智慧灯杆在智慧城市中的应用

吴建荣

常州市市政工程设计研究院有限公司，江苏 常州 213000

1 智能灯杆在智慧城市中的应用意义

1.1 改变传统运营商覆盖方式

在传统运营商覆盖模式中，人们往往选择在城市区域中自建基站，在基站内安装天线等设备，面临重复建设、建设运营成本过于高昂、资源浪费的问题，没有满足现代化城市建设发展的集约化要求。同时，若传统宏基站周边区域中分布高层建筑，或所处区域分布障碍物与干扰源，就容易形成无线网络盲区，网络信号无法完全覆盖周边全部区域。

在这一工程背景下，应用智慧灯杆可以将智慧灯杆作为通信基站载体，既可以均摊一部分的基站建设与运营维护成本，又可以满足高流量密度与高峰值速率性能的使用要求，在城市区域中建设大量的微型基站，以此消除无线通信盲区。例如，当前我国部分城市均推出5G+智慧灯杆的试点项目，出台相关政策，如《浙江省人民政府关于加快推进5G产业发展的实施意见》《广东省加快5G产业发展行动计划（2019—2022年）》等。采取宏微异构的超密集组网架构方式在智慧灯杆中部署5G基站，通过提高基站分布密度与缩小间距来解决通信盲区与电缆敷设问题。根据实际应用情况来看，在5G基站载体方面，智慧灯杆的主要优势包括满足超密集组网站址要求、抑制电磁辐射、分摊基站建设成本，以及满足多家电信运营商建站需求等。

1.2 提供集成载体与服务端口

在智慧城市早期建设期间，所构建智慧照明、通信广播道路设施控制等配套系统往往存在缺乏信息采集设备节点的问题，工作人员难以持续掌握现场环境情况与设备设施实时运行状况，导致所制订的控制决策缺乏合理性，没有发挥出应有作用。然而应用智慧灯杆可以将各市政服务系统的信息采集设备进行集成化处理，将智慧灯杆视为集成载体，在灯杆上同时安装各类信息传感装置与通信装置，起到同步采集现场监测信号、监测数据向上反馈的作用。

1.3 具备多杆合一使用功能

与其他城市基础设施相比，智慧灯杆具备多元化的使用功能，适用于不同的应用场景，且各项使用功能相互之间不会造成负面影响。从成本角度来看，应用智慧灯杆可以降低安全监控、交通监控、道路照明、环境监测等城市基础设施的造价成本与运维成本，有利于节约空间资源和缓解城市用地矛盾，彻底解决城市基础设施密集分布而影响市容景观的问题。从智慧城市集约化发展角度来看，可以将智慧灯杆视为各项城市基础服务系统的连接纽带，在其基础上，将各套独立系统共同构成整体性的智慧城市管理系统，解决系统间信息沟通不畅与缺乏联动控制的问题。

2 智慧灯杆在智慧城市中的应用场景

2.1 道路照明

道路照明是智慧灯杆的核心功能，与传统的道路照明灯具相比，智慧灯杆具有强大的环境感知能力与较高智能化程度，在运行期间，持续对周边环境进行感知，可获取路灯电流电压、周边路段现场运行情况、自然光源条件与亮度、车流量等要素，准确判断实时的道路照明需求，自动下达控制指令，调整系统运行负荷与灯具亮度。如此，可以在切实满足照明需求的前提下，将道路照明系统的运行能耗控制在合理范围内，尽可量延长灯具设备的使用寿命，避免产生不必要的电能损耗。此外，智慧灯杆还具备故障自诊与报警功能，分布大量自检信号，当监测到异常信号或监测值超过警戒值时，自动发送报警信号，对故障成因进行判断，确定故障点位，切断故障部分与非故障部分的连接，便于后续检修工作的开展。

2.2 视频监控

智慧灯杆中安有摄像头，可对周边环境情况进行监控感知，持续将所拍摄的视频图像资料上传至监控中心。在智慧灯杆使用期间，如果监控探头拍摄到异常情况，达到触发条件，那么将自动启动一键呼叫功能，直接联系周边区域中的负责人，共享所拍摄的视频图像资料。为实现这一目的，在配置智慧灯杆与视频监控探头设备的基础上，可选择应用人像面部识别技术，系统自动从所拍摄图像资料信息中提取人体的面部特征，将所提取特征量与数据库中存储信息进行对比分析，如果对比相似值超过一定标准，自动发送报警信号，以此协助公安侦破工作的开展。

2.3 环境监测

为了实现智慧灯杆的环境监测功能，需要在灯杆上配置一定种类与数量的信息传感装置，如温度传感器、湿敏传感器、气敏传感器、速度传感器、射线辐射传感器等，同时对环境温度、空气成分、大气压、空气湿度、实时降水量、噪声分贝等环境指标进行监测采集，将现场监测信号向系统反馈，为道路照明、路况信息发布、气象观测等工作的开展提供信息参照。例如，控制智慧灯杆中配置的声学传感器，对事故多发路段的车辆行驶过程进行持续监测，在监测到异常声响时，判断是否出现车辆追尾碰撞等交通事故，快速锁定事故路段，及时发布实时路况信息，组织开展现场救援与交通疏导工作。

2.4 无线通信

在无线通信应用场景中，智慧灯杆多用于通信基站载体，其具有安装便捷、建设成本低、信号覆盖范围广、基本无信号覆盖死角的优势，如5G+智慧灯杆的组合建设，在灯杆中布置微型5G基站，再由大量的微型基站共同构成5G通信网络。

从应用功能角度来看，智慧灯杆不但可以作为通信基站载体，还具有Wi-Fi接入与网络通信的使用功能。首先，在智慧灯杆上搭设Wi-Fi天线，其覆盖半径可达到300m左右，为覆盖范围内的城市居民提供通信服务。同时，还将起到信息收集的作用，如自动收集市民行为运动轨迹，判断各类城市基础服务设施的实际使用频率，将其作为城市规划决策的信息依据，根据服务设施使用频率来调整设施数量。其次，智慧灯杆负责为智能照明、智慧交通、智能安防等配套系统的运行提供网络通信服务，如在信息传感装置与监控中心之间构建起稳定的通信通道，起到向上反馈监测信号与向下传达控制指令的作用。

2.5 充电桩

近年来，为了缓解化石能源供需矛盾，建设环境友好型社会，发展低碳经济，国家逐年加大对电动汽车产业的扶持力度，电动汽车保有量持续增加。然而，在电动汽车充电续航方面，早期建成的加油站中并未规划充电功能，虽然进行了一系列改造升级，但现有充电桩数量较少，没有满足实际的电动汽车充电续航需求。对此，可选择在智慧灯杆底部设置汽车充电桩与自动计费装置，提供电动汽车充电与自动计费功能，驾驶员直接扫描充电桩上设置的二维码，在App中点击所需使用的功能栏即可，如设定充电时间与金额值，在计量装置监测到充电金额与时间到达设定值后，自动弹出充电头。

3 智慧灯杆在智慧城市中的应用策略

3.1 标准化设计

现阶段，尚未构建起统一性的智慧灯杆标准体系，在部分智慧城市工程中，所安装智慧灯杆的使用功能、装置分布位置、设备间距、制造工艺与性能指标存在差异性，不具备形成规模效应的前提条件，并在客观层面上提高了智慧灯杆的制造与使用成本。为了解决这一问题，需要结合我国实际国情，满足智慧城市建设需求与智慧灯杆实际使用需求，对智慧灯杆的技术标准、建设标准与设备制造标准进行明确，为各地智慧城市的建设提供参照依据，实现智慧灯杆乃至智慧城市的规模效应。例如，在设备设施配置设计方面，明确智慧灯杆上全彩色摄像头、信息传感装置、天线平台、照明灯具等设施设备的安装位置、数量上限、间距、预留空间大小等要求。此外，还需要对智慧灯杆的设计体系进行改进完善。例如，为了解决智慧灯杆设备间的信号干扰问题，优先配置具有良好兼容性和通用性的设备，并采取抗干扰措施，以此突破模块化的局限性。

3.2 加大智慧灯杆后期维护力度

现阶段，在部分智慧城市工程中，对智慧灯杆实施常规维护管理模式，管理内容与实际工作需求存在出入，没有取得预期的运维管理成效，偶尔出现设备故障问题，简言之，就是管理方式滞后，缺乏设施维护经验。为了解决这项问题，一方面，需积极借鉴国内外成熟的项目案例，结合我国实际国情，构建起全新的智慧灯杆运维管理体系，明确管理内容，如标准要求、管理流程、突发问题处理方式，降低人为主观因素对运维管理水平造成的不利影响；另一方面，构建长效的智慧灯杆维护管理机制，明确各部门人员的职责范围与工作内容，以及设备日常维护与定期检修的工作内容、间隔周期、开展频率，及时发现与解决智慧灯杆的潜在故障。

4 结束语

综上所述，为了全面提升智慧城市工程的经济效益、社会效益与环境效益，推动公共照明管理与市政管理的信息化建设，充分挖掘智慧灯杆的应用价值，城市建设部门需正确认识到智慧灯杆在智慧城市中的应用价值与重要程度，不断拓展智慧灯杆应用场景，加大后期维护力度，采取标准化的设计应用策略，使其更好地服务于智慧城市建设。