多功能智慧燈桿模塊化與標準化的幾點建議

呂振興，吳川貴，鄭智偉，田希恒

（中建二局第一建筑工程有限公司，北京100176）

1 多功能智慧燈桿發展概述

為順應智慧型城市的發展，多功能智慧燈桿的建設被逐步提上日程，同時，部分城市已經在積極推行多功能智慧燈桿建設工作。隨著社會經濟的發展，居民的生活水平得以提升，對基礎功能的要求越來越高，給多功能智慧燈桿的發展提供了推動力。物聯網技術、5G通信技術等前沿技術均取得突出的發展成果，使得燈桿的功能更復雜。此時，如何協調好各功能的關系以及構成規模化的多功能智慧燈桿系統成為重要的發展方向，也是現階段待需解決的問題。

為帶動多功能智慧燈桿向高層次方向發展，在設計和建設中應充分考慮模塊化和標準化的理念。

1）模塊化。多功能智慧燈桿的突出特征在于其功能豐富，如何在相對有限的空間中有機協調各項功能是值得重點關注的內容。針對各項功能，通過相同模塊組件的應用實現深度整合，降低燈桿的復雜度，精簡設備，更為便捷地實現各項功能。

2）標準化。需要從內到外全方位建設多功能智慧燈桿，提升多功能智慧燈桿建設的標準化水平，使各硬件裝置規范運行。在標準化建設中，應打破功能模塊間的技術壁壘，將設計和生產建設效率提升至全新的層次，使多功能智慧燈桿高效且穩定運行，減少運維工作量。

5G通信技術為多功能智慧燈桿的發展提供了可靠的技術支撐，在5G通信中應用到的高頻無線電波具有信息體量大、帶寬大的特點，“網速”大幅提高。但高頻無線電波的“穿墻”能力不足，因而僅在特定的空間內具有突出的作用，信號覆蓋范圍較小，需配套豐富的微基站。通過大量5G微基站與多功能智慧燈桿的融合實現燈桿的各項功能。

2 智慧燈桿的模塊化

2.1 光源的模塊化

LED燈是常見的照明設施，模塊化設計方法有利于提高LED燈的照明水平，豐富其功能。在LED光源模塊化設計中注重考慮集成應用設計要點，以30 W的標準光源為例，可根據需求對其組合，得到60 W、90 W、120 W乃至更高功率的光源，組合形式簡單，功能穩定可靠，具有便于設計、經濟高效的應用優勢。光源模組的外置電源可選形式豐富、現階段市面上有諸多性價比高、技術可靠的產品。

縱觀行業發展趨勢，高壓線性驅動電源集成具有突破性意義，其優勢在于精簡部分LED照明燈具的外置電源，減少在此方面的配置工作量并降低成本。其中，光電引擎技術頗具代表性，根據LED光源的工作特點，聯合高壓線性恒流驅動電源、整流橋堆，將各自共同集成至特定的金屬板上。此外，高壓線性驅動芯片在內部組成、運行性能、功率等方面均有所突破，其為LED產品去電源化目標的實現提供了更多支持。

智能LED路燈光源模塊具有高度集成的特性，包含LED光源模組、智能攝像系統等，兼容豐富的功能，例如，攝像、單燈控制、無線通信，彰顯出多功能智慧燈桿的功能多樣化特征。

2.2 傳感器的高度集成

借助多樣化的傳感器，針對各類形式的非電量信號做轉換處理，目的在于產生電信號，為數字化處理工作開展夯實基礎，為實現燈桿智慧化目標提供可靠支持。

視頻監視器屬于視覺傳感器，其分辨率可達200萬像素，捕捉運動圖像無鋸齒，耐久可靠，絕大部分場景中照射距離可達20～50 m，若適配的是8～32 mm鏡頭，該距離將進一步延長，達到30～100 m，功能實用性特征突出；能避免夜間紅外過曝的問題；電磁式/電機式濾光片切換器（ICR）紅外濾片式自動切換，兼顧日間和夜間2個時段的監控要求，實現全天候的監測。

從照明的角度來看，照度是設計和建設中需重點考慮的內容。照度傳感器應用的是光電效應，針對光信號做轉換操作，產生電信號。部分太陽光匯聚至傳感器的感光區域，在藍色和黃色高級濾光片的聯合應用下過濾除了可見光外的其他各類光線，經過處理后僅剩下可見光，該部分照射至光敏二極管處，由該元件轉化成電信號，進而進入單片機系統內，進行溫度補償，輸出線性電信號。

2.3 智慧燈桿充電站的建設

智慧燈桿充電站是以多功能智慧燈桿為基礎而產生的衍生產品，其設想較為美好，但就實際運行環境來看，在道路周邊隨意停車充電缺乏可行性，原因在于電動汽車在燈桿周邊充電會嚴重擾亂交通秩序，導致道路擁堵。相比之下，在停車場對電動汽車充電是一種兼具美好設想和實際可行性的折中方案，可優化部分路燈桿，下設充電站，滿足充電需求。電動汽車的充電裝置為充電樁，依據充電方式的不同劃分為交流充電樁和直流充電樁兩類，各自的應用特性存在差異。其中，交流充電樁常見于停車場，服務對象為普通純電動轎車，達到充滿電的狀態耗時約4～5 h，充電效率較低，但造價較低，具備經濟效益，適用于小型車；直流充電樁則具有充電效率較高的特點，以三相四線制的方式連接電網，無論是輸出的電壓還是電流其調整范圍普遍較大，提供的電力充足，適用于電動大巴車以及公交電車的充電。

近年來，電動汽車換電站的發展勢頭迅猛，其轉變了充電思路，即以較快的速度更換鋰動力電池組（通常僅需幾分鐘即可），為電力不足的電動汽車替換電力充足的電池組，使其在不充電的前提下快速上路，而換下的電池組可接受充電，以滿足下一次的更換要求?？梢园l現電動汽車換電站更側重于效率的提升。但從另一角度來看，其或許會對燈桿充電樁的發展造成制約性影響[1]。

2.4 無線集控網絡

智慧路燈的組成包含LED光源、傳感器等，市面上產品的類型豐富，可根據設計需求合理選擇性價比高的產品。但硬件產品功能的實現需得到軟件的配合，即適配智能集控軟件用于驅動硬件的高效運行。例如，某路段涵蓋多處路燈，通過無線網絡、云平臺的聯合應用實現數據庫指令向集控器的傳輸，而后將指令送至各受控燈桿，以自動化的方式實現特定的功能，如路燈的點亮與熄滅、亮度的靈活調節。

無線網絡的形式較多，以通用分組無線服務（GPRS）/可編程邏輯控制器（PLC）為例，基于該無線網絡的路燈集控系統示意圖，依托于GPRS無線傳輸的模式將控制指令傳至分路集控器，再由電力線載波PLC分送至路燈桿，實現精細化控制覆蓋范圍內各處路燈的運行狀態。

除前述所提的無線路燈集控系統外，碼分多址（GPRS/CDMA）智慧路燈控制系統等在工作理念上均與之類似，主要差異體現在傳輸機制的層面。對于GPRS/PLC無線路燈集控系統，其利用PLC有線傳輸給分路燈，而GPRS/CDMA智慧路燈控制系統則應用網絡的無線傳輸模式。

3 多功能智慧燈桿的標準化

標準化設計的基本思路在于燈桿不同高度搭載設備的標準化，不同高度設備搭載情況見表1；燈桿不同功能數量對應燈桿等級的標準化，以搭載功能數量為依據的燈桿分類見表2。

表1 燈桿不同高度設備搭載情況

表2 以功能數管為依據的燈桿分類

3.1 燈桿桿體型材的標準化

標準化是實現產業規?；a的必要前提，在踐行標準化的設計理念并采用科學的設計方法后，方可縮短燈桿設計和生產耗費的時間，并減少人力資源、材料等方面的投入，提高經濟效益。例如，設計出帶有可加裝和可拆卸功能的滑軌式燈桿型材，其靈活性較強，后期基于現有燈桿的增減配置工作更便捷，為功能優化和整體升級創設了良好的條件。

3.2 拔插模塊的標準化

類似于國際通行的USB插接孔，在拔插模塊的標準化設計與建設中，要求各適配了拔插模塊對接插頭的裝置之間均實現精準對接，隨之打通彼此間的“技術隔閡”，將拔插模塊共同聯系至一體。在促進拔插模塊標準化水平的提升后，為多功能智慧燈桿后期的運維工作提供了便捷條件，同時高效完成對現有燈桿的功能拓展。

4 結語

市場需求給多功能智慧燈桿行業的發展帶來了推動作用，5G、物聯網等提供了技術領域的支持，有助于多功能智慧燈桿的高質化發展。在此背景下，需要合理應用技術資源，并在設計及建設中踐行模塊化和標準化的理念，提高多功能智慧燈桿內部元件的集約化水平，打破各元件相互獨立的僵局，提高多功能智慧燈桿的整體運行水平，為智慧型城市的構建貢獻力量。