淺析“智慧燈桿”的發展和應用

王 飛

（廣東省建筑設計研究院，廣東 廣州 510010）

1 概述

自IBM提出“智慧地球”概念，引導了全球“智慧城市”建設的熱潮。目前，全球已啟動或在建的智慧城市已達1 000多個，其中半數來自中國。國家智慧城市試點已達193個，所有一線城市、半數以上的二線城市均已提出建設“智慧城市”的目標。

路燈是城市最密集的基礎設施，深入城市的各個角落。通過物聯網、云計算等技術，可以形成一個“路聯網”。通過對路燈燈桿的整合，將更多領域的傳感設備集成到路燈燈桿，發展成新型城市網絡基礎“智慧燈桿”，就可以支撐更多的“智慧城市”應用。

“智慧燈桿”是物聯網信息采集的重要來源，是“智慧城市”建設的一個有機組成部分。“智慧燈桿”的建設可以既促進“智慧城市”建設，也可以推動我國物聯網產業的發展，具有重大的社會和經濟效益。

2 建設條件的成熟性

2.1 政策條件的成熟性

為了支持智慧城市的發展，實現智慧城市的戰略計劃，國家和地方各級政府出臺了相關政策和法規。

國務院頒布《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》，提出促進物聯網技術的研發和示范應用。國家改革和發展委員會出臺的《國家新型城鎮化規劃（2014-2020年）》《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》，明確提出：推進智慧城市建設，推動物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術創新應用，實現與城市經濟社會發展深度融合。

住房城鄉建設部于2012年12月5日正式發布了“關于開展國家智慧城市試點工作的通知”，并印發了《國家智慧城市試點暫行管理辦法》和《國家智慧城市(區、鎮)試點指標體系（試行）》兩個文件，即日開始試點城市申報。

廣東省人民政府頒發《廣東省信息化發展規劃綱要（2013-2020 年）》以及《中共廣州市委、廣州市人民政府關于建設智慧廣州的實施意見》明確提出要“推進城市基礎設施智能化，全面推進智能交通工程”。《廣東省信息基礎設施建設三年行動計劃（2018-2020年）》，文件要求推進“一桿多用”試點，推廣具有“一桿多用”功能的城市智慧燈桿。2019年3月14日，全國首個智慧桿產業聯盟《廣東省智慧桿產業聯盟》在廣州成立。

2.2 技術條件的成熟性

物聯網、GIS、云計算、傳感器等技術的飛速發展，為“智慧燈桿”各類應用終端提供了支撐。電力載波、ZigBee、3G/GPRS、LoRa、NB_LoT、6LowPAN等通信技術的發展，為物聯傳感信息傳輸提供了基礎技術保證。

來車檢測算法、云計算基礎平臺、智能傳感等技術已大量應用于市政管理平臺；同時，以燈桿為載體的擴展應用，如氣象環境、城市積水、無線WIFI、無線報警、LED顯示屏、流量監測等，國內先進的科研單位和廠家已經通過技術可行性驗證，并在部分試點城市進行了應用。

3 “智慧燈桿”的解決方案

“智慧燈桿”以路燈桿為載體，運用PLC、ZIGBEE、視頻流控制、物聯網等技術，通過在前端安裝各種采集設備和傳感器，對前端每個智能設備進行信息采集和遠程控制，將數據通過網絡傳輸到服務器后臺進行處理，整合為一套多功能的智慧管理系統。其內容主要由三部分組成，即基于“智慧燈桿”的多元傳感終端、通信網絡、云服務管理平臺。

（1）多元傳感終端。多元傳感終端主要包括帶智能網關的燈具、視頻監控、移動通信、WIFI、環境監測傳感器（溫、濕度傳感器、照度傳感器、PM2.5傳感器等）、交通信號燈、流量監測、LED顯示屏、公共廣播、充電樁等。

終端設備遵循統一的部署和標準的接口，通過有線或無線網絡傳輸，實現數據互聯互通。同時預留標準接口，為后期擴展預留硬件條件。

多功能桿的功能配置應綜合考慮實際應用場景及功能需求，應用場景及推薦性配置如表1。

（2）通信網絡。“智慧燈桿”通信網絡可以采用有線和無線的方式。

有線傳輸可采用光纖、電力線載波等方式，應以光纖為主，電力線載波為備選，并符合GB/Z 20177.1—2006、GB/Z 20177.2—2006、GB/Z 20177.3—2006、GB/Z 20177.4—2006中相關規定。

無線傳輸可采用NB-IoT、3G、4G、5G、LoRa、Zig Bee等方式，并符合現行標準的要求。各設備的無線傳輸使用頻率應進行合理規劃，避免頻率干擾。

利用電磁波信號進行數字信號通信，需安裝專用無線通信天線，信號可在自由空間中傳播，不需要物理連接線。ZigBee需 遵 循IEEE 802.15.4通 信 協 議、GB/T 15629.15—2010中相關規定，WLAN需遵循IEEE 802.11a/ac/b/g/n通信協議中相關規定。

多功能桿上的掛載設備可利用光纖網絡、IP微波、以太網、無線網等網絡，將數據通過智能物聯網網關、交換機、路由器、防火墻等傳輸設備傳送到管理后臺。攝像頭、室外AP 設備宜通過光纖直接傳輸到機房匯聚交換機上；環境監測設備、物聯網關、廣播等其他設備宜接入安裝于多功能桿底座的交換機，再傳輸到機房內核心交換機。多功能桿系統宜采用三層組網方式，管理平臺通過因特網把指令發給智能網關，智能網關再通過無線協議或有線協議控制桿體上每個掛載設備模塊；

（3）云服務管理平臺和應用。云服務管理平臺是實現對路燈物聯網示范應用監控調度、運維數據管理的中心平臺。路燈物聯網云服務管理平臺可以通過地圖的方式，迅速定位各類傳感設備并進行相關設備的信息查詢、統計及管理，包括設置控制和調度策略，查詢各傳感設備的狀態和歷史記錄，實時更改傳感設備的運行狀態、提供各類報表等功能等。平臺包含：資產維護、數據統計、監控中心、智能策略、大屏管理、微信服務、移動終端應用管理、路燈WIFI應用、積水監測應用、交通流量監測應用、環境監測應用等。

路燈物聯網綜合數據庫將根據國家和相關行業的標準和規范，結合路燈物聯網實施的實際情況，整合各類燈具、燈桿、電表、配電柜、節點控制器、集中控制器以及環境監測、城市積水監測、噪音監測、路燈WIFI等硬件終端傳感設備的信息資源，實現路燈物聯網綜合數據庫的分布式集中管理。綜合數據庫的數據框架能夠為路燈物聯網各類傳感信息資源的梳理、整合、管理和利用提供操作指導。

表1 多功能桿應用場景及可配置功能

4 “智慧燈桿”的建設意義

“智慧燈桿”的建設為“智慧城市”的建設提供了一種新的模式，并形成了完整的解決方案，其高度的開放性可以快速有效地支撐其他“智慧城市”應用，避免基礎支撐設備的重復建設。

“智慧燈桿”是重要的民生工程，符合“智慧城市”建設的高標準、高定位，國際領先的總體要求，能夠全面提升城市的建設水平和影響力。

基于“智慧燈桿”的云服務管理平臺開發的各種應用，可以促進“智慧城市”相關產業的發展，可以提升城市品牌驅動效應和核心競爭力。

5 對“智慧燈桿”建設的建議

首先，“智慧燈桿”的建設應重視標準體系的建立。統一標準是規范化、模塊化的基礎，也是物聯網的核心。

其次，“智慧燈桿”的建設應重視安全體系的建立。對業務、軟件、數據等各環節的安全風險點進行系統的梳理并提出應對方案，是保障多部門數據系統共享的必要條件。

最后，“智慧燈桿”的建設應針對各地區不同的情況，選擇合適的建設模式（EPC/ BOT/ PPP）和相對應的運營模式，平衡好政府、運營商、建設方的需求和利益。只有政策、標準、資金、人才、技術各方面都有完善保障，“智慧燈桿”建設才能夠健康、和諧的發展。