智慧燈桿的功能應(yīng)用

陳智宏，黃志文

（1.深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東 深圳 518000；2.深圳市體育館體育場(chǎng)運(yùn)營(yíng)管理有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

智慧燈桿是一種高度集成多種應(yīng)用的一體化燈桿，其功能包括智能照明、無線網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控、一鍵求助、5G 微基站、公共廣播、信息發(fā)布、物聯(lián)網(wǎng)基站以及便民充電等。智慧燈桿促成市政資源的“共享經(jīng)濟(jì)”模式，不僅能減少城市桿體的重復(fù)建設(shè)，還有利于推動(dòng)市政建設(shè)集約化、基礎(chǔ)設(shè)施智能化、公共服務(wù)便捷化以及城市管理精細(xì)化[1,2]。常見的智慧燈桿外觀及功能，如圖1 所示。

圖1 智慧燈桿外觀及功能

1 系統(tǒng)架構(gòu)

智慧燈桿系統(tǒng)根據(jù)其功能及傳輸結(jié)構(gòu)分為管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和感知交互層3 層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)傳輸拓?fù)?/p>

（1）系統(tǒng)管理層與網(wǎng)絡(luò)通信層之間為管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通信層與設(shè)備層之間為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)。管理層位于系統(tǒng)的機(jī)房?jī)?nèi)，主要有相關(guān)的服務(wù)器、管理平臺(tái)軟件等，主要負(fù)責(zé)管理和分析上傳的數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)保障整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行[3-5]。

（2）網(wǎng)絡(luò)通信層主要采用光纖/4G/5G 連接方式，通過網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)與智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。智能網(wǎng)關(guān)上面帶有多路網(wǎng)絡(luò)接口及常規(guī)的485 通信接口，可接入攝像機(jī)、廣播、無線接入點(diǎn)（Access Point，AP）、一鍵報(bào)警以及傳感器等多種設(shè)備。對(duì)于感知層的設(shè)備方面，提供多種供電方式，如有源以太網(wǎng)（Power over Ethernet，PoE），方便攝像機(jī)及AP 的接入，帶12 V/24 V 交直流供電，可匹配市場(chǎng)上90%以上的設(shè)備。

智能網(wǎng)關(guān)安裝在燈桿的桿底，方便維護(hù)及組合，既美觀又便于安裝及維護(hù)，具體的外形及安裝方式，如圖3、圖4 所示。

圖3 智慧燈桿設(shè)備1

圖4 智慧燈桿設(shè)備2

（3）感知交互層，即末端的攝像機(jī)、廣播、基站、顯示屏等設(shè)備。

2 系統(tǒng)功能

2.1 智慧照明

智慧照明功能通過單燈控制器、集中控制器、光照度傳感器、多功能電表等以及智慧燈桿平臺(tái)實(shí)現(xiàn)路燈實(shí)時(shí)/分組開燈、關(guān)燈、調(diào)光操作；回路開啟，關(guān)閉操作；遠(yuǎn)程監(jiān)控路燈運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)及用電量，當(dāng)路燈運(yùn)行異常時(shí)，上報(bào)故障并通知管理人員；可根據(jù)需求設(shè)置定時(shí)計(jì)劃、光感策略等，達(dá)到在滿足城市合理的基礎(chǔ)照明前提下，使道路照明節(jié)能最大化。

2.2 無線網(wǎng)絡(luò)

智慧燈桿通過在燈桿上安裝無線AP，使用2.4G/5G雙頻，對(duì)周邊實(shí)現(xiàn)Wi-Fi 信號(hào)覆蓋，支持多種入網(wǎng)方式和運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)管理。無線AP 支持PoE 供電，設(shè)備的防護(hù)等級(jí)為IP68，可實(shí)現(xiàn)在戶外惡劣環(huán)境下正常工作。

2.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)

環(huán)境監(jiān)測(cè)功能不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周邊的環(huán)境的質(zhì)量，包括溫濕度、噪聲、降雨量、光照度以及PM2.5 等內(nèi)容，還可以在智慧燈桿的發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）屏上展示相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.4 安防監(jiān)控

在智慧燈桿上安裝一體化球機(jī)或槍式攝像機(jī)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，通過人臉、車牌、行為等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智慧監(jiān)控功能；在緊急情況下，人們可以通過部署一鍵報(bào)警迅速與管理人員取得聯(lián)系、向管理人員提供具體的位置信息、使用攝像機(jī)遠(yuǎn)程快速判斷現(xiàn)場(chǎng)情況，為各類緊急情況的處理節(jié)省時(shí)間；通過結(jié)合廣播、拾音器、報(bào)警器等智能設(shè)備及遠(yuǎn)程管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警，車牌識(shí)別、人臉識(shí)別、全景拼接以及槍球聯(lián)動(dòng)等業(yè)務(wù)功能，提高公共安全服務(wù)效率，有效降低城市犯罪率，提升人民群眾幸福指數(shù)。

2.5 一鍵求助

在桿體上設(shè)置一鍵式的報(bào)警求助，通過智慧燈桿上的預(yù)留網(wǎng)關(guān)，可連接智慧燈桿或相關(guān)的報(bào)警平臺(tái)。系統(tǒng)支持雙向語音對(duì)講功能，可實(shí)現(xiàn)公安110 聯(lián)網(wǎng)報(bào)警，及時(shí)呼叫監(jiān)控中心，得到援助。

2.6 5G 微基站

在燈桿上預(yù)留5G 微基站的安裝條件，解決了5G 微基站的電纜及光纖的線纜敷設(shè)問題。多桿合一，減少了路面上信號(hào)基站桿體的數(shù)量，同時(shí)降低了人工巡檢、運(yùn)營(yíng)管理等開支。

2.7 公共廣播

燈桿上安裝有源音柱，在日?？刹シ乓恍┹p松的音樂，同時(shí)可發(fā)布緊急信息、通知、政務(wù)、新聞等信息，讓戶外或園區(qū)的群眾及時(shí)收到相關(guān)消息。呼叫系統(tǒng)可與智慧路燈上的視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)聯(lián)動(dòng)，便于監(jiān)控中心根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，做出正確恰當(dāng)?shù)闹笓]調(diào)度。

2.8 信息發(fā)布

信息發(fā)布子系統(tǒng)通過智慧燈桿上的LED 屏、廣播音柱有序地播放信息，可用于發(fā)布政策宣傳、交通信息、應(yīng)急信息、氣象信息、空氣質(zhì)量信息以及噪音實(shí)時(shí)信息，也可用于發(fā)布商業(yè)廣告。

2.9 物聯(lián)網(wǎng)基站

在桿體內(nèi)安裝物聯(lián)網(wǎng)基站，通過智能設(shè)施實(shí)現(xiàn)對(duì)交通設(shè)施、智慧井蓋、智慧垃圾桶、智慧消防以及智慧停車等公共設(shè)施的管理感知與數(shù)字化展現(xiàn)。

2.10 便民充電

在智慧燈桿的桿體實(shí)現(xiàn)了充電樁功能，汽車在?？吭谂赃叺耐＼囄粫r(shí)可直接充電。同時(shí)，系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)計(jì)量計(jì)費(fèi)功能，支持本地及后臺(tái)計(jì)費(fèi)功能；支持離線及聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行模式；實(shí)時(shí)顯示已充電、充電時(shí)間、當(dāng)前電壓、充電價(jià)格等信息及運(yùn)行狀態(tài)；具有完善的短路、過載、過壓、欠壓、漏電、防雷、防盜、自鎖以及拔插插頭保護(hù)；支持多種不同的支付手段，支持專用集成電路（Integrated Circuit，IC）卡支付、手機(jī)App 支付、二維碼支付。

2.11 多功能燈桿管理平臺(tái)

智慧路燈管理系統(tǒng)為用戶提供了集智慧照明、視頻安防監(jiān)控、Wi-Fi、一鍵報(bào)警、信息發(fā)布、公共廣播以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等功能于一體的綜合解決方案。在系統(tǒng)功能上，每個(gè)子系統(tǒng)既可獨(dú)立工作，也可通過網(wǎng)絡(luò)及邊緣計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)，同時(shí)所有操作均可在后臺(tái)自動(dòng)完成。多功能燈桿管理平臺(tái)根據(jù)用戶的需求搭配不同的系統(tǒng)，靈活部署，提供了標(biāo)準(zhǔn)的超文本傳輸協(xié)議（Hypertext Transfer Protocol，HTTP）應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API），以便其他數(shù)據(jù)平臺(tái)信息系統(tǒng)的調(diào)用，如圖5 所示。

圖5 多功能燈桿管理平臺(tái)

3 結(jié) 論

智慧燈桿作為一種新型的產(chǎn)品，通過一套系統(tǒng)平臺(tái)整合不同的設(shè)備，減少了各子系統(tǒng)的對(duì)接接口，以及平臺(tái)軟件的重復(fù)功能，達(dá)到了系統(tǒng)集成的效果。通過多功能智慧燈桿的功能介紹，能夠使用戶、設(shè)計(jì)人員更好地了解與應(yīng)用智慧燈桿系統(tǒng)。