張 晶 劉小寒

(1.武漢科技大學，武漢 430081；2.湖北意識形態(tài)建設研究院，武漢 430000)

0 引言

目前，我國科技的發(fā)展強勢且迅速，推進國家智慧城市建設的計劃已經(jīng)提上日程。智慧城市作為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的重要領(lǐng)域，近年來不斷受到各級政府的重視，針對性引導政策頻出。智慧城市建設的目的在于增強社會治理能力，推進智能化城市管理，《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》，對進一步提升城市發(fā)展質(zhì)量做出重大決策部署，為做好城市工作指明了方向，明確了目標任務。智慧文明城市的建設可以增強社會治理滿意度，推進社會主義現(xiàn)代化發(fā)展，讓人們城市生活的美滿幸福感往前邁一大步。而智慧路燈作為智慧城市項目建設中的重要一環(huán)，承擔著城市發(fā)展與人民生活聯(lián)系的紐帶作用，是智慧城市切實投入建設最自然的切入口?？梢哉f，智慧路燈的發(fā)展成果反映了智慧城市的建設完整度，是智慧城市向前推進的一個重要建設里程碑。

1 智慧城市的內(nèi)涵及其技術(shù)內(nèi)容

智慧城市是指運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、空間地理信息集成等新一代信息集成技術(shù)，促進城市規(guī)劃、建設、管理和服務智慧化的新理論和新模式[1]。智慧城市建設的關(guān)鍵因素包括科技發(fā)展帶來的新型信息技術(shù)，即技術(shù)創(chuàng)新層面因素；也包括當下知識環(huán)境孕育出的創(chuàng)新生態(tài)城市，也就是社會創(chuàng)新層面因素。智慧城市是一個復雜的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng),面臨從競爭優(yōu)勢構(gòu)建轉(zhuǎn)向可持續(xù)發(fā)展的各種挑戰(zhàn)[2]。智慧城市的建設是實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展和信息技術(shù)發(fā)展的需要，也是提高我國綜合競爭力的戰(zhàn)略選擇。

智慧城市作為“數(shù)字中國”“新型基礎設施建設”“智慧社會”等國家戰(zhàn)略實施的重要載體，引領(lǐng)著我國城市發(fā)展的新方向[3]。我國社會經(jīng)歷了城市建設發(fā)展100 年，路燈的需求量和建設規(guī)模與日俱增。路燈廣泛分布于城郊的道路上，路燈的更新伴隨著我國的發(fā)展，在一定程度上體現(xiàn)了我國科技更迭的變化，路燈工程的建設同時影響了城市的創(chuàng)新建設，可以說路燈的創(chuàng)新建設必然順應了文明智慧城市的建設和當下的時代發(fā)展。推動路燈創(chuàng)新，才能建設出智慧路燈。智慧路燈發(fā)展伴隨著社會發(fā)展，社會發(fā)展促進了城市發(fā)展。智慧路燈的原身路燈具有分布廣、分布位置均勻、人們熟悉、接電方便的優(yōu)點，是智慧城市里最能綜合性應用各種系統(tǒng)方略的標志性建筑物。2020年，習近平總書記在浙江考察時提出，“運用大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈、人工智能等前沿技術(shù)推動城市管理手段、管理模式、管理理念創(chuàng)新是城市治理科學化、精細化、智能化的重要體現(xiàn)，從數(shù)字化到智能化再到智慧化，讓城市更聰明一些、更智慧一些[4]?！贝罅ν苿映鞘薪ㄔO智能化發(fā)展，人民群眾的生產(chǎn)生活就會更便捷一些，獲得感、幸福感、安全感也會更多一些。新時代推進社會治理體系和治理能力現(xiàn)代化，應堅持以人為本，深度融合新型智慧城市建設，加快建成技術(shù)支撐、數(shù)據(jù)驅(qū)動、智能融合、政策保障的智慧化社會治理共同體。智慧路燈將人工智能與路燈結(jié)合，極大程度推進了城市智慧化的發(fā)展。

2 智慧路燈的演化歷程

自15世紀倫敦第1次在室外懸掛燈具用來照亮黑暗的夜晚以來，時間已經(jīng)過去了600余年。16世紀的巴黎已經(jīng)規(guī)定，在街道上必須裝配照明工具，有“太陽王”稱號的路易十四還正式頒布了城市道路照明法令，據(jù)說也因此有了法國歷史上的“光明時代”。經(jīng)歷了昏暗的蠟燭和油制做成的照明工具后，煤油燈、英國汽燈的發(fā)展逐漸讓燈火亮了起來。直到1843年，我國上海才出現(xiàn)第1盞煤油燈，當時，這盞燈仿若一輪明月，吸引了黃浦江邊的人們摩肩接踵前往一睹風采。發(fā)展到1879年，上海十六浦碼頭亮起了中國第1盞電燈。路燈經(jīng)歷了長久的演變歷程，如今每條道路上都已經(jīng)配備路燈照明，并且每條道路都有工人管理這些路燈。在19世紀的每天早晚，路燈仍然需要人工打開或者關(guān)閉。即使科技發(fā)展迅速，但多個電燈合用一個閘刀開關(guān)，需要工人每天開啟關(guān)閉的管理模式仍延續(xù)到了20世紀。

路燈在當時甚至是一種地位的象征，首先出現(xiàn)路燈的上海、北京也代表著中國當時最繁華的城市。北京天安門的路燈甚至是由周恩來總理親自審定的，現(xiàn)在使用的蓮花燈和棉桃燈造型還是當年的造型。從單桿路燈到高桿路燈，一路走來，燈源技術(shù)逐步升級，路燈已發(fā)展到如今的后路燈時代——智慧路燈時代。智慧路燈是指在路燈上搭載各種傳感器及感知設備，如充電樁、LED信息發(fā)布屏、高清攝像頭、應急報警、5G基站搭載網(wǎng)絡、無線WiFi、城市廣播等，是擁有多種功能的智能化路燈。現(xiàn)如今智慧城市建設已然成為當今世界城市發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的歷史潮流，而建設一個智慧城市需要智能化的路燈與之配合。智慧路燈不僅擁有照明的功能，它還承載了每一個時代人類對于智慧美好生活的期盼和訴求。作為智慧城市建設最自然的切入口，比起普通路燈智慧路燈更像是一座燈塔，照亮了智慧城市建設通向前方的路，為探索智慧城市的建設者指出一個可行的方向。

3 智慧城市建設中智慧路燈的發(fā)展現(xiàn)狀與方向

智慧路燈發(fā)展至今，已經(jīng)衍生出許多與智慧城市建設相關(guān)聯(lián)的新功能。這些功能貼合了時代發(fā)展，演化出一套完整的智慧路燈系統(tǒng)，涵蓋了智能調(diào)光、視頻播放、安防監(jiān)控、一鍵求助、語音對講、公共廣播、WiFi熱點、RBG氛圍燈、5G基站、電動汽車及手機充電等多方面技術(shù)功能，具有全面化、數(shù)據(jù)化、一體化的特點，讓照明系統(tǒng)的功能不再單一。例如，我國廣西自由貿(mào)易試驗區(qū)的南寧五象新區(qū)總部基地在2018年通過了“五象新區(qū)總部基地道路綜合改造提升工程”，投資數(shù)億元改造道路，也建設了廣西首個集5G通信功能、安防監(jiān)控和智能調(diào)光3種功能于一體化的智慧路燈，智慧路燈大規(guī)模的應用使基地的整體智慧程度大幅提升，真正實現(xiàn)了管理智能化的目的。

3.1 我國智慧路燈發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國城市道路照明路燈數(shù)量的逐年遞增，電能的消耗也在逐年遞增。道路路燈的維護成本及運營也為城市管理帶來了很大壓力。智慧路燈的出現(xiàn)無疑將極大地改變這一現(xiàn)狀。智慧路燈將多個領(lǐng)域的功能集合在一起，實現(xiàn)了一桿多用，資源共享。

據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2006—2017年，中國城市照明燈數(shù)量從1 283.8萬盞增加到2 683.4萬盞，年均增長率為6.75%。城市道路照明產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速健康發(fā)展。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2004—2013年10 年間，我國城市道路照明路燈數(shù)量由1 053.13萬盞增加到2 199.55萬盞，年均增長率為8.53%，城市道路照明行業(yè)保持持續(xù)快速健康發(fā)展。

2014—2018年，智慧燈桿在每年城市新增照明路燈中的滲透率從0.002 2%增長到0.047 5%。特別是2018年我國智慧燈桿建設規(guī)模達到6 500根，如圖1所示。雖然整體市場規(guī)模還較小，但在該年智慧路燈已被重視并開始逐步擴大建設。在智慧城市建設不斷推進及5G商業(yè)化浪潮的推動下，智慧燈桿作為5G微基站的天然搭配，預計未來將會實現(xiàn)突破式增長，我國智慧燈桿建設規(guī)模將突破萬根。

圖1 我國智慧燈桿行業(yè)建設規(guī)模統(tǒng)計及增長情況(數(shù)據(jù)來源：OFweek、前瞻產(chǎn)業(yè)研究院)

目前，我國的智慧燈桿應用正處于試點階段。據(jù)道路照明專業(yè)委員會統(tǒng)計，截至2017年，全國811 個城市中的279 個城市的路燈控制采用了無線遙控智能控制系統(tǒng)。2015—2017年，隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能互聯(lián)網(wǎng)的建設，對我國智能燈桿產(chǎn)業(yè)的需求迅速增長。到2017年，我國對智能路燈的需求達到726.1萬根，增長與2016年相比為219.7萬根，增長率為43.5%。據(jù)IDC發(fā)布的《全球智慧城市2017》報告，到2019年，中國LED路燈更換將超過3 000萬只，支出達到1 000 億元，路燈將成為智慧城市互聯(lián)IoT設備的關(guān)鍵平臺。預計未來智慧路燈的市場規(guī)模將超過千億，可以為照明市場提供一個巨大的市場期望值。

智慧路燈實際建設規(guī)模更令人嘆為觀止。據(jù)不完全統(tǒng)計，2021智慧燈桿實際建設量達15萬根，2022年第一季度智慧路燈招標項目21個，預算超36億元，各智慧路燈項目招標地點包括各大一線城市，即北京、上海、廣州和深圳，也涵蓋數(shù)個新一線城市。智慧路燈利用物聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使路燈成為智慧城市信息采集終端和便民服務終端，是智慧城市建設的重要切入口，這樣龐大的投資數(shù)額彰顯了智慧路燈建設對于智慧城市建設的重要性，也用實際說明了智慧路燈的建設前途。

3.2 智慧路燈的發(fā)展方向

截至目前，智慧路燈已研發(fā)多項功能，其中5G基站鏈接、視頻監(jiān)控、安全報警和遠程遙控功能已經(jīng)得到部分實現(xiàn)。除此之外，科技人員還在智慧路燈的設計上投入心血，貼合當下新型技術(shù)研發(fā)出了一些創(chuàng)新思路。

3.2.1 人工智能技術(shù)：遠程遙控系統(tǒng)

20世紀初，我國仍然依靠人工手動開關(guān)電燈。由于路燈分布范圍廣、道路眾多，即使是多個路燈共用1臺電閘，也要用到許多電纜與人工，電力和人力資源的支出都是巨大的。如今，利用遙感技術(shù)就可以遠程控制路燈開關(guān)。衛(wèi)星通信信號可以監(jiān)測路燈，并根據(jù)當前時間對智慧路燈進行遠程開關(guān)控制，且只需1個終端即可完成，實現(xiàn)了真正意義上的自動化管理。同時隨著大數(shù)據(jù)時代的到來和網(wǎng)絡的發(fā)達，通過通信信號進行調(diào)節(jié)在一定程度上減少了物力成本，推動了經(jīng)濟社會的發(fā)展。

3.2.2 云計算信息技術(shù)：亮度節(jié)能系統(tǒng)

智慧路燈可以通過衛(wèi)星監(jiān)測路段的人流車流密集程度，由此得到大數(shù)據(jù)并且計算道路擁堵程度。例如，凌晨時分路上車流稀少，可以減弱亮度，當監(jiān)測到有車進入道路時，再增加亮度。為了避免亮度調(diào)節(jié)跟不上汽車速度而造成意外，可以列入范圍值考慮，當范圍內(nèi)有人和車進入時就可以開始調(diào)節(jié)。如在百米內(nèi)檢測到有移動的人或者車輛接近，就開始逐步增加亮度，讓汽車和人可以看清黑夜的道路。如此，不僅可以保證黑夜中的燈光照明，而且也能大大減少能源消耗。

3.2.3 大數(shù)據(jù)信息技術(shù)：監(jiān)測報警系統(tǒng)

隨著大數(shù)據(jù)信息技術(shù)的發(fā)展，智慧路燈的維修與監(jiān)控已經(jīng)逐步用智能化系統(tǒng)代替了從前煩瑣的人工模式，無需人工勞心勞力地篩查路燈安全和道路安全問題。在智慧路燈系統(tǒng)出現(xiàn)前，只能在路燈發(fā)生故障，知道哪里出現(xiàn)了問題，才能進行路燈維修，并且很多時候做不到及時維修，因此，給夜晚在高速公路上行駛的車輛或者需要夜晚照明的信號燈路口帶來了安全隱患。安裝智能監(jiān)控系統(tǒng)后，在大數(shù)據(jù)環(huán)境網(wǎng)絡的監(jiān)測和查詢下，路燈的壽命及損耗情況都可以迅速地反饋給電力站和維修站的工作人員，他們可以快速地修復路燈故障，防止交通意外狀況發(fā)生，將危險扼殺在搖籃里。同時也有部分地區(qū)在智慧路燈監(jiān)控的基礎上研發(fā)了報警功能，在高桿路燈上連接球形攝像頭，可以實時拍攝、監(jiān)視路況，特別是對道路上發(fā)生的違法行為和普通監(jiān)控攝像頭的視野盲區(qū)進行監(jiān)控。此外，在不方便打電話的緊急情況下，可以利用網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信號連接路燈地理位置基站，直接向相關(guān)管理部門發(fā)送當前的地理位置，之后與公安天網(wǎng)進行連接，迅速通知警方進行救援。

3.2.4 互聯(lián)網(wǎng)信息集成技術(shù)：5G網(wǎng)絡基站系統(tǒng)

智慧城市建設中發(fā)展最為迅速的就是通信技術(shù)，通信技術(shù)也促進了智慧路燈的發(fā)展，智慧路燈建設可以緊密結(jié)合通信信號和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡技術(shù)。同時，移動通信技術(shù)的出現(xiàn)幾乎改變了整個世界，從1974年貝爾第1次提出蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡發(fā)展到現(xiàn)如今的5G，通信技術(shù)的發(fā)展速度之快直接改變了人們的主要交流方式，從單基站大功率到多基站小功率系統(tǒng)，從部分區(qū)域覆蓋到全國范圍覆蓋，移動通信技術(shù)在傳輸速度和傳遞質(zhì)量上得到了大幅度的提升。路燈是一個真正地涵蓋了全國各地的標志性建筑物，即使是偏遠的地方，只要道路修到了那里，路邊就有明亮的路燈守護。在路燈的地下或者是燈塔上進行小規(guī)模范圍性基站建設，可以讓數(shù)據(jù)網(wǎng)絡覆蓋更多的地區(qū)，擁有更穩(wěn)定的信號。連接數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，即使不安裝基站也可以讓智慧路燈肩負起公眾廣播、公用WiFi熱點、余量電源為藍牙數(shù)據(jù)手機充電等職能。盡管建設5G基站融合燈桿的任務仍在實踐中，但目前在高端商務區(qū)已有成功推出的案例。該案例需要配備通信套管和5G基站電源線路套管，安裝5G天線才能實現(xiàn)。智慧路燈的加速建設同時也推進了基站的進步，未來的信號基站也許就在我們身邊。

4 智慧城市建設中智慧路燈的改進

4.1 環(huán)境自凈智慧路燈

隨著城市道路的修建，車流量的不斷增加，車輛排放造成的污染成為環(huán)境治理的一大難題?；诖耍P者提出在智慧路燈的基礎上，增加環(huán)境自凈功能。即，環(huán)境自凈路燈不僅具有道路照明的功能，同時兼具粉塵及空氣凈化、調(diào)節(jié)濕度的功能。環(huán)境自凈功能智慧路燈若能投入使用，可以幫助改善環(huán)境。

空氣凈化功能主要通過智慧路燈與空氣凈化器結(jié)合實現(xiàn)。在粉塵飛揚的道路上，PM2.5和PM10都是人們健康的敵人，PM2.5顆粒小，且可以攜帶許多對人體有害的物質(zhì)在大氣中長時間停留，PM10則多是汽車尾氣排放物和煙囪排放物，還有空氣中某些條件下反應形成的含硫化合物，都具有較大的危害性并能引發(fā)疾病。環(huán)境自凈功能路燈可以在車流量巨大，空氣污染嚴重時發(fā)揮空氣潔凈的功能。該路燈通過在燈桿上安裝具有空氣凈化功能的風扇風口，利用自然風速的流通空氣進行空氣凈化，從而保證空氣始終處于流通狀態(tài)。在城市工業(yè)高排放地區(qū)可以安裝環(huán)境自凈功能路燈緩解當?shù)氐撵F霾情況，保護人體的健康；同時根據(jù)路燈的間隔，分范圍建設帶有空氣凈化器的路燈并配備吸塵功能。環(huán)境自凈功能路燈可以使空氣中的粉塵和水霧一起沉降，起到凈化空氣，提高空氣質(zhì)量，保護生態(tài)環(huán)境，緩解污染壓力的作用。

同時，該智慧路燈可配有濕度檢測器和可對儲存的水資源進行霧化噴灑的霧化器，以實現(xiàn)空氣濕度監(jiān)測功能，代替灑水車對路面進行大幅度灑水除塵以及對空氣濕度進行調(diào)節(jié)。此外，在炎熱干燥的天氣里通過噴灑冷水水霧增加濕度并降低溫度，可以使環(huán)境更加舒適。

此外，智慧路燈還可以配備消毒殺菌功能。在通往醫(yī)院的相關(guān)道路上配備具有紫外線消毒功能的智慧路燈，對可能帶細菌病毒的路段進行消毒，在保護醫(yī)護人員安全的同時，也幫助出門散心的病人維持身心健康。特別是在疫情暴發(fā)的情況下，這一點顯得尤為重要。

4.2 自潔凈式智慧路燈

由于LED路燈具有光線明亮、使用壽命長、消耗能源少的優(yōu)點，目前被廣泛應用在智慧路燈中。但太陽能LED路燈的生產(chǎn)成本要高出普通燈數(shù)倍，且造價高昂的太陽能LED路燈在惡劣的環(huán)境下，很容易迅速損壞，使產(chǎn)品的成本大大增加。即使配有燈罩，由于路燈長期暴露在空氣里，也容易積累灰塵和向光性蚊蟲尸體，從而影響照明質(zhì)量。此外，由于路燈安裝較高、數(shù)量較多，利用人工清潔十分困難。此時具有自動清潔功能的智慧路燈的發(fā)明，可以極大程度地改善這個問題。

具有自動清潔功能的智慧路燈主要是在燈罩上進行了改進，即在燈罩內(nèi)加入了清潔塊和清潔槽。當路燈使用時間到達積累值時，清潔塊可以在燈柱內(nèi)的太陽輪和行星輪的幫助下完成自轉(zhuǎn)并繞燈罩中心進行公轉(zhuǎn)，從而達到智能清潔燈罩、提高照明亮度、減少人工清潔負擔的效果，同時也具有保護太陽能LED燈的功能。

在大數(shù)據(jù)信息技術(shù)迅速發(fā)展的時代，建議利用大數(shù)據(jù)信息集成技術(shù)，改進自潔凈式路燈，加入路燈壽命反饋功能。通過大數(shù)據(jù)，統(tǒng)計燈罩及燈源的使用情況，連接網(wǎng)絡反饋給路燈管理局，預計路燈的使用壽命；利用智能AI技術(shù)，分析影響路燈壽命的各方面因素占比；進一步與信息集成技術(shù)聯(lián)系，在路燈自動清潔功能受損的情況下也可以迅速監(jiān)測并進行維修。此外，建議在路燈的燈罩頂部制作一個降雨量監(jiān)測裝置，按照降落在路燈上的雨水數(shù)量估算平均降雨量，為氣象監(jiān)測局的數(shù)據(jù)整理、氣象觀測提供幫助，并根據(jù)氣象局反饋的未來天氣情況數(shù)據(jù)，提前判斷是否開啟防雨燈罩，保護路燈不受暴雨的侵害。

總之，自潔凈式智能路燈的研發(fā)，可以大大降低路燈清潔的難度，增強路燈的自我保護功能，提高路燈的使用壽命，在創(chuàng)新型智慧化城市建設中可以減少人力的消耗，提高城市的智能化程度，且該設計功能全面、技術(shù)新穎，十分貼合智慧化城市建設的理念。

5 結(jié)語

智慧路燈的建設是智慧化城市建設不可或缺的項目，是智慧城市建設貼近人民自然生活的絕佳切入點，是智慧城市的重要組成部分。為了使智慧路燈的發(fā)展更貼合當前時代背景，智慧路燈的發(fā)展應將經(jīng)濟效益和環(huán)境效益相統(tǒng)一[5]，需要結(jié)合城市經(jīng)濟實際和環(huán)保效應實際發(fā)展，在發(fā)揮照明功能的同時，根據(jù)城市環(huán)境和經(jīng)濟情況發(fā)揮其他功能，減少能源損耗，降低建設成本，真正實現(xiàn)“一燈多用，多桿合一”的目的。智慧路燈多桿合一的本質(zhì)其實是功能性系統(tǒng)的結(jié)合，上述4種系統(tǒng)分別聯(lián)系了不同的信息技術(shù)，如，遠程遙控系統(tǒng)、亮度節(jié)能系統(tǒng)充分運用了智慧城市中人工智能板塊、大數(shù)據(jù)板塊；監(jiān)測報警系統(tǒng)充分運用了智慧城市中云計算板塊模式；5G網(wǎng)絡基站系統(tǒng)充分運用了智慧城市中網(wǎng)絡信息技術(shù)板塊。由此可見，僅智慧路燈1項就可以銜接智慧城市發(fā)展所需的新一代信息集成技術(shù)的全部。筆者針對環(huán)境自凈功能智慧路燈和自潔凈式智慧路燈提出了改進意見，可以滿足當下的城市建設需求和綠色環(huán)保要求，體現(xiàn)生態(tài)創(chuàng)新城市的發(fā)展進程。