基于5G需求的智慧燈桿建設(shè)

林琳

（廣東南方電信規(guī)劃咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司 廣東省汕頭市 515000）

1 引言

5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及智慧燈桿建設(shè)是國內(nèi)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的熱點(diǎn)。從國家、省、地市層面都密集發(fā)布支持建設(shè)的相關(guān)文件。5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和燈桿建設(shè)，這兩塊建設(shè)內(nèi)容，由于投資主體的不同，傳統(tǒng)的做法基本都是分開建設(shè)。如今智慧燈桿概念的提出，如何將兩者進(jìn)行融合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，滿足兩者功能的同時(shí)，避免投資的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能發(fā)展。本文將重點(diǎn)基于5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為需求，分析如何開展智慧燈桿的建設(shè)。

2 智慧燈桿的定義及功能說明

智慧燈桿（又稱多功能智能桿）以燈桿為載體，通過掛載各類設(shè)備提供智能照明、移動(dòng)通信、城市監(jiān)測(cè)、交通管理、信息交互和城市公共服務(wù)等功能，可通過運(yùn)營管理后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制、管理等網(wǎng)絡(luò)通訊和信息化服務(wù)的多功能道路燈桿。

智慧燈桿作為多功能于一體的復(fù)合型公共基礎(chǔ)設(shè)施，是未來構(gòu)建新型智慧城市全面感知網(wǎng)絡(luò)的重要載體，也是作為5G站址建設(shè)的重要載體。智慧燈桿沿著城市道路與街道分布，如血管和神經(jīng)一樣覆蓋整個(gè)城市軀體，數(shù)量大，排列整齊，具備“網(wǎng)、點(diǎn)、桿”三位一體的特點(diǎn)，可以良好匹配5G基站部署的需求。智慧燈桿的具體功能如下：

2.1 智慧照明

智慧照明是現(xiàn)代城市照明的發(fā)展趨勢(shì)，通過智慧照明的建設(shè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)增城開發(fā)區(qū)路燈照明的功率調(diào)整、單燈控制、遠(yuǎn)程控制、等功能，有效的節(jié)能降耗，節(jié)省照明的電力成本；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、故障自動(dòng)報(bào)警等功能可以減少路燈管理部門路燈管理維護(hù)成本，提高工作效率，提升路燈管養(yǎng)水平。

2.2 通信基站

為了緩解通信容量需求不斷上漲與通信基站建設(shè)密度不夠的矛盾，改善信號(hào)覆蓋狀況，利用燈桿架設(shè)基站將是一個(gè)有效的措施。本方案是以城市路燈桿為載體，將通信基站天線融合設(shè)計(jì)到桿體中，形成節(jié)約資源、外形美觀、集成度高的新一代移動(dòng)通信基站，主要針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及4G網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)盲覆蓋。

2.3 智慧安防

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要目標(biāo)是充分利用采集到的交通路口和重要場(chǎng)所的信息，適應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境變化，獲得最優(yōu)化的調(diào)配警力，更好地解決安全管理方面的難題。本系統(tǒng)主要是對(duì)管轄區(qū)域的城市道路及重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行監(jiān)控，主要目的是收集主要通行道路、人流匯集場(chǎng)所、治安、交通等狀況，采取有效措施，及時(shí)預(yù)防和打擊犯罪活動(dòng)，維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定和發(fā)展。

2.4 LED彩屏

在智慧燈桿上設(shè)置LED彩屏幕，清晰度高、位置醒目，可實(shí)時(shí)播放社區(qū)信息，將社區(qū)建設(shè)、社區(qū)形象、旅游景點(diǎn)、文化品位等信息及時(shí)發(fā)布宣傳出去，使每一個(gè)人都?jí)蛑庇^全面地對(duì)當(dāng)?shù)剡M(jìn)行細(xì)致了解，打造城市名片。LED公告屏可以智能播放社區(qū)停車場(chǎng)車位信息，方便游客駕車；智能燈桿LED屏幕也可以通過后臺(tái)遠(yuǎn)程推送環(huán)境信息，使游客時(shí)刻掌握天氣與空氣情況；智能燈桿LED屏幕還可以播報(bào)一些商業(yè)信息，有一定的商業(yè)推廣價(jià)值；遇到突發(fā)情況，可以聯(lián)動(dòng)智能燈桿上的智能廣播等模塊，及時(shí)在社區(qū)內(nèi)播報(bào)應(yīng)急信息，社區(qū)園內(nèi)安全等級(jí)。

2.5 智能感知

通過增設(shè)傳感器，道路照明設(shè)施即可對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)道路照明設(shè)施的智能感知，在本方案中主要實(shí)現(xiàn)的城市道路智能感知有PM2.5監(jiān)測(cè)、溫濕度監(jiān)測(cè)、噪音監(jiān)測(cè)、井蓋監(jiān)測(cè)。在遍布全路的路燈桿上安裝相應(yīng)檢測(cè)儀，就可以持續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全路各區(qū)域數(shù)據(jù)。由路燈桿將監(jiān)測(cè)信息上報(bào)到管理平臺(tái)，管理平臺(tái)即可匯總當(dāng)前的PM2.5值、溫濕度、噪音、井蓋異常監(jiān)測(cè)情況，為相關(guān)部門的工作提供依據(jù)。

2.6 一鍵呼叫

傳統(tǒng)的道路照明設(shè)施都會(huì)配置統(tǒng)一編碼，通過編碼精確識(shí)別單個(gè)道路照明設(shè)施的身份信息和位置信息。隨著智慧燈桿的設(shè)置，在燈桿上面增加求助按鈕。有緊急情況經(jīng)過路燈桿時(shí)，可按下求助按鈕與求助中心人員進(jìn)行視頻通話，包含位置信息的求助信息將會(huì)直接發(fā)送到管理平臺(tái)，同時(shí)該道路照明設(shè)施附近的監(jiān)控?cái)z像頭立刻拍攝現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻，并傳回管理平臺(tái)，供管理人員處理使用。

2.7 廣播

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)播放背景音樂、尋呼廣播、業(yè)務(wù)廣播；發(fā)生緊急事件時(shí)，系統(tǒng)將廣播權(quán)強(qiáng)行切換到緊急廣播狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮，緊急廣播具有最高優(yōu)先控制級(jí)別。

2.8 公共Wi-Fi

隨著網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，城市居民對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的使用越來越廣泛，需求也越來越高，更多人都希望在城市主要區(qū)域，如城市道路、公交站臺(tái)、街區(qū)、景區(qū)、廣場(chǎng)等可以使用免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。目前國內(nèi)杭州、南京、揚(yáng)州、沈陽、深圳等一些地區(qū)已經(jīng)有部分試點(diǎn)進(jìn)行了公共無線Wi-Fi的部署，主要是面向公眾的Wi-Fi使用需求。

2.9 充電樁

可集成新能源汽車充電樁于智慧燈桿內(nèi)，為居民提供方便快捷的充電服務(wù)。該模塊更多用于大型停車場(chǎng)、有停車位置的公共區(qū)域。根據(jù)不同充電類型，在各燈桿分開配置各類型充電模塊，達(dá)到滿足各類型汽車充電的功能。

3 特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

5G作為未來信息通信技術(shù)的主要發(fā)展方向，擁有著高速度、泛在網(wǎng)、低功耗、低時(shí)延、萬物互聯(lián)等5大特點(diǎn)。相對(duì)于原有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，在基站部署上呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：一是頻段更高、站間距更小，城市中需要更多基站來保證 5G 網(wǎng)絡(luò)的良好覆 蓋；二是盲點(diǎn)覆蓋要求基站就近部署、深入部署；三是設(shè)備供電要求更高，需要就近連接大功率電源保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性。基于上述特點(diǎn)，未來 5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋將主要采用宏站+ 微基站結(jié)合的方式，宏站為主，微基站補(bǔ)盲和分流；室內(nèi)則采用多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同方式，分場(chǎng)景解決。宏站建設(shè)方式，如宏 AAU+桅桿塔或者宏 AAU+燈桿等，其特點(diǎn)是設(shè)備功率大且天線掛高較高；微基站建設(shè)方式，如微 AAU+燈桿或者微 RRU+燈桿等，其特點(diǎn)是設(shè)備功率小，天線掛高小于宏站。智慧燈桿依賴其分布廣泛、數(shù)量巨大等特點(diǎn)，未來將成為 5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中微基站的重要載體。

正由于5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中存在以上的問題，利用燈桿建設(shè)5G基站，相較于傳統(tǒng)5G基站的建站模式，擁有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）公共資源。智慧燈桿屬于對(duì)5G建設(shè)開放的公共資源，可有效實(shí)現(xiàn)共建共享，節(jié)約投資成本。

（2）分布密集?？紤]3.5MHz工作頻段在密集城區(qū)覆蓋范圍不足200米，需要密集部署才能保證良好覆蓋。智慧燈桿分布密集，間距不足百米，可以有效形成密集覆蓋。

（3）盲點(diǎn)覆蓋。市區(qū)特別是密集市區(qū)往往是無線信號(hào)覆蓋不好的地方，而這些區(qū)域燈桿資源豐富，采用智慧燈桿的安裝方式有利于緩解選址難的問題，解決盲點(diǎn)覆蓋。

（4）節(jié)省空間。微基站與智慧燈桿的結(jié)合節(jié)省了單獨(dú)部署需要的空間，能很大程度降低基站部署的物業(yè)協(xié)調(diào)難度。

（5）供電方便。智慧燈桿一體化引電，引電方便，可以有效解決5G基站部署的供電問題。

4 5G需求下智慧燈桿建設(shè)實(shí)施和要求

智慧燈桿的實(shí)施建設(shè)，基本可分為兩種情況，一是改造燈桿的建設(shè)，二是新設(shè)燈桿的建設(shè)。具體實(shí)施方法如下：

改造燈桿與5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相融合路，燈桿改造可分為直接改造利舊和替換兩種方案。根據(jù)信號(hào)覆蓋需求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)選點(diǎn)，篩選出現(xiàn)場(chǎng)桿體不被大樹遮擋、高度滿足覆蓋要求和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求的燈桿加以改造。路燈桿或交通桿與通信、監(jiān)控、指示牌等融合改造場(chǎng)景：

（1）若桿體能滿足負(fù)荷要求，則在原有路燈桿上直接加通信功能。

（2）替換原有燈桿，在滿足通信功能及“一桿多用”整合外，結(jié)合點(diǎn)位的應(yīng)用場(chǎng)景需求，有針對(duì)性的增加信息發(fā)布、公共廣播、環(huán)境監(jiān)測(cè)等應(yīng)用功能，提升智慧燈桿的環(huán)境融合性。

新建智慧燈桿與通信設(shè)施融，合當(dāng)?shù)缆窡魲U使用年限已到，需把原有路段的原燈桿全部替換時(shí)，由路燈管理部門牽頭，替換為多功能燈桿（智慧燈桿)。新建與道路環(huán)境相協(xié)調(diào)的多功能燈桿，實(shí)現(xiàn)5G通信、公共 Wi-Fi、智慧照明、監(jiān)控錄像、環(huán)境監(jiān)測(cè)、應(yīng)急廣播、信息發(fā)布及充電樁等多種功能。根據(jù)不同運(yùn)營商通信基站覆蓋需要選取間隔合適的多功能桿，增加通信設(shè)備，滿足未來5G網(wǎng)絡(luò)和智慧交通的覆蓋部署。

普通燈桿的設(shè)置，位于道路兩側(cè)，每相隔30～50米一根燈桿，只提供照明功能。5G網(wǎng)絡(luò)特性，在密集市區(qū)站間距一般控制在200～300米的情況。結(jié)合著兩者的布點(diǎn)規(guī)則，我們提出了智慧燈桿的設(shè)置原則，具體要求如下：

（1）新建道路要統(tǒng)一規(guī)劃和建設(shè)智慧燈桿，現(xiàn)有道路要將各類存量桿塔分批改造為智慧燈桿。結(jié)合各地現(xiàn)有道路情況，基于5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋特點(diǎn)及智慧燈桿應(yīng)用場(chǎng)景布點(diǎn)要求，可逐步分批改造智慧燈桿。

（2）結(jié)合5G覆蓋要求，合理選擇桿位間距。根據(jù)5G基站部署站間距需求，典型站間距控制在200米左右，新建/改造智慧燈桿點(diǎn)位間距可參考上述距離取定，特殊道路場(chǎng)景根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

（3）根據(jù)桿體設(shè)施及景觀要求，高低桿結(jié)合部署。如在城市景觀道路,結(jié)合城市景觀要求，采用低桿+微站方式部署;在城市快速主干道等,結(jié)合道路照明、視頻監(jiān)控等，采用美化燈桿+宏站方式部署。

（4）結(jié)合道路功能及等級(jí)劃分部署優(yōu)先級(jí)。優(yōu)先進(jìn)行城市景觀道路新建/改造部署，其次進(jìn)行一級(jí)、二級(jí)公路新建/改造部署,其余道路根據(jù)實(shí)際需求納入建設(shè)范圍。

5 智慧燈桿樣式要求

智慧燈桿的設(shè)置，需要做到樣式統(tǒng)一，具體的要求如下：

（1）桿體顏色在保持道路整體協(xié)調(diào)的情況下，以道路上主體燈桿顏色為標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一道路上的桿體顏色，盡可能的選用灰、白、黑的顏色搭配。

（2）桿體形狀應(yīng)根據(jù)桿體的高度和受力的不同選擇相應(yīng)的桿徑，桿體截面形式宜采用圓形或多邊棱形的錐形桿。

（3）桿體樣式應(yīng)滿足城市整體風(fēng)貌和規(guī)劃要求，滿足城市照明等各項(xiàng)功能，同時(shí)力求簡(jiǎn)潔、大方，保持與城市環(huán)境相協(xié)調(diào)、相一致。

（4）桿體設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮未來拓展性，預(yù)留后期功能擴(kuò)展接口，便于設(shè)備的加裝、更換、拆卸維護(hù)。

6 智慧燈桿建設(shè)其他配套要求

智慧燈桿應(yīng)充分考慮功能設(shè)備的可拓展性，為掛載設(shè)備和配套設(shè)施預(yù)留接口及安裝空間，后期可在滿足桿體荷載要求的條件下便捷加裝、更換設(shè)備。桿體預(yù)留接口及安裝空間應(yīng)滿足以下要求：桿體上預(yù)留設(shè)備安裝空間，內(nèi)部預(yù)留穿線空間；桿體應(yīng)預(yù)留穿線孔，如無特殊要求，最小寬度應(yīng)大于30mm；預(yù)留孔應(yīng)打磨光滑，無毛刺、無銳邊，加塞防水橡膠泥；桿體內(nèi)部應(yīng)預(yù)留配套傳輸線纜位置，根據(jù)需求預(yù)安裝配套線纜；若桿體外部無法安裝掛載光纖配線盒，桿體內(nèi)部宜預(yù)留260×136×42mm以上空間安裝傳輸光纖配線盒ODB；桿體安裝設(shè)備的連接件應(yīng)具備靈活性，并與掛載設(shè)備的重量相適應(yīng)；桿體應(yīng)合理預(yù)留檢修口，桿體底座設(shè)備檢修口應(yīng)滿足CJ/T 527—2018第5.1.1.15條的規(guī)定；桿體頂部應(yīng)預(yù)留法蘭盤安裝接口，便于安裝移動(dòng)通信基站，無線電監(jiān)測(cè)，氣象監(jiān)測(cè)等設(shè)備，按需預(yù)留避雷針安裝位置。

7 結(jié)束語

智慧燈桿作為市政設(shè)施的重要內(nèi)容，每條道路均需相應(yīng)設(shè)置，5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，需要充分的利用該部分公共資源，解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋的問題，同時(shí)也能為今后的5G+智慧交通，自動(dòng)駕駛等應(yīng)用做好基礎(chǔ)配套準(zhǔn)備。各地在智慧燈桿的建設(shè)中，根據(jù)實(shí)際需求，進(jìn)行智慧燈桿的設(shè)置，同時(shí)需要注重實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，避免投資的重復(fù)和浪費(fèi)。