智能燈桿在智慧城市中的應用探討

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，傳統燈桿會產生線路漏電、防盜等問題而管理困難，照明能耗巨大而節能管理困難，故障率高而維護高空作業操作困難，隧道照明建設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。

隨著物聯網技術的發展與逐步成熟，基于物聯網技術的智能燈桿建設慢慢走進社會大眾的視野，它集照明與信息的采集、發布于一體創新復合應用的產品，是智慧城市的神經末梢和最佳入口，具有非常大的發展空間，為助力智慧城市的發展，降低城市照明管理成本、實現照明管理升級、節能減排以及融合城市公共服務系統提供了方向和著力點[1]，智能燈桿建設勢在必行。

1 智能燈桿產生的背景

1.1 城市道路建設推進智能燈桿建設

2004～2014年末我隨市實有道路長度及面積如圖1所示。

圖1 2004～2014年末我隨市實有道路長度及面積[2]

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

1.2 智慧城市發展助推智能燈桿的快速發展

目前，全國多地已提出了一系列智能燈桿產業發展計劃，出臺了相關政策和法規，有的城市正在全面推進智能燈桿的試點落地與推廣，預計項目總投資規模將超過萬億元，未來仍然會得到政策支持；5G已經上升到國家戰略高度，是未來信息通信技術的主要發展方向，其商用部署促進了5G微基站建設的需求，而燈桿作為5G微基站建設的首選又進一步推動了智能燈桿的發展。

1.3 智能燈桿是智慧城市的最佳入口和服務端口

城市路燈成為智慧城市建設的重要載體，可以將市政照明、交通、環保等信息融入物聯網，便于信息的采集與發布，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重要入口。與此同時，通過提升城市市政的智能化管理水平，綜合利用互聯網、物聯網、云計算、大數據、人工智能等新一代的信息技術，將所采集的數據上傳至云端而形成大數據，這些數據與政府間的聯動以及有關部門的交互，為智慧城市大數據應用提供了數據支持，數據經過分析與處理后，可在智能燈桿上進行信息發布，為市民提供服務。

1.4 城市集約化急需“多桿合一”

一些城市路面上交通監控、安防監控、噪音監測、環境監測等功能同時存在，道路密集立桿，影響市容景觀，各類功能獨立建設還需要重復布設電源和通信線路，破路埋管，成本巨大，因此，為了避免資源浪費，綜合利用道路燈桿資源，推進“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最早的出發點，也可以助力智慧城市建設、節約城市建設投資，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，通過應用較為先進、高效、可靠的電力線載波/Zigbee通信技術和無線GPRS/CDMA、5G通信技術以及互聯網等技術，將城市中的燈桿串聯連通而形成物聯網，實現對路燈的遠程集中控制與管理；同時具有視頻監控功能，根據車流量、時間、天氣情況等條件設定方案自動調節亮度、人流車流統計分析、遠程照明控制、故障主動報警、燈具線纜防盜、遠程抄表等功能[3]，可以有效控制能源消耗，提升公共照明管理水平，降低維護與管理成本，減少占地，規范設施建設，對于城市建設規范和便捷起到重大作用。

智能燈桿可以采用定制化設計，集成了視頻識別、智慧照明、WiFi熱點、信息顯示屏、環境傳感器、應急報警、新能源汽車充電樁以及公共廣播等功能，并可在桿件頂部預留5G微基站的拓展空間。智能燈桿采用模塊化結構設計，各功能模塊相互獨立，可以根據不同需求，按需組合、靈活配置，以適應不同的應用場景，進行不同的功能模塊的選擇，成為智慧城市建設過程中的先行者。

從功能結構上來看，智能燈桿及其運行平臺可以分三個層次，即感知層、網絡層和應用層。感知層即現場的智能燈桿設備，在滿足新能源汽車充電接入的同時，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的加載需求；網絡層是以以太網標準協議為基礎，實現信息傳遞的互聯互通；應用層是基于燈桿監控平臺升級為整個智慧城市的物聯信息基礎設施平臺，在監控大廳可以滿足智慧城市各個功能模塊的拓展開發或者接入的需求[4]，智慧城市的物聯信息基礎設施平臺可直接為政府各有關部門提供實時的城市運行、監測服務。通過這三個層面，智能燈桿最終成為集成各種信息設備技術創新復合應用的智能燈桿產品。

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用物聯網技術，通過軟件平臺根據周圍環境的實時情況以及根據季節的變化、天氣狀況、光照度、特殊節假日等來實現路燈的自動開關燈和對路燈的亮度進行調整，實現按照需求進行人性化照明，在確保安全的同時實現了二次節能，提高照明質量。此外，綜合有線或無線的通信技術、監控制系統以及物聯信息基礎設施平臺，對單一燈桿或整個燈桿群進行遠程管理、實時監控故障報警以及智能分析，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效率的同時降低路燈維護作業人員的工作強度。

3.2 視頻監控功能

以燈桿作為視頻監控探頭的載體，利用路燈的電纜、光纜等基礎建設或燈桿預留的接口來實現智能燈桿視頻監控的功能。利用云臺控制的彩色戶外攝像頭可進行360°全方位圖像采集，并可以對周圍的人流量、車流量進行實時監控；當遇到緊急情況時，通過“一鍵呼叫”按鈕可直接聯系到附近的警察進行求助，系統將采集到的視頻、圖像等信息實時傳回監控中心，監控中心可以根據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、及時指揮服務措施與案件的處理；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）進行監控，針對特殊的人群、大型活動現場進行電子布控。

3.3 WiFi接入功能

由于WiFi天線覆蓋距離可達100～500 m，利用燈桿來架設基站是一種較好的方式。與傳統基站網絡相比，其運營成本與能耗均可得到有效降低，同時具有設備體積小、安裝便捷、覆蓋面廣、隱蔽性好等優點；還可以利用無線WiFi實現監控信號傳輸，市民不僅可接收到有關信息，而且還可以實現信息的查詢，方便市民的生活，收集市民的上網特征數據，利用大數據來分析市民的行為運動軌跡，用信息支持方式來為政府有關部門提供科學決策；同時還可以通過無線WiFi來定制手機端及個人電腦端的接入頁面，進行信息的推送與廣告服務。

3.4 智能充電功能

隨著城市電動汽車保有量的增大，而充電樁的數量遠不能滿足電動汽車的需求，將充電樁集成到燈桿的內部，在道路兩側與燈桿共址布局建設，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停靠在設有停車位的路燈旁，通過掃描充電樁上的二維碼并安裝相關的終端APP便可進行充電，系統會根據充電的時間、電量等來計算充電的費用且可通過手機來進行支付。將智能燈桿與充電樁有機結合，將極大地解決充電樁數量不足、建設成本高等困局，構建城市管理者、電動汽車、充電樁運營商一體化的產業聯動鏈。充電樁與信息發布平臺聯動，顯示充電樁的使用狀態，與探頭的聯動，可監測充電樁停車位的運行、使用情況，實現對充電樁停車位管控。

3.5 氣象監測功能

通過在燈桿上增設傳感器，整合各類傳感器并解決之間的互擾問題，對微環境指標（PM2.5、CO、CO2、NO、NO2等）、溫濕度、噪聲、大氣壓、風速、風向、雨量等信息進行持續、實時監測，將有關數據實時傳回管理平臺保存，管理平臺進行分析處理后對有關信息實時在信息發布平臺上顯示，為有關部門工作提供支持與參考。

3.6 信息發布功能

利用智能燈桿的顯示屏作為網絡多媒體信息發布的平臺，實時更新發布內容，且廣告圖文信息可以隨便地進行更換，可以顯示時政新聞、商業廣告、公益宣傳、交通擁堵、公共信息發布、緊急情況警告、區域地圖顯示、周邊環境空氣污染狀況等信息[5]，作為市民感知城市的“智慧之窗”，同時也可實現公共廣播的遠程集中管控。

4 智能燈桿發展建設面臨的挑戰與建議

4.1 公眾對智能燈桿認知方面

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

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

4.2 標準框架、法律法規體系方面

由于智能燈桿的有關技術與市場正在進行不斷地發展與變化，且還涉及不同領域的不同部門，標準統一工作較為困難，尚未建立起標準框架體系；即使國家有關部委或地方政府出臺了有關規章制度，法律法規不夠完善，缺乏可實施性或法律效力層級不高，導致實際效果不佳。

建議加強智能燈桿各領域的交叉融合與協作機制，加快制定和完善智能燈桿產品相關的技術、質量標準框架體系；立法機構應根據智能燈桿的實際建設需要，對有關法律法規進行修訂完善，使其更適合實際應用情況。

4.3 數據管理方面

伴隨著智能燈桿的普及，系統必然會承載海量的信息與數據，如此龐大的信息和數據的分析、處理，其工作量極大，這會給燈桿管理部門帶來很大的挑戰，而且也會給現有網絡帶來非常大的負擔。建議建立數據安全風險體系，做好數據的分析處理層級管理。

4.4 智能燈桿的后期維護方面

目前，城市里大多還是普通路燈，燈桿的不同專業維護隊伍習慣于其所轄區域內的常規維護，智能燈桿安裝后，一旦發生突發狀況，缺乏必要的維護經驗，對智能燈桿的正常運行帶來諸多不便。

建議建立專業化的燈桿維護人才隊伍，采取不定期加強技能與有關知識的培訓、考核或委托有關廠家培養，以提高其不斷掌握知識以及對智能燈桿系統維護的適應性。

4.5 智能燈桿上架設設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不同類型的特定功能傳感器對有關信息進行收集，在實際運行中不同設備之間可能會產生干擾[6]，造成某些傳感器或設備無法正常使用，影響信息的傳輸與收集。建議進一步改進智能燈桿設備，提高各設備生產廠家之間的產品兼容性與通用性，打破模塊化束縛，實現信息資源互聯互通。

5 結語

隨著物聯網、云計算、大數據、人工智能和5G等高新技術的快速發展和戰略性新興產業的進一步發展，集智能照明、視頻監控、智能充電等多種功能于一身的智能燈桿為城市智慧化進程帶來了新思路，針對其發展所面臨困難與挑戰，一方面通過政府加大宣傳與引導以及部門間高效協同，建立標準框架體系與安全風險體系；另一方面還需企業、政府、市場之間的配合，找到各方與各專業的切合點、融合點，使各方均可受益，推進智能燈桿綜合利用的規范化、智能化與產業化。