李紅，徐川子，張志亮，陳奕，羅慶

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司杭州供電公司，杭州 310051；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司雙創(chuàng)中心，杭州 310051）

1 智慧城市

智慧城市指的是采用信息技術(shù)或創(chuàng)新概念，集成城市系統(tǒng)和服務(wù)，提高資源利用效率，以優(yōu)化城市管理服務(wù)水平，改善人們的生活質(zhì)量。從技術(shù)發(fā)展層面看，智慧城市是利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新型信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全面感知、普適計(jì)算、泛在互聯(lián)的融合與應(yīng)用；從社會(huì)發(fā)展層面看，智慧城市是利用多種工具方法，實(shí)現(xiàn)社會(huì)環(huán)境下的可持續(xù)創(chuàng)新。建設(shè)智慧城市，是城市可持續(xù)發(fā)展的需要，是信息技術(shù)發(fā)展的需要，也是提高我國(guó)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的必然選擇。

2 智慧燈桿

2.1 提出背景

狹義上，智慧燈桿是在傳統(tǒng)燈桿的基礎(chǔ)上，采用通信技術(shù)進(jìn)行集中控制管理。而本次研究中的智慧燈桿，是將無(wú)線通信、充電樁、廣播、監(jiān)控、電子屏幕等多種傳感器集為一身。大數(shù)據(jù)背景下，智能服務(wù)是技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，將智慧燈桿應(yīng)用在城市中，能感應(yīng)到城市的發(fā)展變化，和各個(gè)行業(yè)相互連通，為城市的運(yùn)行管理提供數(shù)據(jù)支持，推動(dòng)智慧城市建設(shè)發(fā)展[1]。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

智慧燈桿在綠色照明、城市管理、公共安全等方面具有重要作用，相比于傳統(tǒng)燈桿，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)總結(jié)如下：（1）覆蓋面廣，是最基礎(chǔ)的地面公共設(shè)施；（2）將多種功能集為一體，其中就包括信息收集；（3）擴(kuò)張性強(qiáng)，和城市建設(shè)同步發(fā)展；（4）關(guān)系到人們的切身生活，關(guān)注度高；（5）采用平臺(tái)管理，可實(shí)現(xiàn)資源共享、遠(yuǎn)程控制；（6）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，安裝維護(hù)方便，可節(jié)省人力成本；（7）連接5G 網(wǎng)絡(luò)，可提供無(wú)線通信服務(wù)；（8）開(kāi)放性好，不僅適用于移動(dòng)通信微基站，還能用在公共廣播、無(wú)線通信、交通監(jiān)控等方面；（9）造型美觀，可以改善城市環(huán)境[2]。

3 智慧燈桿在智慧城市建設(shè)中的價(jià)值

3.1 實(shí)現(xiàn)城市智能管理

在智慧燈桿的基礎(chǔ)上，鋪設(shè)光纖、微基站等無(wú)線傳輸設(shè)備，既能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，又能雙向通信，從而構(gòu)建完善的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的支持下，建立智慧城市管理平臺(tái)，成為城市管理的中樞。在這個(gè)過(guò)程中，智慧燈桿不僅能減少環(huán)境污染、降低城市能耗，還能消除安全隱患，提高城市管理的智能化。

3.2 降低城市建設(shè)成本

路燈系統(tǒng)是城市照明的載體，燈桿是路燈系統(tǒng)的組成部分。建設(shè)智慧燈桿，可實(shí)現(xiàn)智能感知、信息傳輸、遠(yuǎn)程控制等功能，防止信息傳感網(wǎng)絡(luò)重復(fù)建設(shè)。同時(shí)，城市物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和運(yùn)維費(fèi)用均降低[3]。長(zhǎng)遠(yuǎn)看，智慧燈桿能支撐各個(gè)板塊功能的應(yīng)用，加快智慧城市的建設(shè)速度，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高效發(fā)展。

3.3 創(chuàng)新商業(yè)發(fā)展模式

政府充分利用社會(huì)資本，向社會(huì)資本方授予智慧燈桿的特許經(jīng)營(yíng)權(quán)，可以創(chuàng)新商業(yè)發(fā)展模式。以政府投入為主導(dǎo)、以企業(yè)投入為主體、以社會(huì)投入為輔助，形成多元化融資體系。將功能單一的閑置資產(chǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢猿掷m(xù)發(fā)展的優(yōu)質(zhì)資產(chǎn)，進(jìn)而助力智慧產(chǎn)業(yè)的打造，為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展提出新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

4 智慧燈桿的功能設(shè)計(jì)

1）綠色照明。智慧燈桿在照明上，是由照明系統(tǒng)和平臺(tái)軟件組成，一方面智能化控制燈光開(kāi)啟與關(guān)閉，提高節(jié)能效益；另一方面能采集城市信息，對(duì)智慧城市網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目標(biāo)。例如，實(shí)時(shí)監(jiān)控路燈的運(yùn)行狀態(tài)，查詢路燈所在位置，根據(jù)天氣、環(huán)境因素調(diào)節(jié)路燈運(yùn)行參數(shù)等，向著綠色照明的方向發(fā)展。

2）視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)，需在燈桿上預(yù)留接口或安裝插口，和網(wǎng)絡(luò)、供電、攝像等系統(tǒng)連接，達(dá)到高清攝像的效果[4]?；谛畔⒓夹g(shù)，能對(duì)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，觀察監(jiān)控視角范圍內(nèi)的道路、行人和車輛。一般情況下，智能燈桿上的視頻監(jiān)控，是安裝在警務(wù)系統(tǒng)中，方便警務(wù)人員開(kāi)展管理工作。

3）環(huán)境監(jiān)測(cè)。智慧燈桿監(jiān)測(cè)環(huán)境，可以采集溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、路面積水、環(huán)境噪聲等情況。利用環(huán)境監(jiān)測(cè)功能，能動(dòng)態(tài)掌握空氣質(zhì)量變化，明確噪聲多發(fā)路段并進(jìn)行治理和控制；降雨后采集低洼路段地面積水深度，以便及時(shí)進(jìn)行排水處理，避免發(fā)生城市內(nèi)澇，改善城市整體環(huán)境。

4）交通管理。利用智慧燈桿進(jìn)行交通管理，除了智慧公交、移動(dòng)執(zhí)法以外，其余功能基本都能實(shí)現(xiàn)，包括雷達(dá)測(cè)速、交通誘導(dǎo)、違停監(jiān)控、違章監(jiān)控等。以交通誘導(dǎo)為例，在視頻監(jiān)控、通信網(wǎng)絡(luò)的輔助下，監(jiān)測(cè)道路上的人車運(yùn)行狀況，幫助行人車輛規(guī)避擁堵路段，緩解交通壓力，提高出行效率。

5）公共廣播。在智慧燈桿上加載廣播功能，利用預(yù)留接口插入音頻線、安裝廣播設(shè)備，可以接入網(wǎng)絡(luò)、使用廣播喇叭播放。利用公共廣播功能，為附近人群提供天氣、交通以及突發(fā)應(yīng)急事件信息，幫助人們更好地生活。

6）無(wú)線通信。智慧燈桿上的無(wú)信通信功能主要有兩個(gè)：一是無(wú)線WiFi，利用預(yù)留接口接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，安裝設(shè)備后能為周邊公共區(qū)域提供WiFi，從而在智能終端上運(yùn)行App[5]。智慧燈桿還能對(duì)無(wú)線公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理控制，監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，對(duì)出現(xiàn)故障問(wèn)題的燈桿進(jìn)行定位。二是移動(dòng)通信，在燈桿上加載通信模塊，在移動(dòng)通信基站、供電、網(wǎng)絡(luò)等支持下，即可提供通信服務(wù)。

7）充電樁。隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展和普及，如何解決充電問(wèn)題成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。如果智慧燈桿附近有停車位，可以設(shè)置充電樁功能，在燈桿上預(yù)留電動(dòng)汽車的充電口，用戶通過(guò)掃描二維碼支付費(fèi)用，即可對(duì)汽車進(jìn)行充電。

5 智慧燈桿的改造方案和成果效益

5.1 必要性分析

第一，城市路燈設(shè)施點(diǎn)位多、數(shù)量大、覆蓋范圍廣，智慧燈桿作為承載智慧城市感知層的基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，是智慧城市建設(shè)中至關(guān)重要的一環(huán)。尤其是隨著5G 技術(shù)的全面推廣，智慧燈桿已成為建設(shè)5G 微基站所需要的重要站址資源。而舊燈桿智慧化改造作為智慧燈桿建設(shè)的重要組成部分，智慧化改造外掛設(shè)備綜合掛接取電裝置尚缺標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)方案。

第二，現(xiàn)有路燈桿上常見(jiàn)掛載的運(yùn)營(yíng)商基站、視頻攝像頭等外掛設(shè)備，掛接方式較隨意，影響市容設(shè)施美觀的同時(shí)，存在電纜外露、缺乏保護(hù)措施、安全隱患較大等問(wèn)題。因此，亟須研制一套標(biāo)準(zhǔn)的路燈桿外掛設(shè)備綜合掛接取電裝置，兼顧用電安全、結(jié)構(gòu)美觀、施工方便等要求，并形成指導(dǎo)性規(guī)范，為路燈桿管理單位在審批、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)提供依據(jù)。

5.2 改造方案

采用分段式設(shè)計(jì)方式，普通路燈桿從上到下分為外接安裝接口、設(shè)備布線、桿體綜合倉(cāng)3 個(gè)部分。第一，外接安裝接口為燈桿外掛設(shè)備提供物理連接和固定位置，可考慮使用法蘭式設(shè)計(jì)，外掛設(shè)備通過(guò)法蘭轉(zhuǎn)接件即可固定安裝。第二，設(shè)備布線采用燈桿外部布線的方式，設(shè)計(jì)布線槽將電纜線固定在燈桿上，避免電纜線外露造成安全隱患；同時(shí)布線槽與燈桿統(tǒng)一配色，使得整體設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)美觀。第三，桿體綜合倉(cāng)和澆筑的基礎(chǔ)螺栓固定，安裝在燈桿底部。采用環(huán)抱燈桿的方式設(shè)計(jì)，一方面不改變?cè)新窡艟S修界面，另一方面通過(guò)多設(shè)備倉(cāng)設(shè)計(jì)，為外掛設(shè)備提供電源、網(wǎng)絡(luò)、安全等更多支撐。

5.3 改造技術(shù)方法

5.3.1 上部改造

預(yù)留5G 基站采用抱箍的方式安裝及固定?？紤]散熱、防水、信號(hào)穿透、掛載、防雷、線纜裝配，法蘭盤接口標(biāo)準(zhǔn)化，業(yè)務(wù)擴(kuò)展接口標(biāo)準(zhǔn)化，統(tǒng)一對(duì)接設(shè)計(jì)，避免產(chǎn)生二次設(shè)計(jì)成本。

5.3.2 中部改造

采用新一代抱箍設(shè)計(jì)，燈桿一體化設(shè)計(jì)，環(huán)繞燈桿周圍，可用于攝像頭、環(huán)境監(jiān)測(cè)、旗桿等設(shè)備的架設(shè)。如圖1 所示。

圖1 中部改造設(shè)計(jì)效果圖

5.3.3 底部改造

首先對(duì)燈桿內(nèi)部已有線路進(jìn)行序化改造，同時(shí)加裝桿體綜合倉(cāng)，將原有燈桿電源線引至倉(cāng)內(nèi)，進(jìn)行統(tǒng)一管理及監(jiān)測(cè)。倉(cāng)內(nèi)采用一體化設(shè)計(jì)走線，導(dǎo)軌提供網(wǎng)關(guān)以及相關(guān)設(shè)備的漏電監(jiān)測(cè)以及能耗管理；分區(qū)安裝，兩側(cè)為設(shè)備區(qū)，中間為強(qiáng)電區(qū)。設(shè)備可通過(guò)無(wú)線/有線方式，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_(tái)及App，了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和異常情況。

5.3.4 桿體外線槽改造

燈桿周邊引出4 條線槽，采用防水凹形設(shè)計(jì)，緊貼桿體，與桿身融為一體，采用抱箍固定的方式，供各種設(shè)備進(jìn)行走線。

5.3.5 桿體綜合倉(cāng)功能設(shè)計(jì)

第一，開(kāi)關(guān)及保護(hù)模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程重合閘、關(guān)合及漏電保護(hù)、浪涌保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、欠電壓保護(hù)等功能。第二，倉(cāng)內(nèi)獨(dú)立電計(jì)量裝置，采用導(dǎo)軌設(shè)計(jì)，具備RS-485 通信接口。計(jì)量裝置可監(jiān)測(cè)的參數(shù)有電流、電壓、電量、功率、功率因數(shù)、溫度。第三，設(shè)置物聯(lián)智能接口裝置，具備多個(gè)RS-485 用電設(shè)備數(shù)據(jù)通信能力，RS-485 下行接入開(kāi)關(guān)箱內(nèi)所有智能裝置，以及4G 或EtherNet 通信接口實(shí)現(xiàn)上行數(shù)據(jù)通信。實(shí)現(xiàn)多種物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)接入，符合物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的上行數(shù)據(jù)接入。

5.3.6 平臺(tái)對(duì)接及應(yīng)用開(kāi)發(fā)

智慧路燈系統(tǒng)集成多個(gè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)照明控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、治安監(jiān)控、信息發(fā)布等多種功能。通過(guò)終端設(shè)備內(nèi)置的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，前端設(shè)備可統(tǒng)一接入網(wǎng)關(guān)，統(tǒng)一解析，通過(guò)網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)，與城市智慧照明管理平臺(tái)進(jìn)行信息交互和管理控制。管理平臺(tái)可快速調(diào)取各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)信息并予以管控，并進(jìn)行數(shù)據(jù)收集分析，為城市管理提供數(shù)據(jù)支撐。

5.3.7 設(shè)備供電線路改造

設(shè)備供電需要24 h 全天候供電，原有的路燈供電方式為白天斷電、晚上通電，所以需要改造。改造方式為：從配電箱修改一路線纜，單相常供電，另外兩相保持路燈供電方式。

6 成果效益分析

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

智慧燈桿的主要經(jīng)濟(jì)效益來(lái)源于：主體維護(hù)收入，基于相應(yīng)功能的信息發(fā)布、智慧停車管理、智慧照明、視頻監(jiān)控租金收入、小微基站租賃收入、充電收入、廣告收入、停車井蓋管理收入、便民服務(wù)收入、數(shù)據(jù)采集收入等，形成可觀的直接經(jīng)濟(jì)效益。以10 000 根智慧燈桿為例，滿負(fù)荷運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下，合計(jì)每年收入1.80 億元，平均每桿年收入1.80 萬(wàn)元。

6.2 社會(huì)效益

社會(huì)效益主要包括兩個(gè)方面：一是提高城市交通照明品質(zhì)，保障人民群眾身心健康，創(chuàng)造和諧舒適的城市發(fā)展環(huán)境；二是滿足民眾日益提高的網(wǎng)絡(luò)需求，實(shí)現(xiàn)無(wú)處不在的互聯(lián)互通，加快城市互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將智慧燈桿應(yīng)用在智慧城市建設(shè)中，能實(shí)現(xiàn)城市智能管理，降低城市建設(shè)成本，創(chuàng)新商業(yè)發(fā)展模式。本文介紹了智慧燈桿的功能設(shè)計(jì)，具體分析了智慧燈桿的改造方案。結(jié)果證實(shí)，智慧燈桿的運(yùn)用具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得大力推廣。