基于5G技術的智能路燈設計探究

張雪揚 劉天須 王子昂

河南省交通運輸廳 河南 鄭州 450100

引言

隨著移動通信技術的發展和5G技術的推出，5G技術以其高速度、泛在網、低功耗和低延時等技術特點迅速在各行各業中展開技術應用。5G的技術創新，主要來源于無線技術和網絡技術兩方面，在無線技術領域，大規模天線陣列、超密集組網、新型多址和全頻譜介入等技術，已成為業界重點關注的方面；在網絡技術領域、基于軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）的新型網絡架構已經取得廣泛共識。路燈在城市中分布廣泛，依據5G技術的特點和優勢設計一種智能路燈，以承載除照明之外的更多功能及服務，實現“一桿多用”。

1 智能路燈結構設計

智能路燈的基礎功能仍是照明，外形結構與傳統路燈相差無幾，但是由于智能路燈的其他附加功能，在以人的眼睛視野所能觀看到的高度及位置安裝LED顯示屏，LED屏幕頂部安裝攝像頭，下部安裝聯網緊急報警裝置，在燈桿上端安裝嵌入燈桿內部的揚聲器，燈桿頂端安裝太陽能電池板、風力發電設備、蓄電池和LED光源，同時安裝光線、天氣等傳感器，LED燈源下端安裝360度全景高清攝像頭視頻監控和環境質量檢測裝置，燈桿伸出分支安裝5G基站和天線。

2 智能路燈功能設計

2.1 智能節能

利用5G技術的高帶寬、低延時的優點，在智能路燈中安裝智能芯片，通過5G網絡獲取人流量和車流量的衛星大數據，在芯片中添加人工智能技術，從歷史大數據中發現道路使用規律和城市工作、休息規律；同時連接電網大數據平臺，實時獲取城市居民用電和電網波動等數據，并由路燈自身所安裝的光感、氣候等傳感器獲取光線、可見度、天氣等數據，由人工智能技術綜合以上因素通過神經網絡進行計算智能調節路燈LED燈源的亮度和色調等，以達到燈盡其用，智能省電的效果。

2.2 信息發布

LED顯示屏與當地市政機構、廣播電視臺、應急管理局等部門聯網互通，及時發布時政新聞、國家重要信息、民生政策、生活訊息以及國家應急信息等，同時為LED觸摸屏安裝人機互動應用，應用服務接口連接交通信息管理大廳，為城市居民提供公交、地鐵及城市交通路線圖的查詢功能，通過5G技術實時顯示城市公交、軌道交通、出租車等交通工具的實時位置，實時發布當地天氣預報并對強對流天氣進行及時預警，通過揚聲器播放重要信息及其他娛樂節目等。

2.3 5G基站

5G的一項關鍵性技術就是大規模天線技術[3]，即Large scale MIMO，亦稱Massive MIMO，其特點是發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天心啊，信號客戶通過發射端和接收端的多個天線發送和接收，能夠在相同無線發射功率下實現高于單個天線的吞吐量和傳輸距離。利用路燈在城市道路中布局與MIMO天線矩陣序列極其相似，同時考慮到5G由于頻點太高，信號穿透力差，基站覆蓋半徑較小，在智能路燈上按照覆蓋范圍合理規劃安裝5G基站，既保證5G信號的傳輸覆蓋，同時也避免了資源浪費，不必再由通信公司專門安裝5G基站以占用城市用地。

2.4 監控報警

視頻監控攝像頭內嵌入智能芯片，通過5G連接國家大數據庫，實現人臉動態識別，同時位置處于交通路口的智能路燈增加斑馬線監控功能，根據路口紅綠燈的實時情況，監控紅燈斑馬線上是否有行人通過，以及是否出現非機動車和行人闖紅燈的情況，通過揚聲器和燈帶進行提醒，確保城市居民的人身安全。在智能路燈底部安裝緊急報警功能，如遇危險緊急情況可實現一鍵報警，接警端可通過智能路燈的監控系統迅速查看危險情況，并通過遠程通信系統視情況進行溝通，同時利用LED顯示屏可與報警人進行視頻通話，第一時間了解危險，以便做好各種緊急情況的出警準備。

3 結束語

5G技術與智慧城市建設的融合發展，城市化和信息化的縱深發展，利用智能路燈可以搭建城市公共設施的物聯網系統，充分發揮分布廣泛、數量眾多的特點，如何開發路燈的潛在服務價值和使用價值是智慧城市建設的一項重要工程。在傳統路燈的基礎上，以燈桿為核心，將智能節能、信息發布、5G基站和監控報警等功能集成到一個路燈上，充分發揮路燈在城市建設和城市服務中的作用，相信在推廣應用以后，可大大節省城市資源，降低城市建設成本，給政府、居民帶來切實的效益和服務。