路灯节能系统可行性研究报告

潮汐式路灯节能智能控制系统

可行性研究报告

中国科学院上海高等研究院

二○一四年十月

项目基本信息表

一、项目摘要

本项目开创性的利用系统集成的方法解决路灯节能与智能控制的问题，从纳米反光、高效灯具、电子控制器、智能控制系统等方面同时入手，在实现大幅度节能的同时，实现智能控制，提高路灯的智慧化水平。利用本系统的路灯系统，可以与城市其他智慧设备向联动，成为智慧城市的一部分，同时本系统所产生的道路车流量数据等资料，可用于城市规划的大数据分析，极具发掘潜力。

本项目的科学技术水平在国内处于领先地位，同时拥有自主知识产权，投入产业化后，可以产生巨大的社会效益和经济效益。

二、国内外研究水平、发展趋势和市场需求

随着我国城市化水平的不断提高，城市的路灯照明系统也不断扩大，路灯照明是城市基础设施的组成部分，在城市的交通安全、社会治安、人民生活和市容风貌中居于举足轻重的地位，发挥着不可替代的作用，而且标志着城市实力和成熟的程度。目前中国照明用电占总发电量的20%左右，而户外道路照明约占整个照明用电量的30％。由于传统的路灯节能系统存在着智能化程度低、通讯稳定程度差、照明资源浪费等问题，仍以低效照明为主，各大城市路灯能源利用率普片不高，让路灯的电费和管理费用成为一项巨大的财政支出。

近年来，道路照明设施随着各地经济和交通的发展，其规模及数量越来越大，道路照明耗电在迅速上升。

以深圳市为例。20__年统计的四区(罗湖、福田、南山、盐田)路灯系统光源安装总功率为10294KW，镇流器损耗按光源安装总功率18%计算，照明线路损耗按5%考虑，路灯每年亮灯小时数按4000小时计，则：

路灯系统电气安装总容量为10294_（0.18+0.05）=12661千瓦。

路灯系统每年耗电为12661_4000_10-4=50.4万度。

年耗电50.4万度是什么概念呢大亚湾核电站年发电能力约为140亿度，50.4万度占其0.36%。

由上可见，路灯系统的耗电相当可观。正因为此，道路照明节电已成为日益受到重视的话题。近年来很多地区发生的日益严重的电荒，更使许多部门认识到这一当务之急。

提高我国道路照明的节约水平和智能管理水平，是整个社会节能减排的重要组成部分，对于治理环境污染、城市雾霾和能耗严重等问题有着十分重要的作用。

根据调查，我国道路照明有以下特点：中国小型城市在21:00后，大中城市在24:00后，道路上几乎空无一人，即便是北京、上海、广州这样的繁华都市，凌晨2:00以后，道路上也已罕见行人、车辆，从这一时段直至次日清晨为极低交通流量。但是在绝大多数道路上仍然保持较高照度，造成资源的巨大浪费，没有必要。

显然，关闭半数光源的方式节电效果直接而且显著，节电运行时段节电达50%，总体约在30%左右。在电力紧张的背景下，出台了一些文件，要求在后半夜，采取“亮一隔一”或“亮一隔二”的措施，关闭部分光源。这只能作为缓解电力紧张局面的权宜之计。因为，“亮一隔一”或“亮一隔二”不仅减小照度，同时区别于不同的灯杆布置方式，照度均匀度将不同程度、甚至是严重的下降，对交通、行人安全、对维护社会治安产生不利影响。七十年代的世界性能源危机中，日本曾在道路上进行间隔点灯的试验，结果导致治安、道路交通事故的大幅上升。另外，这种方式由于需要在同一路径上敷设两根路灯供电电缆，也增加了建设投资。

本项目的技术，利用高灵敏地磁感应技术、无线传感器网络技术，无线传感器网络集成了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信、分布式信息处理等技术，在道路低交通流量时段采用智能控制系统，在没有车辆通行时，所有照明减少一半照度，在有车辆通行时，提前自动恢复正常照明。这样，就在大幅节约不必要的照明能耗的同时，保证了车辆通行的必要照明，整个系统完全自动值守。

目前在我国广大的中小城市，80%-90%道路照明仍然采用最传统的照明设备，基本没有节能措施，如果利用本项目技术，凭借改造费用低（仅为传统LED照明改造费用的1/3左右）、工程量小、时间短的突出优势，可以帮助很多地区提前实现路灯节能目标，蕴含巨大的市场前景和社会效益。

三、主要研究内容与技术创新点

1.研究内容

传统的几种路灯节能方法虽能达到一定的节能效果，但是没有一种方法可以真正意义上实现路灯的智能控制，即无需任何人员值守，系统自动根据道路行车状况给予最合适的照明。本项目技术利用地磁感应技术和物联网技术，成功的解决了这一问题，实现了真正意义上的智能道路照明。

本项目计划利用纳米反光、高效灯具、电子控制器地磁感应技术和无线传输控制的物联网技术，将现有路灯改造为节能型路灯，同时将道路行车的实时状态与路灯照明进行联动，实现道路照明只在有车经过时提前照明，在道路无车情况下保持低照度的状态，从而

在不改变现有路灯基本设施和道路正常行车照明情况下实现了能耗的大幅的大幅降低。

单元路段

单元路段

灯光明暗信号来车信号

本项目技术的主要优点有：

（1）保留原有路灯设施，路灯上仅增加控制模块。（2）利用无线传输技术、实现路灯的远程单灯控制。（3）提高了灯具的使用效率，延长了灯具的使用寿命。（4）实现路灯故障自动远程报警。（5）路灯改造工程量小，改造费用极低。

2.技术创新点

（1）使用超级节能型光源，提高光源的色温，节能50%以上；

（2）使用重新光学设计的纳米级反光器，将光线反射效率从不足80%提高到95%以上，

同时在散光角度等指标上均有大幅提高；

（3）使用电子整流设备，提高光源寿命，降低自身功耗，节能15%以上；

（4）创新的利用预先埋设于道路下方的地磁传感器，过数字式磁敏传感器探测车辆对大地地磁场的微弱影响，以此来判断车道上车辆经过情况，从而准确的感知道路上的行车状态。该地磁传感器需要适应路灯节能系统的需要，即：-检测器小巧，对路面破坏小；

-采用低功耗策略，检测器可连续工作3年以上无需更换电池；

-无线传输，安装方便，每车道安装时间不超过10分钟；

-可工作在-40~85℃，检测器抗强压，防水防尘；

-传感器探测范围0.5~2m可调；

-准确率高，>97%；

-可检测卡车、拖车、客车、轿车等各类常见车型；

-实时对多车道的车辆经过信息进行采集和统计；

-维护方便；

-抗干扰好。

（5）利用433Mhz无线载波数据技术，从底层协议制定完美无线传输技术，将道路上的

行车信息传送到相关路灯的控制器上，由控制器控制路灯的明暗与行车状态保持联动。

（6）利用经过可靠验证的电子整流方法，提高灯具的功率因素，稳定了灯具的工作电压，

延长了灯具的使用寿命。

（7）利用成熟物联网技术，将每盏路灯的工作状态通过GPRS网络传输给远端的监控

中心，进行远程监控，在保证照明网络安全运行的基础上降低了人工巡检的劳动强度。

路灯改造前后成本收益分析表

注：计算依据为：电灯时间10小时、电费按0.5元/度

四、前期研究工作基础、现有条件和优势

我项目组所在服务科学研究中心立足于研究复合交叉型学科，主要研究方向为基于物联网技术的应用研究和重大机电设备的总成设计和软件集成。目前，我中心拥有研究员、教授级高工8人，副研究员、高级工程师13人，助理研究员、工程师等19人。毕业于斯坦福大学、加州大学、东京大学等世界级名校的海归人员占总人数的20%以上。

同时，我中心建成有云计算物联网实验室、重大机电装备实验室、轨道交通重点实验室等，配备多种研发、测试设备，各种设备通入在2000万以上；20__年度的科技经费达到1400多万元。我中心目前已完成多项重大科技成果，包括-智能水网系统项目：

城市供水用水层面的智能水网，是将先进的物联网技术和水网的传输系统相结合，开发智慧的水资源管理系统。本项目于20__年12月成功通过了上海市科委的专家验收。现已应用于上海市儿童医院。安装智能水表22块，自发电智能水表一块。运行系统已更新3代，得到良好的用户评价。-辽宁省惠农“一卡通”项目：

辽宁省惠农补贴资金“一卡通”发放管理软件是在面对上市公司用友软件的强大竞争

下获得的，20__年底前已在抚顺市XX、葫芦岛市兴城、营口市盖州、铁岭市铁岭县、开原县等5个县先行试点成功，春节过后将在辽宁全省的其余44个县推广。-智慧机场监控系统项目：

本项目与公司合作，针对机场人群的拥挤度检测分析、排队长度检测、遗弃物检测和逆行行为检测子系统。目前已在浦东XX安装和部署，稳定运行6个月以上。

以上项目的多项核心技术与专利为本项目提供了坚实的技术基础。同时，多名研发经验丰富的团队成员也为本项目提供了科技人员的保证。

对于本项目，我项目组已在中科院上海高等研究院内搭建实验室路灯节能模拟测试平台一个，用于针对本项目各项技术的理论研究与实际测试验证工作；同时，本项目已申请实用新型专利一项（专利受理号269.7，受理中）

另外，本项目技术预计在本年度内在湖南省某高速公路的隧道照明智能控制系统中得到示范应用，预计控制隧道灯总数将达到3400盏。

五、进度安排及预期达到的技术和经济指标

项目实施的进度计划

第一阶段（20__年度，预计6个月）：完成小规模路灯节能改造试点，控制路灯规模不超过500盏，通过该改造试点，验证系统运行的性能及真实的节能效果，达到以下技术指标：

同时在该阶段内对本项目技术的“地磁变化的数字信号转换”、“电子镇流模拟器”等核心技术形成发明专利，专利数量不低于2项。

第二阶段（20__年度，预计12个月）：完成4个以上的规模性示范工程，每个工程控制路灯规模不低于2000盏。

通过该阶段，将验证完成的节能改造技术应用到大规模的改造工程中，全年完成不低于8000盏路灯的节能改造，实现利润不低于500万元，利税不低于100万元。同时在该

阶段引进战略合作伙伴，实现节能改造以“能源合同管理”形式进行扩张。

第三阶段（20__年度，预计12个月）：大规模改造阶段

在该阶段继续承但大型改造项目，项目数量应该在前一年的基础上实现超过翻番的增速，改造路等数量不低于20000盏，实现利润不低于1400万元，利税300万元。同时，在该阶段积极以专利技术授权方式，引入更过公司从事节能改造，加快实现路灯节能的改造步伐。

六、主要研究人员情况

七、项目实现后的经济效益

八、经费概算（单位：万元）

总投资：其中：1、申请科研经费：

2、自筹资金金额：

3、银行贷款金额：

4、其它资金金额：

九、资金主要用途及用款计划