据，通过大数据分析，可生成能耗统计报表、灯具寿命预测、故障规律分析等，为管理决策、节能评估和运维计划提供数据支撑。

运维管理信息化：实现故障自动报警、工单自动派发、维修过程跟踪与闭环管理，极大提升运维效率。开放 API 接口：平台应具备标准化的数据接口，能够与智慧城市大脑、交警平台、数字城管等系统进行数据共享与业务联动。

三、系统化能效提升策略

在完成智能化改造的基础上，需通过多维度的策略组合，最大化地挖掘节能潜力。

1. 策略一：精细化按需照明

分时段调光：在后半夜人车流量稀少时段，将路灯亮度统一调节至标准值的 30%-50%（保障安全的最低照度），可大幅节约电能。

自适应调光：通过雷达等传感器，实时监测道路车流量。无车时保持低亮度节能状态；有车来时，提前调亮前方一段道路的灯具，车辆过后再恢复暗光。此策略能在保证安全的前提下，实现极致节能。

分区差异化照明：对不同功能区域（如主干道、次干道、公园、居民区）制定差异化的照明标准和控制策略，避免过度照明。

2. 策略二：预测性智慧运维

改变“坏了再修”的被动模式，利用平台大数据分析能力，转向“预测性维护”。系统通过分析灯具的电流、电压、功率因数等历史数据，可智能预测其寿命衰减趋势和潜在故障风险，在灯具完全失效前提前生成维护工单，变被动为主动，减少全黑灯带来的安全隐患，并优化维护资源调配。

3 策略三：创新商业模式与管理机制

合同能源管理（EMC）模式：引入社会资本，由节能服务公司出资进行改造，双方共享节能效益。这种模式能有效解决政府一次性投入资金大的难题，实现零投资、零风险改造。

结论：城市照明系统的智能化改造与能效提升是一项复杂的系统工程，其价值远不止于节能降耗。它通过将传统的“孤立的照明设施”升级为“互联的感知节点”，构建了城市级的神经感知网络。以 LED 替换和单灯控制为基础，以物联网和云平台为支撑，以按需照明和智慧运维为核心策略，不仅能够带来可观的经济效益（节能50%以上），更能显著提升城市公共服务的精细化水平和市民的幸福感。同时，它为智慧城市的各类应用提供了理想的接入点和数据来源，是迈向未来智慧城市的坚实一步。各级政府应高度重视，将其纳入智慧城市和新型基础设施建设的重要议程，通过科学规划和创新模式，稳步推进，最终实现城市照明的绿色、智慧和可持续发展。

参考文献：

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[4] 陈燕， 胡飞. 智慧灯杆在新型智慧城市建设中的应用与发展趋势[J]. 信息通信技术与政策， 2020(06):76-80.