地铁车站公共区域照明动态调光控制研究.pdf

为创建既可满足乘客需求、又绿色节能的地铁车站人工光环境，文章首先将地铁车站公共区域划分为多个照度不同的调光区域，并在分析各调光区域照度需求的基础上，确定其照度限值；然后提出根据客流量变化采用不同照度的动态调光控制策略；再以此为依据制定动态调光控制实现方案，并对涉及系统的相关改造、数据流、主要软硬件配置进行阐述；最后介绍动态调光控制方案在试点车站的实际应用效果，实践证明，该方案可有效降低照明能耗，对乘客走向有正向引导作用，且对乘客体验影响小，是行之有效的方案。关键词：地铁车站；公共区域照明；动态调光控制；照度；客流量中图分类号：U2311引言地铁车站位于地下，车站内的主要光源由灯具照明提供。地铁车站公共区域照明系统的照度是影响乘客乘车体验的重要因素。由于该区域的照明系统灯具数量多、照明面积大，加之各细分区域的照明需求有所不同，因此采取合理的控制策略对其照明系统照度进行动态控制十分重要。随着科技的进步，地铁车站照明系统照度控制技术已经从常规的分组回路控制2 发展到对每个灯具的发光量甚至色温进行无级调节。但实际运营中，却常常使用简单粗糙的时间表控制策略，即根据车站日常客流变第一作者：汤尧，男，高级工程师化规律，将公共区域照明按固定时间段设置为高峰、平峰、低谷等控制场景3，并在相应时间段对灯具照度进行固定比例调整。这样的控制策略导致相关设备的调节能力难以充分发挥，节能效果也相当有限。动态调光控制是指根据客流量、照明参数等的变化对照度进行动态控制，具有智能化、节能环保的优点。对地铁车站公共区域照明系统进行动态调光控制，可在该区域营造一个既能满足乘客舒适照明需求、又节能环保的人工光环境，对于地铁提升服务质量、实现节能降耗、践行双碳战略具有重要意义。2照度需求分析及限值确定2.1车车站公共区域调光区划分地铁车站公共区域的照明系统主要是为乘客服务。由于乘客在站内并非均匀分布，其通常聚集在最短路线附近，因此应根据乘客在站内的行走和分布规律，结合相关规范要求，将车站公共区域按照乘客分布情况划分为不同的调光区域，如图1 所示。图中蓝色双斜线区域为乘客行走区域，包括车站出入口门厅、通道、楼梯、自动扶梯、站内楼梯等；图中红色单斜线区域为乘客停留区域，包括售票室、自动售票机、检票处、自动检票口、站台候车区等；图中剩余的黑色交叉线区域为乘客很少前往或逗留的区域。考虑到照明灯具的实际布局，上述区域均划分为矩形区域。2.2各调光区域照度标准及现状2.2.1照度标准现行国家规范对地铁车站不同公共区域照明系统的100MODERNURBANTRANSIT9/2023现代城市轨道交通地铁车站公共区域照明动态调光控制研究论坛园地号出人口设备区设备区富服中心恩下沉商业广场（预留）D号出人口a站厅层设备区卫生间设备区b站台层图1地铁车站公共区域调光区划分图照度有明确规定。其中，GB/T16275-2008城市轨道低照度，以实现照明效果与节能要求之间的平衡。交通照明为专用于城市轨道交通行业的非强制性规2.3各调光区域照度限值确定范，GB50034-2013建筑照明设计标准5 为建筑领根据照明系统照度相关研究结果6-1，人在更高的域通用的强制性规范。总体而言，这2 个规范对照度标照度下具有更高的满意度、觉醒度和工作效率。因此，准值的要求基本相同，但前者表1国家规范规定的地铁车站各公共区域照度标准表针对城市轨道交通车站调光区GB/T16275-2008域的划分更加细致，如表1 所区域名称示，故本文主要将GB/T16275-出入口门厅/楼梯/自动扶梯2008中规定的照度标准值作为通道参考值。站内楼梯/自动扶梯2.2.2照度现状售票室/自动售票机（台面）虽然上述国家规范对地铁检票处/自动检票口（台面）站厅（地下）公共区域照明系统照度有明确站台（地下）的要求，但通过对采用时间表控制策略的地铁车站公共区域照明系统进行实际照度测试发现，目前普遍存在照度大幅超标的情况，如表2 所示。可见，目前地铁车站公共区域内照明系统的照度还有很大的调节空间，应对照明系统照度进行合理调控，在保证乘客舒适体验的基础上，适当降1xGB 50034-2013照度标准值区域名称150地铁进出站门厅（普通/高档）150通道、连接区、扶梯、换乘厅150售票台300换票、行李托运300地铁站厅（普通/高档）200候车（机、船）室（普通/高档）150表2 GB/T16275-2008照度标准值与实测照度平均值对比表区域名称平峰时段(100%开度)(70%开度)(50%开度)出人口门厅/楼梯/自动扶梯/150通道/站内楼梯售票室/自动售票机（台面）检票处/自动检票口（台面）站厅(地下)站台（地下)照度标准值150/200150500300100/200150/2001x不同场景下实测平均照度照度标准值高峰时段573300570200468150435低谷时段389205415263306127319186现代城市轨道交通9/2023MODERNURBANTRANSIT101论坛园地地铁车站公共区域照明动态调光控制研究从满足乘客舒适体验的目标出发，地铁车站公共区域内照明系统的照度是越高越好。但更高的照度意味着更大的成本和能耗，因此在车站不同公共区域采用不同的照度标准应该是效费比更高的方案。考虑到站内人群分布的不均匀性，在乘客经常活动的区域采用较高照度，在乘客较少活动的区域采用较低照度，既可满足大多数乘客对照度的要求，也能够兼顾降低照明能耗的目标。下面将针对车站各调光区域照明系统的照度限值进行讨论。对于其照度下限值，由于GB/T16275-2008将各区域照明系统的照度标准值定义为正常运营时段应达到的照度值，考虑到实测平均照度值高于标准值，为避免对现状改变过大，因此将GB/T16275-2008中规定的标准值作为照度下限值。对于其照度上限值，则根据不同的调光区域分别进行确定，具体如下。（1）地下车站的出入口门厅、楼梯、自动扶梯、通道、站内楼梯以及地下站厅、站台中连接上述部位的区域为乘客行走区域，乘客一般不在此停留。该区域照明系统照度应在保障乘客活动安全的同时，兼顾一定的主观舒适度，因此将其上限值确定为30 0 1 x。（2）站厅内的售票室、自动售票机、检票处、自动检票口等区域是乘客在站厅的主要停留区域，也是影响乘客出行满意度的重点区域。乘客会在此完成买票、问询等相对复杂的行为，停留时间通常约为2 1 0 min。该区域照明系统应设置较高的照度，以满足乘客的操作需求，保障其出行顺畅安全，因此将其照度上限值确定为50 0 1 x。（3）站台候车区为上下行站台门前的乘客候车区域。乘客会在此完成候车、排队上下车等活动，停留时间为38 min不等（由发车间隔时间决定）。该区域照明系统的照度需确保乘客在候车期间的主观视觉舒适度，以及在上下车期间的安全。因此，将该区域照明系统的照度上限值确定为30 0 1 x，并建议在站台门上方增设局部主题照明装置，该装置可在列车进出站期间点亮。（4）地下站厅及站台除上述乘客行走及停留区域外的其他区域，一般情况下乘客不会前往，也无需前往。如果使这些区域成为相对暗区，则可以利用人群趋光性的特点，对乘客在站内的活动路径和范围进行引导，并改善人在地下空间方向感缺失的问题。对于该区域照明系统的照度限值，若参考GB/T16275-2008的标准值，由于指标偏高，相对暗区效果不显著，因此为满足上述需求，建议参考标准值较低的GB50034-2013，将其上下限值均设定为1 0 0 1 x。综上所述，确定地铁车站公共区域各调光区照明系统的照度限值如表3所示。3动态调光控制策略由于地铁客流的峰谷明显，因此应根据客流量的变化对地铁车站公共区域照明系统进行动态调光控制，即在不同客流量情况下采用不同的照度。根据相关研究1 2-1 31，随着站内客流量的加大，乘客将更容易呈现焦躁、恐慌、冲动、从众、向光等心理特征。在这种情况下，一旦发生紧急事件，也更容易导致踩踏等安全事故。而为车站公共区域照明系统设置高照度，可提升乘客的觉醒度，缓解其躁动、紧张的情绪，从而降低安全风险。因此，车站公共区域内照明系统的照度应该与人群的拥挤程度呈正相关。基于上述分析，可对车站公共区域内照明系统采取以下动态调光控制策略：各调光区域照明系统在客流高峰期运行照度上限值，以提高乘客主观视觉舒适度及觉醒度，从而提升乘客满意度，保障乘客出行安全；在客流低谷期运行照度下限值，以实现节能降耗；在客流平峰期按式（1）的计算结果运行。4-1e=Eo+，j=1,2,3,nn表3各调光区域照度限值表调光区域名称原实测照度值设定照度下限值设定照度上限值出入口门厅/楼梯/自动扶梯/通道/573站内楼梯/连接上述部位区域售票室/自动售票机（台面）/检票处/自动检票口（台面）站台候车区地下其他区域(1)1x150300570300435150468100500300100102MODERNURBANTRANSIT9/2023现代城市轨道交通地铁车站公共区域照明动态调光控制研究论坛园地式（1）中，e为某调光区域照度计算输出值；E。为该区域照度下限值；1 为该区域调光系数，可根据各调光区域的大客流报警阈值通过反向计算得出，常用取值如表4所示；n为该区域客流采集点位数量；q,为该区域第j个客流采集点位测得的单位面积客流量实时值。如果车站现场无法获取到实时客流信息，可以在时间表控制策略基础上，根据历史客流变化曲线，预设各调光区域的照度控制曲线，并基于时间表按照预设的照度控制曲线进行控制。4动态调光控制实现方案4.1涉及系统及相关改造为低成本、高效率地实现对地铁车站公共区域照明系统的动态调光控制，应对车站既有相关设备系统进行升级改造。动态调光控制所涉及的系统包括视频监控系表4各调光区域调光系数取值表调光区域名称大客流报警阅值/人m2出入口门厅/楼梯/自动扶梯/通道/6站内楼梯/连接上述部位区域售票室/自动售票机（台面）/检票处/自动检票口（台面）站台候车区地下其他区域统（CCTV)、综合监控系统（ISCS)、环境与设备监控系统（BAS）及智能照明系统，如图2 所示。这些系统以ISCS为中心实现了互联互通。对于既有CCTV，由于其不具备视频客流统计功能，因此为其增设1 台图形处理服务器。该服务器可部署智能视频分析软件，通过分析各摄像头的视频数据，得到实时客流量，并提供人员跌倒、扶梯逆行、人员逗留、物品遗留等检测功能。对于既有BAS系统，需为其系统软件增加照度计算功能。此外，还需要对各系统的接口软件进行少量改造，主要是增加CCTV、I SC S、BA S之间的客流量数据传输功能，以及BAS与智能照明系统之间的照度指令传输功能。4.2系统数据流动态调光控制所涉及的系统间的数据流如图3所示。CCTV高清摄像机将实时视频信号传输到新增的图形处理服务器，由视频分析平台进行分析计算，得到实时客流数据，然后通过RESTfulAPI（应用程序编程接口）将客流数据发送给调光系数1ISCS，再由ISCS转发给BAS，BA S根25据各调光区域的实时客流数据，计算出540818.75该区域的目标照度，并将目标照度发送给智能照明系统执行。4.3涉及系统主要软硬件配置动态调光控制所涉及的系统中，除以太网线光纤/光缆视频线调光控制线现场总线220V电源线允余可编程序几余服务器操作终端前端处理机ISCS控制器BAS智能照明系统智能照明系统控制器既有管理终台服务器既有高清摄像机既有存储既有解码器及监视器既有高清摄像机新增图形处理服务器CCTV图2 动态调光控制涉及系统构成图总线总线调光模块调光整流器调光整流器灯具灯具现代城市轨道交通9/2023MODERNURBANTRANSIT103论坛园地地铁车站公共区域照明动态调光控制研究ISCS系统htp RestfulMBTCP网络数据平台消息总线实时数据平台消息总线前置机采集网络浏览器WebSocket区域实时客流值Ihtp响应资源表述JSONBAS系统接收客流数据几余可编程序运行调光策略服务采集与处理转发服务区域实时客流转发！区域调光状态上传！区域调光状态上传区域调光指令下控控制器MBTCP输出调光指令反馈调光状态视频监控系统网络服务器查询/订阅RESTful API区域实时客流值网络服务应用视频分析程序调用句柄平台区域实时客流视频返回/发布区域实时客流值智能照明系统一1控制器高清摄像机拉取码流调光指令下发调光状态上传DALIDALI调光模块JDALI协议整流器注：JSON为JavaScript对象表示法：WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议；REST为资源表述性状态转移；MBTCP为Modbus应用层报文传输协议；DALI是指数字可寻址照明接口，为智能照明专用通信协议。图3系统数据流示意图乘客乘车体验产生明显视频分析系统外，其余系统新增计算量不大，原有设备就可以满足计算能力要求，因此无需对原有设备进行配置升级。动态调光控制相关系统的主要软硬件配置如表5所示。5动态调光控制效果5.1实际照度情况为验证动态调光控制方案的实际效果，开发人员将其在试点车站进行了落地应用，并选择3个典型区域，表5系统主要软硬件配置表系统名称主要硬件及配置宇视管理终台服务器（配置2 颗内存为1 6 GB、CCTV存储容量为2 40 TB的1 0 核X86CPU)，大华高清网络摄像机视频分宇视GPU服务器（配置8 颗海思3359AGPU，析系统单颗芯片计算能力为4TOPS)HPERX9800余服务器（每台配置2 颗内存为ISCS32GB、存储容量为6 0 0 GB的8 核EPICCPU)BASAB1756几余可编程序控制器（4MB内存）智能照智能照明控制器、调光模块、调光整流器、明系统LED灯具注：CPU为中央处理器；GPU为图形处理器；LED为发光二极管。104MODERNURBANTRANSIT912023现代城市轨道交通分别采用时间表控制方案及动态调光控制方案，比较其在高峰、平峰、低谷3种场景下的照度数据，如表6 所示。由表可知，在采用动态调光控制方案时，各典型区域的照度值在满足标准的前提下，均有了明显下降。5.2乘客感受动态调光控制方案主要降低了过高的照度，以及无人/少人区域的照度。由于大部分乘客客流高峰期间在车站停留时间较短，因此不会受到照度变化的显著影响。根据乘客访谈调研结果可知，乘客并未意识到车站照度上的变化，说明动态调光控制方案并未对主要软件配置备注车站级视频监控管理平台软件智能视频分析新增设备及软件软件定制开发车站软件新增与视频级ISCS平台软件分析系统接口定制开发车站软件新增照度计级BAS程序算和控制功能定制开发车站级智能照明程序的不良影响。通过对车站票务工作人员的访谈调研可知，在采用动态调光控制方案后，乘客问询次数显著减少。这说明，动态调光控制方案所构建的照度梯度可利用乘客的视觉趋光性对其产地铁车站公共区域照明动态调光控制研究论坛园地表6 2 种方案各场景下的典型区域照度数据对比表1 x时间表控制区域名称运行场景高峰站厅自动平峰售票机低谷高峰出入口平峰通道1低谷高峰站台候平峰车区低谷生一定的导向作用，降低不熟悉情况的乘客在站内寻找目标（售票点、检票闸机等）的难度，在一定程度上提升了乘客的乘车体验。5.3能耗根据车站照明配电箱内的电能表数据，采用时间表控制方案和动态调光控制方案时的车站照明能耗分别为561.91kWh和47 6.9kWh，如表7 所示。由表可知，相较于传统的时间表控制方案，动态调光控制方案每天可节能约8 5kWh，节能率达到1 5.1%。表7 2 种调光方案下车站照明能耗数据对比表kWh动态调光控制时间表控制方案动态调光控制方案区域方案照度方案照度500570381415300263300573225389151205300435226319150186照明能耗小端站厅1108.40小端站厅出入口122.57小端站厅262.01小端站厅出人口216.08大端站厅148.84大端站厅出入口173.49大端站厅264.31大端站厅出人口258.15小端站台124.94小端站台229.09大端站台124.94大端站台229.09合计561.915.4动态调光控制人机界面动态调光控制人机界面设置在车控室ISCS操作终端上，如图4所示。该界面可在车站3D模型上直观动态地显示各个区域的实时照度值，并提供智能调光、人工手动调光等多种模式的选择。照明能耗96.4821.2153.3314.9542.4967.6156.5952.9215.2119.4917.7118.91476.9当日累计客流进站量56546人次出入口实时客流12人次B18人次22人次15人次重点区域实时客流30252010拥挤度报警站厅西侧电梯3-1站台门下行首销中房站台门上行中部站台门上行用端东侧阀机A区东侧阀机入区ZGQJ8：1 50 1 X出站量54654人次AZGQ110160 xGQJ58GQJ561501x1501XGQJ61GQ1631501x*1601xGBQ4*3001XGBQ223001xGBQ353001X图例手动薄光智辣游光模式海光GBQ16GQJ2GQQ8300lx1501xGQJ4GQJ7GQ12150 xGQJ93001x150 xRLGJ293001xRLGJ33150lxGBQ60净30 0GQJ43*150lxGQJ41浦1 5DIXGBQ10150ix501XGBQ40净：30 0 1 xZGQ151501xGQ501501x*3001XGBQ33米30 0 x站厅站台复位图4动态调光控制人机界面现代城市轨道交通9/2023MODERNURBANTRANSIT105论坛园地地铁车站公共区域照明动态调光控制研究用J.智能建筑与智慧城市，2 0 2 2（8)：1 7 5-1 7 7.6结论12穆广友，李晓龙，尹力明，等.地铁车站照明系统基于实时客流量对地铁车站公共区域照明系统进行能耗分析及节能对策J.城市轨道交通研究，2 0 1 0动态调光控制，可在提升乘客服务水平的同时，满足节(8):35-39.能降耗的精细化管控需求，为地铁车站创建了绿色健康13陈志洲，李倩.基于乘客心理的城市轨道交通大客的光环境。本方案可基于车站既有系统进行改造，具有流应急疏散策略研究.交通企业管理，2 0 2 2（2)：投资小、实施方便、易于推广的优势。目前的方案只是91-93.初步探索，城轨车站的照明调控还有许多可以进一步研14郑蒙.地铁车站公共区智能照明系统分析.光源与究和改进的课题，例如：在单区域调光基础上，根据客照明，2 0 2 1（1 1)：36-38.流移动的情况进行跨区域联动调光；在照度调节之外，15赵建平，王书晓，高雅春.健康照明应用研究发展实施光谱色温调节；根据室外季节、晨昏、气象等的变与展望.科学通报，2 0 2 0（4)：30 0-31 0.化进行调光。应力求更深入地认识光照与认知、情绪、节律、睡眠等的关系，利用最新的控制技术，在实现地铁车站绿色低碳运营的同时，为乘客创造安全、舒适、有益身心的照明环境1 4-1 5。参考文献1王立雄，王楚尧，于娟，等.城市轨道交通车站照明环境调研与分析J.照明工程学报，2 0 2 2（2）：169-176.2GB50157-2013地铁设计规范S.2014.3帅品格.地铁车站照明系统节能研究与应用.低碳世界，2 0 2 0（6)：1 53-1 54.4GB/T16275-2008城市轨道交通照明S.2008.5 GB50034-2013建筑照明设计标准S.2013.6陈晓东，张昕，董娴，等，地下工程办公空间中照度和色温对主观评价和工作效率的影响的初步探究.照明工程学报，2 0 2 1（6)：1 55-1 6 3.7】周超，张铭，赵俊华，等.城市轨道交通车站智慧能耗管理系统研究.现代城市轨道交通，2 0 2 2（8)：69-74.8王其.照明的生物效应一一最新发现及其如何改变人们对照明的认识J.中国照明电器，2 0 0 6（1 0）：28-32.9张强，智能照明系统在地铁运用联合库中的应用.现代城市轨道交通，2 0 1 7（1)：2 3-2 7.10杨春宇，王燕尼，汪统岳，等.不同光气候区地下轨道交通空间智慧型人工光环境研究J.西部人居环境学刊，2 0 1 7（6)：1 2-1 6.11贺丽.基于物联网技术的智慧照明在地铁车站的应收稿日期2 0 2 3-0 5-0 4责任编辑苏靖棋Research on dynamic dimmingcontrol of publicarea lighting inmetro stationsTang Yao,Liu Ying,Du Yuchuan,et al.Abstract:To create a green and energy-saving artificiallight environment that meets the needs of passengers inmetro stations,firstly,the public area of metro stationsis divided into several dimming areas with differentillumination,and the illumination limit is determinedon the basis of analyzing the illumination demandof each dimming region.Then,a dynamic dimmingcontrol strategy with different illumination is proposedaccording to the changes in passenger flow volumes.Based on this,a realization scheme of dynamic dimmingcontrol is developed,and the related transformation,data flow and main hardware and software configurationof the system are described.Finally,the practicalapplication effects of the dynamic dimming controlscheme in the pilot station are introduced.The practiceproves that the scheme can effectively reduce lightingenergy consumption,has a positive guiding effect on thepassenger direction,has litle impact on the passengerexperience,and is an effective scheme.Keywords:metro station,public area lighting,dynamicdimming control,illumination,passenger flow106MODERNURBANTRANSIT912023现代城市轨道交通