TY - THES A1 - Knobloch, Florian T1 - Energieeffiziente Beleuchtung unter Berücksichtigung einer verteilten Steuerung und eines redundanten Kommunikationssystems T1 - Energy efficient lighting considering a distributed control und a redundant communication system N2 - Das Thema siedelt sich im Bereich Smart-City an. Die Einsparung von Energie ist in der öffentlichen Straßenbeleuchtung von Interesse. Die Intention ist eine Automatisierung der Beleuchtungsanlage unter Nutzung einer drahtlosen Kommunikation. Ziel ist die Untersuchung des Einsparpotentials, der benötigten Datenraten und der Robustheit. Die physiologischen Bedürfnisse des Verkehrsteilnehmers zur Einhaltung der Verkehrssicherheit werden konsequent berücksichtigt. Die Umrüstung auf eine automatisierte Beleuchtung lohnt sich besonders in ländlichen Regionen oder Anliegerstraßen, wobei in Tempo-30-Zonen eine optimale Energieeffizienz existiert. Aufgrund eines beleuchteten Anhalteweges existieren maximale Einsparungen. Das Optimum wird durch eine Extremwertanalyse bewiesen und ausführlich untersucht. Die Einsparung hängt hauptsächlich von der Verkehrsstärke, der Verkehrsgeschwindigkeit und der Dimmstufe ab. Die lineare Abhängigkeit von der Dimmstufe wird bei einer geringen Verkehrsstärke durch eine Grenzwertanalyse gezeigt. 70 % Energie lässt sich im Gegensatz zu einer Dauerbeleuchtung mit typischen Parametern sparen. Im Gegensatz zu anderen Lösungskonzepten erreicht das entwickelte Moving-Light-System Mehreinsparungen von bis zu 23 %. Lichtplaner und Kommunen können örtliche Sparpotentiale mit dem neuen Modell berechnen, um zu prüfen ob sich eine Umrüstung überhaupt lohnen würde. Die benötigte Steuerung wird abstrakt beschrieben und mit Simulink verifiziert. Zur Verbesserung der Robustheit werden das schon vorhandene Licht und die ggf. schon vorhandenen Detektoren als redundantes Übertragungsmedium untersucht. Die Nutzung des sichtbaren Lichtes lohnt sich, wenn gleichzeitig solare Energiegewinne gewünscht sind, weil der notwendige Aperturdurchmesser des Detektors im Bereich mehrerer 10 cm liegt. Neben der optischen Kommunikation wird die Helligkeit benachbarter Leuchten automatisch mitgemessen. Dies ermöglicht die Detektion von Fehlerzuständen für eine verbesserte Wartung oder für die Aktivierung möglicher redundanter Fail-Safe-Funktionen. Eine hop-weise Lokalisierung wird in dem Multihopsystem ausgenutzt, damit die Steuerung ohne Kartenmaterial und Kompasssensor auskommt. Weitere Arbeit besteht bei der Quantifizierung der Eingangsparameter vom Menschen um den Lichtbedarf zu decken. Aufgrund der anwendungsorientierten Problemstellung liegt ein Querschnittsthema aus der Verkehrswissenschaft, Automatisierungstechnik, Kommunikationstechnik und Optik vor. Es wird eine Forschungshypothese vorangestellt. Sie dient als Leitfaden und stellt die wesentlichen Erkenntnisse vorweg. N2 - The topic “Energy-efficient lighting considering a distributed control and a redundant communication system” is relevant for smart city applications. Commonly at night, illumination systems require a huge amount of energy. Particularly in areas with a low frequency of pedestrians and automobiles, a large amount of power is wasted. The intention is to automate the lighting system using wireless communication. This work presents a new deterministic model to control street illumination, depending on traffic needs for improving energy efficiency. Potential savings, the required data rates and the robustness will be analysed. The light-on-demand system incorporates traffic velocity into the model and generates results that are more relevant to real time traffic needs, while ensuring safety and security. Rural regions have a high saving potential. The savings depend on the traffic volume, the traffic velocity and the dimming level. Over 70 % of energy can be saved, compared to continuous lighting with typical example parameters. A comparison with other publications demonstrates the highest savings up to 23 % of the developed model. Depending on traffic velocity, an optimal energy state is identified. The linear dependence on the dimming level is shown by a boundary value analysis at a low traffic density. The work provides a tool by which possible energy savings and real-time demands can be examined for street, parking or indoor areas. The required control system is verified by Simulink. In order to improve the robustness, the already existing light is examined as a redundant transmission medium. The communication performance is measured using an improved ceiling bounce channel model and a field measurement. The model is evaluated by a measurement and scaled up to an original dimension. In addition to optical communication, the brightness of neighbouring lamps is automatically measured. This allows a fault detection for improved maintenance or to use fail-safe modes. As a main result, the detector size for a redundant optical wireless communication is the key obstacle, however solar energy gains are increased by using larger apertures. More work is required to quantify the human input parameters. Due to the application, a cross section from the field of transport, automation, optics and communication technology is given. A research hypothesis is presented as a guideline and to show the main results. KW - Energieeffiziente Beleuchtung KW - Nutzerzentriertes Design KW - Echtzeit KW - Kabellose Kommunikation KW - Intelligente Straßenbeleuchtung KW - Energy efficient systems KW - User-centred design KW - Location-aware applications KW - Real-time wireless communication KW - Intelligent street lighting KW - Straßenbeleuchtung KW - Energieeffizienz KW - Smart City KW - Kommunikationssystem Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-45480 ER -