智慧城市目標下的路燈轉型發展

袁洪濤，吳 茜，白海亮

（重慶市城市照明中心，重慶 400000）

1 背景

2016年，隨著“十三五”規劃的出爐，各省市把智慧城市建設作為城市發展的重心，同時相關政策文件分別從總體架構、具體應用等角度對智慧城市建設提出了鼓勵措施，一系列政策的頒布實施為智慧城市建設指明了方向與目標。智慧城市建設離不開各類智能感知設備，作為這些設備的天然載體，智慧燈桿正式落地。

《“十四五”數字經濟發展規劃》提出：“推動智能計算中心有序發展，打造智能算力、通用算法和開發平臺一體化的新型智能基礎設施，面向政務服務、智慧城市、智能制造、自動駕駛、語言智能等重點新興領域，提供體系化的人工智能服務。”《貫徹落實碳達峰碳中和目標要求推動數據中心和5G等新型基礎設施綠色高質量發展實施方案》提出：“加快節能低碳技術的研發推廣，支持技術創新和模式創新。加強對基礎設施資源的整合與共享，提升資源利用效率。推動老舊基礎設施轉型升級。”《重慶市城市管理行業發展“十四五”規劃（2021—2025年）》提出：“科學有序推進多桿合一建設，凈化城市道路空間，美化道路環境。”

近年來，隨著相關政策的陸續出臺及5G技術的商用推廣，智慧燈桿也進入了發展的“快車道”。智慧燈桿作為新興城市公共設施，通過整合城市各類桿型設施、掛載各類設備和傳感器，采集城市前端數據信息，實時將各類信息數據匯集到城市“大腦”中，是智慧城市的“神經元”。智慧城市可通過遍布城市各個角落的燈桿網絡，打造解決問題“管用”、基層一線“愛用”、人民群眾“受用”的各類數字化應用場景，如智慧照明、智慧通信、智慧安防、智慧交通、智慧環保、智慧聯動等，從而不斷提升老百姓的“數字幸福感”，讓老百姓切實感受到智慧城市帶來的溫度。

2 重慶市智慧燈桿發展歷程

隨著智慧城市時代的到來，為推進城市管理精細化，重慶在智慧燈桿建設上，也在不斷創新突破，并取得了實質性進展。特別是近年來重慶市以代表性的示范項目為重點，“以點帶面”推動全市智慧燈桿不斷發展。

2.1 渝中區洪崖洞多功能燈桿示范項目

2019年，該項目作為重慶第一個多功能桿示范項目在洪崖洞正式投用，共建成10根智慧燈桿。在項目前期綜合考慮洪崖洞的旅游景點定位，智慧燈桿的外形與洪崖洞的風格類型相同，首次實現集手機充電、環境監測、緊急報警、安防監控、井蓋監測、廣播、LED屏、信息交互、Wi-Fi覆蓋等于一體的多功能智慧燈桿［1］。該項目不僅美化了城市道路，提升了城市道路照明的智能化水平，還為廣大市民和游客的出行提供了便利。

2.2 兩江新區禮嘉智慧公園禮銘路智慧燈桿項目

2020年，在兩江新區禮嘉智慧公園門口禮銘路建設的智慧燈桿項目正式亮相，共建成77根“多桿合一”的智慧路燈，實現了紅綠燈、交通指示牌等交通安全設施、天網、治安監控等應急指揮設施以及視頻攝像頭、照明等城市管理設施的整合，進一步促進社會資源共享，成為重慶首條“多桿合一”的道路。

2.3 渝中區中山四路“多桿合一”項目

2021年，在渝中區中山四路實施的“多桿合一”項目，通過將道路多類桿體設施集約整合，使中山四路的95根桿體減少到46根，桿體從底部到頂部分別有市政井蓋、排水監測、指示牌、監控攝像頭、人行和車行紅綠燈、照明燈具等，有效解決各類桿體占道的問題，使路面更加整潔美觀。除了渝中區的中山四路，仙桃數據谷、解放碑—朝天門步行大道、云陽三峽庫區、科學城、龍洲灣商圈等片區的“多桿合一”智慧燈桿亦紛紛亮相，為重慶“智慧名城”的打造不斷聚能。

2.4 “兩江四岸”核心區一體化智慧燈桿建設項目

2022年，重慶市以“兩江四岸”核心區一體化建設為目標，對洪崖洞及來福士路段的燈桿進行整合設計，結合其道路實際及照明設施建設情況，充分利用已有的路燈點位，選擇智慧燈桿布點位置，將10個產權單位的128根桿件整合為88根，減少了32%的桿件，建成了集照明、LED信息發布、5G基站、廣播音響、監控攝像機、全景攝像機、電子警察、違停抓拍、車路協同、自適應人行信號燈等多種功能于一體的智慧燈桿。

3 智慧燈桿的技術架構

現階段，重慶道路路燈燈桿逐漸形成了4種主要的形態。

1）回路控制。目前重慶大多數地方使用的是通過回路方式控制的路燈，根據燈的亮滅可實現隔盞亮燈、全夜燈、半夜燈、自定義時間亮燈等。

2）單燈控制。搭載了單燈控制器，通過電力載波、NB-Iot、4G CAT.1等通信方式，可按照不同需求對路燈的燈光亮度進行調節，實現全開模式、節能模式、深夜模式、節假日模式、自定義模式等。

3）多桿合一。搭載含單燈控制器在內的其他多種道路公共設施的“多桿合一”燈桿，不同權屬單位各自進行管理，節約了城市的道路空間，提升了城市的品質形象。

4）智慧燈桿。在“多桿合一”的基礎上結合不同應用場景，加持網絡通信和信息化服務，通過智能感知、邊緣計算、大數據等手段，實現了各種道路公共設施的聯合協作，極大提高了城市道路管網的智慧化水平。

近幾年，智慧燈桿技術逐步走向成熟，智慧燈桿正成為構建城市物聯感知網絡、打造新型智慧城市的數字底座。

智慧燈桿的系統架構主要包括終端感知層、網絡傳輸層和平臺應用層［2］。

3.1 終端感知層

終端感知層是智慧燈桿系統的底層硬件設備，主要有5G基站、智能照明、氣象監測、環境監測、智慧噴淋系統、LED屏、Wi-Fi、交通信號燈、交通視頻監控、交通標志標牌、公共廣播、治安監控、緊急呼叫、手機充電、新能源車充電樁、井蓋監測、垃圾箱監測等，負責城市各種基礎信息的收集并執行平臺及網關下達的指令。

3.2 網絡傳輸層

網絡傳輸層主要有邊緣計算網關設備及為終端感知層與平臺應用層間提供可靠、高效的信息通信網絡，邊緣計算可以使一些操作和命令在本地直接進行，減少了數據的傳輸，提高了系統的效率。

3.3 平臺應用層

平臺應用層以智慧燈桿綜合管理平臺為基礎，搭載了智慧照明、智慧環保、智慧交通、智慧安監、智慧市政等應用服務，負責接收、處理及存儲數據，并下達指令到感知終端。平臺應按標準協議搭建，預留API接口，方便與上下級平臺的對接及后期擴展功能。

4 存在的問題

隨著城市道路中智慧燈桿和智能設備裝配的推廣，智慧燈桿所承擔的功能和角色也越來越多。目前，重慶智慧燈桿雖處于快速發展階段，但仍存在一些亟待解決的問題。

4.1 功能堆砌，資源浪費

由于行業認知不統一，智慧燈桿產品技術質量參差不齊［3］，在建設時一味追求功能拓展，趕時髦，常常與實際使用脫軌，部分功能后期使用率低，容易誤導市場，影響智慧燈桿行業的整體發展。

4.2 多頭管理，協調困難

目前，智慧燈桿搭載的設備涉及照明、交通、市政、通信、氣象、公安、環保、廣告等多個領域，分屬不同部門管理，但各管理部門之間很難建立數據共享機制，容易造成多頭管理、交叉管理、管理漏洞等情形，部門之間溝通協調難度大，數據資源分散在各部門容易形成“數據孤島”，不利于智慧城市建設。

4.3 協議私有，互不兼容

智慧燈桿項目中存在單燈控制器模塊協議私有的問題，難以并入智慧照明監控平臺統一管控。終端模塊不兼容的問題導致管理平臺越來越多，增加了維護管理的成本。

4.4 成本較高，推廣乏力

智慧燈桿涉及管線、箱體整體改造，燈桿集成度高、建設成本高，對投資建設成本消耗比較大，要大規模推廣應用有一定難度。由誰建、由誰運維都需結合不同區域實際情況綜合考量。

5 應對策略

為解決目前智慧燈桿發展中存在的問題，推進智慧城市建設，應以“提升城市管理成效和改善市民生活質量”為出發點，著力解決群眾急難愁盼問題，結合實際，實現可持續創新發展，不斷滿足人民群眾對美好生活的向往。

5.1 貫徹國家標準，因地制宜建設，做到心中有民

2022年3月1日，智慧燈桿領域的首個國家標準《智慧城市智慧多功能桿 服務功能與運行管理規范》（GB／T 40994—2021）正式實施。該標準的出臺明確了智慧燈桿的發展方向。智慧燈桿的建設功能在滿足實用性、安全性、高效性的同時，應以服務群眾為宗旨，合理規劃應用場景，參照周邊環境對道路的影響，做到“一桿一設計，一路一方案”。

比如，在光照充足的地方，可以建設太陽能一體化的智慧燈桿，通過太陽能轉化而成的電能存儲在電池中為路燈使用，節約能源。在行人較多的鬧市區，通過鋪設一種踩踏就可以發電的地磚，為燈桿、紅綠燈等公共設施充電。

5.2 建立協調機制，綜合統籌管理，探索智慧為民

建立跨部門間的協調機制，建立聯席制度或協調機構，統籌各部門業務需求和規范管理，統一推進前期規劃、中期建設與后期運營，利用統一的大數據中心打通各個業務平臺之間的數據孤島，讓數據“動起來”“跑起來”“用起來”。通過搭載在智慧燈桿的邊緣計算網關及管理平臺的云計算協同工作，助力城市管理與服務的智能化和精細化。

比如，當前智慧燈桿中邊緣計算在照明上的應用。通過攝像頭等感知器件分析路上行人和車輛的數量及行動方向，不僅能根據人／車數量進行亮度調節，節約能源，還可以實現人／車經過時提前亮燈，人／車經過后自動滅燈，人／車經過根本察覺不到路燈的啟閉。除智慧照明外，依托“邊云協同”技術還可以實現智慧交通、智慧環保、智慧城管等。

5.3 打破對接壁壘，建立行業標準，優化服務予民

照明行業主管部門應牽頭主流廠商制定控制協議的行業標準，打破各廠商固步自封的盈利模式，以兼容性為目標，促進各廠商的終端控制產品在行業內互通使用，達到像燈具一樣無需轉換協議、即插即用的效果。各廠商的技術交流，一方面可以使各廠商的產品自由進入市場，給廠商帶來豐厚利潤；另一方面也可以促進終端控制產品在良性競爭中不斷優化升級，給照明管理帶來更好的體驗，進而提供更好的照明服務。

5.4 創新發展模式，社會共同管理，成果共享于民

投資建設方面，需要政府起主導作用，尋找合理的建設模式，分區域、分階段實施，通過開放政策、開放資源、開放設計，發揮政府職能作用，釋放市場需求，高位協調，聯合各方力量，積極吸納公眾意見，最大限度釋放智慧燈桿的社會價值。

6 智慧燈桿在“雙碳”目標中的作用

重慶以綠色發展為契機，積極推動城鄉建設綠色發展，引領經濟社會發展全面綠色轉型，努力推動實現碳達峰、碳中和目標，努力在推進新時代西部大開發中發揮支撐作用。智慧燈桿除了是智慧城市的“神經元”，也是實現綠色照明、節能減排，助力“雙碳”目標達成的重要抓手。

據統計，目前僅重慶市照明中心所轄的功能照明燈桿約1.55萬根，路燈約4.4萬盞，若按150 W的LED燈計算，轄區內路燈工作一晚至少需要7.59萬度電，工作一年至少需要2 770萬kW·h電，可見城市照明消耗的能源巨大。2022年8月，重慶及四川歷經了一個月的嚴重缺電。作為用電大戶，重慶市照明中心積極響應政府號召，通過對“兩江四岸”核心區景觀照明的集中控制，停止了轄區內自有及其他單位所有的景觀照明運行。這雖然節約了能源，但也減少了城市夜景效果，并不是解決雙碳問題的好方法。而智慧燈桿可通過“邊云協同”技術建立智能調光節能模型，根據周圍環境亮度、人／車數量等因素，自動調節LED燈，合理用電，每年能節約40%左右的電量，同時還不影響群眾使用感，這才是兩全的好方式。

7 結論

依托《“十四五”信息通信行業發展規劃》及《重慶市城市基礎設施建設“十四五”規劃（2021—2025年）》中關于“智慧路燈”“多桿合一”的要求，重慶將持續探索創新智慧燈桿建設。按照“大城智管”的要求，圍繞解決重大問題、滿足緊迫需求和增強群眾獲得感的目標，以提升管理水平、治理能力為導向，深入謀劃，整合優化。

通過融入GIS、物聯網、邊緣計算、云計算、人工智能等新一代信息技術，進一步提升和豐富城市照明“神經末梢”，打造“神經元”，加速城市照明智能化進程，建設“感知精準、設施互聯、資源共享”的智慧照明體系，實現感知、分析、服務、指揮、監管“五位一體”的照明網絡，為智慧城市多場景應用提供良好的技術支持。