Intelligente Straßenbeleuchtungssysteme

An künstliche Beleuchtung auf den Straßen ist jeder längst gewöhnt und hält sie für selbstverständlich. An verschiedenen Masten angebrachte Lampen beleuchten Autobahnen, Straßen, Landstraßen, Höfe, Spielplätze und andere Gebiete und Objekte. Sie werden automatisch oder manuell zu einer bestimmten Tageszeit gemäß dem Zeitplan oder nach Ermessen des Disponenten eingeschaltet.

Abhängig von den Eigenschaften des beleuchteten Objekts werden an verschiedenen Orten Laternen mit Reflektoren, diffuse Laternen oder Laternen mit unterschiedlich geformten Schirmen verwendet. Auf diese Weise werden Hauptstraßen mit Reflektorlampen beleuchtet, Nebenstraßen können auch mit diffusen Lampen mit diffusen Schirmen beleuchtet werden und Parks und Fußwege werden oft mit einem sanften Licht beleuchtet, das von kugelförmigen oder zylindrischen Schirmen ausgestrahlt wird.

SNiP 23-05-95 „Natürliche und künstliche Beleuchtung“ regelt den Betrieb der Straßenbeleuchtung, und die im Jahr 2011 vorgenommenen Änderungen an dieser Norm bedeuten nun die flächendeckende Einführung der LED-Technologie.Die Verordnung betrifft unter anderem die Gewährleistung der Sicherheit des Straßen- und Fußgängerverkehrs, in dessen Zusammenhang die Werte der Lampenleistung und der Beleuchtungsstärke für Objekte mit unterschiedlichen Zwecken festgelegt werden.

Die Verkehrssicherheit steht an erster Stelle, und hier ist es wichtig, sowohl die Bewegungsgeschwindigkeit und die Gegebenheiten des Geländes als auch das Vorhandensein von Elementen der Verkehrsinfrastruktur zu berücksichtigen: Brücken, Kreuzungen, Kreuzungen usw.

Die Sichtverhältnisse für den Fahrer müssen so sein, dass sie nicht zu einer vorzeitigen Ermüdung beitragen. Von großer Bedeutung ist die horizontale Beleuchtung von Straßen und Wegen, die im Dokument durch die Beleuchtungskategorie und die Verkehrsintensität definiert wird.

Für die Straßenbeleuchtung werden traditionell folgende Lampentypen verwendet: Glühlampen, Quecksilberdampf-Hochdrucklampen, Bogen-Halogen-Metalldampflampensowie Natriumhoch- und Niederdrucklampen. In den letzten Jahren wurde dieses Sortiment um LED-Lampen erweitert.

Was LED-Lampen betrifft, sind ihre Lichteigenschaften und technischen Eigenschaften anderen Lampentypen, die traditionell für die Straßenbeleuchtung verwendet werden, überlegen. LEDs sind sehr sparsam, sie verbrauchen ein Minimum an Strom und können elektrischen Strom mit einem Wirkungsgrad von fast 90 % direkt in Licht umwandeln.

Der Fairness halber stellen wir fest, dass LEDs heute bei erheblicher Leistung hinsichtlich der Effizienz einigen Arten herkömmlicher Lampen unterlegen sind. Doch nach Prognosen von Experten wird die LED-Technologie in den kommenden Jahren einen solchen Grad an Perfektion erreichen, dass sie Gasentladungslampen im Bereich der Straßenbeleuchtung vollständig ersetzen wird.

Das ist im Grunde alles, was man über herkömmliche Straßenbeleuchtungssysteme sagen kann. Lassen Sie uns jedoch einige Nachteile erwähnen. Erstens ist es unwirtschaftlich. Strom wird unabhängig von der Realität verbraucht und das herkömmliche Straßenbeleuchtungssystem ist nicht flexibel. Die zweite negative Eigenschaft ist der Bedarf an Wartungskosten und die Unmöglichkeit eines Dauerbetriebs, wodurch bei Störungen vorübergehend auf Sicherheit verzichtet werden muss.

Diese Nachteile entfallen bei intelligenten Straßenbeleuchtungssystemen. Ein intelligentes Straßenbeleuchtungssystem besteht nicht mehr nur aus Laternen mit Lampen. Das System umfasst sowohl eine Reihe von Straßenlaternen als auch ein Netzwerk zum Austausch von Informationen mit einem lokalen Zentrum (Konzentrator) und deren Übertragung an einen Server zur weiteren Verarbeitung der empfangenen Daten.

Hierbei wird von einer bidirektionalen Kommunikation ausgegangen, die es Ihnen ermöglicht, die Helligkeit der Scheinwerfer je nach Wetterlage und aktueller Verkehrslage aus der Ferne anzupassen. Beispielsweise sollte bei Nebel die Helligkeit hinzugefügt und bei hellem Mond verringert werden. Dadurch werden im Vergleich zu herkömmlichen Straßenbeleuchtungssystemen mindestens 2-fache Energieeinsparungen erzielt.

Die Wartung intelligenter Straßenbeleuchtungssysteme ist schneller und kostengünstiger. Durch die kontinuierliche Überwachung des Status der Lampen aus der Zentrale können Sie sofort auf eine Störung reagieren und diese schnell beheben. Es ist nicht mehr notwendig, dass die Einsatzkräfte regelmäßig im Kontrollbereich herumlaufen, um festzustellen, ob eine Lampe defekt ist. Es genügt, zu einer bereits bekannten Lampe zu gehen und sie einfach zu reparieren.

Das Schlüsselelement des intelligenten Systems ist der Laternenpfahl selbst, der mehrere Hauptblöcke enthält: einen Lampentreiber, ein Kommunikationsmodul und eine Reihe von Sensoren. Dank des Treibers wird die Lampe mit stabilisierter Spannung und Gleichstrom betrieben. Die digitale Steuerung und Datenübertragung erfolgt über das Kommunikationsschnittstellenmodul. Sensoren überwachen das Wetter, die Position der Säule im Raum und den Grad der Transparenz der Luft. Damit erreicht die Effizienz des Lichtmanagements in Städten und Autobahnen ein qualitativ neues Niveau.

Die Beleuchtungsstärke von Objekten in einem bestimmten Bereich wird dank eines lokalen Konzentrators, der die Helligkeit, die Richtung des Lichts und sogar seine Farbe präzise steuert, in Echtzeit überwacht. Abhängig von den Wetterbedingungen, der Verkehrsintensität, dem Vorhandensein von Niederschlägen und dem Niveau der künstlichen Beleuchtung kann das Niveau der künstlichen Beleuchtung automatisch geändert werden.

Lichtverstärkung oder umgekehrt – Dimmung – dieser Vorgang kann durch intelligente Elektronik gesteuert werden. Rechtzeitiges Dimmen wirkt sich übrigens positiv auf die Lebenserwartung von LED-Lampen aus und hilft, Energie zu sparen, ohne anderen zu schaden.

In einigen Ländern gibt es auch heute noch intelligente Systeme mit autonomer Stromversorgung, bei denen jeder Pol über eine separate Solarbatterie oder Windkraftanlage verfügt.

Die Energie des Windes oder der Sonne (tagsüber) wird ständig in der Batterie gespeichert, aber von der Lampe bei Bedarf, unter Berücksichtigung der äußeren Bedingungen, in einem geeigneten Modus verbraucht. Die Vorteile solcher Lösungen liegen auf der Hand. Laternen sind praktisch wartungsfrei, sie sind autonom, wirtschaftlich und sicher.Es sei denn, Sie müssen die Lampenschirme regelmäßig von Staub und Schmutz befreien, insbesondere auf Autobahnen.

Ein Remote-Server oder Zonencontroller steuert automatisch das intelligente Straßenbeleuchtungssystem. Zunächst werden Einstellungen und ein Steueralgorithmus festgelegt, nach dem dann Signale zum ferngesteuerten Ein- und Ausschalten und Anpassen der Helligkeit der Laternen generiert werden. Die Signale werden den Signaleingängen der Treiber zugeführt.

Dadurch werden Energieeinsparungen, eine längere Lampenlebensdauer und ein insgesamt wirtschaftliches Beleuchtungssystem erreicht. Zur Signalübertragung werden RS-485, Funkkanal, Ethernet, GSM, Twisted Pair oder auch Stromleitungen als Leiter für das HF-Signal verwendet.

Mithilfe von Servern können Sie eine bestimmte Lampe ansprechen und sie ein- oder ausschalten, indem Sie das entsprechende Signal an ihre Steuereinheit senden. Insbesondere wenn ein Funkfrequenzkanal verwendet wird, wird dem Beacon über das TCP/IP-Protokoll eine IP-Adresse zugewiesen.

Jedem Beacon bzw. jeder Beacon-Steuereinheit wird zunächst eine der vielen tausend verfügbaren IP-Adressen zugewiesen, und der Bediener sieht jeden Beacon mit seiner Adresse und seinem aktuellen Status auf einer Computermonitorkarte.

Zu den Funktionen des Servers gehören regelmäßige Abfragen von Laternen, und eine Laterne mit einer bestimmten Fabrikadresse wird einfach an einen Ort auf dem Territorium gebunden. Aufgrund der hohen Kosten wird die GSM-Steuerung nur in Ausnahmefällen eingesetzt.

Intelligente Straßenbeleuchtungssysteme verfügen über drei Steuerungsebenen für einzelne Lampen, und obwohl die Steuerungsmethoden von Designer zu Designer unterschiedlich sind, bleibt das Prinzip dasselbe. DotVision (Frankreich) bietet beispielsweise folgende Steuerungsmöglichkeiten an:

• Individuell;

• Zonen mit Leistungsregulierung;

• Zonal mit Regulierung und Telemetrie.

Durch die individuelle Steuerung werden maximale Einsparungen sowie eine hohe Servicegenauigkeit für den Komfort und die Sicherheit der Menschen gewährleistet. Jede Lampe wird individuell mit intelligenten Vorschaltgeräten, Transceivern und Controllern gesteuert und geregelt.

Die Zonensteuerung mit Fernleistungsregelung ist ein Kompromiss im Hinblick auf die Ausgewogenheit von Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit. Im Zonensteuerschrank ist ein Leistungsregler- und Telemetriesystem auf Basis von LonWorks oder Modbus installiert, das eine bidirektionale Kommunikation zwischen Zonencontroller und Zonenserver ermöglicht.

Bei der Zonensteuerung mit Telemetrie ist die Wirtschaftlichkeit gering, aber der Zonencontroller überwacht Fehler eindeutig, führt Telemetrie durch und steuert die Lampen ferngesteuert (ein und aus). Für die Übertragung von Telemetrieinformationen und Steuersignalen steht ein bidirektionaler Datenaustausch zwischen dem Server und dem Controller zur Verfügung.

Natürlich gibt es neben Lichtsensoren, die für das Einschalten des Lichts am Abend und das Ausschalten des Lichts am Morgen zuständig sind, auch andere Methoden der automatisierten Steuerung. Stwol (Korea) bietet beispielsweise die Möglichkeit, die Beleuchtung direkt entsprechend der aktuellen Beleuchtungsstärke zu steuern. Allerdings nicht mit Hilfe eines Fotosensors, sondern mit Hilfe von GPS.

Die geografischen Koordinaten werden mit der Zeit von Sonnenaufgang und Sonnenuntergang verknüpft – das Programm führt die Berechnungen durch – und zu einem bestimmten astronomischen Zeitpunkt weiß das Gerät bereits, dass es in 15 Minuten dunkel sein wird und schaltet das Licht im Voraus ein. Oder 10 Minuten nach Sonnenaufgang löscht er, sich auf die gleiche Weise orientierend, die Laternen.Eine einfachere Methode besteht darin, das Licht je nach Wochentag zu einer bestimmten Tageszeit nach einem Zeitplan ein- und auszuschalten.