一、行业背景
随着通信技术，特别是物联网通信技术的快速进步，“路灯单灯控制”这个概念 早已在行业内深入人心。相关产品和技术不断涌现；大量工程项目落地实施； 创造了积极的经济效益和社会效益。尤其是在“节能减排”方面，展现出了其独有的应用潜力。
目前路灯单灯控制产品中，普遍采用分时段调光的技术实现“二次节能”。即在车流量较少的时段（例如，后半夜），将路上灯具的功率（亮度）调低，以达到节能的效果。这样的控制技术及管理模式，看似比较合理：车少的时段灯具依然保持 亮度满功率运行造成电能浪费，引入调光降功率管理模式可以有效节能。
但是这种节能手段存在一定的安全隐患：首先，在节能降功率的时段，路面照度达不到国家标准要求，对于道路用户观察路面及周边环境造成一定影响；同时夜间虽然路上车少，但是车辆行驶速度普遍较交通高峰时更快；而且相较于前半夜，驾驶员后半夜更容易因疲劳导致注意力、观察力及判断力下降。这就意味着夜间其实更需要有良好的道路照明条件，辅助驾驶员观察周围道路情况，确保安全。简而言之，从安全的角度出发，哪怕路面仅有一辆车，也应该提供符合国家标准亮度的照明条件。
那么如何在“夜间交通安全”与“降碳减排”之间， 找到一个平衡点呢？“灯随车动”的控制模式就是一个理想的解决方案：有车辆通过，沿路灯具提前点亮；车辆驶过，灯具进入深度节能模式降低亮度。
二、设计原则
1. 绿色节能
单灯控制系统除去一般的“遥控”功能外（远程开关+调节功率）， 全国范围内第一次实现可靠的“灯随车动”智能化按需照明。与传统的分时段调光节能方式相比，后半夜低交通流量工况下，节能率可以达到80%以上。真正做到让每一束光都按照需求投射。
2.管控高效
基于无线自组网技术的单灯控制系统，可以达到单灯控制器在线率 99%以上。即路灯管理平台下发命令后（数据下行），组内有 99%或以上的单灯控制器在1秒之内做出响应；路灯管理平台下发查询命令后（数据上行），组内有99%或以上的单灯控制器能够在1分钟内将数据上报到管理平台。真正做到单灯实时可遥控；数据实时可遥测！充分保证了路上控制效果的一致整齐，灯具故障上报的及时准确。
3.安全第一
系统设计始终将“安全”作为首要考虑的因素；充分兼顾到了各个应用环节的安全性。
（1）数据安全：
无线通信采用国际先进的AES128 加密算法，有效保障数据安全。管理平台采用服务器集群和分布式部署技术，最大限度地提高服务的可靠性和安全性。
（2）架构安全：
当控制系统中任一环节发生故障时（服务器故障、通信故障、集中控制器故障 或单灯控制器故障），依然能够保证道路照明设施可以按照传统的回路控制方式实施控制和管理，不会影响其基本的道路照明功能。
（3）应用安全：
传统分时段调光，不能充分保障道路照明照度符合国家标准，存在一定的安全隐患。
例如，后半夜驾驶员易出现疲劳注意力不集中等问题，且后半夜车流量少车速一般会更快。其实这样的工况，更应该充分保障道路照明的照度，保障驾驶员视觉上观察效果，避免事故发生。
“灯随车动”智能化按需照明的功能，既可以实现驾驶员视野范围内路灯100%照度输出保障安全；又可以在没有车辆行人的时候，路灯以超低功耗状态运行，实现深度节能。
三、技术架构
控制系统采用双层网络架构。集中控制器（网关）采用公共移动通信网络（2G/4G） 与远程服务器通信；现场单灯控制器通过无线通信方式与集中控制器（网关） 通信。引入目前主流的无线物联网通信技术，不仅提高了通信的可靠性，同时也提高了设备部署的便利性、以及后期功能扩展的灵活性。管理平台采用最新的物联网技术架构，一套服务器管理平台可以同时在线管理 50 万盏路灯。同时，系统提供通用 API 接口（支持 HTTP 、MQTT 协议），可实现无缝对接第三方智慧城市管理平台。实现方便可靠安全的平台间数据交互。
下图展示了“灯随车动”控制模式实现的基本原理。当图中第二盏路灯（顺序 由左至右）侦测到运动车辆后，单灯控制器将实时传感信息（位置，运动方向及速度） 即时发送给单灯集中控制器（绿色箭头）。单灯集中控制器根据这些信息，通过“边缘计算”得出车辆前方的即时亮灯数量及亮灯持续时长，然后通过现场无线通 信网络，即时发送给目标单灯控制器（橙色箭头）。从而实现灯具在车前方及时提前 点亮的效果。在系统运行过程中，驾驶员不会察觉到前方环境亮度变化，确保行车安全。同时，道路用户经过后，路灯自动恢复节能模式。提前点亮灯具的数量及时长可以由管理平台远程编辑、远程修改。
“灯随车动”效果示意图
安装了车流检车传感器的 LED 灯具
单灯控制器 和 车流检车传感器，防护等级 IP67
四、节能率计算
在后半夜车流量极低的路段，平均车速60km/h （约 17 米/秒），5小时车辆经过数量假设为100 辆；系统设置路灯运行功率降为10%；系统设置车辆经过时提前亮灯数量5盏（相当于提前亮灯距离175米，灯杆间距 35 米）；系统设置每次触发亮灯时常 5 秒钟；则每盏灯每辆车经过后，亮灯持续时长为15 秒；（车辆距离某一盏路灯 175 米时，该灯第一次触发全亮，其后随着车辆行进，被连续触发5次，每次触发重新计时点亮时长5秒钟，最后一次触发为车辆行驶到该路灯下方， 最后一次重新计时点亮时长 5 秒钟，加上车辆行驶175 米所需 10 秒，每盏灯每车经过时累计亮灯时长为10+5=15 秒）；100 辆车累计亮灯1500 秒，即25分钟。25分钟/5 小时=8.3% 则后半夜实际用电量为满功率运行的：100% × 8.3% + 10% × 91.7% = 17.47% ，节能率为：82.53%
五、工程案例