كيف تعمل إضاءة الشوارع الذكية؟

كانت هناك أيام حيث كانت مصابيح الصوديوم عالية الضغط (HPS) منتشرة في كل الشوارع. وفقًا للدراسة التي أجرتها شركة Navigant Consulting في عام 2002 للولايات المتحدة وزارة الطاقة، 57.8 تيراواط ساعة/سنة هو استهلاك الطاقة للإضاءة الثابتة الخارجية. كانت مصابيح التفريغ عالي الكثافة (HID)، بقدرة 50.2 تيراوات ساعة/سنة، من بين المساهمين الرئيسيين في استهلاك الطاقة. إن متطلبات الطاقة الهائلة جعلت من إضاءة الشوارع الذكية تقنية ضرورية للعديد من البلدان حول العالم.

تعتبر مصابيح LED جزءًا لا يتجزأ من هذه الأنظمة. إنها توفر لومن أفضل لكل واط (lm/W) من أجل كفاءة الطاقة، وطبيعتها الإلكترونية تسمح لها بتقديم ميزات فريدة تعتبر مستحيلة مع تقنيات الإضاءة التقليدية.

تتمتع أنظمة إضاءة الشوارع الذكية LED بمميزات مثل تحديد المواقع GPS التلقائي، والتعتيم التلقائي، والإضاءة بناءً على مناطق زمنية الطول والعرض، وتحميل المعلمات التلقائي، وتقارير إحصائيات استهلاك الطاقة، وإنذارات شذوذ المعلمات. تمهد هذه الميزات مجتمعة الطريق للإضاءة الخارجية المنتظمة والآلية والفعالة. ستغطي هذه المقالة جميع آليات عمل إضاءة الشوارع الذكية وفوائدها وأنواعها. لنبدأ!

نظام إنارة الشوارع الذكي ومكوناته

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

يضمن نظام إضاءة الشوارع الذكي كفاءة الطاقة، ويقلل من استهلاك الطاقة ويقلل من تلوث الضوء مع تعزيز الراحة العامة. تؤدي عدة أجزاء بشكل جماعي وظيفة نظام إضاءة الشوارع الذكي. وهنا تفاصيلهم:

●   أجهزة الاستشعار

تعمل المستشعرات كمدخلات لنظام الإضاءة، حيث تجمع البيانات بناءً على الظروف البيئية. يتم تثبيتها على تركيبات الإضاءة أو العمود وتوفر ردود الفعل للنظام. في القسم التالي، سوف نستكشف أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار.

●  تواصل

تستخدم أنظمة إضاءة الشوارع الذكية طرق الاتصال مثل Zigbee، وLoRa (طويل المدى)، وNB-IoT (إنترنت الأشياء ضيق النطاق)، وWi-Fi، والشبكات الخلوية للتواصل بين الأضواء ونظام التحكم المركزي.

●   ضوء LED قابل للتعتيم

يتطلب أي نظام إضاءة ذكي للشوارع ضوء LED قابل للتعتيم. يمثل هذا الضوء مساهمة كبيرة في كفاءة الطاقة للنظام، وفي نفس الوقت له’وظائفها الشاملة. إن ميزة قدرتها على ضبط السطوع حسب الطلب باستخدام دائرة إلكترونية صغيرة تجعل طريقة توليد الضوء الخاصة بها مثالية لأنظمة الإضاءة.

●   رقاقة المعالجة

هناك حاجة إلى شريحة معالجة تتواصل مع برنامج التحكم المركزي للتحكم في نظام الإضاءة. تقوم هذه الشريحة بتغيير السطوع وجمع البيانات ومراقبة الأجهزة والتحكم بها لدمج جميع الأجهزة في نظام إضاءة الشوارع الذكي.

●   مزود الطاقة

تعمل لوحات أو شرائح LED بمستويات جهد تتراوح بين 0 و12 فولت. لذلك، هناك حاجة إلى وحدة إمداد الطاقة. يقوم بتحويل جهد الخط العالي إلى جهد LED المطلوب بناءً على متطلبات شريحة المعالجة. تُسمى هذه أيضًا محركات تركيبات الإضاءة LED. اعتمادًا على تنفيذ LED الخاص بمصنع إضاءة الشوارع الذكية، يمكن أن تكون من نوع التعتيم 0-10 فولت، أو المؤقت، أو DALI، أو PWM.

●   برنامج التحكم المركزي

هو برنامج سهل الاستخدام بواجهة تسمح بإدارة إضاءة الشوارع الذكية من خلال جهاز كمبيوتر أو جهاز محمول. ويُعرف أيضًا باسم نظام الإدارة المركزية (CMS). هناك العديد من البرامج الملكية من مختلف مصنعي أنظمة الإضاءة، بعض البرامج الشهيرة هي Acuity Brands Atrius، و Digital Lumens LumiGrid، و Hubbell Lighting iLumin، و Signify Interact، و Cree Lighting nLight.

أجهزة استشعار لإضاءة الشوارع الذكية

في مدينة مشبعة بالسيارات وحركة المرور البشرية، تعمل أجهزة استشعار أنظمة إضاءة الشوارع الذكية كالعيون والآذان. بدلاً من تشغيل وإطفاء الأضواء يدويًا، تعمل التغذية الراجعة من المستشعرات على أتمتة نظام الإضاءة باستخدام الخلايا الضوئية وأجهزة استشعار الحركة. ومع ذلك، تتضمن الأنظمة الحديثة أيضًا أجهزة استشعار الاهتزاز والصوت لنظام إدارة المدينة المتكامل.

❖ مستشعر الإضاءة المحيطة

أصبحت أجهزة الاستشعار البصرية جزءًا لا يتجزأ من إضاءة الشوارع الذكية LED. يقومون بمراقبة ظروف الإضاءة المحيطة لضبط شدة الإضاءة أو سطوعها. كما يمكنهم أيضًا إطفاء الضوء بناءً على ظروف الإضاءة الطبيعية. هذه المستشعرات عبارة عن خلايا ضوئية تعمل على إنتاج الكهرباء عند تعرضها لأشعة الشمس. تتحول شدة الضوء الساقط على الخلية الكهروضوئية إلى كهرباء تعمل كإشارة.

❖ أجهزة استشعار أضواء الشوارع للمشاة

كما أن اكتشاف مرور شخص بجوار عمود الإنارة يؤدي أيضًا إلى زيادة أو نقصان سطوع ضوء الشارع. ستعمل إضاءة الشوارع الذكية LED على زيادة الكفاءة بناءً على تقنية التنفيذ. ستعمل أجهزة الاستشعار على اكتشاف حركة المشاة وزيادة سطوع الأضواء أمام وخلف المشاة مع الحفاظ على سطوع منخفض للمسار المتبقي.

❖ أجهزة استشعار المرور

يؤدي تشغيل أضواء الشوارع بأقصى سطوع لها إلى إهدار الطاقة والموارد عندما تكون حركة المرور منخفضة في الليل. تكتشف أجهزة استشعار المرور المركبات القادمة وتزيد من سطوع المسار أمامها مع تقليل السطوع خلفها. هناك حاجة إلى بروتوكول اتصال سريع لأن إشارات مستشعر المرور يجب أن تصل إلى وحدة المعالجة لاتخاذ القرارات السريعة.

❖ أجهزة استشعار الطقس لإضاءة الشوارع

يحصل نظام إضاءة الشوارع الذكي LED على بيانات الطقس ويرسلها إلى نظام الإدارة المركزي (CMS). تشمل أجهزة الاستشعار أجهزة استشعار درجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح والباروميتر ومقاييس المطر. علاوة على ذلك، فإن أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الحديثة هي أجهزة مضغوطة. يمكن للمثبتين وضعها فوق وحدة الإضاءة مع إضافة مساحة أو وزن صغير للتجميع. يمكن أن يساعد هذا النظام في إدارة المدينة وتوفير البيانات للسلطات على نطاق أوسع.

❖ أجهزة استشعار صوت أضواء الشوارع

على أعمدة الإنارة، يمكن لإدارة المدينة تركيب أجهزة كشف الصوت من أجل المواطنين’ أمان. يمكن لهذه الأسلحة الموجودة في هذه الأجهزة الكشف عن طلقات نارية وإعطاء السلطات موقعًا جغرافيًا لاتخاذ التدابير اللازمة. يقوم الكاشف بإرسال المعلومات باستخدام بروتوكول الاتصال المحدد إلى نظام إدارة المحتوى (CMS)، والذي يقوم بدوره بتوجيهها إلى وكالة إنفاذ القانون المعينة.

❖ أجهزة استشعار الاهتزاز في أضواء الشوارع

يمكن أيضًا تركيب أجهزة استشعار الاهتزاز للكشف عن الزلازل فوق أعمدة الإنارة في الشوارع للكشف عن الزلازل واتخاذ الإجراءات اللازمة مسبقًا. يمكنهم توفير بيانات مباشرة من مواقع مختلفة للتحليل المتعمق والاستجابات الدقيقة.

آلية عمل نظام إنارة الشوارع الذكية

تتضمن آلية عمل نظام إضاءة الشوارع الذكية استخدام وحدة تحكم، وإضاءة، وطاقة، واتصالات، ومكونات كشف أخرى. تتواصل كافة المكونات مع وحدة التحكم بشكل مستمر.

ترسل المستشعرات البيانات إلى وحدة التحكم، والتي تقوم بتحويلها إلى شكل رقمي للنقل والتحكم. ويتواصل المتحكم أيضًا مع وحدة الطاقة لضبط سطوع إضاءة LED أو تنفيذ وظيفة التشغيل/الإيقاف. كما ذكرنا في القسم السابق، فهو يقوم بإنشاء تنبيهات لنظام CMS ويوفر البيانات باستخدام بروتوكول اتصال، مثل 4G أو WiFi أو أي بروتوكول آخر.

فوائد إضاءة الشوارع الذكية بتقنية LED

توفر أنظمة إضاءة الشوارع الذكية المعتمدة على تقنية LED مزايا اقتصادية هائلة، من حيث السلامة والتخصيص، وهو ما لا تستطيع أنظمة الإضاءة التقليدية تحقيقه. فيما يلي بعض الفوائد الرئيسية لإضاءة LED الذكية:

• كفاءة الطاقة:  يقلل من استهلاك الطاقة من خلال استخدام أجهزة استشعار الحركة وميزات التعتيم لتوفير الإضاءة عند الحاجة إليها فقط.
• توفير التكاليف:  يقلل تكاليف الكهرباء بنسبة 50-75% ويوفر عائدًا سريعًا على الاستثمار.
• السلامة العامة:  تعزيز السلامة من خلال إضاءة أفضل ودمج أجهزة استشعار تكشف عن طلقات نارية وتراقب حركة المرور.
• جمع البيانات:  يقوم بجمع البيانات الهامة لمساعدة المدن على اتخاذ قرارات مستنيرة وتحسين قابلية الاستخدام للسكان.
• قابلية التوسع والمرونة:  من السهل التوسع والتكيف مع المدينة الذكية في المستقبل دون الحاجة إلى إجراء تغييرات كاملة على المدينة’البنية التحتية.
• التأثير البيئي:  خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لدعم أهداف الاستدامة الخاصة بك.
• تحسينات الصيانة:  يسهل المراقبة عن بعد ويقلل تكاليف الصيانة من خلال التحديثات والتنبيهات في الوقت الفعلي.
• التنمية الحضرية:  يشكل الأساس للبنية التحتية للمدينة الذكية، مما يتيح مراقبة جودة الهواء، والتحكم في حركة المرور، وتوفير خدمة Wi-Fi العامة، والمزيد.
• الفوائد الاقتصادية:  يزيد من إيرادات الأعمال المحلية ويقلل معدلات الجريمة من خلال تحسين البيئات الحضرية.
• عمر طويل: بسبب طول عمر مصابيح LED - ما يصل إلى 20 عامًا - يتم استبدالها بشكل متكرر، وبالتالي فهي مكلفة، وعدد مرات أقل.

دراسات حالة لإضاءة الشوارع الذكية بتقنية LED

لقد أثبتت العديد من دراسات الحالة جدوى أنظمة إضاءة الشوارع الذكية LED. تتبنى العديد من المدن حول العالم هذه التقنية، والنتائج تستحق المناقشة. وهنا بعض الحالات:

1  شيكاغو

وتتولى شيكاغو زمام المبادرة بمشروع بقيمة 160 مليون دولار لاستبدال 85% من أضواء الشوارع العامة بأضواء الشوارع الذكية. وتهدف المبادرة إلى خفض استهلاك الطاقة بنسبة تتراوح بين 50% و75%.

2  لوس أنجلوس

تم الآن تركيب مصابيح الشوارع الذكية في 80% من الطرق في لوس أنجلوس. تحتوي الأضواء المتصلة على مصابيح LED، واتصال لاسلكي بتقنية 4G LTE، وأجهزة استشعار للكشف عن طلقات نارية وغيرها من التهديدات. في العام الأول، شهدت لوس أنجلوس انخفاضًا بنسبة 63% في تكاليف الطاقة وتحسنًا في خدمة الهاتف المحمول في جميع أنحاء المدينة.

3  دالاس، تكساس

يتضمن برنامج مختبر المعيشة في المدن الذكية 23 مصباحًا ذكيًا للشوارع مع مصابيح LED وأجهزة لإدارة مواقف السيارات وري العشب وجودة الهواء في منطقة ويست إند التاريخية في دالاس. ومع ذلك، تشمل النتائج انخفاضًا بنسبة 35% في تكاليف الطاقة، وارتفاعًا بنسبة 12% في إيرادات الأعمال المحلية، وانخفاضًا بنسبة 6% في الجريمة. إذا قامت دالاس بتنفيذ هذه التكنولوجيا بشكل كامل في 85 ألف مصباح لديها، فإنها قد توفر حوالي 90 مليون دولار سنويا.

4  شينيكتادي، نيويورك

باستخدام مصابيح LED، تعمل مدينة شينيكتادي على نشر إضاءة الشوارع الذكية مع مستشعر الحركة لتقليل الإضاءة في حالة عدم وجود حركة مرورية. يمكن الوصول إلى الشبكة بأكملها عبر متصفح ويب آمن. تعمل كاميرات HD المثبتة على أعمدة الإنارة على تحسين تدفق حركة المرور وتعزيز سلامة المواطنين. ويقوم عمدة المدينة باستكشاف طرق إضافية للاستفادة من تقنية إنترنت الأشياء لصيانة المدينة وتحسين البنية التحتية.

5  ياسي، رومانيا

يهدف مشروع إضاءة الشوارع الذكية في ياسي، رومانيا، إلى تحويل إضاءة الشوارع في الضواحي. في البداية، قامت الإدارة بتركيب أكثر من 8000 مصباح شوارع ذكي، وتم اعتماد أوضاع توفير الطاقة الذكية والتعتيم التلقائي لتقليل استهلاك الطاقة بنسبة تزيد عن 50%. أطلقت شركة CHZ Lighting، بالتعاون مع شركة Zhejiang Fangda Intelligent Control Co., Ltd.، مصابيح إضاءة الشوارع الذكية باستخدام أحدث تكنولوجيا الاتصال 4G. يستخدم النظام وحدة تحكم مركزية لتحميل الإشارات إلى السحابة، مما يسمح بالمراقبة عن بعد والتحكم في التعتيم عبر الخادم والمحطات المحمولة.

6  سوتشافا، رومانيا

في مدينة سوتشافا، رومانيا، قامت شركة CHZ Lighting بتثبيت أكثر من 1600 مصباح شوارع ذكي ST29-30W في المدينة وبلداتها. باستخدام أحدث تكنولوجيا الربط 4G، يكون كل مصباح شارع جزءًا من مجموعة مترابطة، مع إشارات يتم تحميلها إلى السحابة بواسطة وحدة تحكم مركزية. وتكون النتيجة هي طريقة لإبقاء المالكين مسؤولين عن الأضواء وإدارتها عن بعد لتشغيلها وتوفير كميات هائلة من الطاقة بكفاءة. وقد حظي المشروع بقبول جيد، حيث أدى إلى تحسين جودة الإضاءة بشكل كبير، وخفض استهلاك الكهرباء، وتبسيط الصيانة.

مزايا إضاءة الشوارع الذكية من CHZ Lighting

إذا كنت تبحث عن علامة تجارية موثوقة لمشروع إضاءة الشوارع الذكية الخاص بك، فإن إضاءة CHZ هي الحل الأمثل. إنها تتضمن العديد من الميزات التي من المستحيل وجودها في نظام الإضاءة التقليدي. فيما يلي المزايا الرئيسية للشراكة مع شركة CHZ للإضاءة لإعداد شامل لإضاءة الشوارع:

• CAT4 للاتصالات:  يتيح استخدام اتصالات 4G كاملة النطاق للاتصال الموثوق به تحديد الموقع التلقائي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لبطاقة SIM الخاصة بإضاءة الشارع.
• نقل البيانات:  يمكن لهذه الأضواء توفير تقارير إحصائية حول استهلاك الطاقة تلقائيًا وتحميل المعلمات تلقائيًا.
• نظام الإنذار:  ترسل وحدات التحكم LED إشارة إلى نظام إدارة المحتوى (CMS) في حالة وجود أي شذوذ في المعلمات مما قد يقلل من تكاليف زيارة موظفي الصيانة.
• دائرة التحكم:  التعتيم التلقائي يعتمد على ثلاث تقنيات: 0-10 فولت / مؤقت / DALI. يمكن للأضواء اكتشاف الموقع الجغرافي تلقائيًا (خطوط العرض والطول) لتشغيل مصابيح LED وإيقاف تشغيلها مع شروق الشمس وغروبها.
• رقائق LED SMD المتميزة:  يستخدم شرائح Philips 3050 أو 5050 عالية الجودة للحصول على أداء فائق >كفاءة الإضاءة 160 لومن/وات.
• برامج تشغيل قوية:  تستخدم جميع مصابيح LED CHZ برامج تشغيل MW، وهي واحدة من البرامج الرائدة في الصناعة.
• الشهادات:  تصنع شركة CHZ منتجات LED الخاصة بها باستخدام تكنولوجيا موحدة وشهادات دولية، بما في ذلك CE وCB وENEC+ وENEC وROHS وISO9001 وISO14001 وISO50001 وISO45001.
• تصنيفات IP:  تنتج شركة CHZ Lighting حاويات توفر تصنيفات IP66 / IK09 لمقاومة الماء والرمل والصدمات.
• حياة: توفر وحدات الإضاءة CHZ عمر خدمة يصل إلى أكثر من 50000 عام.

خاتمة

لقد أثبتت تقنية إضاءة الشوارع الذكية فعاليتها وأصبحت راسخة. وتثبت العديد من الأمثلة جدوى هذه الأنظمة في التنمية الحضرية الحديثة. يمكنك دمج أجهزة استشعار الطقس والصوت والإضاءة والزلازل والقرب لإنشاء نظام قوي يحمي السلطات في ظل ظروف ميدانية واسعة النطاق في المدن. يمكنهم تقليل فواتير الطاقة والمساعدة في السيطرة على الجريمة من خلال أجهزة الكشف عن إطلاق النار.

قد يشمل نظام الإضاءة وحدات التنبيه العامة والكاميرات واللافتات الرقمية وتطبيقات إضاءة الشوارع الأخرى. تتيح تقنية الاتصال السريع 4G في أجهزة إضاءة الشوارع الذكية CHZ إمكانية هائلة لدمج المزيد من أجهزة الاستشعار والأجهزة في الوحدة. قم بزيارة موقع CHZ Lighting للعثور على مجموعة واسعة من الحلول المثالية لإضاءة الشوارع الذكية. نأمل أن تجد المنتجات المناسبة لمشروع إضاءة الشوارع الذكي الكبير القادم الخاص بك!