智慧燈桿在智慧城市中的應(yīng)用

吳建榮

常州市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 常州 213000

1 智能燈桿在智慧城市中的應(yīng)用意義

1.1 改變傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商覆蓋方式

在傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商覆蓋模式中，人們往往選擇在城市區(qū)域中自建基站，在基站內(nèi)安裝天線等設(shè)備，面臨重復(fù)建設(shè)、建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本過(guò)于高昂、資源浪費(fèi)的問(wèn)題，沒(méi)有滿足現(xiàn)代化城市建設(shè)發(fā)展的集約化要求。同時(shí)，若傳統(tǒng)宏基站周邊區(qū)域中分布高層建筑，或所處區(qū)域分布障礙物與干擾源，就容易形成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)無(wú)法完全覆蓋周邊全部區(qū)域。

在這一工程背景下，應(yīng)用智慧燈桿可以將智慧燈桿作為通信基站載體，既可以均攤一部分的基站建設(shè)與運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，又可以滿足高流量密度與高峰值速率性能的使用要求，在城市區(qū)域中建設(shè)大量的微型基站，以此消除無(wú)線通信盲區(qū)。例如，當(dāng)前我國(guó)部分城市均推出5G+智慧燈桿的試點(diǎn)項(xiàng)目，出臺(tái)相關(guān)政策，如《浙江省人民政府關(guān)于加快推進(jìn)5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》《廣東省加快5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2019—2022年）》等。采取宏微異構(gòu)的超密集組網(wǎng)架構(gòu)方式在智慧燈桿中部署5G基站，通過(guò)提高基站分布密度與縮小間距來(lái)解決通信盲區(qū)與電纜敷設(shè)問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，在5G基站載體方面，智慧燈桿的主要優(yōu)勢(shì)包括滿足超密集組網(wǎng)站址要求、抑制電磁輻射、分?jǐn)偦窘ㄔO(shè)成本，以及滿足多家電信運(yùn)營(yíng)商建站需求等。

1.2 提供集成載體與服務(wù)端口

在智慧城市早期建設(shè)期間，所構(gòu)建智慧照明、通信廣播道路設(shè)施控制等配套系統(tǒng)往往存在缺乏信息采集設(shè)備節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題，工作人員難以持續(xù)掌握現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況與設(shè)備設(shè)施實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，導(dǎo)致所制訂的控制決策缺乏合理性，沒(méi)有發(fā)揮出應(yīng)有作用。然而應(yīng)用智慧燈桿可以將各市政服務(wù)系統(tǒng)的信息采集設(shè)備進(jìn)行集成化處理，將智慧燈桿視為集成載體，在燈桿上同時(shí)安裝各類信息傳感裝置與通信裝置，起到同步采集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)向上反饋的作用。

1.3 具備多桿合一使用功能

與其他城市基礎(chǔ)設(shè)施相比，智慧燈桿具備多元化的使用功能，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，且各項(xiàng)使用功能相互之間不會(huì)造成負(fù)面影響。從成本角度來(lái)看，應(yīng)用智慧燈桿可以降低安全監(jiān)控、交通監(jiān)控、道路照明、環(huán)境監(jiān)測(cè)等城市基礎(chǔ)設(shè)施的造價(jià)成本與運(yùn)維成本，有利于節(jié)約空間資源和緩解城市用地矛盾，徹底解決城市基礎(chǔ)設(shè)施密集分布而影響市容景觀的問(wèn)題。從智慧城市集約化發(fā)展角度來(lái)看，可以將智慧燈桿視為各項(xiàng)城市基礎(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)的連接紐帶，在其基礎(chǔ)上，將各套獨(dú)立系統(tǒng)共同構(gòu)成整體性的智慧城市管理系統(tǒng)，解決系統(tǒng)間信息溝通不暢與缺乏聯(lián)動(dòng)控制的問(wèn)題。

2 智慧燈桿在智慧城市中的應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 道路照明

道路照明是智慧燈桿的核心功能，與傳統(tǒng)的道路照明燈具相比，智慧燈桿具有強(qiáng)大的環(huán)境感知能力與較高智能化程度，在運(yùn)行期間，持續(xù)對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行感知，可獲取路燈電流電壓、周邊路段現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況、自然光源條件與亮度、車流量等要素，準(zhǔn)確判斷實(shí)時(shí)的道路照明需求，自動(dòng)下達(dá)控制指令，調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷與燈具亮度。如此，可以在切實(shí)滿足照明需求的前提下，將道路照明系統(tǒng)的運(yùn)行能耗控制在合理范圍內(nèi)，盡可量延長(zhǎng)燈具設(shè)備的使用壽命，避免產(chǎn)生不必要的電能損耗。此外，智慧燈桿還具備故障自診與報(bào)警功能，分布大量自檢信號(hào)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常信號(hào)或監(jiān)測(cè)值超過(guò)警戒值時(shí)，自動(dòng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，對(duì)故障成因進(jìn)行判斷，確定故障點(diǎn)位，切斷故障部分與非故障部分的連接，便于后續(xù)檢修工作的開(kāi)展。

2.2 視頻監(jiān)控

智慧燈桿中安有攝像頭，可對(duì)周邊環(huán)境情況進(jìn)行監(jiān)控感知，持續(xù)將所拍攝的視頻圖像資料上傳至監(jiān)控中心。在智慧燈桿使用期間，如果監(jiān)控探頭拍攝到異常情況，達(dá)到觸發(fā)條件，那么將自動(dòng)啟動(dòng)一鍵呼叫功能，直接聯(lián)系周邊區(qū)域中的負(fù)責(zé)人，共享所拍攝的視頻圖像資料。為實(shí)現(xiàn)這一目的，在配置智慧燈桿與視頻監(jiān)控探頭設(shè)備的基礎(chǔ)上，可選擇應(yīng)用人像面部識(shí)別技術(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)從所拍攝圖像資料信息中提取人體的面部特征，將所提取特征量與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)信息進(jìn)行對(duì)比分析，如果對(duì)比相似值超過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，以此協(xié)助公安偵破工作的開(kāi)展。

2.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)

為了實(shí)現(xiàn)智慧燈桿的環(huán)境監(jiān)測(cè)功能，需要在燈桿上配置一定種類與數(shù)量的信息傳感裝置，如溫度傳感器、濕敏傳感器、氣敏傳感器、速度傳感器、射線輻射傳感器等，同時(shí)對(duì)環(huán)境溫度、空氣成分、大氣壓、空氣濕度、實(shí)時(shí)降水量、噪聲分貝等環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)采集，將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)向系統(tǒng)反饋，為道路照明、路況信息發(fā)布、氣象觀測(cè)等工作的開(kāi)展提供信息參照。例如，控制智慧燈桿中配置的聲學(xué)傳感器，對(duì)事故多發(fā)路段的車輛行駛過(guò)程進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)到異常聲響時(shí)，判斷是否出現(xiàn)車輛追尾碰撞等交通事故，快速鎖定事故路段，及時(shí)發(fā)布實(shí)時(shí)路況信息，組織開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)救援與交通疏導(dǎo)工作。

2.4 無(wú)線通信

在無(wú)線通信應(yīng)用場(chǎng)景中，智慧燈桿多用于通信基站載體，其具有安裝便捷、建設(shè)成本低、信號(hào)覆蓋范圍廣、基本無(wú)信號(hào)覆蓋死角的優(yōu)勢(shì)，如5G+智慧燈桿的組合建設(shè)，在燈桿中布置微型5G基站，再由大量的微型基站共同構(gòu)成5G通信網(wǎng)絡(luò)。

從應(yīng)用功能角度來(lái)看，智慧燈桿不但可以作為通信基站載體，還具有Wi-Fi接入與網(wǎng)絡(luò)通信的使用功能。首先，在智慧燈桿上搭設(shè)Wi-Fi天線，其覆蓋半徑可達(dá)到300m左右，為覆蓋范圍內(nèi)的城市居民提供通信服務(wù)。同時(shí)，還將起到信息收集的作用，如自動(dòng)收集市民行為運(yùn)動(dòng)軌跡，判斷各類城市基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施的實(shí)際使用頻率，將其作為城市規(guī)劃決策的信息依據(jù)，根據(jù)服務(wù)設(shè)施使用頻率來(lái)調(diào)整設(shè)施數(shù)量。其次，智慧燈桿負(fù)責(zé)為智能照明、智慧交通、智能安防等配套系統(tǒng)的運(yùn)行提供網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，如在信息傳感裝置與監(jiān)控中心之間構(gòu)建起穩(wěn)定的通信通道，起到向上反饋監(jiān)測(cè)信號(hào)與向下傳達(dá)控制指令的作用。

2.5 充電樁

近年來(lái)，為了緩解化石能源供需矛盾，建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，國(guó)家逐年加大對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的扶持力度，電動(dòng)汽車保有量持續(xù)增加。然而，在電動(dòng)汽車充電續(xù)航方面，早期建成的加油站中并未規(guī)劃充電功能，雖然進(jìn)行了一系列改造升級(jí)，但現(xiàn)有充電樁數(shù)量較少，沒(méi)有滿足實(shí)際的電動(dòng)汽車充電續(xù)航需求。對(duì)此，可選擇在智慧燈桿底部設(shè)置汽車充電樁與自動(dòng)計(jì)費(fèi)裝置，提供電動(dòng)汽車充電與自動(dòng)計(jì)費(fèi)功能，駕駛員直接掃描充電樁上設(shè)置的二維碼，在App中點(diǎn)擊所需使用的功能欄即可，如設(shè)定充電時(shí)間與金額值，在計(jì)量裝置監(jiān)測(cè)到充電金額與時(shí)間到達(dá)設(shè)定值后，自動(dòng)彈出充電頭。

3 智慧燈桿在智慧城市中的應(yīng)用策略

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，尚未構(gòu)建起統(tǒng)一性的智慧燈桿標(biāo)準(zhǔn)體系，在部分智慧城市工程中，所安裝智慧燈桿的使用功能、裝置分布位置、設(shè)備間距、制造工藝與性能指標(biāo)存在差異性，不具備形成規(guī)模效應(yīng)的前提條件，并在客觀層面上提高了智慧燈桿的制造與使用成本。為了解決這一問(wèn)題，需要結(jié)合我國(guó)實(shí)際國(guó)情，滿足智慧城市建設(shè)需求與智慧燈桿實(shí)際使用需求，對(duì)智慧燈桿的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確，為各地智慧城市的建設(shè)提供參照依據(jù)，實(shí)現(xiàn)智慧燈桿乃至智慧城市的規(guī)模效應(yīng)。例如，在設(shè)備設(shè)施配置設(shè)計(jì)方面，明確智慧燈桿上全彩色攝像頭、信息傳感裝置、天線平臺(tái)、照明燈具等設(shè)施設(shè)備的安裝位置、數(shù)量上限、間距、預(yù)留空間大小等要求。此外，還需要對(duì)智慧燈桿的設(shè)計(jì)體系進(jìn)行改進(jìn)完善。例如，為了解決智慧燈桿設(shè)備間的信號(hào)干擾問(wèn)題，優(yōu)先配置具有良好兼容性和通用性的設(shè)備，并采取抗干擾措施，以此突破模塊化的局限性。

3.2 加大智慧燈桿后期維護(hù)力度

現(xiàn)階段，在部分智慧城市工程中，對(duì)智慧燈桿實(shí)施常規(guī)維護(hù)管理模式，管理內(nèi)容與實(shí)際工作需求存在出入，沒(méi)有取得預(yù)期的運(yùn)維管理成效，偶爾出現(xiàn)設(shè)備故障問(wèn)題，簡(jiǎn)言之，就是管理方式滯后，缺乏設(shè)施維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。為了解決這項(xiàng)問(wèn)題，一方面，需積極借鑒國(guó)內(nèi)外成熟的項(xiàng)目案例，結(jié)合我國(guó)實(shí)際國(guó)情，構(gòu)建起全新的智慧燈桿運(yùn)維管理體系，明確管理內(nèi)容，如標(biāo)準(zhǔn)要求、管理流程、突發(fā)問(wèn)題處理方式，降低人為主觀因素對(duì)運(yùn)維管理水平造成的不利影響；另一方面，構(gòu)建長(zhǎng)效的智慧燈桿維護(hù)管理機(jī)制，明確各部門(mén)人員的職責(zé)范圍與工作內(nèi)容，以及設(shè)備日常維護(hù)與定期檢修的工作內(nèi)容、間隔周期、開(kāi)展頻率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與解決智慧燈桿的潛在故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了全面提升智慧城市工程的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與環(huán)境效益，推動(dòng)公共照明管理與市政管理的信息化建設(shè)，充分挖掘智慧燈桿的應(yīng)用價(jià)值，城市建設(shè)部門(mén)需正確認(rèn)識(shí)到智慧燈桿在智慧城市中的應(yīng)用價(jià)值與重要程度，不斷拓展智慧燈桿應(yīng)用場(chǎng)景，加大后期維護(hù)力度，采取標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)應(yīng)用策略，使其更好地服務(wù)于智慧城市建設(shè)。