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1实施半夜灯的必要性随着城市道路照明的迅猛发展，路灯电费长很快，成为每个城市市政支出的重要组成部分。同时，为贯彻安防绿色照明计划，必须采取半夜灯措施，以节约能源，同时降低电费支出。第六章节能措施中明确要求，城市主要道路照明应该实行半夜灯措施以节约能源。国际照明委员会CIE在其道路照明的有关出版物中以及日本、前苏朕和许多欧州安防也对此有明文规定并大量付诸实施。2需要实行半夜灯的路段我国及CIE所提出的道路照明安防值，城市主要道路的平均照度在10~30k之间，根据道路机动车流量大小及其重要性确定具体照度，这些照度确定的主要参数是机动车流量，其数值越高，相应的照度要求越高。而当午夜以后，机动车流量锐减，照度水平也应降低到相应的水平。次要道路由于各种车辆混行，机动车车速并不高，因此照度要求也不高，照明的主要目的是防止安防。同时，主要道路的路灯功率往往占到全部路灯负荷的70%以上，由此可见半夜灯的实施目标是照度较高的大中型道路。3实现方式半夜灯的实现有多种途径，方法相差很大。一些方法针对性很强，局限性也较大，而另一些则有较为广泛的适应性。下面笔者仅就低压三相供电的路灯系统半夜灯进行简介。我们在这里认为每基路灯均只接入一相电源，线路上各基路灯依次接三相电源。
3.1关闭一侧路灯这是安防简便易行同时又是用得安防多的一种方式，它不需加什么投资，只需通过时间控制器或己安装的路灯三遥系统控制相应回路的交流接触器即可关闭电源。但是，这种方法仅对那些并不太宽而采用交错布灯的道路效果较好，而对于宽阔道路则造成关灯一侧照度太低，中央快车道纵向均匀度严重恶化，影响行车。而对于三幅路，则关灯侧人行道路照度更低，影响行人安全。
3.2关闭部分路灯针对安防种方法的缺点，可采用另一种变通的方法，将每一侧路灯均关闭一部分，从而保证均匀度不至于降低太多。具体作法如下：相对布置的路灯关闭部分相位的电源在配电箱内采用接触器控制不同的相位，见，一侧灯关闭C相，另一侧灯关闭A，B相，这样即减少了一半负荷，同时也保持了相当的均匀度，虽然每条线路三相不平衡，但总的三相负荷仍可保持平衡。这种方法的主要缺点是由于一侧灯C相单相供电，导致该线路电压降过大。在供电距离较大的情况下，三相供电可以正常工作，而单相供电可能部分灯无法正常点亮，由于电压较低，同时影响光源寿命。其半夜灯排列见。
（2）每侧均敷设两条电缆线路单幅路可将每侧灯依次接入两路线路，当午夜时关闭一条线路，则路灯由对称布灯变为交错布灯，照度与均匀度都均匀降低，但斑马现象较少，效果较为理想，其半夜灯排列见。
三幅路由于安装双臂路灯，即可采用前述接线，也可将快车道侧路灯与慢车道侧路灯分别接两条线路，午夜关闭慢车道侧路灯，则快车道侧保持不变，而慢车道侧仅利用快车道路灯的余光照明，照度降低很大，但均匀度变化不大。前一种接线适用于市区道路，而后一种接线适用于临近市郊的出市道路。
因为午夜市内机动车减少很多，而仍需兼顾行人安全，但出入市道路一般没有行人，而机动车仍相对较多，且车速较高，需要维持较高的照度与均匀度。
另一种方法是在宽阔道路采用双光源路灯，而在午夜关闭下方的灯光。这种方式在灯具上投资较高，但在正常照明及半夜灯照明的效果均很好。而如果可研制出路灯定时关灯的附件，则可节省第二条电缆的投资。
增加一条线路会相应增加投资，但由于两条线路同沟敷设，人工费增加不多，同时由于每条线路负荷均降低，电缆线径可适当降低一级，投资增长仍可在一年内通过节省的电费收回。
3.3采用安防节能镇流器近年来，部分地区开始采用可进行功率转换的高压钠灯镇流器，达到节约电能的目的。这种镇流器为时间预制变换式节能电感镇流器，即平时在额定功率状态，但在午夜人车稀少时镇流自动变换，可使灯在60%的额定功率处运行，达到节能的目的。这种镇流器安防早由美国GE公司生产，但价格昂贵。
近年来在安防绿色照明办公室指导下，首先由复旦大学电光源研宄所等研制成功并投入批量生产，随后生产厂家逐渐增多。该产品借助电子控制或功率开关切换镇流器功率，使输入功率降低40%而不会减少灯的寿命，且灯的输出光通量仅降低30%，且产品性能可造、价格低廉，半年内即可收回投资。由于减少了光源和镇流器满负荷运行的时间，它们的有效寿命也得到提高，见表1.表1时间预制变换式节能电感镇流器性能表灯的额定功率（W）正常运行消耗功率（W）功率降低后系统消耗功率（W）节省功率（W）4采用路灯节能调压器这是一种安防的照明节电及控制装置，它可使路灯实现软启动，同时可在午夜实现路灯的集中降压调流节能功能。午夜后普通用户用电量减少导致电压升高，而此时道路上车辆稀少，但路灯由于电压升高导致能耗增大，灯寿命降低。路灯智能节电调光系统很好地解决了这几个问题，它可在午夜节能40%左右，而照度仅降低30%，由于电压降低使灯寿命延长1.4倍。该装置减光均匀，同时可具有智能开关灯，软启动等功能。目前路灯调控装置有三种稳压、减压机构，既多抽头变压器、可控硅和自耦变压器型。其中以多抽头变压器型性能安防好，但价格较高；可控硅型价格低廉但性能不稳定，自耦变压器型则介于两者之间。其性能比较见表2.（下转第21页）效报导值为80.7lm/W；国外三基色粉36WT8灯和54WT5灯（高功率型）100h光效的标称值都为93lm/W.而我们现行T6样灯100h光效值比国标T8灯指标高23.25%比国产卤粉T8管平均水平高21.42%以此相比，说明该灯己达到国内较安防水平。
000h光衰为14.58%即光通维持率为85.42%略低于国标GB/T106822002规定的T8灯的光通维持率指标87%由表4可知，现在本公司T636W灯的100h平均光衰己由原寿试灯管的4. 84%下降至2.22%以下，现在所制灯管的2000h光衰可望小于13%而达标。但如按国标75%额定寿命5 600h时的36WT8灯75%光通量标称值1 800lm的值为准，它仅相当于本公司T6灯的61.02%光通量，结合表2的开关寿命对比，在不低于国标规定的36WT8灯有效寿命时的光通量指标前提下，本公司T6灯的有效寿命可超过12000h.总之，本公司开发的T6高效节能管形荧光灯是一种安防的光源产品，它的安防佳工艺方案有待于在生产实践中不断完善。除了前面介绍的一些技术研究应用外，还在电子粉材料的选择、浸涂的质量控制，荧光粉浆各种材料的配比控制、涂层的质量控制，烤管的温度、升温速率，安防温度的保温时间、吹热风、吹热氧的风量大小等诸多因素的工艺质量控制；排气的通电加热分解、安防规范、不同功率T6灯的安防佳充气配比及总充气量控制，汞齐技术的应用，安防适用于中衫0管径的G13灯头的材料的选择和设计等关键工序、关键要素和关键材料的优选方面进行了较深入的探讨，特别是在灯管与国内通用的20~40W电子/电感镇流器，启辉器的适配性上做了许多验证工作。
我们有理由相信，随着国内优质三基色粉与国际优质粉质量差距的缩小，或对国际上优质三基色粉的采用，以及进一步完善灯管的工装设备和生产工艺，本公司的T6灯的性能还可进一步提高，并因管径细而节约25%左右的原材料成本，其优良的性能/价格比而为世界上直管形荧光灯的安防节能光（上接第13页）表2三种路灯节电设备性能比较静态型多抽头变压器可控硅型自耦变压器型输出正弦波不规则方波正弦波谐波失真无非常严重无稳压、减压安防无指标外电路电压低时安防多可升5%电压随市电失去稳压作用升5%电压效率无指标降压输出对电器影响不影响照明质量影响照明质量不影响照明质量状态间转换软启动。软切换有间峰软切换响应速度快慢负载适应性容性、感性、阻性阻性容性、感性、阻性二相设备独立相调节控制不可独立独立相调节控制上述几种路灯节电装置都能起到有效的节电作甩虽然投资有所增加，但都能在一两年内收回投资。
4综述由本文所述，根据不同的道路情况选择合适的方式实现半夜灯，均可大幅度降低能耗，取得良好的经济效益，同时取得较为满意的照明效果。
当前中国正在大力推进城镇化的建设，因此对城市照明提出了更高的要求。由于城市路灯的耗电量占城市公用事业耗电总量的比重很大，因而路灯的节能工作是城镇管理发展的必然方向。2008年8月1日开始实施的国务院办公厅关于深入开展全民节能行动的通知第五条中指出：“控制路灯和景观灯照明，在保证车辆，行人安全的前提下，合理的开启和关闭路灯”。传统路灯控制系统存在着无法远程操控、不能自动远程识别故障路灯、人工作业量大等缺点。而智能路灯控制系统能够远程控制范围内的任意路灯，并且能远程识别故障路灯，这极大提高故障路灯维修反应时间。此外，智能路灯控制系统还能根据照明系统的各种电参数与运行情况，针对不同的照明需求提供灵活多样的控制方案，从而使得城市路灯照明更加节能。
信息化是一把双刃剑，在推进路灯智能控制的同时也给路灯带来潜在的安全隐患。路灯安全属于市政与工业控制安全的范畴，当路灯控制系统受到攻击时，造成的社会影响也是难以估量的2.同时，考虑到智能路灯也属于用电领域的一个应用，对路灯的智能建设是智能电网建设的延展，因此，本文将智能电网建设中的安全防护经验应用到智能路灯领域，为路灯的智能化建设保驾护航。
1智能路灯系统1.1系统简介系统拓扑图智能路灯系统可分为主站层、通信层与终端层三部分，其构成框架见。
制器）将自身的在线状态、本地路灯的亮灭情况定时地通过巡检的方式自动上报给监控计算机。路灯管理人员可以通过监控计算机，利用本系统自带的电子地图功能，直观地监视设备的当前状态，在地图上对发生故障的设备进行快速定位，在尽可能短的时间内排查故障。
1.2工作流程主站与集中器之间的工作流程，通过GPRS、电力线载波等方式进行传输。而且当前所有报文的传输都是使用公网进行明文传输。
考虑到路灯网络的线性特性，为了减低成本，通常集中器与路灯控制模块之间的工作流程通过无线通信方式，即Zigbee、OPM等传输方式，并且所有报文都是使用明文进行传输。
2安全风险2.1主站与集中器集中器和主站系统之间使用公网进行通信在集中器与主站之间传输数据和控制报文的时候将面临安全风险，传输的数据有被篡改和窃取的风险。
对于下行链路，当主站下发控制报文给集中器，若是被人篡改，可能会造成整体一个片区瞬间和持续的出现异常照明。这给城市安全带来极大的威胁，同时减低了居民对市政的满意度，引起社会的恐慌。
对于上行链路，当集中器需要把当前路灯的信息上报给主站时，若是被人篡改，可能会造成后台控制中心错误的调度，造成政府资源的浪费。
2.2集中器与路灯控制模块集中器与路灯控制模块之间安全类似于集中器与主站之间，除此之外还面临更大的安全威胁。Zigbee/OPM等无线通信方式的安全性正在面临巨大的威胁，使得路灯控制模块与集中器之间的通信信息更易被窃取和篡改。随着智慧化城市的建设加速，视频监控为每个市民的安全提供了保障，同时也提高了安防机关的办案效率，提供了更丰富的证据，普通视频监控的有效性是依赖于路灯照明的质量。若安防分子在作案之前，先破坏预选作案现场的路灯，那么视频监控系统将会失效。
3安全技术3.1加解密技术加解密技术通常分为对称加密算法和非对称加密算法。
对称加密是单钥密码体制，其中加密安防等于解密安防，或可以相互推导；按照每次加密的长度分为：序列密码（流密码）、分组密码。本方案使用的对称加密算法是分组密码算法。
非对称安防加密系统采用的双钥密码体制，使用公钥进行加密而使用私钥进行解密的一类密码算法，已知公钥求私钥在计算上不可行。常用的RSA和ECC两种对称加密算法。
ECC和RSA相比（见表1），有以下几点安防的优势：抗攻击性强。相同的安防长度，其抗攻击性要强很多倍。
计算量小，处理速度快。
带宽要求低。当对长消息进行加密解密时，以上2类密码系统有相同的带宽要求，但应用于短消息时ECC带宽要求却低很多。
表1RSA和ECC安全模长比较攻破时间ECC（安防计算机执行的百万指令数/s.MIPS年是表示以百万次/s运行1年。
算法和1023bitRSA算法有相同的安全性，使用国际公用的安全生成器SecurityBuilder和BSAFE3.。进行测试，见表2，ECC算法的性能都优与RSA算法。
功能安全生成器安防对生成签名认证安防交换相同的安全性，使用国际公用的安全生成器SercurityBuilder 1.2和BSAFE3.。进行测试。见表2，ECC算法的性能都优与RSA算法。
因路灯终端之间使用无线的传输方式，本方案使用的传的非对称算法选择SM2（是中国商用密码局安防的类ECC算法）或ECC算法，对称算法选用SM1（安防商用密码算法）或AES算法。
3.2数字签名技术或终点抵赖的鉴别技术，按照IS07498―2标准中定义为：附加在数据单元上的些数据，或是对数据单元所作的密码变换，这种数据和变换允许数据单元的接收者用以确认数据单元来源和数据单元的完整性，并保护数据，防止被人（例如接收者）进行伪造就是只有信息的发送者才能产生的别人无法伪造的段数字串，这段数字串同时也是对信息的发送者发送信息真实性的一个有效证明。
数字签名只能使用非对称加密算法，本方案中使用ECDSA作为数字签名机制。
3.3哈希函数杂凑函数H是一个公开函数，将任意长的消息映射为较短的、固定长度的一个值H（M）。H（M）称为杂凑值、消息，是消息中所有bit的函数，提供了错误检测的能力。
4安全解决方案4.1安全方案为了实现对路灯远程智能安全的控制，需要防止信息被篡改和安防。市政安全方面的考虑，需要工业级的安全标准，所以在使用安全算法的时候推进使用国产的安全算法。使用SM1算法对数据进行加密，使用SM2算法对数据进行签名。
对于终端控制模块的安全防护方案有2种实现的方案：①软件实现，即把相应安全算法集成到MCU内；②硬件实现，即使用安全芯片来实现加解密算法的功能。安全芯片内高速的密码算法引擎，能极大的提升效率，同时能保证安防不会明文出固件，这是硬件实现相对软件实现的优势。使用安全芯片的解决方案，除了能提供安全性方面的因素外还有性能方面的，因为路灯控制模块考虑成本的因素，使用的主控MCU都是8位的低端MCU，若是再其上运行安全算法，只有选择更好的更贵的MCU，ESAM的价格较低，所以在性能和成本的基础上，选择ESAM作为协处理器的实现方式。本方案中我们采用硬件实现的方式来构建整体的安全防护网络。
4.2安全架构如所示，在主站层增加了安防管理系统和安全芯片发行系统。其中安防管理系统包括密码机和密码服务器，实现安防的生成及安防安全性检测等功能；安全芯片发行系统灌装安全芯片的初始安防等功能。主站侧接收到的数据使用安防管理服务器进行解密或验签，对于向外发送的数据进行加密或附带签名信息。
此外，还在主站层增加了安防管理系统和安全芯片发行系统。
安防管理系统包括密码机和密码服务器，实现安防的生成及安防安全性检测等功能。在安防电网的安防管理系统中，采用安防安防的管理机制，即安防电网级、网省级、地市级，其中安防电网级和网省级都有生成根安防的权限，根据业务应用的需要将相应的部分安防分别下装到操作员卡、密码机内，见。
在智能路灯管理系统中，因实际应用是以城市为单位或者以区为单位，采取级安防管理机制，即只有个根安防生成，来实现对密码的生成和分发，见。同时在根密码的生成上采用Shamir门限的五分三合机制。五分三合机制的实现方式是，随机选择1条二次曲线的参数作为根安防，在该曲线上选择5个点，这5个点分别分配给5个管理者，当5个管理者中的至少3个管理者同时提供自己管理的点时才能恢复曲线的参数，进而获得根安防。
随机数领导种子国网级根安防一级分散代码I业务根安防I操作员卡密码机I安防安防管理系统安全芯片发行系统灌装安全芯片的初始安防等功能。主站层接收到的数据使用安防管理服务器进行解密或验签，对于向外发送的数据进行加密或附带签名信息。
在终端层嵌入安全芯片到安全控制模块之中，逻辑见。计量芯片负责电流和电压的计量；时钟芯片R丁C，负责时钟同步；无线采集模块，可以选择Zigbee或OPM来实现对无线信息的传输；继电器实现对路灯开关等控制；此外，结合实际的应用，增加相应的传感器。安全芯片实现对数据安全防护，对接收的数据解密验证；对发送的数据加密和增加签名信息。
4.3工作流程主站系统配备数据加密密码机，在各集中器终端和控制节点内嵌安全加密模块，对通信的上行和下行链路分别提供安全防护。
对于上行链路，路灯控制节点对采集到的数据使用ESAM加密后，通过电力或无线发送加密后的数据给集中器，通过公网传输到主站系统中，主站系统需将数据传输到数据加密密码机，进行数据解密，解密后的数据才能够进行后续的数据处理。
对于下行链路，当主站系统需要下发控制数据时，需先送入到数据加密密码机进行数据加密，数据传输到集中器终端后，集中器终端再发送给控制器，控制器使用安全芯片解密后，数据才能进入后续数据处理。
使用安全芯片数据的安全加密和签名，确保了数据传输的安全性和完整性。
4.4安全等级划分对于不同的应用选择不同的安全防护等级，提供不同的安全防护，见表3.表3安全等级的划分安全等级加密签名高中低注：Y表示选择；N表示不选择。
如管理中心下发的整体路灯控制信息，选择高安全的加密方式；对于单灯控制、单灯主动上报异常的信息，选择中安全的级别。
4.安全性分析在安全算法选择方面，对称算法选择128位SM1算法，非对称算法选择256位SM2算法，哈希算法选择SHA256，见表4.表4安全方案的防护等级算法选择算法安全等级对称非对称哈希算法基于表4的分析，该系统的安全等级为128bit达到金融、工业安全等级的标准。
通过在一个园区168盏路灯的试点，加入安全性后对整个系统性能没有影响。该安防管理方案中，当5个管理者中有3个丢失其管理的子安防时，无法恢复出根安防，进而造成整个安防管理系统崩盘的风险。对于这种特殊的情况，解决方式是重新随机选二次曲线，生成根安防，再通过超级管理员权限对每个控制模块安全芯片的安防进行远程更新，进而解决该安全隐患。
4.6性能分析通信速率平均能到4Mb/s，甚至更高。通过实验安防测试，128位的SM1算法的加密速度为53.56kb/s，解密速度为55.65kb/s；256位SM2算法签名的速度为184.5ms/次，验签速度为当前对路灯所采集的信息还相对较少，考虑到未来的拓展性，安全芯片对原有路灯控制模块的性能没有影响。
5结束语综上所述，基于安全芯片的智能路灯控制安全技术能够解决当前智能路灯控制系统所面临的安全问题。在不影响现有系统的性能的条件下，通过提供128bt的安全级防护机制，为智能路灯控制的节能、环保等决策和管理的传输保驾护航。此外，安全路灯无线通信网络能在诸如地震、火灾等特殊事件发生时，作为常用通信系统的补充，丰富通信的方式，提高通信质量。
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