淺析“智慧燈桿”的發(fā)展和應用

王 飛

（廣東省建筑設計研究院，廣東 廣州 510010）

1 概述

自IBM提出“智慧地球”概念，引導了全球“智慧城市”建設的熱潮。目前，全球已啟動或在建的智慧城市已達1 000多個，其中半數(shù)來自中國。國家智慧城市試點已達193個，所有一線城市、半數(shù)以上的二線城市均已提出建設“智慧城市”的目標。

路燈是城市最密集的基礎設施，深入城市的各個角落。通過物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，可以形成一個“路聯(lián)網(wǎng)”。通過對路燈燈桿的整合，將更多領域的傳感設備集成到路燈燈桿，發(fā)展成新型城市網(wǎng)絡基礎“智慧燈桿”，就可以支撐更多的“智慧城市”應用。

“智慧燈桿”是物聯(lián)網(wǎng)信息采集的重要來源，是“智慧城市”建設的一個有機組成部分。“智慧燈桿”的建設可以既促進“智慧城市”建設，也可以推動我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有重大的社會和經(jīng)濟效益。

2 建設條件的成熟性

2.1 政策條件的成熟性

為了支持智慧城市的發(fā)展，實現(xiàn)智慧城市的戰(zhàn)略計劃，國家和地方各級政府出臺了相關(guān)政策和法規(guī)。

國務院頒布《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，提出促進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)和示范應用。國家改革和發(fā)展委員會出臺的《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014-2020年）》《關(guān)于促進智慧城市健康發(fā)展的指導意見》，明確提出：推進智慧城市建設，推動物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)創(chuàng)新應用，實現(xiàn)與城市經(jīng)濟社會發(fā)展深度融合。

住房城鄉(xiāng)建設部于2012年12月5日正式發(fā)布了“關(guān)于開展國家智慧城市試點工作的通知”，并印發(fā)了《國家智慧城市試點暫行管理辦法》和《國家智慧城市(區(qū)、鎮(zhèn))試點指標體系（試行）》兩個文件，即日開始試點城市申報。

廣東省人民政府頒發(fā)《廣東省信息化發(fā)展規(guī)劃綱要（2013-2020 年）》以及《中共廣州市委、廣州市人民政府關(guān)于建設智慧廣州的實施意見》明確提出要“推進城市基礎設施智能化，全面推進智能交通工程”?！稄V東省信息基礎設施建設三年行動計劃（2018-2020年）》，文件要求推進“一桿多用”試點，推廣具有“一桿多用”功能的城市智慧燈桿。2019年3月14日，全國首個智慧桿產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟《廣東省智慧桿產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟》在廣州成立。

2.2 技術(shù)條件的成熟性

物聯(lián)網(wǎng)、GIS、云計算、傳感器等技術(shù)的飛速發(fā)展，為“智慧燈桿”各類應用終端提供了支撐。電力載波、ZigBee、3G/GPRS、LoRa、NB_LoT、6LowPAN等通信技術(shù)的發(fā)展，為物聯(lián)傳感信息傳輸提供了基礎技術(shù)保證。

來車檢測算法、云計算基礎平臺、智能傳感等技術(shù)已大量應用于市政管理平臺；同時，以燈桿為載體的擴展應用，如氣象環(huán)境、城市積水、無線WIFI、無線報警、LED顯示屏、流量監(jiān)測等，國內(nèi)先進的科研單位和廠家已經(jīng)通過技術(shù)可行性驗證，并在部分試點城市進行了應用。

3 “智慧燈桿”的解決方案

“智慧燈桿”以路燈桿為載體，運用PLC、ZIGBEE、視頻流控制、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，通過在前端安裝各種采集設備和傳感器，對前端每個智能設備進行信息采集和遠程控制，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)椒掌骱笈_進行處理，整合為一套多功能的智慧管理系統(tǒng)。其內(nèi)容主要由三部分組成，即基于“智慧燈桿”的多元傳感終端、通信網(wǎng)絡、云服務管理平臺。

（1）多元傳感終端。多元傳感終端主要包括帶智能網(wǎng)關(guān)的燈具、視頻監(jiān)控、移動通信、WIFI、環(huán)境監(jiān)測傳感器（溫、濕度傳感器、照度傳感器、PM2.5傳感器等）、交通信號燈、流量監(jiān)測、LED顯示屏、公共廣播、充電樁等。

終端設備遵循統(tǒng)一的部署和標準的接口，通過有線或無線網(wǎng)絡傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。同時預留標準接口，為后期擴展預留硬件條件。

多功能桿的功能配置應綜合考慮實際應用場景及功能需求，應用場景及推薦性配置如表1。

（2）通信網(wǎng)絡?！爸腔蹮魲U”通信網(wǎng)絡可以采用有線和無線的方式。

有線傳輸可采用光纖、電力線載波等方式，應以光纖為主，電力線載波為備選，并符合GB/Z 20177.1—2006、GB/Z 20177.2—2006、GB/Z 20177.3—2006、GB/Z 20177.4—2006中相關(guān)規(guī)定。

無線傳輸可采用NB-IoT、3G、4G、5G、LoRa、Zig Bee等方式，并符合現(xiàn)行標準的要求。各設備的無線傳輸使用頻率應進行合理規(guī)劃，避免頻率干擾。

利用電磁波信號進行數(shù)字信號通信，需安裝專用無線通信天線，信號可在自由空間中傳播，不需要物理連接線。ZigBee需 遵 循IEEE 802.15.4通 信 協(xié) 議、GB/T 15629.15—2010中相關(guān)規(guī)定，WLAN需遵循IEEE 802.11a/ac/b/g/n通信協(xié)議中相關(guān)規(guī)定。

多功能桿上的掛載設備可利用光纖網(wǎng)絡、IP微波、以太網(wǎng)、無線網(wǎng)等網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)通過智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、交換機、路由器、防火墻等傳輸設備傳送到管理后臺。攝像頭、室外AP 設備宜通過光纖直接傳輸?shù)綑C房匯聚交換機上；環(huán)境監(jiān)測設備、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)、廣播等其他設備宜接入安裝于多功能桿底座的交換機，再傳輸?shù)綑C房內(nèi)核心交換機。多功能桿系統(tǒng)宜采用三層組網(wǎng)方式，管理平臺通過因特網(wǎng)把指令發(fā)給智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)再通過無線協(xié)議或有線協(xié)議控制桿體上每個掛載設備模塊；

（3）云服務管理平臺和應用。云服務管理平臺是實現(xiàn)對路燈物聯(lián)網(wǎng)示范應用監(jiān)控調(diào)度、運維數(shù)據(jù)管理的中心平臺。路燈物聯(lián)網(wǎng)云服務管理平臺可以通過地圖的方式，迅速定位各類傳感設備并進行相關(guān)設備的信息查詢、統(tǒng)計及管理，包括設置控制和調(diào)度策略，查詢各傳感設備的狀態(tài)和歷史記錄，實時更改傳感設備的運行狀態(tài)、提供各類報表等功能等。平臺包含：資產(chǎn)維護、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、監(jiān)控中心、智能策略、大屏管理、微信服務、移動終端應用管理、路燈WIFI應用、積水監(jiān)測應用、交通流量監(jiān)測應用、環(huán)境監(jiān)測應用等。

路燈物聯(lián)網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)庫將根據(jù)國家和相關(guān)行業(yè)的標準和規(guī)范，結(jié)合路燈物聯(lián)網(wǎng)實施的實際情況，整合各類燈具、燈桿、電表、配電柜、節(jié)點控制器、集中控制器以及環(huán)境監(jiān)測、城市積水監(jiān)測、噪音監(jiān)測、路燈WIFI等硬件終端傳感設備的信息資源，實現(xiàn)路燈物聯(lián)網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)庫的分布式集中管理。綜合數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)框架能夠為路燈物聯(lián)網(wǎng)各類傳感信息資源的梳理、整合、管理和利用提供操作指導。

表1 多功能桿應用場景及可配置功能

4 “智慧燈桿”的建設意義

“智慧燈桿”的建設為“智慧城市”的建設提供了一種新的模式，并形成了完整的解決方案，其高度的開放性可以快速有效地支撐其他“智慧城市”應用，避免基礎支撐設備的重復建設。

“智慧燈桿”是重要的民生工程，符合“智慧城市”建設的高標準、高定位，國際領先的總體要求，能夠全面提升城市的建設水平和影響力。

基于“智慧燈桿”的云服務管理平臺開發(fā)的各種應用，可以促進“智慧城市”相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，可以提升城市品牌驅(qū)動效應和核心競爭力。

5 對“智慧燈桿”建設的建議

首先，“智慧燈桿”的建設應重視標準體系的建立。統(tǒng)一標準是規(guī)范化、模塊化的基礎，也是物聯(lián)網(wǎng)的核心。

其次，“智慧燈桿”的建設應重視安全體系的建立。對業(yè)務、軟件、數(shù)據(jù)等各環(huán)節(jié)的安全風險點進行系統(tǒng)的梳理并提出應對方案，是保障多部門數(shù)據(jù)系統(tǒng)共享的必要條件。

最后，“智慧燈桿”的建設應針對各地區(qū)不同的情況，選擇合適的建設模式（EPC/ BOT/ PPP）和相對應的運營模式，平衡好政府、運營商、建設方的需求和利益。只有政策、標準、資金、人才、技術(shù)各方面都有完善保障，“智慧燈桿”建設才能夠健康、和諧的發(fā)展。