【翻译】照明与物联网

近年来物联网成为热门话题，这都要归功于低成本的传感器、微处理器、无线通讯服务的迅猛发展。一旦这些物联网平台在任意环境中得以应用，关于能源使用、环境条件以及人类活动的海量数据就会被产生出来。这些数据极具价值，并且能被用于提供新的应用功能。这些功能可以很简单，也可以很复杂；简单到一个发给智能家居产品的指令“吉米房里还亮着灯吗？”，复杂到一个发给楼宇管理系统的指令，用来控制整栋建筑物的照明、空调暖通、安保系统和空间使用（这种空间使用的指令控制通常需要实时处理空间使用情况、温度、二氧化碳水平、湿度水平等等数据）。从统计学角度讲，物联网传感器的数量比全球人口的3倍还多（如图 1），而且预计新投入使用的物联网设备的数量将会迅速增长。

图 1：预计物联网连接设备的全球增长率，纵轴单位：十亿个。来源：IHS,Statistica 2018。

物联网平台正在成为照明行业的颠覆性力量，因为照明系统有三个属性被方兴未艾的物联网市场的关键部分所垂涎：无处不在、有利地位和能耗。在物联网中，灯具可以被视为一种动力系统，这个系统包含一个或多个“物体”（通常是传感器），而这些物体是通过有线或无线的连接来将数据馈送到控制系统的。传感器数据可以通过云计算进行处理，但更有可能在本地处理（在灯具内、房间内或建筑物的其他地方），以缩短传感和系统响应之间的时间（延迟）并解决网络安全问题。物联网对照明公司的价值来自于使用灯具中的传感器进行数据生成，创造了消费者和建筑经理都认为不可或缺的智能服务。这对照明公司越来越具有吸引力，因为固态照明（SSL）本身就是一种颠覆性技术，它日益商品化，而照明公司的投资者和股东也在寻求新的非照明途径来实现收益增长。

这些不断发展的新市场机遇就意味着物联网支持的照明正逐渐进入商品照明市场，几乎所有主要的照明灯具制造商以及许多小型创业公司都能提供这样的产品。照明业中的物联网产品通常被称为“互联”或“智能”照明系统，大多数支持物联网的照明系统都包含简单的被动红外（PIR）占用传感器和日光传感器；但是在未来，它们可能包含更先进的集成传感器（例如：二氧化碳传感器、红外成像仪、雷达传感器）。目前，不同的互联照明产品之间却不能完全“可互操作”，因此来自不同供应商的产品通常不能在相同的物联网通信协议上一起工作，即使它们使用的是“开放”的（非专有的）通信平台。互操作性问题得到了广泛认可，物联网行业组织正在努力解决这个问题。

随着物联网逐渐渗透入照明市场（以及几乎所有其他市场），我们就需要在分析传感器所生成的所有数据方面取得重大进展。消化信息以提供增值服务的分析工作将越来越依赖于机器学习（ML）和人工智能（AI）来将物联网平台的利益最大化。尽管ML/ AI系统本身就是一种颠覆性技术，但它们也才刚刚开始投入实际应用。它们正在其他市场迅速发展，如自动驾驶汽车、医疗保健分析和语音激活智能家居技术，并将应用于照明和建筑管理系统的自适应控制。

总结目前的情况，过去的诅咒“愿你活在有趣的时代”当然也适用于今天的整个照明行业，这是三个相互交织的技术平台遭受重大颠覆而引发的阵痛：1）不断推陈出新的固态照明技术，2）逐步引入基于灯具的物联网概念，3）使用日益复杂的ML/ AI嵌入式系统进行照明（和楼宇管理）控制。虽然照明市场的从业者要面对这些即将发生的变化将会遇到挑战，但许多人已经认识到长期趋势是明确的：

照明无法逃避将来的物联网

基于物联网的服务是网络、电信和信息技术公司的业务领域，它们将传感器数据传输给提供增值数据服务的最终用户。这些公司将最终解决广泛的互操作性问题、网络平台、隐私/网络安全和数据所有权管理。非照明公司拥有雄厚的资本（见图 2），已经在物联网和ML / AI技术上投入了大量资金，并且最有可能将一个可互联的未来货币化 - 包括照明。物联网行业内的大型联盟正在解决广泛的物联网应用问题，其中却很少有照明公司。

图 2：互联网公司所处的财务状况可以调控“互联照明”以及物联网相关服务并价值创造。

照明要如何与物联网挂钩？

除非照明公司能够保持对传感器和插槽的控制，否则这个问题的答案很有可能并不多。当然，照明系统设计将始终是重要的，不再是仅仅为了节能，而是越来越多地考虑人为因素和可能的Li-Fi技术。能源的考量仍然很重要，但仅限于控制层面，最终转向自动照明控制系统。该系统将依赖复杂的占用传感器、物联网连接和ML/ AI数据分析，利用光响应的概念来节能，并利用占用传感、追踪传感和日光传感的方法来提供可调色光的照明设计以改善人们的健康状况。

照明和物联网有光明的一面吗？

照明行业仍有很大的创新空间和上升空间。这可以来自拥抱物联网的未来，包括新的照明外形因素的持续发展和能够进行有效动态颜色混合和光图案整形的新光学器件（例如，Lensvector及其它）。通过与物联网、IT和照明设计软件工具开发商密切合作，照明社区（设计师和制造商）可以帮助塑造互联照明行业的未来。

也许照明公司从物联网未来中受益的最佳机会之一就是拥有传感器并探索如何使灯具的发光成为灯具感官能力的一个组成部分。建立结合到灯具中的日光传感器，存在使用数字化照明的反射光感测来执行高精度的占用跟踪、甚至生成姿势检测（例如：站立、坐下、蹲下）数据的新方法。通过改进的照明软件设计工具，考虑到空间表面的光谱反射、补偿眩光和人眼健康和福祉的光剂量，可以比其他非基于光的技术更准确地计算出更好的照明光谱功率分布。当照明系统能够经济有效地感知其所处环境时（理想情况下使用保护隐私的低成本色光和飞行时间测量），照明就会成为任何物联网解决方案中不可或缺的一部分。

除了无处不在、有利地位和能耗之外，照明行业还可以为照明控制系统以及建筑管理、医疗保健运营、通信、甚至园艺中的其他物联网系统生成宝贵的基于照明的数据和信息。通过使感知照明成为物联网系统运行的一项需求，物联网解决方案将需要采用照明系统设计和连接，以实现最大的社会效益。但是，如果照明行业将插槽（以及接线柱）和传感器（以及数据）的开发和所有权出让给照明行业以外的其他企业，那么就会错过重大的市场机会。照明将会渐渐地成为非智能的商品插件，而为别人将来的物联网业务做嫁衣裳。

注：本文翻译自RobertF. Karlicek教授发表于北美照明工程师学会(IES)官网的一片文章：Lighting and the Internet of Things。

译者评论：

R.F. Karlicek教授是美国纽约州伦斯勒理工学院的教授，多年来一直从事自动化照明的研究工作。物联网照明作为自动化照明的更高级形式，当然也是他的研究方向。我作为伦斯勒理工的校友，与Karlicek教授有过多次接触和交流，对他的研究状况和动向也有了解。本文是Karlicek教授这些年来对物联网照明的研究感悟的总结。Karlicek教授非常思辨地阐述了他对物联网照明的理解和预测。文中提到的一个重要的方向是照明将与人工智能、机器学习紧密地结合，成为楼宇物联网系统中至关重要的一环。事实上，物联网照明已经有了向着整个社区环境乃至智能城市发展的端倪，飞利浦照明已经开始了对这个领域的研发工作，其它的照明公司（比如Gooee）也在进行这方面的努力。包括我在内的许多照明从业者都认为将来的物联网照明也必将和人本照明相结合，使得个人照明环境可以被用户自定义，而公共照明环境可以被智能地调节以保障大众的健康和福祉。因此，物联网照明和人本照明双管齐下、逐步融合也将成为照明行业发展的必由之路。

文中还提出了一个技术方面的警告：照明产品的物理接口（插槽、接线柱等）技术和逻辑接口（传感器数据传递、转译等）技术的开发和所有权必须掌握在行业之内。我们可以通过加强行业合作的方式，让照明产品的物理和逻辑接口能够符合其它周边设备的发展需求，但我们不能放弃对这块阵地的掌控权，因为物理和逻辑的接口技术将会对照明控制协议的研发产生很重要的影响，如果接口技术落后，那么照明行业内如果有先进的控制协议被研发出来，恐怕也会因为接口技术滞后而不能得到有效普及。总之，照明行业应该是一个有“主权”的领域，我们要有自我发展的最大自由度，同时又必须和外部的其它领域一起发展和交流。