臧 鋒，顧磊明，王鵬展

(南京市路燈管理處，江蘇 南京 210013)

引言

隨著智慧城市價值認知的不斷延伸，智慧桿件成為稀缺資源和戰(zhàn)略資源，源于城市照明的智慧燈桿迎來了新機遇[1-8]。相比智慧桿件建設而言，智慧桿件運行期更加復雜多變，需要通過物聯(lián)網思維提升運行承載能力。

目前，當我們面對數以萬計的智慧燈桿時出現的問題包括：運營期的成本，決定了智慧桿件在智慧城市產業(yè)中能走多遠；運營期的技術，應兼顧橫向的廣度和縱向的深度；運營期的價值，應立足于服務政府的社會效益，產生于服務商業(yè)的經濟效益。要解決運營期的難題，我們則必須對智慧燈桿植入管理的思維、多專業(yè)技術的深度融合、多類型數據的交匯、多應用場景的聯(lián)動。

1 路燈智能機器人的定義

我們對智慧燈桿重新定義，并且圍繞新的定義進行一系列的路線調整，即將智慧桿件升級定義為“路燈卡哨式智能機器人”?！奥窡艨ㄉ谑街悄軝C器人”的提出，不僅是概念上的設置，更是智慧城市產業(yè)生態(tài)輸入與輸出的連接，具體表現在：

1)行業(yè)跨接的中心。從智慧燈桿向路燈智能機器人升級，將使照明行業(yè)從原來的專業(yè)型行業(yè)轉型為平臺型行業(yè)，將為通訊、物聯(lián)網、高新產業(yè)提供軟件的平臺和硬件的平臺，吸納數以千計的終端廠家，創(chuàng)造出宏大的產業(yè)生態(tài)。

2)技術連接的中心。5G僅是作為路燈智能機器人運轉的一項基本技術條件；而邊緣側算法、大數據技術、感知技術、集成技術則成為關鍵要素，所有技術體系都將圍繞路燈機器人的有效運轉服務。

3)管理賦能的中心。智能機器人對穩(wěn)定性的苛求，將促使滴滴修燈模式、滴滴運維模式價值的凸顯，將充分整合社會資源、專業(yè)運維力量，建立多專業(yè)的供給側配對、分級分層的精準運力投入，大數據指導運行，大幅控制運行期成本。

4)價值創(chuàng)造的中心。零星分布的智慧燈桿不能構建體系化的應用場景，千變一律的規(guī)模化建設需要巨大資金成本。而路燈智能機器人則以桿件為單位，通過功能定制化、個性化，設定區(qū)域、劃定重點、自由編組機器人梯隊，以場景實現為目標，對智慧交通、智慧安防、智慧城管等應用進行高性價比的落地。

綜上，我們將智慧路燈機器人定位于，以傳統(tǒng)交通配套設施路燈為原型，采用分布式云和邊緣賦能技術，經過“通絡、塑型、刻腦、賦神、組網”五個步驟開發(fā)賦能，形成的基于社會物理精細網格的前端自治機器人(編隊)。

2 路燈智能機器人的構建

2.1 支撐網絡構建

搭建和疏通智慧路燈機器人的脈絡，主要包括能源管理脈絡和通訊路由脈絡，使傳統(tǒng)路燈具備進化成為智慧路燈機器人的基礎前提。

2.1.1 現狀分析

1)在現有照明供電體系下，不額外增加供電指標，不另行敷設電力線路，承載智慧應用所需要的能源。需要尋求輕量化的、可復制推廣的，并且可長期穩(wěn)定運行的轉換模式，以此實現存量設施智慧化升級。

2)電力保障系統(tǒng)的調整，首先保證現有照明設施的運行穩(wěn)定，實現對單燈桿的精確控制，保持面向智慧城市穩(wěn)定的電力供給。

3)智慧城市數百萬級終端設備需要密集、高速、優(yōu)質的通訊網絡，合理適用集約的通訊網絡鏈路是傳輸的重點。

2.1.2 解決方案

1)能源網搭建疏通。首先，通過LED節(jié)能改造替代原高功率氣體放電燈光源，并結合單燈調光，大幅削減城市照明用電負荷，為智慧城市終端設備的加載持續(xù)創(chuàng)造充足的容量空間。其次，通過自有專利技術改造，實現單燈監(jiān)控系統(tǒng)與箱控系統(tǒng)相結合，將傳統(tǒng)專屬城市照明供電線纜升級為智慧城市綜合應用共享能源通道。與此同時，圍繞線路穩(wěn)定運行的信息化養(yǎng)護作業(yè)模式，采用同步提升的方式，滿足供電的可靠性和穩(wěn)定性。

2)能源網精準保障。采用單燈監(jiān)控技術，將原有城市照明監(jiān)控網絡精度，從線路上升至每盞燈，以此實現精準的城市照明燈具狀態(tài)感知。結合城市照明信息平臺、APP系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的人工巡修燈模式升級至精準定位定點的修燈模式，解放人力、提高效能、縮減投入，實現城市照明向智慧城市的延伸和承載。

3)通訊網鏈路共享?；谥腔勐窡魴C器人，形成通暢、高效、集成的通訊網絡，多種智慧終端、多類智慧設備，共享一個路由、一條光纖、一根網線、一個無線節(jié)點，達成少量的通訊設備、大量的通訊節(jié)點，充足的通訊預留。疏通通訊經絡的智慧路燈是解決智慧城市通訊難題的最優(yōu)途徑。

2.2 軟硬件接口設計

塑造智慧路燈機器人的基本功能型體模塊，以實現有機連接能源管理、通訊路由等神經脈絡，并承載各類物聯(lián)感知設備和AI產品的即插即用。主要包括軀干艙體設計，接口標準化、模塊化設計，數據庫標準化等，形成所有設備的信息匯聚管理，使得智慧路燈機器人具備擬人化的感知、動作的功能前提。

2.2.1 現狀分析

1)智慧城市應用終端具有設備種類復雜，尺寸與重量千差萬別、加載時序隨機性大，運行期穩(wěn)定性及安全性要求高等特點，要實現智慧硬件設備的一桿加載具有極高的復雜性。

2)智慧城市應用終端通訊方式、數據格式、接口鏈路存在多樣性、復雜性，需具備極高的集成能力，打通各終端設備之間的屏障與壁壘，形成協(xié)調一致。

表1 基于路燈智能機器人的交互數據格式Table 1 Interactive data format based on road lampintelligent robot

2.2.2 解決方案

1)硬件接口方面，對需一桿多用或高載荷加載設備等應用場景，采用更換模式，將原有桿件定點更新為智慧桿；對單一智慧終端加載的桿件，則統(tǒng)一標準、統(tǒng)一實施，優(yōu)先采用抱箍等主要方式，進行存量桿件的升級改造。具體包括，桿件與攝像頭的接口、桿件與信號燈的接口、桿件與環(huán)境探測器的接口、桿件與通訊基站的接口、桿件與除塵設備的接口、桿件與噪聲設備的接口，等等。

2)軟件接口方面，采用統(tǒng)一標準、統(tǒng)一協(xié)議的方式，進行終端設備的功能整合、數據整合，接入綜合管理平臺。以此，將現有城市桿件體系、信息體系，升級為智慧城市設備可加載、應用可加載的平臺型體系。具體包括，綜合平臺與車輛管理的接口、綜合平臺與噪聲管理的接口、綜合平臺與視頻管理的接口、綜合平臺與人流信息的接口等。

3)數據標準方面，通過統(tǒng)一的數據標準制定和發(fā)布，結合完善的數據標準管理體系，保障數據的完整性、一致性、規(guī)范性，實現數據的“互通、互知”，從源頭上快速接入數據，解決了多部門數據共享和融合的公用問題；在數據格式上支持各種結構化、非結構化及視頻數據的傳輸，屏蔽各業(yè)務應用、各系統(tǒng)之間的數據類型差異。

2.3 本地信息處理體系

形成智慧路燈機器人自我管理和前端自治本地化中央處理器。成為控制管理智慧路燈機器人身體構件和加載設備功能的物聯(lián)平臺，確保身體神經脈絡和功能模塊運轉良好，并具備組網區(qū)間與其他智慧路燈機器人溝通、聯(lián)系和聯(lián)動的機能，同時可以根據訴求有效執(zhí)行指令和動作。

2.3.1 現狀分析

智慧路燈機器人內部集成了能源脈絡、通訊路由脈絡和大量的各類AI及物聯(lián)感知設備，全壽命周期的管理運維需要邊緣小腦可以智慧管理、診斷，保障運行穩(wěn)定，維護及時精準。

2.3.2 解決方案

針對路燈機器人內部能源系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、數據系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)，刻畫定制出一個具備感知數據分析并指導執(zhí)行的前端小腦，有效地讓路燈機器人實現前端自治。

1)統(tǒng)籌管理能源系統(tǒng)。通過分級閾值的設定，結合通斷設備、監(jiān)測設備，對各類終端進行分級的符合管理、分級的過載管理，高效使用電力能源。

2)統(tǒng)籌管理感知系統(tǒng)。通過數據鏈路，對感知類終端設備的信息進行集中管理，觸發(fā)數據輸出；對其運行狀態(tài)的穩(wěn)定性進行觀測，觸發(fā)維護作業(yè)，保障感知系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3)統(tǒng)籌管理執(zhí)行系統(tǒng)。通過數據鏈路，對執(zhí)行類終端設備進行集中管理。即集合現場感知設備信息，向終端執(zhí)行設備進行指令輸出；同時，監(jiān)測執(zhí)行終端運行狀態(tài)，觸發(fā)維護作業(yè)，保障執(zhí)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4)統(tǒng)籌管理通訊系統(tǒng)。通過統(tǒng)一路由，整合各終端系統(tǒng)數據鏈路，進行數據的集中處理、集中分配；與其他智慧路燈交互，形成自由組合、統(tǒng)一輸出的局域網絡。

2.4 邊緣側核心算法

在實現智慧路燈機器人通絡、塑型、刻腦的基礎上，通過AI計算引擎、動作執(zhí)行引擎、聯(lián)動規(guī)則引擎，使得感知、判斷、動作的融合實現，完成需要實現的場景。

2.4.1 現狀分析

交通應用場景繁雜，涉及人、車、路、設施等，人工智能技術種類多樣，邊緣算法大都只是針對單場景的應用，難以形成協(xié)調一致的智慧城市場景執(zhí)行應用能力。

2.4.2 解決方案

向智慧路燈機器人大腦注入綜合多樣的、可升級的邊側算法體系，賦予其本地化的執(zhí)行輸出能力?？偪刂行耐ㄟ^標準化數據項、精細度，向智慧路燈機器人采集必要數據，進行輕量化交互。邊側算法體系主要為：

1)感知側算法。集中表現在車輛識別、車速甄別、特種車輛管理、人臉識別、人的越界管理、人的異常行為等。

2)執(zhí)行側算法。車輛信息發(fā)布、車流疏導提醒、行人指示提醒、違法行為前端處理等。

3)分析側算法。多種感知的綜合判斷并推導執(zhí)行，如各類天氣下的安全管理、各類時段下的安全管理、車的行為人的行為的整合分析等。

表2 智慧交通專業(yè)路燈智能機器人邊緣側部分算法Table 2 Edge-side partial algorithmm of intelligent robot for intelligent road lamp

2.5 應用場景網絡組建

將城市每一個智慧路燈機器人的組網，形成分布式邊緣云架構，實現中臺管理下的毛細血管級別、遠近高低、實時交互的立體大數據網格，同時按功能訴求對組網的智慧路燈機器人進行編隊，實現實時、具體、準確的前端自治體系。

2.5.1 現狀分析

智慧燈桿之間后臺整體聯(lián)動和前端自主聯(lián)動同步智能編排技術難度較高，導致難以形成片區(qū)效應，缺乏城市級應用場景承載能力。

2.5.2 解決方案

組建總控中心與智慧路燈機器人之間的一級網絡(云端統(tǒng)一調配)；組建智慧路燈機器人之間的二級網絡(前端邊緣側各單元牽手互動)?？偪刂行闹笓]調度智能路燈機器人，智能路燈機器人指揮終端設備，依托兩層網絡，組成信息共享、資源共享、聯(lián)動輸出的智慧城市服務體系。

1)一級網絡的組建。一級網絡，側重于編隊，即總控對智能路燈機器人的調度管理?？偪刂行耐ㄟ^智慧城市管理平臺，依托公網通訊方式，采用統(tǒng)一的通訊協(xié)議，與現場各型智能路燈機器人的智慧大腦進行數據交互、指令下達。可分為普通情況下的日常類數據交互(如車流、人流信息)，以及特殊情況下的專項類調度(如應急救援)。一級網絡下，總控中心可根據需求，對智慧路燈機器人進行空間區(qū)域的編隊、進行時間時序的投切，以及時空結合的多維度、多算法的自由組合。

圖1 基于路燈智能機器人智慧交通應用場景組合Fig.1 Intelligent traffic scences based on road lamp intelligent robot

2)二級網絡的組建。二級網絡，側重于執(zhí)行，即智能路燈機器人通過組合，形成執(zhí)行具體任務的區(qū)域性響應。一級網絡下達指令，二級網絡根據邊緣側計算，進行智能路燈機器人的自組網。最終形成，一級網絡的內部組合(指令通道)，二級網絡的內部組合(執(zhí)行通道)，一級二級網絡之間的組合(指令與執(zhí)行交互)，共同作用輸出各類場景融合應用。

3 結論與展望

智能路燈機器人是服務智慧城市的基礎設施，是服務智慧城市多種應用場景，解決多種痛點的產物，涉及到多專業(yè)的融合，多行業(yè)的集成，是在專業(yè)上集成、在行業(yè)上集成、在產業(yè)鏈集成。同時，在南京初步建立了以總控中心統(tǒng)籌監(jiān)控運行路燈智能機器人體系，最終服務于政府和市民，以技術迭代、管理迭代柔性結合動態(tài)升級的拓撲結構，形成了功能場景融合的“多識合一、感官合一、多景合一、多桿合一、人機合一”的生態(tài)體系。因此，智能路燈機器人，將成為未來智慧城市領域的核心資產、核心競爭力與核心產業(yè)平臺。