智能燈桿在智慧城市中的應(yīng)用探討

方 亮

（武漢燎源電力科技有限公司，湖北 武漢 430011）

照明燈桿是城市中分布最為廣泛的公共資源，傳統(tǒng)燈桿會產(chǎn)生線路漏電、防盜等問題而管理困難，照明能耗巨大而節(jié)能管理困難，故障率高而維護(hù)高空作業(yè)操作困難，隧道照明建設(shè)成本高而管理困難等問題，對城市照明管理提出了更高的要求。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與逐步成熟，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能燈桿建設(shè)慢慢走進(jìn)社會大眾的視野，它集照明與信息的采集、發(fā)布于一體創(chuàng)新復(fù)合應(yīng)用的產(chǎn)品，是智慧城市的神經(jīng)末梢和最佳入口，具有非常大的發(fā)展空間，為助力智慧城市的發(fā)展，降低城市照明管理成本、實(shí)現(xiàn)照明管理升級、節(jié)能減排以及融合城市公共服務(wù)系統(tǒng)提供了方向和著力點(diǎn)[1]，智能燈桿建設(shè)勢在必行。

1 智能燈桿產(chǎn)生的背景

1.1 城市道路建設(shè)推進(jìn)智能燈桿建設(shè)

2004～2014年末我隨市實(shí)有道路長度及面積如圖1所示。

圖1 2004～2014年末我隨市實(shí)有道路長度及面積[2]

年均增長率達(dá)4.25%[2]，此外，城市化建設(shè)過程中對城市道路照明等基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)投入以及路燈的節(jié)能改造，均可在一定程度上催生對于智能燈桿需求的增加。

1.2 智慧城市發(fā)展助推智能燈桿的快速發(fā)展

目前，全國多地已提出了一系列智能燈桿產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃，出臺了相關(guān)政策和法規(guī)，有的城市正在全面推進(jìn)智能燈桿的試點(diǎn)落地與推廣，預(yù)計(jì)項(xiàng)目總投資規(guī)模將超過萬億元，未來仍然會得到政策支持；5G已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略高度，是未來信息通信技術(shù)的主要發(fā)展方向，其商用部署促進(jìn)了5G微基站建設(shè)的需求，而燈桿作為5G微基站建設(shè)的首選又進(jìn)一步推動了智能燈桿的發(fā)展。

1.3 智能燈桿是智慧城市的最佳入口和服務(wù)端口

城市路燈成為智慧城市建設(shè)的重要載體，可以將市政照明、交通、環(huán)保等信息融入物聯(lián)網(wǎng)，便于信息的采集與發(fā)布，是智慧城市的最佳感知單元和感知載體，也是智慧城市的一個(gè)重要入口。與此同時(shí)，通過提升城市市政的智能化管理水平，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代的信息技術(shù)，將所采集的數(shù)據(jù)上傳至云端而形成大數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與政府間的聯(lián)動以及有關(guān)部門的交互，為智慧城市大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持，數(shù)據(jù)經(jīng)過分析與處理后，可在智能燈桿上進(jìn)行信息發(fā)布，為市民提供服務(wù)。

1.4 城市集約化急需“多桿合一”

一些城市路面上交通監(jiān)控、安防監(jiān)控、噪音監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測等功能同時(shí)存在，道路密集立桿，影響市容景觀，各類功能獨(dú)立建設(shè)還需要重復(fù)布設(shè)電源和通信線路，破路埋管，成本巨大，因此，為了避免資源浪費(fèi)，綜合利用道路燈桿資源，推進(jìn)“并桿減量、多桿合一、一桿多能”，提升市容市貌是智慧路燈桿建設(shè)最早的出發(fā)點(diǎn)，也可以助力智慧城市建設(shè)、節(jié)約城市建設(shè)投資，提升城市管理水平。

2 智能燈桿簡介（見圖2）

圖2 智能燈桿示意圖

智能燈桿是指以燈桿作為載波載體，通過應(yīng)用較為先進(jìn)、高效、可靠的電力線載波/Zigbee通信技術(shù)和無線GPRS/CDMA、5G通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，將城市中的燈桿串聯(lián)連通而形成物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對路燈的遠(yuǎn)程集中控制與管理；同時(shí)具有視頻監(jiān)控功能，根據(jù)車流量、時(shí)間、天氣情況等條件設(shè)定方案自動調(diào)節(jié)亮度、人流車流統(tǒng)計(jì)分析、遠(yuǎn)程照明控制、故障主動報(bào)警、燈具線纜防盜、遠(yuǎn)程抄表等功能[3]，可以有效控制能源消耗，提升公共照明管理水平，降低維護(hù)與管理成本，減少占地，規(guī)范設(shè)施建設(shè)，對于城市建設(shè)規(guī)范和便捷起到重大作用。

智能燈桿可以采用定制化設(shè)計(jì)，集成了視頻識別、智慧照明、WiFi熱點(diǎn)、信息顯示屏、環(huán)境傳感器、應(yīng)急報(bào)警、新能源汽車充電樁以及公共廣播等功能，并可在桿件頂部預(yù)留5G微基站的拓展空間。智能燈桿采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各功能模塊相互獨(dú)立，可以根據(jù)不同需求，按需組合、靈活配置，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，進(jìn)行不同的功能模塊的選擇，成為智慧城市建設(shè)過程中的先行者。

從功能結(jié)構(gòu)上來看，智能燈桿及其運(yùn)行平臺可以分三個(gè)層次，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層即現(xiàn)場的智能燈桿設(shè)備，在滿足新能源汽車充電接入的同時(shí)，還可以滿足智慧城市所需要的各種傳感器以及通信接入點(diǎn)的加載需求；網(wǎng)絡(luò)層是以以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信息傳遞的互聯(lián)互通；應(yīng)用層是基于燈桿監(jiān)控平臺升級為整個(gè)智慧城市的物聯(lián)信息基礎(chǔ)設(shè)施平臺，在監(jiān)控大廳可以滿足智慧城市各個(gè)功能模塊的拓展開發(fā)或者接入的需求[4]，智慧城市的物聯(lián)信息基礎(chǔ)設(shè)施平臺可直接為政府各有關(guān)部門提供實(shí)時(shí)的城市運(yùn)行、監(jiān)測服務(wù)。通過這三個(gè)層面，智能燈桿最終成為集成各種信息設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新復(fù)合應(yīng)用的智能燈桿產(chǎn)品。

3 智能燈桿的主要功能

3.1 智能照明功能

在智能照明上主要是運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過軟件平臺根據(jù)周圍環(huán)境的實(shí)時(shí)情況以及根據(jù)季節(jié)的變化、天氣狀況、光照度、特殊節(jié)假日等來實(shí)現(xiàn)路燈的自動開關(guān)燈和對路燈的亮度進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)按照需求進(jìn)行人性化照明，在確保安全的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了二次節(jié)能，提高照明質(zhì)量。此外，綜合有線或無線的通信技術(shù)、監(jiān)控制系統(tǒng)以及物聯(lián)信息基礎(chǔ)設(shè)施平臺，對單一燈桿或整個(gè)燈桿群進(jìn)行遠(yuǎn)程管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控故障報(bào)警以及智能分析，并可向檢修部門反饋故障情況，在大幅提高城市路燈管理人員的工作服務(wù)效率的同時(shí)降低路燈維護(hù)作業(yè)人員的工作強(qiáng)度。

3.2 視頻監(jiān)控功能

以燈桿作為視頻監(jiān)控探頭的載體，利用路燈的電纜、光纜等基礎(chǔ)建設(shè)或燈桿預(yù)留的接口來實(shí)現(xiàn)智能燈桿視頻監(jiān)控的功能。利用云臺控制的彩色戶外攝像頭可進(jìn)行360°全方位圖像采集，并可以對周圍的人流量、車流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，通過“一鍵呼叫”按鈕可直接聯(lián)系到附近的警察進(jìn)行求助，系統(tǒng)將采集到的視頻、圖像等信息實(shí)時(shí)傳回監(jiān)控中心，監(jiān)控中心可以根據(jù)燈桿上的探頭了解到求助者周圍的情況，以便采取高效、快捷、及時(shí)指揮服務(wù)措施與案件的處理；此外，視頻探頭還可以對某些特定的安全情況（如窨井蓋的異常變動、燈桿遭受到意外撞擊等）進(jìn)行監(jiān)控，針對特殊的人群、大型活動現(xiàn)場進(jìn)行電子布控。

3.3 WiFi接入功能

由于WiFi天線覆蓋距離可達(dá)100～500 m，利用燈桿來架設(shè)基站是一種較好的方式。與傳統(tǒng)基站網(wǎng)絡(luò)相比，其運(yùn)營成本與能耗均可得到有效降低，同時(shí)具有設(shè)備體積小、安裝便捷、覆蓋面廣、隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)；還可以利用無線WiFi實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信號傳輸，市民不僅可接收到有關(guān)信息，而且還可以實(shí)現(xiàn)信息的查詢，方便市民的生活，收集市民的上網(wǎng)特征數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)來分析市民的行為運(yùn)動軌跡，用信息支持方式來為政府有關(guān)部門提供科學(xué)決策；同時(shí)還可以通過無線WiFi來定制手機(jī)端及個(gè)人電腦端的接入頁面，進(jìn)行信息的推送與廣告服務(wù)。

3.4 智能充電功能

隨著城市電動汽車保有量的增大，而充電樁的數(shù)量遠(yuǎn)不能滿足電動汽車的需求，將充電樁集成到燈桿的內(nèi)部，在道路兩側(cè)與燈桿共址布局建設(shè)，為電動汽車提供交直流電能。使用操作非常簡便，電動汽車車主只需要將車?？吭谠O(shè)有停車位的路燈旁，通過掃描充電樁上的二維碼并安裝相關(guān)的終端APP便可進(jìn)行充電，系統(tǒng)會根據(jù)充電的時(shí)間、電量等來計(jì)算充電的費(fèi)用且可通過手機(jī)來進(jìn)行支付。將智能燈桿與充電樁有機(jī)結(jié)合，將極大地解決充電樁數(shù)量不足、建設(shè)成本高等困局，構(gòu)建城市管理者、電動汽車、充電樁運(yùn)營商一體化的產(chǎn)業(yè)聯(lián)動鏈。充電樁與信息發(fā)布平臺聯(lián)動，顯示充電樁的使用狀態(tài)，與探頭的聯(lián)動，可監(jiān)測充電樁停車位的運(yùn)行、使用情況，實(shí)現(xiàn)對充電樁停車位管控。

3.5 氣象監(jiān)測功能

通過在燈桿上增設(shè)傳感器，整合各類傳感器并解決之間的互擾問題，對微環(huán)境指標(biāo)（PM2.5、CO、CO2、NO、NO2等）、溫濕度、噪聲、大氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等信息進(jìn)行持續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測，將有關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回管理平臺保存，管理平臺進(jìn)行分析處理后對有關(guān)信息實(shí)時(shí)在信息發(fā)布平臺上顯示，為有關(guān)部門工作提供支持與參考。

3.6 信息發(fā)布功能

利用智能燈桿的顯示屏作為網(wǎng)絡(luò)多媒體信息發(fā)布的平臺，實(shí)時(shí)更新發(fā)布內(nèi)容，且廣告圖文信息可以隨便地進(jìn)行更換，可以顯示時(shí)政新聞、商業(yè)廣告、公益宣傳、交通擁堵、公共信息發(fā)布、緊急情況警告、區(qū)域地圖顯示、周邊環(huán)境空氣污染狀況等信息[5]，作為市民感知城市的“智慧之窗”，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)公共廣播的遠(yuǎn)程集中管控。

4 智能燈桿發(fā)展建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)與建議

4.1 公眾對智能燈桿認(rèn)知方面

目前，智能燈桿的發(fā)展還處于初步階段，其發(fā)展建設(shè)還不夠全面，對燈桿進(jìn)行升級維護(hù)僅是對局部的改進(jìn)，且政府有相關(guān)部門未對智能燈桿進(jìn)行積極的宣傳以及正確的引導(dǎo)，也未有切實(shí)的政策與資金支持；社會大眾對智能燈桿建設(shè)的理念以及其所帶來的價(jià)值理解、認(rèn)識不深。

為此，建議政府加大重視力度，積極向公眾進(jìn)行智能燈桿的推廣宣傳，獲得公眾的理解與支持，同時(shí)也要對政府各有關(guān)部門進(jìn)行滲透與宣傳，促進(jìn)智能燈桿的落地建設(shè)；采取多種融資模式，為智能燈桿建設(shè)提供專項(xiàng)資金，增加智能燈桿建設(shè)對社會資金的吸引力。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)框架、法律法規(guī)體系方面

由于智能燈桿的有關(guān)技術(shù)與市場正在進(jìn)行不斷地發(fā)展與變化，且還涉及不同領(lǐng)域的不同部門，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一工作較為困難，尚未建立起標(biāo)準(zhǔn)框架體系；即使國家有關(guān)部委或地方政府出臺了有關(guān)規(guī)章制度，法律法規(guī)不夠完善，缺乏可實(shí)施性或法律效力層級不高，導(dǎo)致實(shí)際效果不佳。

建議加強(qiáng)智能燈桿各領(lǐng)域的交叉融合與協(xié)作機(jī)制，加快制定和完善智能燈桿產(chǎn)品相關(guān)的技術(shù)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)框架體系；立法機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)智能燈桿的實(shí)際建設(shè)需要，對有關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行修訂完善，使其更適合實(shí)際應(yīng)用情況。

4.3 數(shù)據(jù)管理方面

伴隨著智能燈桿的普及，系統(tǒng)必然會承載海量的信息與數(shù)據(jù)，如此龐大的信息和數(shù)據(jù)的分析、處理，其工作量極大，這會給燈桿管理部門帶來很大的挑戰(zhàn)，而且也會給現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶來非常大的負(fù)擔(dān)。建議建立數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)體系，做好數(shù)據(jù)的分析處理層級管理。

4.4 智能燈桿的后期維護(hù)方面

目前，城市里大多還是普通路燈，燈桿的不同專業(yè)維護(hù)隊(duì)伍習(xí)慣于其所轄區(qū)域內(nèi)的常規(guī)維護(hù)，智能燈桿安裝后，一旦發(fā)生突發(fā)狀況，缺乏必要的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對智能燈桿的正常運(yùn)行帶來諸多不便。

建議建立專業(yè)化的燈桿維護(hù)人才隊(duì)伍，采取不定期加強(qiáng)技能與有關(guān)知識的培訓(xùn)、考核或委托有關(guān)廠家培養(yǎng)，以提高其不斷掌握知識以及對智能燈桿系統(tǒng)維護(hù)的適應(yīng)性。

4.5 智能燈桿上架設(shè)設(shè)備之間的相互干擾方面

為了多種功能的集成，在智能燈桿上常會架設(shè)不同類型的特定功能傳感器對有關(guān)信息進(jìn)行收集，在實(shí)際運(yùn)行中不同設(shè)備之間可能會產(chǎn)生干擾[6]，造成某些傳感器或設(shè)備無法正常使用，影響信息的傳輸與收集。建議進(jìn)一步改進(jìn)智能燈桿設(shè)備，提高各設(shè)備生產(chǎn)廠家之間的產(chǎn)品兼容性與通用性，打破模塊化束縛，實(shí)現(xiàn)信息資源互聯(lián)互通。

5 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能和5G等高新技術(shù)的快速發(fā)展和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，集智能照明、視頻監(jiān)控、智能充電等多種功能于一身的智能燈桿為城市智慧化進(jìn)程帶來了新思路，針對其發(fā)展所面臨困難與挑戰(zhàn)，一方面通過政府加大宣傳與引導(dǎo)以及部門間高效協(xié)同，建立標(biāo)準(zhǔn)框架體系與安全風(fēng)險(xiǎn)體系；另一方面還需企業(yè)、政府、市場之間的配合，找到各方與各專業(yè)的切合點(diǎn)、融合點(diǎn)，使各方均可受益，推進(jìn)智能燈桿綜合利用的規(guī)范化、智能化與產(chǎn)業(yè)化。