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(tǒng)燈桿會產(chǎn)生線路漏電、防盜等問題而管理困難，照明能耗巨大而節(jié)能管理困難，故障率高而維護高空作業(yè)操作困難，隧道照明建設(shè)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(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與逐步成熟，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能燈桿建設(shè)慢慢走進社會大眾的視野，它集照明與信息的采集、發(fā)布于一體創(chuàng)新復(fù)合應(yīng)用的產(chǎn)品，是智慧城市的神經(jīng)末梢和最佳入口，具有非常大的發(fā)展空間，為助力智慧城市的發(fā)展，降低城市照明管理成本、實現(xiàn)照明管理升級、節(jié)能減排以及融合城市公共服務(wù)系統(tǒng)提供了方向和著力點[1]，智能燈桿建設(shè)勢在必行。

1 智能燈桿產(chǎn)生的背景

1.1 城市道路建設(shè)推進智能燈桿建設(shè)

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(shè)過程中對城市道路照明等基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)投入以及路燈的節(jié)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(fā)展助推智能燈桿的快速發(fā)展

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

1.3 智能燈桿是智慧城市的最佳入口和服務(wù)端口

城市路燈成為智慧城市建設(shè)的重要載體，可以將市政照明、交通、環(huán)保等信息融入物聯(lián)網(wǎng)，便于信息的采集與發(fā)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(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代的信息技術(shù)，將所采集的數(shù)據(jù)上傳至云端而形成大數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與政府間的聯(lián)動以及有關(guān)部門的交互，為智慧城市大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持，數(shù)據(jù)經(jīng)過分析與處理后，可在智能燈桿上進行信息發(fā)布，為市民提供服務(wù)。

1.4 城市集約化急需“多桿合一”

一些城市路面上交通監(jiān)控、安防監(jiān)控、噪音監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)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(shè)還需要重復(fù)布設(shè)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(shè)最早的出發(fā)點，也可以助力智慧城市建設(shè)、節(jié)約城市建設(shè)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(yīng)用較為先進、高效、可靠的電力線載波/Zigbee通信技術(shù)和無線GPRS/CDMA、5G通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，將城市中的燈桿串聯(lián)連通而形成物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)對路燈的遠程集中控制與管理；同時具有視頻監(jiān)控功能，根據(jù)車流量、時間、天氣情況等條件設(shè)定方案自動調(diào)節(jié)亮度、人流車流統(tǒng)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(guī)范設(shè)施建設(shè)，對于城市建設(shè)規(guī)范和便捷起到重大作用。

智能燈桿可以采用定制化設(shè)計，集成了視頻識別、智慧照明、WiFi熱點、信息顯示屏、環(huán)境傳感器、應(yīng)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(yù)留5G微基站的拓展空間。智能燈桿采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各功能模塊相互獨立，可以根據(jù)不同需求，按需組合、靈活配置，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，進行不同的功能模塊的選擇，成為智慧城市建設(shè)過程中的先行者。

從功能結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層即現(xiàn)場的智能燈桿設(shè)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(wǎng)絡(luò)層是以以太網(wǎng)標準協(xié)議為基礎(chǔ)，實現(xiàn)信息傳遞的互聯(lián)互通；應(yīng)用層是基于燈桿監(jiān)控平臺升級為整個智慧城市的物聯(lián)信息基礎(chǔ)設(shè)施平臺，在監(jiān)控大廳可以滿足智慧城市各個功能模塊的拓展開發(fā)或者接入的需求[4]，智慧城市的物聯(lián)信息基礎(chǔ)設(shè)施平臺可直接為政府各有關(guān)部門提供實時的城市運行、監(jiān)測服務(wù)。通過這三個層面，智能燈桿最終成為集成各種信息設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新復(fù)合應(yīng)用的智能燈桿產(chǎn)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(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過軟件平臺根據(jù)周圍環(huán)境的實時情況以及根據(jù)季節(jié)的變化、天氣狀況、光照度、特殊節(jié)假日等來實現(xiàn)路燈的自動開關(guān)燈和對路燈的亮度進行調(diào)整，實現(xiàn)按照需求進行人性化照明，在確保安全的同時實現(xiàn)了二次節(jié)能，提高照明質(zhì)量。此外，綜合有線或無線的通信技術(shù)、監(jiān)控制系統(tǒng)以及物聯(lián)信息基礎(chǔ)設(shè)施平臺，對單一燈桿或整個燈桿群進行遠程管理、實時監(jiān)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(wù)效率的同時降低路燈維護作業(yè)人員的工作強度。

3.2 視頻監(jiān)控功能

以燈桿作為視頻監(jiān)控探頭的載體，利用路燈的電纜、光纜等基礎(chǔ)建設(shè)或燈桿預(yù)留的接口來實現(xiàn)智能燈桿視頻監(jiān)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(jiān)控；當(dāng)遇到緊急情況時，通過“一鍵呼叫”按鈕可直接聯(lián)系到附近的警察進行求助，系統(tǒng)將采集到的視頻、圖像等信息實時傳回監(jiān)控中心，監(jiān)控中心可以根據(jù)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(wù)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(jiān)控，針對特殊的人群、大型活動現(xiàn)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(shè)基站是一種較好的方式。與傳統(tǒng)基站網(wǎng)絡(luò)相比，其運營成本與能耗均可得到有效降低，同時具有設(shè)備體積小、安裝便捷、覆蓋面廣、隱蔽性好等優(yōu)點；還可以利用無線WiFi實現(xiàn)監(jiān)控信號傳輸，市民不僅可接收到有關(guān)信息，而且還可以實現(xiàn)信息的查詢，方便市民的生活，收集市民的上網(wǎng)特征數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)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(guān)部門提供科學(xué)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(wù)。

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(shù)量遠不能滿足電動汽車的需求，將充電樁集成到燈桿的內(nèi)部，在道路兩側(cè)與燈桿共址布局建設(shè)，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?？吭谠O(shè)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(guān)的終端APP便可進行充電，系統(tǒng)會根據(jù)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(jié)合，將極大地解決充電樁數(shù)量不足、建設(shè)成本高等困局，構(gòu)建城市管理者、電動汽車、充電樁運營商一體化的產(chǎn)業(yè)聯(lián)動鏈。充電樁與信息發(fā)布平臺聯(lián)動，顯示充電樁的使用狀態(tài)，與探頭的聯(lián)動，可監(jiān)測充電樁停車位的運行、使用情況，實現(xiàn)對充電樁停車位管控。

3.5 氣象監(jiān)測功能

通過在燈桿上增設(shè)傳感器，整合各類傳感器并解決之間的互擾問題，對微環(huán)境指標（PM2.5、CO、CO2、NO、NO2等）、溫濕度、噪聲、大氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等信息進行持續(xù)、實時監(jiān)測，將有關(guān)數(shù)據(jù)實時傳回管理平臺保存，管理平臺進行分析處理后對有關(guān)信息實時在信息發(fā)布平臺上顯示，為有關(guān)部門工作提供支持與參考。

3.6 信息發(fā)布功能

利用智能燈桿的顯示屏作為網(wǎng)絡(luò)多媒體信息發(fā)布的平臺，實時更新發(fā)布內(nèi)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(yè)廣告、公益宣傳、交通擁堵、公共信息發(fā)布、緊急情況警告、區(qū)域地圖顯示、周邊環(huán)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(xiàn)公共廣播的遠程集中管控。

4 智能燈桿發(fā)展建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)與建議

4.1 公眾對智能燈桿認知方面

目前，智能燈桿的發(fā)展還處于初步階段，其發(fā)展建設(shè)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(guān)部門未對智能燈桿進行積極的宣傳以及正確的引導(dǎo)，也未有切實的政策與資金支持；社會大眾對智能燈桿建設(shè)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(guān)部門進行滲透與宣傳，促進智能燈桿的落地建設(shè)；采取多種融資模式，為智能燈桿建設(shè)提供專項資金，增加智能燈桿建設(shè)對社會資金的吸引力。

4.2 標準框架、法律法規(guī)體系方面

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

建議加強智能燈桿各領(lǐng)域的交叉融合與協(xié)作機制，加快制定和完善智能燈桿產(chǎn)品相關(guān)的技術(shù)、質(zhì)量標準框架體系；立法機構(gòu)應(yīng)根據(jù)智能燈桿的實際建設(shè)需要，對有關(guān)法律法規(guī)進行修訂完善，使其更適合實際應(yīng)用情況。

4.3 數(shù)據(jù)管理方面

伴隨著智能燈桿的普及，系統(tǒng)必然會承載海量的信息與數(shù)據(jù)，如此龐大的信息和數(shù)據(jù)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(zhàn)，而且也會給現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶來非常大的負擔(dān)。建議建立數(shù)據(jù)安全風(fēng)險體系，做好數(shù)據(jù)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(yè)維護隊伍習(xí)慣于其所轄區(qū)域內(nèi)的常規(guī)維護，智能燈桿安裝后，一旦發(fā)生突發(fā)狀況，缺乏必要的維護經(jīng)驗，對智能燈桿的正常運行帶來諸多不便。

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

4.5 智能燈桿上架設(shè)設(shè)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(shè)不同類型的特定功能傳感器對有關(guān)信息進行收集，在實際運行中不同設(shè)備之間可能會產(chǎn)生干擾[6]，造成某些傳感器或設(shè)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(shè)備，提高各設(shè)備生產(chǎn)廠家之間的產(chǎn)品兼容性與通用性，打破模塊化束縛，實現(xiàn)信息資源互聯(lián)互通。

5 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能和5G等高新技術(shù)的快速發(fā)展和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，集智能照明、視頻監(jiān)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(fā)展所面臨困難與挑戰(zhàn)，一方面通過政府加大宣傳與引導(dǎo)以及部門間高效協(xié)同，建立標準框架體系與安全風(fēng)險體系；另一方面還需企業(yè)、政府、市場之間的配合，找到各方與各專業(yè)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(guī)范化、智能化與產(chǎn)業(yè)化。