智慧城市目標下的路燈轉(zhuǎn)型發(fā)展

袁洪濤，吳 茜，白海亮

（重慶市城市照明中心，重慶 400000）

1 背景

2016年，隨著“十三五”規(guī)劃的出爐，各省市把智慧城市建設(shè)作為城市發(fā)展的重心，同時相關(guān)政策文件分別從總體架構(gòu)、具體應(yīng)用等角度對智慧城市建設(shè)提出了鼓勵措施，一系列政策的頒布實施為智慧城市建設(shè)指明了方向與目標。智慧城市建設(shè)離不開各類智能感知設(shè)備，作為這些設(shè)備的天然載體，智慧燈桿正式落地。

《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》提出：“推動智能計算中心有序發(fā)展，打造智能算力、通用算法和開發(fā)平臺一體化的新型智能基礎(chǔ)設(shè)施，面向政務(wù)服務(wù)、智慧城市、智能制造、自動駕駛、語言智能等重點新興領(lǐng)域，提供體系化的人工智能服務(wù)?！薄敦瀼芈鋵嵦歼_峰碳中和目標要求推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實施方案》提出：“加快節(jié)能低碳技術(shù)的研發(fā)推廣，支持技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新。加強對基礎(chǔ)設(shè)施資源的整合與共享，提升資源利用效率。推動老舊基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型升級?！薄吨貞c市城市管理行業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃（2021—2025年）》提出：“科學(xué)有序推進多桿合一建設(shè)，凈化城市道路空間，美化道路環(huán)境?！?/p>

近年來，隨著相關(guān)政策的陸續(xù)出臺及5G技術(shù)的商用推廣，智慧燈桿也進入了發(fā)展的“快車道”。智慧燈桿作為新興城市公共設(shè)施，通過整合城市各類桿型設(shè)施、掛載各類設(shè)備和傳感器，采集城市前端數(shù)據(jù)信息，實時將各類信息數(shù)據(jù)匯集到城市“大腦”中，是智慧城市的“神經(jīng)元”。智慧城市可通過遍布城市各個角落的燈桿網(wǎng)絡(luò)，打造解決問題“管用”、基層一線“愛用”、人民群眾“受用”的各類數(shù)字化應(yīng)用場景，如智慧照明、智慧通信、智慧安防、智慧交通、智慧環(huán)保、智慧聯(lián)動等，從而不斷提升老百姓的“數(shù)字幸福感”，讓老百姓切實感受到智慧城市帶來的溫度。

2 重慶市智慧燈桿發(fā)展歷程

隨著智慧城市時代的到來，為推進城市管理精細化，重慶在智慧燈桿建設(shè)上，也在不斷創(chuàng)新突破，并取得了實質(zhì)性進展。特別是近年來重慶市以代表性的示范項目為重點，“以點帶面”推動全市智慧燈桿不斷發(fā)展。

2.1 渝中區(qū)洪崖洞多功能燈桿示范項目

2019年，該項目作為重慶第一個多功能桿示范項目在洪崖洞正式投用，共建成10根智慧燈桿。在項目前期綜合考慮洪崖洞的旅游景點定位，智慧燈桿的外形與洪崖洞的風格類型相同，首次實現(xiàn)集手機充電、環(huán)境監(jiān)測、緊急報警、安防監(jiān)控、井蓋監(jiān)測、廣播、LED屏、信息交互、Wi-Fi覆蓋等于一體的多功能智慧燈桿［1］。該項目不僅美化了城市道路，提升了城市道路照明的智能化水平，還為廣大市民和游客的出行提供了便利。

2.2 兩江新區(qū)禮嘉智慧公園禮銘路智慧燈桿項目

2020年，在兩江新區(qū)禮嘉智慧公園門口禮銘路建設(shè)的智慧燈桿項目正式亮相，共建成77根“多桿合一”的智慧路燈，實現(xiàn)了紅綠燈、交通指示牌等交通安全設(shè)施、天網(wǎng)、治安監(jiān)控等應(yīng)急指揮設(shè)施以及視頻攝像頭、照明等城市管理設(shè)施的整合，進一步促進社會資源共享，成為重慶首條“多桿合一”的道路。

2.3 渝中區(qū)中山四路“多桿合一”項目

2021年，在渝中區(qū)中山四路實施的“多桿合一”項目，通過將道路多類桿體設(shè)施集約整合，使中山四路的95根桿體減少到46根，桿體從底部到頂部分別有市政井蓋、排水監(jiān)測、指示牌、監(jiān)控攝像頭、人行和車行紅綠燈、照明燈具等，有效解決各類桿體占道的問題，使路面更加整潔美觀。除了渝中區(qū)的中山四路，仙桃數(shù)據(jù)谷、解放碑—朝天門步行大道、云陽三峽庫區(qū)、科學(xué)城、龍洲灣商圈等片區(qū)的“多桿合一”智慧燈桿亦紛紛亮相，為重慶“智慧名城”的打造不斷聚能。

2.4 “兩江四岸”核心區(qū)一體化智慧燈桿建設(shè)項目

2022年，重慶市以“兩江四岸”核心區(qū)一體化建設(shè)為目標，對洪崖洞及來福士路段的燈桿進行整合設(shè)計，結(jié)合其道路實際及照明設(shè)施建設(shè)情況，充分利用已有的路燈點位，選擇智慧燈桿布點位置，將10個產(chǎn)權(quán)單位的128根桿件整合為88根，減少了32%的桿件，建成了集照明、LED信息發(fā)布、5G基站、廣播音響、監(jiān)控攝像機、全景攝像機、電子警察、違停抓拍、車路協(xié)同、自適應(yīng)人行信號燈等多種功能于一體的智慧燈桿。

3 智慧燈桿的技術(shù)架構(gòu)

現(xiàn)階段，重慶道路路燈燈桿逐漸形成了4種主要的形態(tài)。

1）回路控制。目前重慶大多數(shù)地方使用的是通過回路方式控制的路燈，根據(jù)燈的亮滅可實現(xiàn)隔盞亮燈、全夜燈、半夜燈、自定義時間亮燈等。

2）單燈控制。搭載了單燈控制器，通過電力載波、NB-Iot、4G CAT.1等通信方式，可按照不同需求對路燈的燈光亮度進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)全開模式、節(jié)能模式、深夜模式、節(jié)假日模式、自定義模式等。

3）多桿合一。搭載含單燈控制器在內(nèi)的其他多種道路公共設(shè)施的“多桿合一”燈桿，不同權(quán)屬單位各自進行管理，節(jié)約了城市的道路空間，提升了城市的品質(zhì)形象。

4）智慧燈桿。在“多桿合一”的基礎(chǔ)上結(jié)合不同應(yīng)用場景，加持網(wǎng)絡(luò)通信和信息化服務(wù)，通過智能感知、邊緣計算、大數(shù)據(jù)等手段，實現(xiàn)了各種道路公共設(shè)施的聯(lián)合協(xié)作，極大提高了城市道路管網(wǎng)的智慧化水平。

近幾年，智慧燈桿技術(shù)逐步走向成熟，智慧燈桿正成為構(gòu)建城市物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)、打造新型智慧城市的數(shù)字底座。

智慧燈桿的系統(tǒng)架構(gòu)主要包括終端感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和平臺應(yīng)用層［2］。

3.1 終端感知層

終端感知層是智慧燈桿系統(tǒng)的底層硬件設(shè)備，主要有5G基站、智能照明、氣象監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、智慧噴淋系統(tǒng)、LED屏、Wi-Fi、交通信號燈、交通視頻監(jiān)控、交通標志標牌、公共廣播、治安監(jiān)控、緊急呼叫、手機充電、新能源車充電樁、井蓋監(jiān)測、垃圾箱監(jiān)測等，負責城市各種基礎(chǔ)信息的收集并執(zhí)行平臺及網(wǎng)關(guān)下達的指令。

3.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要有邊緣計算網(wǎng)關(guān)設(shè)備及為終端感知層與平臺應(yīng)用層間提供可靠、高效的信息通信網(wǎng)絡(luò)，邊緣計算可以使一些操作和命令在本地直接進行，減少了數(shù)據(jù)的傳輸，提高了系統(tǒng)的效率。

3.3 平臺應(yīng)用層

平臺應(yīng)用層以智慧燈桿綜合管理平臺為基礎(chǔ)，搭載了智慧照明、智慧環(huán)保、智慧交通、智慧安監(jiān)、智慧市政等應(yīng)用服務(wù)，負責接收、處理及存儲數(shù)據(jù)，并下達指令到感知終端。平臺應(yīng)按標準協(xié)議搭建，預(yù)留API接口，方便與上下級平臺的對接及后期擴展功能。

4 存在的問題

隨著城市道路中智慧燈桿和智能設(shè)備裝配的推廣，智慧燈桿所承擔的功能和角色也越來越多。目前，重慶智慧燈桿雖處于快速發(fā)展階段，但仍存在一些亟待解決的問題。

4.1 功能堆砌，資源浪費

由于行業(yè)認知不統(tǒng)一，智慧燈桿產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量參差不齊［3］，在建設(shè)時一味追求功能拓展，趕時髦，常常與實際使用脫軌，部分功能后期使用率低，容易誤導(dǎo)市場，影響智慧燈桿行業(yè)的整體發(fā)展。

4.2 多頭管理，協(xié)調(diào)困難

目前，智慧燈桿搭載的設(shè)備涉及照明、交通、市政、通信、氣象、公安、環(huán)保、廣告等多個領(lǐng)域，分屬不同部門管理，但各管理部門之間很難建立數(shù)據(jù)共享機制，容易造成多頭管理、交叉管理、管理漏洞等情形，部門之間溝通協(xié)調(diào)難度大，數(shù)據(jù)資源分散在各部門容易形成“數(shù)據(jù)孤島”，不利于智慧城市建設(shè)。

4.3 協(xié)議私有，互不兼容

智慧燈桿項目中存在單燈控制器模塊協(xié)議私有的問題，難以并入智慧照明監(jiān)控平臺統(tǒng)一管控。終端模塊不兼容的問題導(dǎo)致管理平臺越來越多，增加了維護管理的成本。

4.4 成本較高，推廣乏力

智慧燈桿涉及管線、箱體整體改造，燈桿集成度高、建設(shè)成本高，對投資建設(shè)成本消耗比較大，要大規(guī)模推廣應(yīng)用有一定難度。由誰建、由誰運維都需結(jié)合不同區(qū)域?qū)嶋H情況綜合考量。

5 應(yīng)對策略

為解決目前智慧燈桿發(fā)展中存在的問題，推進智慧城市建設(shè)，應(yīng)以“提升城市管理成效和改善市民生活質(zhì)量”為出發(fā)點，著力解決群眾急難愁盼問題，結(jié)合實際，實現(xiàn)可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，不斷滿足人民群眾對美好生活的向往。

5.1 貫徹國家標準，因地制宜建設(shè)，做到心中有民

2022年3月1日，智慧燈桿領(lǐng)域的首個國家標準《智慧城市智慧多功能桿 服務(wù)功能與運行管理規(guī)范》（GB／T 40994—2021）正式實施。該標準的出臺明確了智慧燈桿的發(fā)展方向。智慧燈桿的建設(shè)功能在滿足實用性、安全性、高效性的同時，應(yīng)以服務(wù)群眾為宗旨，合理規(guī)劃應(yīng)用場景，參照周邊環(huán)境對道路的影響，做到“一桿一設(shè)計，一路一方案”。

比如，在光照充足的地方，可以建設(shè)太陽能一體化的智慧燈桿，通過太陽能轉(zhuǎn)化而成的電能存儲在電池中為路燈使用，節(jié)約能源。在行人較多的鬧市區(qū)，通過鋪設(shè)一種踩踏就可以發(fā)電的地磚，為燈桿、紅綠燈等公共設(shè)施充電。

5.2 建立協(xié)調(diào)機制，綜合統(tǒng)籌管理，探索智慧為民

建立跨部門間的協(xié)調(diào)機制，建立聯(lián)席制度或協(xié)調(diào)機構(gòu)，統(tǒng)籌各部門業(yè)務(wù)需求和規(guī)范管理，統(tǒng)一推進前期規(guī)劃、中期建設(shè)與后期運營，利用統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)中心打通各個業(yè)務(wù)平臺之間的數(shù)據(jù)孤島，讓數(shù)據(jù)“動起來”“跑起來”“用起來”。通過搭載在智慧燈桿的邊緣計算網(wǎng)關(guān)及管理平臺的云計算協(xié)同工作，助力城市管理與服務(wù)的智能化和精細化。

比如，當前智慧燈桿中邊緣計算在照明上的應(yīng)用。通過攝像頭等感知器件分析路上行人和車輛的數(shù)量及行動方向，不僅能根據(jù)人／車數(shù)量進行亮度調(diào)節(jié)，節(jié)約能源，還可以實現(xiàn)人／車經(jīng)過時提前亮燈，人／車經(jīng)過后自動滅燈，人／車經(jīng)過根本察覺不到路燈的啟閉。除智慧照明外，依托“邊云協(xié)同”技術(shù)還可以實現(xiàn)智慧交通、智慧環(huán)保、智慧城管等。

5.3 打破對接壁壘，建立行業(yè)標準，優(yōu)化服務(wù)予民

照明行業(yè)主管部門應(yīng)牽頭主流廠商制定控制協(xié)議的行業(yè)標準，打破各廠商固步自封的盈利模式，以兼容性為目標，促進各廠商的終端控制產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)互通使用，達到像燈具一樣無需轉(zhuǎn)換協(xié)議、即插即用的效果。各廠商的技術(shù)交流，一方面可以使各廠商的產(chǎn)品自由進入市場，給廠商帶來豐厚利潤；另一方面也可以促進終端控制產(chǎn)品在良性競爭中不斷優(yōu)化升級，給照明管理帶來更好的體驗，進而提供更好的照明服務(wù)。

5.4 創(chuàng)新發(fā)展模式，社會共同管理，成果共享于民

投資建設(shè)方面，需要政府起主導(dǎo)作用，尋找合理的建設(shè)模式，分區(qū)域、分階段實施，通過開放政策、開放資源、開放設(shè)計，發(fā)揮政府職能作用，釋放市場需求，高位協(xié)調(diào)，聯(lián)合各方力量，積極吸納公眾意見，最大限度釋放智慧燈桿的社會價值。

6 智慧燈桿在“雙碳”目標中的作用

重慶以綠色發(fā)展為契機，積極推動城鄉(xiāng)建設(shè)綠色發(fā)展，引領(lǐng)經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，努力推動實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，努力在推進新時代西部大開發(fā)中發(fā)揮支撐作用。智慧燈桿除了是智慧城市的“神經(jīng)元”，也是實現(xiàn)綠色照明、節(jié)能減排，助力“雙碳”目標達成的重要抓手。

據(jù)統(tǒng)計，目前僅重慶市照明中心所轄的功能照明燈桿約1.55萬根，路燈約4.4萬盞，若按150 W的LED燈計算，轄區(qū)內(nèi)路燈工作一晚至少需要7.59萬度電，工作一年至少需要2 770萬kW·h電，可見城市照明消耗的能源巨大。2022年8月，重慶及四川歷經(jīng)了一個月的嚴重缺電。作為用電大戶，重慶市照明中心積極響應(yīng)政府號召，通過對“兩江四岸”核心區(qū)景觀照明的集中控制，停止了轄區(qū)內(nèi)自有及其他單位所有的景觀照明運行。這雖然節(jié)約了能源，但也減少了城市夜景效果，并不是解決雙碳問題的好方法。而智慧燈桿可通過“邊云協(xié)同”技術(shù)建立智能調(diào)光節(jié)能模型，根據(jù)周圍環(huán)境亮度、人／車數(shù)量等因素，自動調(diào)節(jié)LED燈，合理用電，每年能節(jié)約40%左右的電量，同時還不影響群眾使用感，這才是兩全的好方式。

7 結(jié)論

依托《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》及《重慶市城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十四五”規(guī)劃（2021—2025年）》中關(guān)于“智慧路燈”“多桿合一”的要求，重慶將持續(xù)探索創(chuàng)新智慧燈桿建設(shè)。按照“大城智管”的要求，圍繞解決重大問題、滿足緊迫需求和增強群眾獲得感的目標，以提升管理水平、治理能力為導(dǎo)向，深入謀劃，整合優(yōu)化。

通過融入GIS、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、云計算、人工智能等新一代信息技術(shù)，進一步提升和豐富城市照明“神經(jīng)末梢”，打造“神經(jīng)元”，加速城市照明智能化進程，建設(shè)“感知精準、設(shè)施互聯(lián)、資源共享”的智慧照明體系，實現(xiàn)感知、分析、服務(wù)、指揮、監(jiān)管“五位一體”的照明網(wǎng)絡(luò)，為智慧城市多場景應(yīng)用提供良好的技術(shù)支持。