كيف تعمل إضاءة الشوارع الذكية؟

في بعض الأيام، كانت مصابيح الصوديوم عالية الضغط (HPS) منتشرة في كل مكان في الشوارع. ووفقًا لدراسة أجرتها شركة نافيغانت للاستشارات لصالح وزارة الطاقة الأمريكية عام 2002، بلغ استهلاك الطاقة للإضاءة الخارجية الثابتة 57.8 تيراواط/ساعة سنويًا. وكانت مصابيح التفريغ عالي الكثافة (HID)، باستهلاكها البالغ 50.2 تيراواط/ساعة سنويًا، من المساهمين الرئيسيين في استهلاك الطاقة. وقد جعلت هذه الاحتياجات الهائلة من الطاقة الإضاءة الذكية للشوارع تقنية ضرورية للدول في جميع أنحاء العالم.

تُعدّ مصابيح LED جزءًا لا يتجزأ من هذه الأنظمة. فهي توفر إضاءة أفضل لكل واط (lm/W) لتحقيق كفاءة أعلى في استهلاك الطاقة، كما أن طبيعتها الإلكترونية تسمح لها بتقديم ميزات فريدة كانت مستحيلة مع تقنيات الإضاءة التقليدية.

تتميز أنظمة إضاءة الشوارع الذكية بتقنية LED بميزات مثل تحديد الموقع التلقائي عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، والتعتيم التلقائي، والإضاءة بناءً على خطوط الطول والعرض والمناطق الزمنية، والتحميل التلقائي للبيانات، وتقارير إحصائية عن استهلاك الطاقة، وتنبيهات في حال وجود أي خلل في البيانات. هذه الميزات مجتمعة تُمهد الطريق لإضاءة خارجية منهجية وآلية وفعالة. ستتناول هذه المقالة جميع آليات عمل أنظمة إضاءة الشوارع الذكية، وفوائدها، وأنواعها. فلنبدأ!

نظام إضاءة الشوارع الذكي ومكوناته

عندما نستخدم كلمة "ذكي" لوصف أي نظام، فإننا نعني أنه قادر على جمع البيانات باستخدام أجهزة الاستشعار واتخاذ القرارات بناءً على مخرجات حسابية باستخدام المعالجات. ويمكن لمستخدمي الأنظمة الذكية تخصيص المعالجة لتحقيق النتائج المرجوة.

يضمن نظام إضاءة الشوارع الذكي كفاءة الطاقة، ويقلل من استهلاكها، ويحد من التلوث الضوئي، مع تعزيز راحة الجمهور. وتتضافر عدة أجزاء لتكوين هذا النظام الذكي. إليكم تفاصيلها:

● أجهزة الاستشعار

تعمل أجهزة الاستشعار كمدخلات لنظام الإضاءة، حيث تجمع البيانات بناءً على الظروف البيئية. تُثبّت هذه الأجهزة على وحدة الإضاءة أو العمود، وتُقدّم تغذية راجعة للنظام. في القسم التالي، سنتناول أنواع أجهزة الاستشعار المختلفة.

● التواصل

تستخدم أنظمة إضاءة الشوارع الذكية طرق اتصال مثل Zigbee و LoRa (المدى الطويل) و NB-IoT (إنترنت الأشياء ذو ​​النطاق الضيق) و Wi-Fi وشبكات الهاتف المحمول للتواصل بين الأضواء ونظام التحكم المركزي.

● مصباح LED قابل للتعتيم

أي نظام إضاءة شوارع ذكي يتطلب مصباح LED قابلًا للتعتيم. يُمثل هذا المصباح إضافةً كبيرةً لكفاءة استهلاك الطاقة في النظام، فضلًا عن تحسين أدائه الوظيفي العام. إن ميزة قدرته على ضبط سطوعه حسب الحاجة باستخدام دائرة إلكترونية صغيرة تجعل طريقة توليد الضوء فيه مثاليةً لأنظمة الإضاءة.

● شريحة المعالجة

يلزم وجود شريحة معالجة تتصل ببرنامج تحكم مركزي للتحكم في نظام الإضاءة. تقوم هذه الشريحة بتغيير مستوى السطوع، وجمع البيانات، ومراقبة الأجهزة، والتحكم بها لدمج جميع الأجهزة في نظام إضاءة شوارع ذكي.

● مصدر الطاقة

تعمل لوحات الدوائر المطبوعة أو رقائق LED بجهد يتراوح بين 0 و12 فولت. لذا، يلزم وجود وحدة تزويد طاقة. تقوم هذه الوحدة بتحويل جهد التيار الكهربائي العالي إلى جهد LED المطلوب بناءً على متطلبات شريحة المعالجة. تُعرف هذه الوحدات أيضًا باسم مشغلات مصابيح LED. وبحسب نوع تقنية LED المستخدمة في أنظمة إضاءة الشوارع الذكية، قد تكون هذه المشغلات من نوع التعتيم 0-10 فولت، أو المؤقت، أو DALI، أو PWM.

● برنامج التحكم المركزي

هو برنامج سهل الاستخدام بواجهة تتيح إدارة أنظمة إضاءة الشوارع الذكية عبر الحاسوب أو الأجهزة المحمولة. يُعرف أيضاً بنظام الإدارة المركزية (CMS). تتوفر العديد من البرامج الخاصة من مختلف مصنعي أنظمة الإضاءة، ومن أشهرها: Atrius من Acuity Brands، وLumiGrid من Digital Lumens، وiLumin من Hubbell Lighting، وInteract من Signify، وnLight من Cree Lighting.

● نظام الإدارة المركزية (CMS) لإضاءة الشوارع الذكية

أجهزة استشعار لإضاءة الشوارع الذكية

في مدينة تعجّ بالسيارات وحركة المرور، تعمل مستشعرات أنظمة إضاءة الشوارع الذكية كعيون وآذان. فبدلاً من تشغيل وإطفاء الأنوار يدويًا، تعمل بيانات المستشعرات على أتمتة نظام الإضاءة باستخدام الخلايا الضوئية ومستشعرات الحركة. ومع ذلك، تتضمن الأنظمة الحديثة أيضًا مستشعرات الاهتزاز والصوت لتوفير نظام متكامل لإدارة المدينة.

❖ مستشعر الإضاءة المحيطة

أصبحت المستشعرات الضوئية جزءًا لا يتجزأ من أنظمة إضاءة الشوارع الذكية بتقنية LED. فهي تراقب ظروف الإضاءة المحيطة لضبط شدة الإضاءة أو سطوعها، كما يمكنها إطفاء الضوء تلقائيًا بناءً على ظروف الإضاءة الطبيعية. وتتكون هذه المستشعرات من خلايا ضوئية تولد الكهرباء عند تعرضها لأشعة الشمس، حيث تتحول شدة الضوء الساقط عليها إلى طاقة كهربائية تعمل كإشارة.

❖ مستشعرات إضاءة الشوارع للمشاة

سيؤدي رصد مرور شخص أمام عمود الإنارة إلى زيادة أو خفض سطوع إضاءة الشارع. وستساهم تقنية الإضاءة الذكية بتقنية LED في رفع كفاءة الإنارة. إذ تقوم المستشعرات برصد حركة المشاة، فتزيد سطوع الإضاءة أمامهم وخلفهم، مع الحفاظ على سطوع منخفض لبقية الطريق.

❖ أجهزة استشعار حركة المرور

تشغيل مصابيح الشوارع بأقصى سطوع يُهدر الطاقة والموارد عندما يكون المرور خفيفًا ليلًا. تستشعر أجهزة استشعار المرور المركبات القادمة وتزيد سطوع الطريق أمامها بينما تُخفّض السطوع خلفها. يلزم بروتوكول اتصال سريع لأن إشارات أجهزة استشعار المرور يجب أن تصل إلى وحدة المعالجة لاتخاذ القرار بسرعة.

❖ أجهزة استشعار الطقس لإضاءة الشوارع

يستقبل نظام إضاءة الشوارع الذكي بتقنية LED بيانات الطقس ويرسلها إلى نظام الإدارة المركزي. تشمل أجهزة الاستشعار درجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح، بالإضافة إلى البارومتر ومقاييس المطر. علاوة على ذلك، تتميز أجهزة الاستشعار فوق الصوتية الحديثة بصغر حجمها، مما يسمح للفنيين بتركيبها فوق وحدات الإضاءة دون إضافة مساحة أو وزن يُذكر. يُسهم هذا النظام في دعم إدارة المدينة وتوفير البيانات للسلطات على نطاق أوسع.

❖ مستشعرات صوتية لأضواء الشوارع

يمكن لإدارة المدينة تركيب أجهزة كشف الصوت على أعمدة الإنارة حفاظاً على سلامة المواطنين. تستطيع هذه الأجهزة رصد إطلاق النار وتحديد الموقع الجغرافي للسلطات لاتخاذ الإجراءات اللازمة. يرسل الجهاز المعلومات عبر بروتوكول الاتصال المحدد إلى نظام إدارة المحتوى، الذي بدوره يحيلها إلى جهة إنفاذ القانون المختصة.

❖ مستشعرات اهتزاز مصابيح الشوارع

يمكن أيضاً تركيب أجهزة استشعار الاهتزازات للكشف عن الزلازل فوق أعمدة الإنارة لرصدها واتخاذ الإجراءات اللازمة مسبقاً. وتوفر هذه الأجهزة بيانات مباشرة من مواقع مختلفة لإجراء تحليل معمق واستجابات دقيقة.

آلية عمل نظام إضاءة الشوارع الذكي

تعتمد آلية عمل نظام إضاءة الشوارع الذكي على استخدام وحدة تحكم، وإضاءة، ومصدر طاقة، ووحدة اتصال، ومكونات استشعار أخرى. وتتواصل جميع هذه المكونات باستمرار مع وحدة التحكم.

ترسل المستشعرات البيانات إلى وحدة التحكم، التي تحولها إلى صيغة رقمية لنقلها والتحكم بها. كما تتواصل وحدة التحكم مع وحدة الطاقة لضبط سطوع إضاءة LED أو تشغيلها وإيقافها. وكما ذُكر سابقًا، تُصدر تنبيهات لنظام إدارة المحتوى (CMS) وتُرسل البيانات عبر بروتوكول اتصال، مثل 4G أو WiFi أو غيرهما.

كيف يعمل نظام التحكم الذكي في إضاءة الشوارع؟

فوائد إضاءة الشوارع الذكية بتقنية LED

توفر أنظمة إضاءة الشوارع الذكية القائمة على تقنية LED مزايا اقتصادية وأمنية وتخصيصية هائلة لا تستطيع أنظمة الإضاءة التقليدية تحقيقها. إليكم بعض الفوائد الرئيسية لإضاءة LED الذكية:

• كفاءة الطاقة: يقلل من استهلاك الطاقة باستخدام أجهزة استشعار الحركة وميزات التعتيم لتوفير الإضاءة فقط عند الحاجة.
• توفير التكاليف: فهو يقلل من تكاليف الكهرباء بنسبة 50-75% ويوفر عائدًا سريعًا على الاستثمار.
• السلامة العامة: تعزيز السلامة من خلال تحسين الإضاءة ودمج أجهزة الاستشعار التي تكشف عن إطلاق النار وتراقب حركة المرور.
• جمع البيانات: يجمع البيانات الهامة لمساعدة المدن على اتخاذ قرارات مستنيرة وتحسين سهولة الاستخدام للسكان.
• قابلية التوسع والمرونة: سهولة التوسع والتكيف مع المدينة الذكية في المستقبل دون الحاجة إلى تغييرات كاملة في البنية التحتية للمدينة.
• الأثر البيئي: خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لدعم أهداف الاستدامة الخاصة بك.
• تحسينات الصيانة: تسهل المراقبة عن بعد وتقلل تكاليف الصيانة من خلال التحديثات والتنبيهات في الوقت الفعلي.
• التنمية الحضرية: تشكل الأساس للبنية التحتية للمدن الذكية، مما يتيح مراقبة جودة الهواء، والتحكم في حركة المرور، وشبكة الواي فاي العامة، وغير ذلك.
• الفوائد الاقتصادية: زيادة إيرادات الشركات المحلية وتقليل معدلات الجريمة من خلال تحسين البيئات الحضرية.
• عمر طويل: نظرًا لطول عمر مصابيح LED - الذي يصل إلى 20 عامًا - يتم استبدالها بشكل متكرر، وبالتالي بتكلفة أقل.

دراسات حالة لإضاءة الشوارع الذكية بتقنية LED

أثبتت العديد من الدراسات جدوى أنظمة إضاءة الشوارع الذكية بتقنية LED. وتتبنى مدنٌ عديدة حول العالم هذه التقنية، وتستحق نتائجها النقاش. إليكم بعض الأمثلة:

1. شيكاغو

تتصدر مدينة شيكاغو المشهد بمشروعٍ قيمته 160 مليون دولار لاستبدال 85% من مصابيح الإنارة العامة بمصابيح ذكية. وتهدف هذه المبادرة إلى خفض استهلاك الطاقة بنسبة تتراوح بين 50 و75%.

2. لوس أنجلوس

تم تركيب مصابيح شوارع ذكية في 80% من طرق لوس أنجلوس. تتميز هذه المصابيح المتصلة بمصابيح LED، وتقنية اتصال لاسلكي 4G LTE، وأجهزة استشعار لكشف إطلاق النار والتهديدات الأخرى. في السنة الأولى، شهدت لوس أنجلوس انخفاضًا بنسبة 63% في تكاليف الطاقة وتحسنًا في تغطية شبكة الهاتف المحمول على مستوى المدينة.

3. دالاس، تكساس

يضم برنامج مختبر المدن الذكية 23 مصباح إنارة شوارع ذكية مزودة بمصابيح LED وأجهزة لإدارة مواقف السيارات، وري الحدائق، وتحسين جودة الهواء في منطقة ويست إند التاريخية بمدينة دالاس. وقد أسفرت النتائج عن انخفاض تكاليف الطاقة بنسبة 35%، وارتفاع إيرادات الشركات المحلية بنسبة 12%، وانخفاض معدل الجريمة بنسبة 6%. وإذا ما طبقت دالاس هذه التقنية بالكامل على جميع مصابيحها البالغ عددها 85 ألف مصباح، فستوفر حوالي 90 مليون دولار سنوياً.

4. سكنيكتادي، نيويورك

تستخدم مدينة سكنيكتادي مصابيح LED لنشر نظام إضاءة شوارع ذكي مزود بمستشعر حركة لخفض الإضاءة تلقائيًا عند خلو الشوارع من حركة المرور. ويمكن الوصول إلى الشبكة بأكملها عبر متصفح ويب آمن. كما تُساهم كاميرات عالية الدقة مثبتة على أعمدة الإنارة في تحسين انسيابية حركة المرور وسلامة المواطنين. ويبحث رئيس البلدية عن طرق إضافية للاستفادة من تقنية إنترنت الأشياء في صيانة المدينة وتطوير بنيتها التحتية.

5. ياسي، رومانيا

يهدف مشروع إنارة الشوارع الذكية في مدينة ياسي برومانيا إلى إحداث نقلة نوعية في إنارة الشوارع في الضواحي. في البداية، قامت إدارة المشروع بتركيب أكثر من 8000 مصباح إنارة ذكي، مع اعتماد أنظمة ذكية لتوفير الطاقة وخاصية التعتيم التلقائي لخفض استهلاك الطاقة بأكثر من 50%. وقد أطلقت شركة CHZ Lighting، بالتعاون مع شركة Zhejiang Fangda Intelligent Control Co., Ltd.، مصابيح إنارة شوارع ذكية باستخدام أحدث تقنيات الربط البيني من الجيل الرابع (4G). يعتمد النظام على وحدة تحكم مركزية لتحميل الإشارات إلى السحابة، مما يتيح المراقبة والتحكم عن بُعد في شدة الإضاءة عبر الخادم والهواتف المحمولة.

6. سوتشيفا، رومانيا

في مدينة سوتشيفا برومانيا، قامت شركة CHZ Lighting بتركيب أكثر من 1600 مصباح إنارة شوارع ذكي من طراز ST29-30W في المدينة وبلداتها. وباستخدام أحدث تقنيات الربط البيني بتقنية الجيل الرابع (4G)، يُعد كل مصباح جزءًا من مجموعة متصلة، حيث تُرفع الإشارات إلى السحابة الإلكترونية عبر وحدة تحكم مركزية. والنتيجة هي تمكين أصحاب المباني من التحكم في المصابيح وإدارتها عن بُعد، ما يُسهم في تشغيلها بكفاءة عالية وتوفير كميات هائلة من الطاقة. وقد لاقى المشروع استحسانًا كبيرًا، إذ ساهم بشكل ملحوظ في تحسين جودة الإضاءة، وخفض استهلاك الكهرباء، وتبسيط الصيانة.

مزايا الإضاءة الذكية للشوارع من CHZ Lighting

إذا كنت تبحث عن علامة تجارية موثوقة لمشروع إضاءة الشوارع الذكية، فإن CHZ Lighting هي الخيار الأمثل. فهي تُدمج العديد من الميزات التي يصعب تحقيقها في أنظمة الإضاءة التقليدية. إليك أهم مزايا التعاون مع CHZ Lighting لتجهيز نظام إضاءة شوارع متكامل:

• CAT4 للاتصالات: استخدام اتصال 4G كامل النطاق من أجل اتصال موثوق به يتيح تحديد الموقع التلقائي لبطاقة SIM الخاصة بعمود الإنارة عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
• نقل البيانات: يمكن لهذه المصابيح أن توفر تقارير إحصائية عن استهلاك الطاقة تلقائيًا وأن تقوم بتحميل المعلمات تلقائيًا.
• نظام الإنذار: تقوم وحدات التحكم LED بإرسال إشارة إلى نظام إدارة المحتوى (CMS) بشأن أي خلل في المعلمات مما يمكن أن يقلل من تكاليف زيارة موظفي الصيانة.
• دائرة التحكم: تعتيم تلقائي يعتمد على ثلاث تقنيات: 0-10 فولت / مؤقت / DALI. يمكن للأضواء اكتشاف الموقع الجغرافي (خط العرض وخط الطول) تلقائيًا لتشغيل/إطفاء مصابيح LED مع شروق الشمس وغروبها.
• رقائق LED SMD الممتازة: تستخدم رقائق Philips 3050 أو 5050 عالية الجودة لتحقيق كفاءة إضاءة فائقة تزيد عن 160 لومن/واط.
• محركات قوية: تستخدم جميع مصابيح CHZ LED محركات MW، وهي واحدة من المحركات الرائدة في الصناعة.
• الشهادات: تقوم شركة CHZ بتصنيع منتجاتها من مصابيح LED باستخدام التكنولوجيا القياسية والشهادات الدولية، بما في ذلك CE وCB وENEC+ وENEC وROHS وISO9001 وISO14001 وISO50001 وISO45001.
• تصنيفات IP: تنتج شركة CHZ lighting علبًا توفر تصنيفات IP66 / IK09 لمقاومة الماء والرمل والصدمات.
• العمر الافتراضي: توفر وحدات إضاءة CHZ عمرًا افتراضيًا يزيد عن 50000 ساعة.

خاتمة

أصبحت تقنية إضاءة الشوارع الذكية راسخة ومثبتة الفعالية. وتُثبت العديد من الأمثلة جدوى هذه الأنظمة في التنمية الحضرية الحديثة. يُمكن دمج أجهزة استشعار الطقس والصوت والإضاءة والزلازل والتقارب لإنشاء نظام قوي يحمي السلطات في مختلف الظروف الميدانية بالمدن. كما تُساهم هذه التقنية في خفض فواتير الطاقة والمساعدة في مكافحة الجريمة من خلال أجهزة كشف إطلاق النار.

قد يشمل نظام الإضاءة وحدات تنبيه عامة، وكاميرات، وشاشات عرض رقمية، وتطبيقات أخرى لإضاءة الشوارع. تتيح تقنية الاتصال السريع بشبكة الجيل الرابع (4G) في أجهزة إضاءة الشوارع الذكية من CHZ إمكانية دمج المزيد من أجهزة الاستشعار والأجهزة في الوحدة. تفضل بزيارة موقع CHZ الإلكتروني للاطلاع على مجموعة واسعة من الحلول المثالية لإضاءة الشوارع الذكية. نتمنى أن تجد المنتجات المناسبة لمشروعك القادم لإضاءة الشوارع الذكية!