智能灯杆在智慧城市中的应用探讨

方 亮

（武汉燎源电力科技有限公司，湖北 武汉 430011）

照明灯杆是城市中分布最为广泛的公共资源，传统灯杆会产生线路漏电、防盗等问题而管理困难，照明能耗巨大而节能管理困难，故障率高而维护高空作业操作困难，隧道照明建设成本高而管理困难等问题，对城市照明管理提出了更高的要求。

随着物联网技术的发展与逐步成熟，基于物联网技术的智能灯杆建设慢慢走进社会大众的视野，它集照明与信息的采集、发布于一体创新复合应用的产品，是智慧城市的神经末梢和最佳入口，具有非常大的发展空间，为助力智慧城市的发展，降低城市照明管理成本、实现照明管理升级、节能减排以及融合城市公共服务系统提供了方向和着力点[1]，智能灯杆建设势在必行。

1 智能灯杆产生的背景

1.1 城市道路建设推进智能灯杆建设

2004～2014年末我随市实有道路长度及面积如图1所示。

图1 2004～2014年末我随市实有道路长度及面积[2]

年均增长率达4.25%[2]，此外，城市化建设过程中对城市道路照明等基础设施的持续投入以及路灯的节能改造，均可在一定程度上催生对于智能灯杆需求的增加。

1.2 智慧城市发展助推智能灯杆的快速发展

目前，全国多地已提出了一系列智能灯杆产业发展计划，出台了相关政策和法规，有的城市正在全面推进智能灯杆的试点落地与推广，预计项目总投资规模将超过万亿元，未来仍然会得到政策支持；5G已经上升到国家战略高度，是未来信息通信技术的主要发展方向，其商用部署促进了5G微基站建设的需求，而灯杆作为5G微基站建设的首选又进一步推动了智能灯杆的发展。

1.3 智能灯杆是智慧城市的最佳入口和服务端口

城市路灯成为智慧城市建设的重要载体，可以将市政照明、交通、环保等信息融入物联网，便于信息的采集与发布，是智慧城市的最佳感知单元和感知载体，也是智慧城市的一个重要入口。与此同时，通过提升城市市政的智能化管理水平，综合利用互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代的信息技术，将所采集的数据上传至云端而形成大数据，这些数据与政府间的联动以及有关部门的交互，为智慧城市大数据应用提供了数据支持，数据经过分析与处理后，可在智能灯杆上进行信息发布，为市民提供服务。

1.4 城市集约化急需“多杆合一”

一些城市路面上交通监控、安防监控、噪音监测、环境监测等功能同时存在，道路密集立杆，影响市容景观，各类功能独立建设还需要重复布设电源和通信线路，破路埋管，成本巨大，因此，为了避免资源浪费，综合利用道路灯杆资源，推进“并杆减量、多杆合一、一杆多能”，提升市容市貌是智慧路灯杆建设最早的出发点，也可以助力智慧城市建设、节约城市建设投资，提升城市管理水平。

2 智能灯杆简介（见图2）

图2 智能灯杆示意图

智能灯杆是指以灯杆作为载波载体，通过应用较为先进、高效、可靠的电力线载波/Zigbee通信技术和无线GPRS/CDMA、5G通信技术以及互联网等技术，将城市中的灯杆串联连通而形成物联网，实现对路灯的远程集中控制与管理；同时具有视频监控功能，根据车流量、时间、天气情况等条件设定方案自动调节亮度、人流车流统计分析、远程照明控制、故障主动报警、灯具线缆防盗、远程抄表等功能[3]，可以有效控制能源消耗，提升公共照明管理水平，降低维护与管理成本，减少占地，规范设施建设，对于城市建设规范和便捷起到重大作用。

智能灯杆可以采用定制化设计，集成了视频识别、智慧照明、WiFi热点、信息显示屏、环境传感器、应急报警、新能源汽车充电桩以及公共广播等功能，并可在杆件顶部预留5G微基站的拓展空间。智能灯杆采用模块化结构设计，各功能模块相互独立，可以根据不同需求，按需组合、灵活配置，以适应不同的应用场景，进行不同的功能模块的选择，成为智慧城市建设过程中的先行者。

从功能结构上来看，智能灯杆及其运行平台可以分三个层次，即感知层、网络层和应用层。感知层即现场的智能灯杆设备，在满足新能源汽车充电接入的同时，还可以满足智慧城市所需要的各种传感器以及通信接入点的加载需求；网络层是以以太网标准协议为基础，实现信息传递的互联互通；应用层是基于灯杆监控平台升级为整个智慧城市的物联信息基础设施平台，在监控大厅可以满足智慧城市各个功能模块的拓展开发或者接入的需求[4]，智慧城市的物联信息基础设施平台可直接为政府各有关部门提供实时的城市运行、监测服务。通过这三个层面，智能灯杆最终成为集成各种信息设备技术创新复合应用的智能灯杆产品。

3 智能灯杆的主要功能

3.1 智能照明功能

在智能照明上主要是运用物联网技术，通过软件平台根据周围环境的实时情况以及根据季节的变化、天气状况、光照度、特殊节假日等来实现路灯的自动开关灯和对路灯的亮度进行调整，实现按照需求进行人性化照明，在确保安全的同时实现了二次节能，提高照明质量。此外，综合有线或无线的通信技术、监控制系统以及物联信息基础设施平台，对单一灯杆或整个灯杆群进行远程管理、实时监控故障报警以及智能分析，并可向检修部门反馈故障情况，在大幅提高城市路灯管理人员的工作服务效率的同时降低路灯维护作业人员的工作强度。

3.2 视频监控功能

以灯杆作为视频监控探头的载体，利用路灯的电缆、光缆等基础建设或灯杆预留的接口来实现智能灯杆视频监控的功能。利用云台控制的彩色户外摄像头可进行360°全方位图像采集，并可以对周围的人流量、车流量进行实时监控；当遇到紧急情况时，通过“一键呼叫”按钮可直接联系到附近的警察进行求助，系统将采集到的视频、图像等信息实时传回监控中心，监控中心可以根据灯杆上的探头了解到求助者周围的情况，以便采取高效、快捷、及时指挥服务措施与案件的处理；此外，视频探头还可以对某些特定的安全情况（如窨井盖的异常变动、灯杆遭受到意外撞击等）进行监控，针对特殊的人群、大型活动现场进行电子布控。

3.3 WiFi接入功能

由于WiFi天线覆盖距离可达100～500 m，利用灯杆来架设基站是一种较好的方式。与传统基站网络相比，其运营成本与能耗均可得到有效降低，同时具有设备体积小、安装便捷、覆盖面广、隐蔽性好等优点；还可以利用无线WiFi实现监控信号传输，市民不仅可接收到有关信息，而且还可以实现信息的查询，方便市民的生活，收集市民的上网特征数据，利用大数据来分析市民的行为运动轨迹，用信息支持方式来为政府有关部门提供科学决策；同时还可以通过无线WiFi来定制手机端及个人电脑端的接入页面，进行信息的推送与广告服务。

3.4 智能充电功能

随着城市电动汽车保有量的增大，而充电桩的数量远不能满足电动汽车的需求，将充电桩集成到灯杆的内部，在道路两侧与灯杆共址布局建设，为电动汽车提供交直流电能。使用操作非常简便，电动汽车车主只需要将车停靠在设有停车位的路灯旁，通过扫描充电桩上的二维码并安装相关的终端APP便可进行充电，系统会根据充电的时间、电量等来计算充电的费用且可通过手机来进行支付。将智能灯杆与充电桩有机结合，将极大地解决充电桩数量不足、建设成本高等困局，构建城市管理者、电动汽车、充电桩运营商一体化的产业联动链。充电桩与信息发布平台联动，显示充电桩的使用状态，与探头的联动，可监测充电桩停车位的运行、使用情况，实现对充电桩停车位管控。

3.5 气象监测功能

通过在灯杆上增设传感器，整合各类传感器并解决之间的互扰问题，对微环境指标（PM2.5、CO、CO2、NO、NO2等）、温湿度、噪声、大气压、风速、风向、雨量等信息进行持续、实时监测，将有关数据实时传回管理平台保存，管理平台进行分析处理后对有关信息实时在信息发布平台上显示，为有关部门工作提供支持与参考。

3.6 信息发布功能

利用智能灯杆的显示屏作为网络多媒体信息发布的平台，实时更新发布内容，且广告图文信息可以随便地进行更换，可以显示时政新闻、商业广告、公益宣传、交通拥堵、公共信息发布、紧急情况警告、区域地图显示、周边环境空气污染状况等信息[5]，作为市民感知城市的“智慧之窗”，同时也可实现公共广播的远程集中管控。

4 智能灯杆发展建设面临的挑战与建议

4.1 公众对智能灯杆认知方面

目前，智能灯杆的发展还处于初步阶段，其发展建设还不够全面，对灯杆进行升级维护仅是对局部的改进，且政府有相关部门未对智能灯杆进行积极的宣传以及正确的引导，也未有切实的政策与资金支持；社会大众对智能灯杆建设的理念以及其所带来的价值理解、认识不深。

为此，建议政府加大重视力度，积极向公众进行智能灯杆的推广宣传，获得公众的理解与支持，同时也要对政府各有关部门进行渗透与宣传，促进智能灯杆的落地建设；采取多种融资模式，为智能灯杆建设提供专项资金，增加智能灯杆建设对社会资金的吸引力。

4.2 标准框架、法律法规体系方面

由于智能灯杆的有关技术与市场正在进行不断地发展与变化，且还涉及不同领域的不同部门，标准统一工作较为困难，尚未建立起标准框架体系；即使国家有关部委或地方政府出台了有关规章制度，法律法规不够完善，缺乏可实施性或法律效力层级不高，导致实际效果不佳。

建议加强智能灯杆各领域的交叉融合与协作机制，加快制定和完善智能灯杆产品相关的技术、质量标准框架体系；立法机构应根据智能灯杆的实际建设需要，对有关法律法规进行修订完善，使其更适合实际应用情况。

4.3 数据管理方面

伴随着智能灯杆的普及，系统必然会承载海量的信息与数据，如此庞大的信息和数据的分析、处理，其工作量极大，这会给灯杆管理部门带来很大的挑战，而且也会给现有网络带来非常大的负担。建议建立数据安全风险体系，做好数据的分析处理层级管理。

4.4 智能灯杆的后期维护方面

目前，城市里大多还是普通路灯，灯杆的不同专业维护队伍习惯于其所辖区域内的常规维护，智能灯杆安装后，一旦发生突发状况，缺乏必要的维护经验，对智能灯杆的正常运行带来诸多不便。

建议建立专业化的灯杆维护人才队伍，采取不定期加强技能与有关知识的培训、考核或委托有关厂家培养，以提高其不断掌握知识以及对智能灯杆系统维护的适应性。

4.5 智能灯杆上架设设备之间的相互干扰方面

为了多种功能的集成，在智能灯杆上常会架设不同类型的特定功能传感器对有关信息进行收集，在实际运行中不同设备之间可能会产生干扰[6]，造成某些传感器或设备无法正常使用，影响信息的传输与收集。建议进一步改进智能灯杆设备，提高各设备生产厂家之间的产品兼容性与通用性，打破模块化束缚，实现信息资源互联互通。

5 结语

随着物联网、云计算、大数据、人工智能和5G等高新技术的快速发展和战略性新兴产业的进一步发展，集智能照明、视频监控、智能充电等多种功能于一身的智能灯杆为城市智慧化进程带来了新思路，针对其发展所面临困难与挑战，一方面通过政府加大宣传与引导以及部门间高效协同，建立标准框架体系与安全风险体系；另一方面还需企业、政府、市场之间的配合，找到各方与各专业的切合点、融合点，使各方均可受益，推进智能灯杆综合利用的规范化、智能化与产业化。