浅析“智慧灯杆”的发展和应用

王 飞

（广东省建筑设计研究院，广东 广州 510010）

1 概述

自IBM提出“智慧地球”概念，引导了全球“智慧城市”建设的热潮。目前，全球已启动或在建的智慧城市已达1 000多个，其中半数来自中国。国家智慧城市试点已达193个，所有一线城市、半数以上的二线城市均已提出建设“智慧城市”的目标。

路灯是城市最密集的基础设施，深入城市的各个角落。通过物联网、云计算等技术，可以形成一个“路联网”。通过对路灯灯杆的整合，将更多领域的传感设备集成到路灯灯杆，发展成新型城市网络基础“智慧灯杆”，就可以支撑更多的“智慧城市”应用。

“智慧灯杆”是物联网信息采集的重要来源，是“智慧城市”建设的一个有机组成部分。“智慧灯杆”的建设可以既促进“智慧城市”建设，也可以推动我国物联网产业的发展，具有重大的社会和经济效益。

2 建设条件的成熟性

2.1 政策条件的成熟性

为了支持智慧城市的发展，实现智慧城市的战略计划，国家和地方各级政府出台了相关政策和法规。

国务院颁布《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，提出促进物联网技术的研发和示范应用。国家改革和发展委员会出台的《国家新型城镇化规划（2014-2020年）》《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》，明确提出：推进智慧城市建设，推动物联网、云计算、大数据等新一代信息技术创新应用，实现与城市经济社会发展深度融合。

住房城乡建设部于2012年12月5日正式发布了“关于开展国家智慧城市试点工作的通知”，并印发了《国家智慧城市试点暂行管理办法》和《国家智慧城市(区、镇)试点指标体系（试行）》两个文件，即日开始试点城市申报。

广东省人民政府颁发《广东省信息化发展规划纲要（2013-2020 年）》以及《中共广州市委、广州市人民政府关于建设智慧广州的实施意见》明确提出要“推进城市基础设施智能化，全面推进智能交通工程”。《广东省信息基础设施建设三年行动计划（2018-2020年）》，文件要求推进“一杆多用”试点，推广具有“一杆多用”功能的城市智慧灯杆。2019年3月14日，全国首个智慧杆产业联盟《广东省智慧杆产业联盟》在广州成立。

2.2 技术条件的成熟性

物联网、GIS、云计算、传感器等技术的飞速发展，为“智慧灯杆”各类应用终端提供了支撑。电力载波、ZigBee、3G/GPRS、LoRa、NB_LoT、6LowPAN等通信技术的发展，为物联传感信息传输提供了基础技术保证。

来车检测算法、云计算基础平台、智能传感等技术已大量应用于市政管理平台；同时，以灯杆为载体的扩展应用，如气象环境、城市积水、无线WIFI、无线报警、LED显示屏、流量监测等，国内先进的科研单位和厂家已经通过技术可行性验证，并在部分试点城市进行了应用。

3 “智慧灯杆”的解决方案

“智慧灯杆”以路灯杆为载体，运用PLC、ZIGBEE、视频流控制、物联网等技术，通过在前端安装各种采集设备和传感器，对前端每个智能设备进行信息采集和远程控制，将数据通过网络传输到服务器后台进行处理，整合为一套多功能的智慧管理系统。其内容主要由三部分组成，即基于“智慧灯杆”的多元传感终端、通信网络、云服务管理平台。

（1）多元传感终端。多元传感终端主要包括带智能网关的灯具、视频监控、移动通信、WIFI、环境监测传感器（温、湿度传感器、照度传感器、PM2.5传感器等）、交通信号灯、流量监测、LED显示屏、公共广播、充电桩等。

终端设备遵循统一的部署和标准的接口，通过有线或无线网络传输，实现数据互联互通。同时预留标准接口，为后期扩展预留硬件条件。

多功能杆的功能配置应综合考虑实际应用场景及功能需求，应用场景及推荐性配置如表1。

（2）通信网络。“智慧灯杆”通信网络可以采用有线和无线的方式。

有线传输可采用光纤、电力线载波等方式，应以光纤为主，电力线载波为备选，并符合GB/Z 20177.1—2006、GB/Z 20177.2—2006、GB/Z 20177.3—2006、GB/Z 20177.4—2006中相关规定。

无线传输可采用NB-IoT、3G、4G、5G、LoRa、Zig Bee等方式，并符合现行标准的要求。各设备的无线传输使用频率应进行合理规划，避免频率干扰。

利用电磁波信号进行数字信号通信，需安装专用无线通信天线，信号可在自由空间中传播，不需要物理连接线。ZigBee需 遵 循IEEE 802.15.4通 信 协 议、GB/T 15629.15—2010中相关规定，WLAN需遵循IEEE 802.11a/ac/b/g/n通信协议中相关规定。

多功能杆上的挂载设备可利用光纤网络、IP微波、以太网、无线网等网络，将数据通过智能物联网网关、交换机、路由器、防火墙等传输设备传送到管理后台。摄像头、室外AP 设备宜通过光纤直接传输到机房汇聚交换机上；环境监测设备、物联网关、广播等其他设备宜接入安装于多功能杆底座的交换机，再传输到机房内核心交换机。多功能杆系统宜采用三层组网方式，管理平台通过因特网把指令发给智能网关，智能网关再通过无线协议或有线协议控制杆体上每个挂载设备模块；

（3）云服务管理平台和应用。云服务管理平台是实现对路灯物联网示范应用监控调度、运维数据管理的中心平台。路灯物联网云服务管理平台可以通过地图的方式，迅速定位各类传感设备并进行相关设备的信息查询、统计及管理，包括设置控制和调度策略，查询各传感设备的状态和历史记录，实时更改传感设备的运行状态、提供各类报表等功能等。平台包含：资产维护、数据统计、监控中心、智能策略、大屏管理、微信服务、移动终端应用管理、路灯WIFI应用、积水监测应用、交通流量监测应用、环境监测应用等。

路灯物联网综合数据库将根据国家和相关行业的标准和规范，结合路灯物联网实施的实际情况，整合各类灯具、灯杆、电表、配电柜、节点控制器、集中控制器以及环境监测、城市积水监测、噪音监测、路灯WIFI等硬件终端传感设备的信息资源，实现路灯物联网综合数据库的分布式集中管理。综合数据库的数据框架能够为路灯物联网各类传感信息资源的梳理、整合、管理和利用提供操作指导。

表1 多功能杆应用场景及可配置功能

4 “智慧灯杆”的建设意义

“智慧灯杆”的建设为“智慧城市”的建设提供了一种新的模式，并形成了完整的解决方案，其高度的开放性可以快速有效地支撑其他“智慧城市”应用，避免基础支撑设备的重复建设。

“智慧灯杆”是重要的民生工程，符合“智慧城市”建设的高标准、高定位，国际领先的总体要求，能够全面提升城市的建设水平和影响力。

基于“智慧灯杆”的云服务管理平台开发的各种应用，可以促进“智慧城市”相关产业的发展，可以提升城市品牌驱动效应和核心竞争力。

5 对“智慧灯杆”建设的建议

首先，“智慧灯杆”的建设应重视标准体系的建立。统一标准是规范化、模块化的基础，也是物联网的核心。

其次，“智慧灯杆”的建设应重视安全体系的建立。对业务、软件、数据等各环节的安全风险点进行系统的梳理并提出应对方案，是保障多部门数据系统共享的必要条件。

最后，“智慧灯杆”的建设应针对各地区不同的情况，选择合适的建设模式（EPC/ BOT/ PPP）和相对应的运营模式，平衡好政府、运营商、建设方的需求和利益。只有政策、标准、资金、人才、技术各方面都有完善保障，“智慧灯杆”建设才能够健康、和谐的发展。