周遜盛

（浙江大云物聯(lián)科技有限公司，浙江 杭州 310012）

對單個路燈進行管控，讓道路照明實現(xiàn)高效節(jié)能的目標，同時能夠搭載更多現(xiàn)代化的技術系統(tǒng)，變成智慧城市發(fā)展中信息數(shù)據(jù)采集、發(fā)布、傳輸?shù)妮d體。同時國家提倡燈桿共享，一桿多用與多桿合一的舉措，積極建設多功能燈桿，開展智慧城市的建設與發(fā)展。

1 多功能型智慧燈桿的應用現(xiàn)狀

在全球范圍內(nèi)，已經(jīng)有很多國家開始著手改造、重建智慧路燈桿了，這樣做的目標就是要達到節(jié)能降耗和強化提升監(jiān)控安防的目標，同時其還搭載了傳感器與充電樁等。國內(nèi)當前絕大多數(shù)城市也在建設多功能的智慧燈桿，很多城市的道路燈桿都已經(jīng)逐漸改建、新建成為多功能的智慧燈桿系統(tǒng)了，并且已經(jīng)投入實際應用中。國家城市道路的照明逐漸實現(xiàn)智能化發(fā)展，多功能合成桿、智慧路燈與多功能的智慧燈桿系統(tǒng)是較為突出的組成內(nèi)容[1]。

2 多功能型智慧燈桿的選址模型

在考量多功能型智慧燈桿系統(tǒng)的地址選擇時，基于燈桿把其他子系統(tǒng)同燈桿系統(tǒng)進行交叉選址，選擇所有子系統(tǒng)能夠集成至燈桿設備的地址，需要進行單獨立桿的地址，并且將所有選址方案統(tǒng)一，之后再把能夠集成到燈桿中的設備地址進行合并，獲得輸入、輸出效益最大化的智慧型燈桿系統(tǒng)選址方案，并以信息效用最大化為目標函數(shù)的智慧路燈宏觀選址模型。

目標函數(shù)是選定路網(wǎng)當中所有配備LED交通誘導屏指揮路燈信息效用的總和，以車流量、信息量、信息衰減系數(shù)、信息有效比例和信息獲取率為主要元素。目標函數(shù)表達式如下：

式中：E為路網(wǎng)區(qū)域智慧路燈信息效用總和，maxE是信息總效用的最大值，Q是路網(wǎng)中路段構成的集合；zk是一個0～1的變量，如路段k上設有該功能的智慧電燈，zk取1；如未設置該功能的智慧路燈，則取值為0。Ek為路段在k位置智慧路燈的信息效用，代表了信息獲取率，直接顯示在k路段智慧路燈屏上；fk表示k路段智慧路燈上獲取的統(tǒng)計流量的平均值；Sk則表示監(jiān)控路段所有路段的集合信息，重點涵蓋交通路段和誘導設備路段的信息內(nèi)容；pi指的是i路段內(nèi)顯示的信息量情況；wi則是智慧路燈安裝路段到顯示屏路段內(nèi)的車流量比值參數(shù)，是i路段信息量與k路段信息的衰減系數(shù)。

該模型在應用過程中，通過合理路段的選擇，將原本較為抽象的路網(wǎng)實施分段、分節(jié)點處理，這樣可以有效地解決選址問題，避免離散化情況的出現(xiàn)。在模型路段選擇中，對于路段的規(guī)劃，直接將長度適中，且沒有多余岔路影響的單向道路作為一個路段，選取的每個路段盡可能保持長度相近，以免獲取的數(shù)據(jù)存在偏差。這樣將原本連續(xù)問題轉(zhuǎn)變成較短的問題，即使模型離散化，也不會發(fā)生較大問題，到時只需要對短路徑比例參數(shù)展開收集和分析即可。而在模型計算過程中，為了避免偏差的產(chǎn)生，降低計算難度，可以直接選擇暢通條件的最短路徑比值，以維持結(jié)果的準確性。

結(jié)合實際，目標函數(shù)式主要有2個約束條件。模型離散化后即最短路徑約束，指安裝路段k處智慧路燈屏上所顯示的路段滿足最短路徑約束。即：1）短路徑約束。模型離散化后形成的約束就是最短路徑約束。其主要是指安裝路段k處智慧路燈屏幕上顯示的路段所滿足的最短路徑約束條件，公式為:

式中：Qk是基于路段k為起始路段的最短路徑集合。連通圖約束主要是指智慧路燈屏幕上展示的路段構成的有向連通圖。對于以上智慧路燈選址規(guī)劃模型，要選擇搜索法得出目標函數(shù)最大值，即先得出目標函數(shù)表達式當中的每一個物理量。

路段信息量pi可基于交通事件發(fā)生率，根據(jù)信息論中的信息熵獲取，同時也可以基于路段的通行能力與路段的實際流量合理估測。在保持暢通和最短路徑的前提下，以每個節(jié)點流向下一個節(jié)點的平均統(tǒng)計車輛，在節(jié)點總車流流出量的占比合理評估此節(jié)點到以下多個節(jié)點的分流比例，以此為基礎，確定安裝路段到多個顯示路段的信息有效比例wi(k)。

此外，可以信息衰減系數(shù)安裝路段到顯示路段的最短路徑需要經(jīng)過的節(jié)點數(shù)（交叉口的倒數(shù)）表示。以路段k處智慧路燈屏幕上的顯示值估測信息獲取率。以下筆者就以顯示路段目標函數(shù)的倒數(shù)表示。目標函數(shù)當中包括變量zk，智慧路燈屏幕上顯示與變量zk的變化范圍相同，所以在求解的過程中，可以采取遺傳算法，屏的信息效用函數(shù)與適應度函數(shù)相同。

但是在系統(tǒng)綜合建設過程中，往往不會只考慮一個目標函數(shù)，例如建設成本、社會服務水平、設施能力平衡利用率等多種目標綜合考慮，進而構成多目標的燈桿選址問題，因此該文建議采用線性加權法將多目標問題轉(zhuǎn)化為單目標問題，對于權重采用變權系數(shù)法求出非劣解組，然后進行模糊決策，從而使選址結(jié)果更貼近客觀合理。

假設Z為具備多個子系統(tǒng)的智慧燈桿建設選址后綜合目標效益，d為各子系統(tǒng)的權重,設定K個目標，L個優(yōu)先級，則選址模型為

式中：Z表示智慧燈桿建設選址后綜合目標效益值，d為各個子系統(tǒng)的權重，包括紅綠燈系統(tǒng)、綜合引路系統(tǒng)等，L為優(yōu)先級個數(shù)，表示各個權重的比例，di表示各個子系統(tǒng)(i從1開始)，Ui表示權重系數(shù)(i從1開始)，Eai表示交通信號燈影響因子，Abi表示智能交通引導影響因子，Dci表示攝像頭監(jiān)控郵箱因子。

另外，還要考慮到既有的交通信號燈、指示牌和攝像頭等設施選址原則已經(jīng)實現(xiàn)標準化，在兼顧多系統(tǒng)合并的過程當中，要對既有國家選址標準進行參考，紀檢建設的LED信息屏、5G基站與充電樁等，對其進行逐一優(yōu)化，并且獲得整體、統(tǒng)一的方案[2]。

2.1 子系統(tǒng)的信息屏

LED信息屏中的顯示內(nèi)容非常多，其中包括交通、天氣和廣告等。智慧路燈信息屏的子系統(tǒng)建設目標是為了信息發(fā)布。在對其實際應用情況進行考量的時候，要對諸多信息實施分類，兼顧信息發(fā)揮的效用，同時對其實施量化。

例如交通信息發(fā)布的LED信息屏，要安裝在交通流量大的路段當中，信息屏的分布不能太過密集。所以，基于分級分類相關措施，構建信息效用的選址模型，明確智慧路燈實際安裝的路段、具體位置等，獲得合理有效的信息屏子系統(tǒng)選址方案，保證選址的合理性與有效性。

2.2 子系統(tǒng)充電樁

當前，我國正在大力推動綠色交通與減排降耗發(fā)展，而充電中是新能源汽車實際推廣與應用中極為關鍵的環(huán)節(jié)、基礎設施，當前充電樁基礎設施的建設較為遲滯。對其覆蓋深度進行強化?；诤侠碛行У牟季衷O計，讓郊縣、企業(yè)與個人私密區(qū)域?qū)崿F(xiàn)協(xié)同發(fā)展，以免由于充電樁應用頻率不足產(chǎn)生資源浪費問題。將充電樁集成至路燈桿中，基于智慧路燈的管理平臺手機和交互信息數(shù)據(jù)，讓充電設施實現(xiàn)互聯(lián)與互通，基于智慧路燈當中的傳感器實時監(jiān)測充電樁的狀態(tài)，并且及時進行反饋，減少充電樁的檢測、維護成本，對其進行日常維護。

2.3 子系統(tǒng)5G基站的選址

穩(wěn)定的路燈供電系統(tǒng)能夠?qū)?G基站訴求進行滿足，不需要對供電系統(tǒng)進行單獨部署。如果多功能燈桿系統(tǒng)中搭載了5G基站，避免其單獨布置中產(chǎn)生的空間浪費，就減少了站址獲取、建設中產(chǎn)生的成本，能夠提升城市美化程度?；谕恍问降闹腔勐窡艄芾砉ぷ髌脚_，對信息進行采集與交互，對大數(shù)據(jù)進行有效應用，在智慧燈桿系統(tǒng)中的傳感裝置，能夠檢測5G基站的溫度以及狀態(tài)等，同時從智慧路燈的管理平臺中傳輸?shù)皆贫?，減少監(jiān)測工作中投入的成本，有助于維護、管理工作的實際開展。多功能型燈桿系統(tǒng)屬于5G基站的重要搭載平臺。需安置方案的基本原則包括4點。

基本需求。遵照5G基站覆蓋范圍的要求，配合宏基站進行全覆蓋，同時提升熱點區(qū)域位置的覆蓋強度。

最少的建設數(shù)量。因為5G基站的總建設成本降耗，因此要求建設總數(shù)最少的5G基站。

優(yōu)先合桿?；谧钌俚幕緮?shù)量，在實際選址規(guī)劃的過程當中要優(yōu)先考慮把5G基站安裝在路燈桿上，這樣能夠達到節(jié)省空間、城市美化的目標，更能夠降低重新立桿產(chǎn)生的成本，實現(xiàn)多桿合一、一桿多用的目標[3]。

最佳的覆蓋效果；在上述幾種原則都滿足的前提下，基于對重復覆蓋率、覆蓋面積方面的衡量，選擇使用整體覆蓋成效最為理想的方案。

3 結(jié)語

綜上所述，基于頂層設計與分級、分類舉措對智慧燈桿相關系統(tǒng)進行選址，基于搭載與綜合利用交通桿、應急救助、環(huán)境傳感器、信息屏以及5G基站等多個設備、系統(tǒng)，全面感知整個城市，同時把獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)匠鞘性贫?，達到互聯(lián)、互通與共享的目標，對城市基礎設施與諸多部門間的存在的重難點問題進行有效的解決?；谌斯ぶ悄芑?、云端計算等，處理并分析大數(shù)據(jù)與信息，精準地為智慧交通、安防和醫(yī)療等提供服務，奠定智慧城市建設與發(fā)展的基礎。