2021全国灯光调研关注舞台灯光控制和吊挂设备的技术动态，报告内容涵盖灯光控制设备、吊挂设备、可视化灯光网络、大型综合舞台控制系统、舞台系统设计生产环节的仿真应用及产品仿真应用等方面。报告介绍了上述领域的技术特点、系统构成、产品类型以及实践应用等情况，并对行业发展趋势做出分析判断。
2021年9月～12月，中国照明学会舞台电影电视照明专业委员会（以下简称“专委会”）组成六个调研组（名单附后），分赴北京、遵义、安顺、杭州、上海、泰州、广州、佛山等地，深入企业进行广泛调研，调研内容涵盖灯具、吊挂、控制、工程等方面。调研组详细了解技术创新情况，实地考察测试新技术新产品，进一步了解电影电视灯光及相关行业技术的最新动态。调研组发现，一线企业在技术研发方面不断进取，坚持小步快跑与关键突破相结合，很多去年调研时关注的问题已经取得了新进展。各企业直面疫情造成的市场萎缩、经济发展受限、人员及物流受阻、商业交流减少、实体生产时有中断等困难，不但没有停止发展的步伐，而且根据外部环境变化积极应对，化危为机，加快企业升级转型，立足新技术研发与新市场开拓，不仅更好地满足了特殊时期市场需求，还通过新技术的新应用对用户面临的困境提出新的解决方案。本篇主要介绍各企业在舞台控制与吊挂等方面的最新进展和发展趋势，以期推动企业研发生产与用户应用的进一步深入沟通交流。【今年调研共走访了25家企业、1家行业商会、2个获奖工程项目。本篇涉及的企业包括：北京北特圣迪科技发展有限公司(北特圣迪)、北京金东高科科技有限公司(金东高科)、浙江大丰实业股份有限公司(大丰)、上海汇焰智能科技有限公司(汇焰)、江苏建声影视设备研制有限公司 (江苏建声)、广州市新舞台灯光设备有限公司（RGB）、广州斯全德灯光有限公司（斯全德）、广州方达舞台设备有限公司(方达)、广州宏丰光电科技有限公司(宏丰)、广州彩熠灯光股份公司（彩熠）、广东华晨影视舞台专业工程有限公司（华晨）、佛山市毅丰电器实业有限公司（ACME）等.】
近年来，灯光控制系统的涵盖范围和处理对象越来越广，控制方式和信息处理越来越复杂，灯光控制系统结合了AI、自适应、云、5G通信等先进技术，功能愈加强大。系统中的灯光控制台、控制柜，甚至控制模块都已经成为具备独立功能的自控系统。底层技术的进步不仅使系统功能提升，子系统独立自适应控制与模块化设计下的集中控制相得益彰，也极大增强了系统安全冗余。智能灯光控制柜是灯光控制系统的核心设备之一。近年来，多种不同的灯光控制信号并行成为常态，远程控制和远程通信技术广泛应用，安全标准逐渐提高。多种不同光源类型灯具经常混合使用，负载性质变化频繁，使用环境和工作需求的变化促使灯光控制柜不断发展新功能。与此同时，灯光控制台、控制柜、周边分布式设备以及云平台的结合，共同打造了高安全等级的智能化灯光控制系统。RGB和方达的新型灯光控制柜均可通过无人干预自动识别控制回路的负载性质，并自动切换至相应的工作模式。该技术可提高工作效率及系统安全性，杜绝了因输出方式与负载不匹配造成的安全隐患。
RGB双口网络解码控制系统模块整合了自动识别双网口网络解码器，可同时输入/输出ArtNet和ACN等协议，自动识别切换，可以逆向传输，有效解决了多网络信号并行控制及反馈问题。斯全德RDM-8 DMX信号放大器通过自动DMX512信号输入修正功能，解决了不同收发速率的设备在同一控制系统中混合使用时造成的数据失真的问题，提高了远距离传输的DMX-512信号的稳定性和适应性。
RGB智能调光柜（见图1）采用了继电器接触瞬间高压补偿技术，使近900 V高压降低到350 V，保护了继电器及终端负载；调光模式下抗干扰上升时间大于500 us，减少了浪涌电流的电磁干扰，有效提高了控制柜及终端设备的使用寿命和稳定性。
方达灯光控制柜（见图2）可直接在柜体设置各通道的信号地址、亮度、调光曲线模式、工作模式及调光柜其他参数；RGB灯光控制柜每一回路抽屉面板可单独显示对应工作模式。友好的人机交互界面为系统运维带来更大便利。
在状态监控和反馈功能方面，方达和斯全德的新型控制柜（见图3）具备智能识别模块地址和工作模式，以及电流、负载、信号、运行温度、开路、短路、负载记录功能和报告系统。在安全备份方面，方达物联网调光柜配备多个主副控制系统互为自动热备份；RGB和斯全德控制柜每个模块配备了独立处理器，各模块互不干涉、互为备份。新型控制柜均已支持热插拔、热互换，可在不中断演出的情况下方便快速处理故障点。
随着信息技术的进步以及远程离线编辑和控制需求的增加，灯光控制台的系统功能进一步延伸，人机对话手段更加丰富，安全性更加进步。彩熠TEKMAND G3第三代灯光控制系统，包括TEKMAND G3控制台（见图4）、TEKMAND G3 DPU分布式处理单元、TEKMAND NODE处理节点、TEKMAND云、TEKMAND APP等。除键盘和触屏外，系统还具有手势识别、人脸识别、视线跟随、语音控制以及红外感应等AI对话技术。系统通过互联网或5G模块可实现远程编程和技术支持，随时随地备份数据在云端和本地，有效保障数据安全。
图4 “彩熠”TEKMAND G3控制台
通信技术的进步不仅促进了灯光控制技术提升，也加快了企业信息管理系统和物联网的发展。灯光智能控制系统及管理系统的云平台应用更加深入广泛。灯具设备管理系统功能更加强大，各类基于物联网和5G技术打造的云管理平台不断进步迭代，为用户提供了更加丰富便捷的设备管理手段。针对设备的云平台管理，不仅支持用户方便获取设备的技术信息、位置信息、状态信息、历史记录，还可通过云端大数据的记录和分析，对设备的使用和经营提供决策依据。诸多企业的设备云平台均已具备自动监测信息、诊断故障、自动记录，并自动提醒用户保养或通报维修单位的功能。彩熠云管理平台V2.0版本（见图5）将灯具接入云端，通过“一朵云、两个端、多业务”的IoX-Solution管理系统，打通企业客户关系管理系统和企业资源数据库，将云、企业信息管理系统、灯具三者联为一体，可自动获取CRM系统客户/订单信息，向用户发送设备保养提醒、故障诊断、软件升级提示等服务信息，并可为灯具设置电子围栏，实现全自动出入仓逻辑，同时为后续开展LBS①服务提供基础数据。
ACME的AIoT丰云人工智能物联网系统（见图6）已衍生出租赁版和工程版两个系列，分别侧重设备出入库及仓储数量位置等管理和演出工程中的设备使用管理，针对不同的用户需求提供精细化服务。系统可实时监测灯具设备定位信息、运行状态及历史运行记录、灯泡运行时长、信号强度等；异常信息可通过灯具上的自动传感功能直接上传，并自动派单给本地技术人员。
图6 “ACME”的AIoT 丰云租赁版人工智能物联网系统架构图
方达舞台灯光智慧管理平台系统（见图7）基于移动互联网和云计算技术，通过终端传感器将演出现场的电气安全数据实时传输至云服务器，为用户提供不间断的数据跟踪、统计分析和安全监管。用户能够监控每台调光设备的实时数据、历史数据、报警日志和统计信息。系统自动进行数据采集、存储、分析，实时发送海量数据至云端存储，并在云端对这些数据进行分析，以制定相应的安全方案。
灯光云平台技术有效促进了灯光设备、工程和控制系统实现精细化管理、优化服务、提高了系统运行效率和安全性，问世不久即迅猛发展。随着物联网的应用场景进一步扩展，在各前沿企业的技术研发和应用实践推动下，未来成长空间极大。
在日渐丰富的硬件设备支持下，演艺项目及舞台综艺节目设计越来越突破传统。首先，需要在空中悬挂的早已不止灯光设备，大屏幕和各种实体道具等均需要升降吊挂；其次，灯具和其他吊挂设备通过运动参与演出需求越来越多；第三，在固定演播室或剧场里，传统单一功能和一维运动的吊杆早已不能满足日新月异的使用需求，高精度多维吊挂系统应运而生。3.1 吊挂设备的功能拓展与新技术应用
随着舞台设计追求丰富的变化，承担空中悬挂及运动功能的传统灯光吊挂系统被赋予新使命，除吊挂灯具外，还承担了布景、道具、大屏幕等静态吊挂以及动态参与演出功能。
图8 2019央视春晚“大丰”综合吊挂系统平面布置图大丰、华晨、江苏建声等企业的吊挂设备（见图8～图10），不仅满足吊挂灯光设备的需求，还针对布景、道具和大屏幕等特殊设备做了专门设计。通过数控调速、变频调速、雷达防碰撞、激光测距校准、运动速度反馈自控、运动参数预设记忆等技术手段，有效实现了多功能吊杆的升降、平移、旋转等多维度动作的精准控制，并在运行精度、静音和安全性等方面达到了动态参与演出的水平，在诸多重要演出中通过吊挂设备使灯具、道具和大屏幕等设备多维运动融入演出环节，为节目增加了重要的表现手段。
图9 “华晨”三维数字吊杆 图10 “江苏建声”智能化水平吊杆
随着综合吊杆功能的拓展，各企业吊挂控制系统的自动化程度、兼容性、可扩展性及易用性等方面，吊挂控制系统的操作方式、信息反馈、系统安全措施等方面更加完善。江苏建声、华晨和大丰的吊挂控制系统可通过控制记忆单元及多种传感器实现系统状态全方位实时监控，自动显示系统运行状态、位置数据、运动数据及抱闸的逻辑状态等，有的还可按预先设定的程序一键式布光布景。华晨和江苏建声的吊挂控制系统的手动应急功能，为应对控制中枢崩溃等极端情况提供了底层应急手段。系统规模和综合性提高后，系统控制指令和反馈信息逐渐增加。吊挂控制系统的人机对话界面变得更加友好实用，很多吊挂控制系统已实现了图形化操作场景界面和信息反馈界面，可实时操作单控集控，动态显示系统各环节状态、位置和运动数据，并开始出现全中文的操作界面。近年来演出系统的综合化和多场景化，对吊挂控制系统的融合性和可扩展性提出了更高要求。包括系统的扩展扩容、不同吊挂系统的兼容以及吊挂系统与灯光、视频等控制系统的融合等。大丰的DAFENG STACON控制系统达到SIL3国际安全标准，做到了吊挂设备、舞台动作、视频、音频及演员表演等各种要素在同一时间点有效协调融合。汇焰开发的一体式机械智能吊挂控制系统（见图11），实现了传统PLC控制吊杆和数控葫芦系统的统一控制。系统通过数控葫芦吊挂桁架作为固定吊杆的补充，原有吊杆与桁架可通过该系统实现一体式控制。系统根据需要组合扩展或临时变更，通过对数控葫芦编程控制，可实现桁架各种高度和角度的升降、偏转。该系统也具有实时监测承重载荷、舞台机械位置和运动状态、远程控制时间码同步、可视化对话界面等功能。
图11 “汇焰”一体式吊挂控制系统图
3.3 吊挂系统安全预警新手段
汇焰的吊挂安全管理系统（见图12）具备完善的预警监测功能，除了称重超载报警监测功能，还具有硬件限位、软件限位、自动组停、SIL2安全防护等级安全急停，以及电机温度监控等功能，为大型混合吊挂系统提供了多角度自适应的安全保障能力。其中一个亮点是汇焰称重式卸扣，能实时监测载荷重量，具有超载预警功能，可方便组网使用。
江苏建声的吊挂系统具备完备的动态安全系统，各部动作和位置的实时反馈与变频器、PLC实现闭环自适应控制。吊杆的平移距离、垂直升降高度、水平旋转角度、提升速度、运行状况、载荷情况等，可由系统设定并全程监控，在超载等意外情况发生时，变频器可向控制台发出报警。同时系统升降装置配备了载、限位、冲顶保护等底层安全保护措施。
灯光网络的安全主要基于采样监测与人机对话两方面。综合系统逐渐智能化，提升了系统功能，扩大了系统外延，也催生了更加直观简洁的交互界面，界面操作和系统信息反馈越来越简洁、高效、人性化。智能化系统全天候自动监测和预警，并直观迅速地为运维人员提供系统状态信息、操作依据及应急方案，使系统安全性得到有效提升。RGB的5G可视化灯光网络控制系统（见图13）将舞台调光设备、灯光控制台、网络解码器、配电柜和灯具等符合ArtNet、ACN和RDM 通讯协议的设备组成监控系统，可以远程实时监控整个舞台网络设备状态、布线状态和每条线两端设备连接状态。
宏丰代理的比利时Luminex 可视化网络控制系统（见图14）采用网络可视化软件实现对Luminex 架构交换机、传输线路、备份线路、解码器、周边接入设备进行实时状态管理，快速判断故障点。系统可实现在线/离线设备总览、网络带宽监测、ArtNet Universe监测，对ArtNet设备、发生器、日志、灯具等检测，系统可感应报警、检测设备故障，提供网络冲突解决方案。
大型综合舞台控制系统除了整合灯光、大屏幕和运动舞台等系统外，一些单体项目中还出现同时涵盖视频音频在线包装、离线编辑等功能的全媒体综合控制系统。舞台控制系统功能融合化和控制统一化成为新趋势。5.1 全媒体控制系统融合
大丰DAFENG STACONTM演艺控制系统（见图15）是典型的全媒体控制系统，包括综合控制、智慧场馆、运维管理三部分，同时承担演艺现场总控、场地运营及设备运维管理等任务，可根据设备数量、类型、布局、优先级等灵活配置。系统具备大规模节点群控、融合实时同步、无限制cue表等功能，可在固定步骤演出中准确实现演艺设备全域控制，改变了传统各专业独立控制的模式，有效提高演出协同性。该系统支持TCP/IP、DMX512、MIDI、LTC、OSC、ArtNet、RS232、RS485、GPIO、OPC、PJlink等主流控制协议，具备丰富的设备数据库，涵盖灯光、音响、视频、机械、互动、各种传感器设备，并可以通过数据通讯模块进行扩展。
图15 “大丰”DAFENG STACONTM全媒体演艺控制系统
DAFENG STACONTM系统总控台（见图16）支持远程控制管理、无缝维护、时间轴编辑功能，主机可自备份，保证演出数据安全。根据实际环境和使用要求，各子系统分别具备独立的控制系统，可进行单独控制，也可以集中控制，各子系统具备良好的兼容性和可扩展性。
图16 “大丰”DAFENG STACONTM全媒体演艺控制系统总控台
5.2 舞台控制系统的扩展
除了大型全媒体系统的功能融合日益完善和强大，一些以传统舞台机械操控为核心的综合控制系统也融合了多种新技术新手段，有效解决了舞台机械系统与灯光音响等非机械设备的同步演出问题。
北特圣迪SZCS-6000舞台控制系统（见图17）在原舞台操控系统的基础上，融合自适应控制、鲁棒控制和模糊控制等先进控制技术，采用模块化编程，可实现多控制台平行管理、等时授权、实时设备监控和报警分级管控等安全技术措施。通过内部支持的多场景、时间轴、数据流等功能，成功实现舞台各专业的综合协同控制。
图17 “北特圣迪”神州舞台控制系统
随着先进技术的不断应用以及模块化设计的普及，在越来越绚丽的人机界面背后，用户对于设备的底层结构、生产工艺、技术流程以及操作系统的了解机会越来越少。为此，调研组深入企业生产一线，有机会以不同于用户的视角，从生产研发端探究产品的设计思路和新技术应用，更深入理解产品应用层面背后的设计及实现过程。国内舞台设备控制系统的研发、设计、生产技术已经与当今最先进科技同步，金东高科和北特圣迪等企业基于军工和太空探测技术建立的仿真技术平台为产品研发和用户应用提供了有效工具。金东高科将动态仿真技术（见图18）应用于舞台机械中，利用动态仿真技术，实现舞台机械设备虚拟样机设计及仿真，在多项大型演艺项目及剧场项目成功应用。其多自由度虚铰升降平移翻转组合舞台技术采用的串联式三自由度机械系统，在设计、研发过程中，采用基于虚拟样机技术的三维设计、有限元分析、动力学仿真的综合仿真技术进行定制化机械系统的设计，有效加快了定制化新产品的研发设计进程。
图18 “金东高科”动态仿真技术（虚拟样机技术）在舞台机械中的应用
三维动态仿真技术也为终端用户提供了强大的模拟设计和远程创作工具。金东高科的灯光离线编辑及三维动态仿真技术（见图19），从实际演出需求出发，能够高效配合演出团队创意和剧场工艺需求进行艺术呈现。配合先进的硬件设备，建筑三维仿真模拟、灯光离线编辑、音视频效果优化、BIM综合分析、VR虚拟互动等专业技术，可实现非现场一比一效果演示。为设计师的远程设计和离线编程提供更加直观便利的工具。
图19 “金东高科”灯光离线编辑及三维动态仿真技术
北特圣迪应用于舞台设备操作的三维虚拟现实技术（见图20），为用户提供了多角度可视化操作功能。该技术在三维环境中以虚拟现实的方式来展示舞台设备的运行状态，实时显示设备的位置、速度、电流和报警信息；在设备的运行过程中可以实时通过旋转屏幕从不同视角观察设备相对位置，给操作员提供贴近真实场景的操作环境。
（1）高科技企业不仅拥有强大的技术、设计、研发、生产能力，更可贵的是厚积薄发的锐意进取精神。各企业在生产过程自动化、系统设计综合化、控制方式人性化、安全手段多样化等诸多方面的探索并未仅仅停留在图纸上，很多新设计和新思路已成型量产并投入市场，得到了市场和观众的认可（本次调研报告的工程篇对其中有代表性的工程案例做了详尽分析）。（2）近年吊挂及控制系统技术进步迅速，实体灯光及舞台设备的硬件技术及工艺水平越来越高，系统综合性与复杂度大幅提升，同时算法成本占比越来越大。未来技术的发展，硬件设备的技术和规模将接近极限，提升空间有限，系统最重要的发展空间在于软件和算法能力的提升。（3）创新才有未来，领军企业在基础研发方面投入巨大，硕果累累，在独立自主的创新中寻求专攻特精突破点。诸多企业不断推出具有自主知识产权和专利技术的硬件设备和控制系统，无论是在设计理念、生产工艺，还是在产品性能、实用性、安全性上，都有明显的进步。除了技术进步外，更令人欣喜的是，从设计环节开始的人性化和实践性更加深入和具体，标志着中国企业的设计生产从粗放型向精细化的转变正在加速，国产产品的进口替代已经是大势所趋。（4）网络化、智能化、远程化代表了前沿技术发展方向和新的增长点，但并不能反映全部市场需求。调研组与各层次用户进行了广泛交流，发现在疫情防控和经贸等外部环境严峻的考验下，成本和可靠性仍然是很多用户的最为关注的需求，大量成熟稳定可靠的传统常规设备仍然不可替代，传统成熟产品仍然是行业的生存之本，不可放弃。
选自《演艺科技》2021年第12期 刘 明，陈建民，沈 勇，秘根杰，钟国虹，王京池《2021中国舞台影视灯光调研分析报告——控制·吊挂篇》。转载请标注：演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。
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