智慧燈桿在智慧城市中的應用

吳建榮

常州市市政工程設計研究院有限公司，江蘇 常州 213000

1 智能燈桿在智慧城市中的應用意義

1.1 改變傳統運營商覆蓋方式

在傳統運營商覆蓋模式中，人們往往選擇在城市區域中自建基站，在基站內安裝天線等設備，面臨重復建設、建設運營成本過于高昂、資源浪費的問題，沒有滿足現代化城市建設發展的集約化要求。同時，若傳統宏基站周邊區域中分布高層建筑，或所處區域分布障礙物與干擾源，就容易形成無線網絡盲區，網絡信號無法完全覆蓋周邊全部區域。

在這一工程背景下，應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與運營維護成本，又可以滿足高流量密度與高峰值速率性能的使用要求，在城市區域中建設大量的微型基站，以此消除無線通信盲區。例如，當前我國部分城市均推出5G+智慧燈桿的試點項目，出臺相關政策，如《浙江省人民政府關于加快推進5G產業發展的實施意見》《廣東省加快5G產業發展行動計劃（2019—2022年）》等。采取宏微異構的超密集組網架構方式在智慧燈桿中部署5G基站，通過提高基站分布密度與縮小間距來解決通信盲區與電纜敷設問題。根據實際應用情況來看，在5G基站載體方面，智慧燈桿的主要優勢包括滿足超密集組網站址要求、抑制電磁輻射、分攤基站建設成本，以及滿足多家電信運營商建站需求等。

1.2 提供集成載體與服務端口

在智慧城市早期建設期間，所構建智慧照明、通信廣播道路設施控制等配套系統往往存在缺乏信息采集設備節點的問題，工作人員難以持續掌握現場環境情況與設備設施實時運行狀況，導致所制訂的控制決策缺乏合理性，沒有發揮出應有作用。然而應用智慧燈桿可以將各市政服務系統的信息采集設備進行集成化處理，將智慧燈桿視為集成載體，在燈桿上同時安裝各類信息傳感裝置與通信裝置，起到同步采集現場監測信號、監測數據向上反饋的作用。

1.3 具備多桿合一使用功能

與其他城市基礎設施相比，智慧燈桿具備多元化的使用功能，適用于不同的應用場景，且各項使用功能相互之間不會造成負面影響。從成本角度來看，應用智慧燈桿可以降低安全監控、交通監控、道路照明、環境監測等城市基礎設施的造價成本與運維成本，有利于節約空間資源和緩解城市用地矛盾，徹底解決城市基礎設施密集分布而影響市容景觀的問題。從智慧城市集約化發展角度來看，可以將智慧燈桿視為各項城市基礎服務系統的連接紐帶，在其基礎上，將各套獨立系統共同構成整體性的智慧城市管理系統，解決系統間信息溝通不暢與缺乏聯動控制的問題。

2 智慧燈桿在智慧城市中的應用場景

2.1 道路照明

道路照明是智慧燈桿的核心功能，與傳統的道路照明燈具相比，智慧燈桿具有強大的環境感知能力與較高智能化程度，在運行期間，持續對周邊環境進行感知，可獲取路燈電流電壓、周邊路段現場運行情況、自然光源條件與亮度、車流量等要素，準確判斷實時的道路照明需求，自動下達控制指令，調整系統運行負荷與燈具亮度。如此，可以在切實滿足照明需求的前提下，將道路照明系統的運行能耗控制在合理范圍內，盡可量延長燈具設備的使用壽命，避免產生不必要的電能損耗。此外，智慧燈桿還具備故障自診與報警功能，分布大量自檢信號，當監測到異常信號或監測值超過警戒值時，自動發送報警信號，對故障成因進行判斷，確定故障點位，切斷故障部分與非故障部分的連接，便于后續檢修工作的開展。

2.2 視頻監控

智慧燈桿中安有攝像頭，可對周邊環境情況進行監控感知，持續將所拍攝的視頻圖像資料上傳至監控中心。在智慧燈桿使用期間，如果監控探頭拍攝到異常情況，達到觸發條件，那么將自動啟動一鍵呼叫功能，直接聯系周邊區域中的負責人，共享所拍攝的視頻圖像資料。為實現這一目的，在配置智慧燈桿與視頻監控探頭設備的基礎上，可選擇應用人像面部識別技術，系統自動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據庫中存儲信息進行對比分析，如果對比相似值超過一定標準，自動發送報警信號，以此協助公安偵破工作的開展。

2.3 環境監測

為了實現智慧燈桿的環境監測功能，需要在燈桿上配置一定種類與數量的信息傳感裝置，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，同時對環境溫度、空氣成分、大氣壓、空氣濕度、實時降水量、噪聲分貝等環境指標進行監測采集，將現場監測信號向系統反饋，為道路照明、路況信息發布、氣象觀測等工作的開展提供信息參照。例如，控制智慧燈桿中配置的聲學傳感器，對事故多發路段的車輛行駛過程進行持續監測，在監測到異常聲響時，判斷是否出現車輛追尾碰撞等交通事故，快速鎖定事故路段，及時發布實時路況信息，組織開展現場救援與交通疏導工作。

2.4 無線通信

在無線通信應用場景中，智慧燈桿多用于通信基站載體，其具有安裝便捷、建設成本低、信號覆蓋范圍廣、基本無信號覆蓋死角的優勢，如5G+智慧燈桿的組合建設，在燈桿中布置微型5G基站，再由大量的微型基站共同構成5G通信網絡。

從應用功能角度來看，智慧燈桿不但可以作為通信基站載體，還具有Wi-Fi接入與網絡通信的使用功能。首先，在智慧燈桿上搭設Wi-Fi天線，其覆蓋半徑可達到300m左右，為覆蓋范圍內的城市居民提供通信服務。同時，還將起到信息收集的作用，如自動收集市民行為運動軌跡，判斷各類城市基礎服務設施的實際使用頻率，將其作為城市規劃決策的信息依據，根據服務設施使用頻率來調整設施數量。其次，智慧燈桿負責為智能照明、智慧交通、智能安防等配套系統的運行提供網絡通信服務，如在信息傳感裝置與監控中心之間構建起穩定的通信通道，起到向上反饋監測信號與向下傳達控制指令的作用。

2.5 充電樁

近年來，為了緩解化石能源供需矛盾，建設環境友好型社會，發展低碳經濟，國家逐年加大對電動汽車產業的扶持力度，電動汽車保有量持續增加。然而，在電動汽車充電續航方面，早期建成的加油站中并未規劃充電功能，雖然進行了一系列改造升級，但現有充電樁數量較少，沒有滿足實際的電動汽車充電續航需求。對此，可選擇在智慧燈桿底部設置汽車充電樁與自動計費裝置，提供電動汽車充電與自動計費功能，駕駛員直接掃描充電樁上設置的二維碼，在App中點擊所需使用的功能欄即可，如設定充電時間與金額值，在計量裝置監測到充電金額與時間到達設定值后，自動彈出充電頭。

3 智慧燈桿在智慧城市中的應用策略

3.1 標準化設計

現階段，尚未構建起統一性的智慧燈桿標準體系，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、設備間距、制造工藝與性能指標存在差異性，不具備形成規模效應的前提條件，并在客觀層面上提高了智慧燈桿的制造與使用成本。為了解決這一問題，需要結合我國實際國情，滿足智慧城市建設需求與智慧燈桿實際使用需求，對智慧燈桿的技術標準、建設標準與設備制造標準進行明確，為各地智慧城市的建設提供參照依據，實現智慧燈桿乃至智慧城市的規模效應。例如，在設備設施配置設計方面，明確智慧燈桿上全彩色攝像頭、信息傳感裝置、天線平臺、照明燈具等設施設備的安裝位置、數量上限、間距、預留空間大小等要求。此外，還需要對智慧燈桿的設計體系進行改進完善。例如，為了解決智慧燈桿設備間的信號干擾問題，優先配置具有良好兼容性和通用性的設備，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力度

現階段，在部分智慧城市工程中，對智慧燈桿實施常規維護管理模式，管理內容與實際工作需求存在出入，沒有取得預期的運維管理成效，偶爾出現設備故障問題，簡言之，就是管理方式滯后，缺乏設施維護經驗。為了解決這項問題，一方面，需積極借鑒國內外成熟的項目案例，結合我國實際國情，構建起全新的智慧燈桿運維管理體系，明確管理內容，如標準要求、管理流程、突發問題處理方式，降低人為主觀因素對運維管理水平造成的不利影響；另一方面，構建長效的智慧燈桿維護管理機制，明確各部門人員的職責范圍與工作內容，以及設備日常維護與定期檢修的工作內容、間隔周期、開展頻率，及時發現與解決智慧燈桿的潛在故障。

4 結束語

綜上所述，為了全面提升智慧城市工程的經濟效益、社會效益與環境效益，推動公共照明管理與市政管理的信息化建設，充分挖掘智慧燈桿的應用價值，城市建設部門需正確認識到智慧燈桿在智慧城市中的應用價值與重要程度，不斷拓展智慧燈桿應用場景，加大后期維護力度，采取標準化的設計應用策略，使其更好地服務于智慧城市建設。