智能照明控制系統(tǒng)在體育館場地中的設(shè)計與應用

摘要：在早期的體育建設(shè)中，大多較為注重體育賽場的規(guī)糢形式，隨著體育建筑的不斷發(fā)展，人們對體育場地的功能性、設(shè)備情況、安全舒適程度和綠色環(huán)保情況越來越重視。智能系統(tǒng)開始在體育場館建設(shè)中應用，而智能照明是智能系統(tǒng)的重要組成部分。在體育項目中，乒乓球項目的訓練和比賽對照明的要求較高，賽場上照明系統(tǒng)的情況會直接影響運動員的發(fā)揮。為此，文章分析了體育場照明系統(tǒng)的特點和智能照明系統(tǒng)的使用優(yōu)勢，探討了乒乓球比賽場地智能照明系統(tǒng)模型構(gòu)建，并對乒乓球賽場智能照明系統(tǒng)擬解決的關(guān)鍵問題進行分析，從而為乒乓球運動和比賽提供有利的環(huán)境。

關(guān)鍵詞：智能照明系統(tǒng)；體育館；乒乓球比賽場

0、引言

近年來，我國舉辦了各種不同規(guī)模的運動會，而且對體育建筑的改善和建設(shè)規(guī)模逐漸擴大，特別是在 2008年成功舉辦奧運會的推動下，大批高指標的體育賽場應運而生。我國體育項目眾多，但是不管是哪項運動都離不開良好的照明系統(tǒng)。在體育項目中，乒乓球項目對照明的要求較高。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)乒乓球場館的照明系統(tǒng)如果存在問題，如照明亮度不合適、燈具安排不合理等，會對運動人員的視覺造成不良影響，對其眼睛產(chǎn)生刺激，這些因素會嚴重影響運動員正常水平的發(fā)揮，因此需要對乒乓球比賽場地的照明系統(tǒng)進行研究。

1、體育場照明系統(tǒng)概述

1.1 現(xiàn)狀

當下多數(shù)體育館使用的照明系統(tǒng)還存在很多問題，主要體現(xiàn)在以下方面：（1）在開關(guān)控制方面，基本還是使用人工進行控制的方法，這種控制方法不利于照明的管理，還存在人為疏忽導致忘記關(guān)閉電源的情況出現(xiàn)，造成不必要的消耗。（2）體育館中燈光的亮度不能調(diào)節(jié)，亮度一般始終保持不變，這種情況對運動人員來說是一個重要干擾因素，亮度過高或過低均可能對運動員造成影響。（3）不同的運動人員對燈光亮度的要求也不一樣，有的運動人員對較強的燈光并不敏感，反而喜歡較弱的光線；有的運動人員在同樣的照明下可能會產(chǎn)生視覺上的刺眼或暈眩等不適感。這需要進行人性化設(shè)計，調(diào)節(jié)方式分為兩種，一種以燈光需要為主，另一種是以運動員自身調(diào)節(jié)為主，使照明系統(tǒng)可以根據(jù)運動員的需求進行智能調(diào)節(jié)，同時避免忘記關(guān)電源而造成的能源浪費。

1.2 特點

體育館的燈光和控制系統(tǒng)具有以下特點：（1）體育館場地空間較大，供電設(shè)施擺放無法集中，特別是供電箱的擺放較為分散，但是對于供電實施又要求做到統(tǒng)一管理。（2）體育館的照明通常使用金鹵燈或鹵鎢燈，單燈功率較大,通常在400-2000W。不同的場地對照明的要求也有所不同，體育館燈光主要使用1000W燈具，體育場燈光一般使用2000W或者1800W。（3）使用人員的不同對照明開閉組合的需求會有一定差異。例如，運動比賽、大型會展、員工年會等，不同的環(huán)境下對照明的要求有較大的差異。（4）在體育館建設(shè)中，逐漸向智能化靠攏，智能化和集成度得到不斷的提升，對照明系統(tǒng)的遠程控制、交叉控制等技術(shù)不斷完善，與其他系統(tǒng)的結(jié)合使用成為發(fā)展趨勢。

初期時，空氣斷路器、接觸器等被應用于燈光照明的控制中，燈光控制主要是通過非標設(shè)計照明箱完成。這種控制方式管線較多，給安裝和維護造成很多阻礙，對當下的照明系統(tǒng)安裝要求來說，這種控制方法顯然已經(jīng)不適合。現(xiàn)在體育館對于照明系統(tǒng)的需求是實施差異化智能控制，即根據(jù)不同照明設(shè)備選擇相應的智能控制系統(tǒng)。

2、智能照明控制系統(tǒng)的應用優(yōu)勢

體育館的建設(shè)通常面積較大，所使用的照明工具數(shù)量較多，對照明方式也有較多的要求，如照明工具控制距離較遠，但是照明系統(tǒng)的光色、亮度、眩光等需要符合國家的規(guī)定標準，因此體育館應選用便捷的智能照明控制系統(tǒng)，以方便安裝和維護。

智能照明控制系統(tǒng)主要采用分布式集散控制方法。分布式集散控制方法構(gòu)成系統(tǒng)主要通過互聯(lián)網(wǎng)通信平臺，將煩瑣的控制系統(tǒng)進行層次化設(shè)計，每個層次承擔自身的責任，對層次間的連接設(shè)計使用模塊化方式，從而使每個層次之間形成連接通道。使用這種方式在控制體育館的照明系統(tǒng)中具有明顯優(yōu)勢，不但可以實時監(jiān)控體育館的照明系統(tǒng)，還可以對其進行綜合操控，能夠?qū)Ω鱾�回路、燈具使用情況和照明系統(tǒng)出現(xiàn)的問題進行實時監(jiān)測，還可以對不同運動場景對照明的需求進行改變和調(diào)節(jié)，給照明系統(tǒng)的工作人員帶來了較大的便利，使照明效果更好。智能照明控制系統(tǒng)具有以下特點：（1）線路分布和維護簡潔便利。總線制系統(tǒng)每個配電箱僅用一根標準總線便可以從主控制中心連接到末端。不僅使線路成本得到了控制，而且使得供電半徑制約問題和安裝過程煩瑣問題得以解決。智能照明控制系統(tǒng)具備隨時跟蹤以及故障檢查功能，操作人員在顯示屏上可以利用圖文界面對照明情況進行觀察，同時減少了人工費用，使整體安裝成本得到限制。（2）控制方案具有較強的適用性，操作較為便捷。 系統(tǒng)的隨時控制范圍、對象數(shù)量以及任意編寫方案的優(yōu)勢，為使用者提供了很大的便利。如果工作人員需滿足燈光場景開啟以及實現(xiàn)場景預設(shè)的要求，只需要按下控制面板的按鈕和編程控制就可做到多種功能控制，操控程序簡單。（3）不受范圍限制，整個體育場綜合管理的系統(tǒng)銜接有著標準的準接口，方便體育館同上層管理系統(tǒng)之間進行溝通，可以隨時向上層反映照明狀態(tài)、資料信息以及接受上層下達的指令，從而實現(xiàn)照明系統(tǒng)可以進行整體的操控和管理。

3、乒乓球比賽場地智能照明控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成

（1）傳感器：傳感器包括圖像和照明強度的傳感系統(tǒng)，可以對乒乓球桌子附近人員情況和照明程度的變化進行隨時的監(jiān)測，同時將監(jiān)測的所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⑻幚硐到y(tǒng)。

（2）智能移動端：智能移動端為手機App, 運動員可以根據(jù)自身視覺對燈光強度要求參數(shù)輸入App中，參數(shù)通過App向信息處理系統(tǒng)進行傳輸，從而完成對照明強度的調(diào)節(jié)。例如，運動員喜歡在較暗的燈光下進行運動時，可以通過手機App對燈光照明強度調(diào)節(jié)給予指令，指令會傳輸?shù)叫畔⑻幚硐到y(tǒng)，如果想通過運動員的指令完成配合調(diào)整工作，那么應以智能照明系統(tǒng)處理器為主要工具。

（3）信息處理器：由傳感器和移動終端傳送的指令信息，處理系統(tǒng)對指令進行區(qū)分，將不同的指令信息傳送給照明設(shè)施，照明設(shè)施會根據(jù)指令信息完成燈光的調(diào)節(jié)。

（4）智能終端：對照明強度進行調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)硅的導通角和控制電源的通斷來對指令進行執(zhí)行，使照明強度進行調(diào)節(jié)。

3.2 應用優(yōu)勢

（1）實現(xiàn)照明設(shè)備智能化開關(guān)。這個環(huán)節(jié)是圖像傳感器對場地人員數(shù)量進行監(jiān)測后，根據(jù)處理系統(tǒng)傳送的電源開關(guān)通電或斷電的信號，由照明系統(tǒng)終端結(jié)合信號內(nèi)容執(zhí)行通斷指令，使照明系統(tǒng)跟隨場內(nèi)人員變化而進行照明控制。圖像傳感器的責任是對體育館內(nèi)人員數(shù)量進行檢測和統(tǒng)計，圖像傳感器可以在每個乒乓球桌上安裝一個，使其對各個區(qū)域可以進行實時監(jiān)控和人數(shù)統(tǒng)計。如果球桌附近沒有人員運動，可以向處理系統(tǒng)傳送相對應的照明信號，應保證將良好的照明環(huán)境提供給運動員的運動區(qū)域，沒有運動員運動的區(qū)域則通過智能終端接收信號后對該區(qū)域進行斷電。

（2）實現(xiàn)燈光舒適性的智能調(diào)節(jié)。通過充分利用光照強度的傳感器的優(yōu)勢，以實現(xiàn)該功能。先是對信號利用光照進行傳輸，根據(jù)體育館內(nèi)部光照情況，照明強度參數(shù)進行智能化調(diào)整。光強傳感器可以對周邊光照情況進行感應，根據(jù)技術(shù)人員制定的環(huán)境來進行調(diào)整信號，通過相對的亮光強度來進行配合調(diào)整，傳感器每隔一段時間就需傳輸信號的需求傳送給處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)對傳送的信息給予區(qū)分，同時對照明系統(tǒng)亮度的調(diào)節(jié)發(fā)出指令，使場內(nèi)燈光的照明強度隨著場內(nèi)自然光線的變化而進行調(diào)整。但是場內(nèi)智能調(diào)節(jié)燈光的幅度不易過大、調(diào)節(jié)的次數(shù)不能過多。例如，對照明系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間的設(shè)定，可以2h進行一次監(jiān)控和調(diào)節(jié)，如果體育館由于天氣或人為因素等導致照明變化幅度較大時，應利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對調(diào)節(jié)體系進行嚴格的控制。

（3）實現(xiàn)燈光強度的客戶端調(diào)節(jié)機制。照明系統(tǒng)的人工調(diào)動和相符的程序系統(tǒng)應捆綁使用，如運動人員應下載可以操控場內(nèi)照明設(shè)施的手機軟件，之后登錄程序賬號與場館內(nèi)的照明系統(tǒng)連接。調(diào)整亮度光線，調(diào)為符合運動人員需要的亮度來對App進行設(shè)定，App會將信息指令傳送給管理服務(wù)器系統(tǒng)，然后對運動員設(shè)定的指令要求對照明強度進行調(diào)節(jié)。要想使此程序體現(xiàn)出自身作用，應以服務(wù)器通信為前提，并充分考慮到運動人員的運動指令需要，利用數(shù)字軟件技術(shù)和智能和智能調(diào)節(jié)器等核心產(chǎn)品來幫助該程序順利完成。軟件和服務(wù)器間可以進行良好的連接，從而使App可以對智能照明設(shè)施進行實時管控和工作情況監(jiān)測，實現(xiàn)人性化需求，對運動人員的不同視覺需求給予滿足。

4、應用場景

系統(tǒng)功能：

1、開關(guān)控制：對通道、走廊、公共區(qū)域、樓梯間、會議室按照單個照明回路、區(qū)域、樓層等實現(xiàn)對應照明的開關(guān)燈控制，監(jiān)視受控回路的開關(guān)狀態(tài)。

2、調(diào)光控制：滿足區(qū)域照度和亮度調(diào)節(jié)要求，支持在通道、走廊、公共區(qū)域、樓梯間、會議室等場所監(jiān)測照度或亮度，并根據(jù)需要自動/手動調(diào)節(jié)開燈數(shù)量和燈光亮度，充分利用自然光源，滿足節(jié)約了能源，營造了舒適的生活工作環(huán)境。

3、場景控制：支持不同的場景模式控制，根據(jù)不同區(qū)域的功能需求，設(shè)定場景，完成相關(guān)照明燈具的控制組合，滿足美化工作環(huán)境、提高舒適度需求。

4、照明回路電路監(jiān)測：實時監(jiān)視各照明支路/回路的運行電流、開關(guān)狀態(tài)，并自動分析回路是否有故障狀態(tài)并預警。

5、分區(qū)、總控：支持運行管理人員實時監(jiān)視各區(qū)域、樓層、樓棟的照明狀態(tài)，并根據(jù)需要進行分區(qū)、分層、分樓棟按需要分區(qū)控制、總控制。

6、實時報警：當發(fā)生模塊離線、網(wǎng)關(guān)設(shè)備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時會發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中，提示內(nèi)容為故障時間、模塊位置、故障說明。

7、歷史記錄查詢：查詢?nèi)我鈺r段內(nèi)的事件記錄，支持“當日”“*近7天”“自定義時段”方式查詢歷史事件。

5、現(xiàn)場圖片

6、產(chǎn)品選型

7、結(jié)束語

體育館乒乓球比賽場地的照明系統(tǒng)存在設(shè)計煩瑣等問題。為此，文章提出引入智能照明控制系統(tǒng)加以解決上述問題，運用計算機智能系統(tǒng)可以讓燈光根據(jù)場館內(nèi)自然光線程度、人員數(shù)量等條件實現(xiàn)自我調(diào)節(jié)，具有一定的實用性。

【參考文獻】

[1]吳頻波,體育館乒乓球比賽場地智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計。

[2]高知林，潘志安，秦華旺，等.智能照明系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn)[J],工業(yè)控制計算機,2020,33(11):28-29,31。

[3]陳曉莉,王志鐸,基于ZigBee的道路智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計[J],現(xiàn)代電子技術(shù),2019,42(12):72-75。

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊.2022.05版。

作者介紹：

陳芳芳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無線測溫系統(tǒng)的研發(fā)與應用。