智慧路燈建設(shè)的實(shí)踐與思考

劉義平，張明明，張 暢，荊松濤

(天津市路燈管理處，天津 300151)

智慧路燈建設(shè)的實(shí)踐與思考

劉義平，張明明，張 暢，荊松濤

(天津市路燈管理處，天津 300151)

城市道路路燈設(shè)施點(diǎn)位多、數(shù)量大、覆蓋范圍廣，本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)智慧路燈，以提高城市照明管理的智能化、信息化水平，節(jié)約能源和降低維護(hù)成本。分析了智慧路燈設(shè)施的屬性和優(yōu)勢(shì)，提出了智慧路燈建設(shè)構(gòu)想，闡述了智慧路燈的智慧化、增值化、載體化等主要功能，并列舉了國(guó)內(nèi)智慧路燈建設(shè)實(shí)踐案例。最后，思考了智慧路燈建設(shè)過(guò)程中存在的挑戰(zhàn)和困難并提出了相關(guān)建議。

智慧路燈；智慧路燈建設(shè)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；主要功能

引言

城市道路照明是城市公共設(shè)施的重要組成部分，對(duì)完善城市功能、改善城市環(huán)境、提高人民生活水平發(fā)揮了重要的作用。而隨著道路路燈的數(shù)量越來(lái)越多，加大了能源的需求和消耗，同時(shí)對(duì)城市照明管理提出了更高的要求[1]。如何提升公共照明管理水平，保障城市道路亮燈率，節(jié)約照明設(shè)施運(yùn)維成本，降低照明能耗；如何從原來(lái)的單一、封閉的控制方式向多元、開(kāi)放的方式轉(zhuǎn)變，使得對(duì)于城市照明設(shè)備的管理和監(jiān)控更加有效、便捷；如何發(fā)揮路燈資源特有的屬性優(yōu)勢(shì)，挖掘新的盈利增長(zhǎng)點(diǎn)等問(wèn)題成為了路燈管理部門(mén)關(guān)心和思考的重點(diǎn)。近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及逐步成熟，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧路燈建設(shè)逐漸進(jìn)入了路燈管理部門(mén)和社會(huì)大眾的視野并成為研究熱點(diǎn)，為降低城市照明管理成本、實(shí)現(xiàn)照明管理升級(jí)、節(jié)能減排以及融合城市公共服務(wù)系統(tǒng)提供了方向和著力點(diǎn)。

1 智慧路燈建設(shè)

1.1基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧路燈建設(shè)

國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布的互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告對(duì)物聯(lián)網(wǎng)做了如下定義：通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，其核心和基礎(chǔ)仍然是“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”。隨著智慧城市建設(shè)步伐的推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備作為智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵設(shè)施增長(zhǎng)迅猛，而城市中人口密集、空間資源稀缺，挖掘現(xiàn)有有效載體，構(gòu)建共享共通平臺(tái)的需求十分迫切。

城市道路路燈設(shè)施點(diǎn)位多、數(shù)量大、覆蓋范圍廣、分布均勻，在電力管網(wǎng)資源和搭建網(wǎng)絡(luò)傳輸通道上優(yōu)勢(shì)明顯。但目前路燈設(shè)施管理智能化、信息化程度較低，傳統(tǒng)的人工管理方式效率較低、運(yùn)維成本較大、精細(xì)化管理不足，亟需應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)尋求突破。

1.2智慧路燈屬性及優(yōu)勢(shì)分析

當(dāng)路燈與物聯(lián)網(wǎng)“相遇”，兩者互為補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有載體，路燈管理更為科學(xué)、高效、精益、智能。作為分布在城市中最廣泛、最均勻的物聯(lián)網(wǎng)，智慧路燈可作為智慧城市建設(shè)的最佳切入點(diǎn)和服務(wù)端口，優(yōu)勢(shì)明顯，如表1所示。

1.3智慧路燈建設(shè)構(gòu)想

物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)為感知層、控制層、網(wǎng)絡(luò)層和綜合應(yīng)用層。應(yīng)用傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及軟件技術(shù)，搭建基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧路燈平臺(tái)。架構(gòu)中每個(gè)路燈節(jié)點(diǎn)均是智能的，即每個(gè)路燈終端可以獨(dú)立運(yùn)行，能自我實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的處理，調(diào)整和運(yùn)行。基于上述功能，實(shí)現(xiàn)了人、物之間以及物與物之間交涉和聯(lián)系[2]。通過(guò)智慧路燈平臺(tái)，對(duì)路燈系統(tǒng)的資源進(jìn)行綜合評(píng)估和實(shí)時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)路燈設(shè)施管理的智能化。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善智慧路燈平臺(tái)體系，與其他物聯(lián)信息平臺(tái)對(duì)接融合，進(jìn)而升級(jí)為整個(gè)智慧城市的物聯(lián)信息基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，為各種智慧應(yīng)用提供載體、供電、網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)服務(wù)支撐，如圖1所示。

表1 智慧路燈屬性及優(yōu)勢(shì)

圖1 路燈物聯(lián)到城市物聯(lián)平臺(tái)示意圖Fig.1 Street lighting to Urban IOT platform model

1.4智慧路燈主要功能

1)路燈管理智慧化。基于完善的照明數(shù)據(jù)庫(kù)及智慧平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的對(duì)城市路燈設(shè)施進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)及控制，實(shí)時(shí)掌握路燈的運(yùn)行狀態(tài)，使路燈運(yùn)維人員能夠點(diǎn)對(duì)點(diǎn)針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)，提高路燈運(yùn)行質(zhì)量和效率。實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)、路燈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)施故障率、能耗、道路亮度及照度等指標(biāo)進(jìn)行分析和評(píng)估，為管理部門(mén)提供智能決策支持。

2)路燈功能增值化。路燈設(shè)施作為最密集的城市基礎(chǔ)設(shè)施，主要為服務(wù)百姓安全出行提供基本照明保障。智慧路燈的建設(shè)為路燈設(shè)施拓展了功能，立足于照明服務(wù)的前提，可集成無(wú)信通信微基站、電子廣告、環(huán)境信息收集、充電樁等功能，實(shí)現(xiàn)路燈功能的增值，為挖掘新的盈利增長(zhǎng)點(diǎn)和發(fā)揮載體作用提供了基礎(chǔ)。

3)路燈資源載體化。城市公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程中存在的信息孤島、重復(fù)建設(shè)等突出問(wèn)題。在智慧城市建設(shè)過(guò)程中，智慧路燈設(shè)施可充分發(fā)揮其屬性優(yōu)勢(shì)，作為特有的有效載體，充分融合城市公共服務(wù)系統(tǒng)，有效解決重復(fù)建設(shè)等問(wèn)題，并發(fā)揮其在智慧城市物聯(lián)中的作用，助力智慧城市建設(shè)。如智慧路燈設(shè)施可用于智能交通及位置服務(wù)、城市安全與公共設(shè)施管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)與災(zāi)害預(yù)警、移動(dòng)通信等[3]。

2 智慧路燈建設(shè)實(shí)踐應(yīng)用案例

1)國(guó)網(wǎng)浙江電力推出“互聯(lián)網(wǎng)+路燈管理”云服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)云端集中部署，以地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，具備接入2 400萬(wàn)套路燈管理信息的超大容量，對(duì)路燈實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)精益控制，通過(guò)策略或人工遠(yuǎn)程監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)路燈信息的集約化和可視化管理，可按需求定制功能。路燈管理人員通過(guò)云服務(wù)平臺(tái)，可以清楚掌握每盞路燈的地理位置，并對(duì)其改造情況、節(jié)能量、設(shè)備異常信息進(jìn)行查看。并進(jìn)行精細(xì)化控制，能效管理及分析。

2)天津市路燈管理部門(mén)開(kāi)展的智慧路燈建設(shè)及相關(guān)合作。天津市路燈管理部門(mén)與天津公眾停車(chē)管理服務(wù)有限公司開(kāi)展戰(zhàn)略合作，利用燈桿點(diǎn)位優(yōu)勢(shì)接入中繼器和集中器點(diǎn)位1 816個(gè)，通過(guò)燈桿自建的組網(wǎng)進(jìn)行信息的傳遞，助力“天津公眾”建立智慧停車(chē)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)道路停車(chē)泊位實(shí)時(shí)信息的采集，如圖2所示；與天津鐵塔公司開(kāi)展通信微基站智慧燈桿試點(diǎn)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)路燈資源與通信資源共享，搭建智慧點(diǎn)，有效的降低基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本，如圖3所示。

圖2 網(wǎng)關(guān)接入示意及實(shí)物圖Fig.2 Schematic and real diagram of connection of gateway

圖3 通信微基站智慧燈桿Fig.3 Micro-communication base-station based on the wisdom lighting pole

3)蘇州市智慧照明實(shí)踐。基于智慧照明理念，蘇州市城市照明管理處結(jié)合照明管理工作中存在的實(shí)際問(wèn)題，對(duì)照明監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行全方位的升級(jí)改造，一方面利用監(jiān)控系統(tǒng)的故障發(fā)現(xiàn)和處置能力，融合RFID、視頻監(jiān)控、GPS監(jiān)控等多種物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控手段，引入工作流技術(shù)，建立照明故障處理的多角度全方位聯(lián)動(dòng)體系；另一方面利用GIS 技術(shù)對(duì)空間數(shù)據(jù)的管理能力，將所有的照明設(shè)施和相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)一納入空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理[4]。

3 智慧路燈建設(shè)的挑戰(zhàn)及建議

1)標(biāo)準(zhǔn)框架體系方面。標(biāo)準(zhǔn)化是支撐智慧路燈建設(shè)的重要手段，標(biāo)準(zhǔn)化可以有效規(guī)范智慧路燈的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行及設(shè)備制造[5]。而智慧路燈相關(guān)技術(shù)和市場(chǎng)尚處在不斷發(fā)展變化中，還涉及跨領(lǐng)域和跨部門(mén)制度支撐問(wèn)題，目前標(biāo)準(zhǔn)化工作難度較大，框架體系尚未建立。建議加強(qiáng)多學(xué)科多領(lǐng)域的交叉融合，照明、市政、交通、公共安全等各管理領(lǐng)域協(xié)同，加快智慧路燈標(biāo)準(zhǔn)框架體系建設(shè)。

2)數(shù)據(jù)管理方面。隨著智慧路燈建設(shè)的逐步深入，信息量、數(shù)據(jù)量將急劇增大，龐大數(shù)據(jù)的管理、信息提取、分析等問(wèn)題將給路燈管理部門(mén)帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。同時(shí)，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和數(shù)據(jù)管理平臺(tái)也難以應(yīng)對(duì)龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。建議加強(qiáng)智慧路燈管理頂層設(shè)計(jì)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)分層管理，做好數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)分析、存儲(chǔ)及計(jì)算，完善數(shù)據(jù)安全管理。

3)智慧路燈認(rèn)知方面。首先，政府對(duì)智慧路燈建設(shè)理解以及對(duì)公共資源整合重要性認(rèn)識(shí)不足。

其次，路燈管理單位認(rèn)為新增產(chǎn)品加大養(yǎng)護(hù)維修難度，對(duì)于新產(chǎn)品、新方式存在排斥。最后，城市照明是公共服務(wù)行業(yè)，推廣應(yīng)用不易被感知[6]。建議強(qiáng)化政府職能引導(dǎo)，加強(qiáng)宣傳，依靠公眾對(duì)智慧路燈的理解和支持，促進(jìn)智慧路燈建設(shè)。

4 結(jié)語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈充分發(fā)揮了路燈和物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)并互為補(bǔ)充，具有“有電”、“有桿”、“有網(wǎng)”、分布均勻且覆蓋范圍廣的特點(diǎn)，在提高城市路燈管理精益化、信息化、智能化水平的同時(shí)，可作為構(gòu)建智慧城市的最佳切入點(diǎn)和服務(wù)端口。國(guó)內(nèi)關(guān)于智慧路燈建設(shè)的應(yīng)用案例說(shuō)明了智慧路燈建設(shè)在融合城市公共服務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)公共基礎(chǔ)設(shè)施共建共享，有效減少資源消耗和浪費(fèi)上是完全可行的，相信隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，創(chuàng)新能力的進(jìn)一步加強(qiáng)，政府公共管理部門(mén)的高效協(xié)同，智慧路燈建設(shè)大有可為。

[1] 孔繁宇，崔健博，鄒同元，等.基于地上地下數(shù)據(jù)的智慧照明信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)[J].照明工程學(xué)報(bào)，2015,26(5)：14-18.

[2] 吳建建.路燈物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2015.

[3] 吳貴才，黃躍輝，楊彤.智慧城市建設(shè)的全新視角——基于路燈的城市物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)研究[J].城市發(fā)展研究，2013,11(20)：4-7.

[4] 葉峰，張治華.智慧照明及其在蘇州市的應(yīng)用實(shí)踐[J].照明工程學(xué)報(bào)，2013,24(4)：44-47.

[5] 莊曉波，李文鵬，楊樾.智慧路燈標(biāo)準(zhǔn)體系框架研究[J].照明工程學(xué)報(bào)，2016，27(4)：12-20.

[6] 荊松濤，姜山，劉義平，等.關(guān)于智慧城市建設(shè)過(guò)程中智慧照明的思考[J].智能建筑與智慧城市，2017，(6)：52-53.

ConstructionandConsiderationofIntelligentStreetLighting

LIU Yiping, ZHANG Mingming, ZHANG Chang, JING Songtao
(TianjinPowerStreetLightManagementDepartment,Tianjin300151,China)

To improve the management intelligence and information management level and achieve the ultimate goal of energy and maintenance cost saving, this paper puts forward the construction of intelligent street lighting based on Internet of Things technology. Also, it analyzes the attributes and advantages of intelligent street lighting facilities, puts forward the idea, expounds the main functions of intelligent street lighting, such as wisdom, value-added and carrier, and enumerates the practice of domestic intelligent street lighting construction. Finally, we have considered the challenges and difficulties in the construction of intelligent street lighting and put forward relevant suggestions.

intelligent street lamp；intelligent street lighting construction；Internet of Things technology；main function

TM923

A

10.3969j.issn.1004-440X.2017.05.022