多功能LED智慧燈桿在城市道路建設中的應用探討

林錦偉

中國市政工程中南設計研究總院有限公司 廣東 汕頭 515041

近年來，隨著人們對于生活質量的重視不斷提升，對于許多外在的、能夠提升人們精神享受的事物的關注水平也越來越高，其中城市風貌則是其中較為重要的外在因素。而建設良好的城市風貌，離不開道路路燈設施的建設作為支撐。并且路燈作為現代化城市建設中至關重要的內容，在對其進行規劃建設與管理過程中，必須確保其能夠與城市景觀相融合，體現出城市的精神風貌。在實際路燈規劃過程中，還需要結合城市建筑特征及道路工程的總體建設情況，進行針對性的路燈建設，才能獲得較好效果。文章主要對多功能LED智慧燈桿在城市道路建設中的應用進行了分析、探討，希望能夠為提高城市道路建水平，推動智慧城市建設與發展提供有益參考。

1 多功能LED智慧燈桿的發展概述

1.1 模塊化

具備豐富的功能是多功能LED智慧燈桿最為明顯的特征，同時如何在燈桿較為有限的空間中實現對各項功能的有效協調，也是當前城市道路智慧燈桿建設需要重點關注的內容。針對多功能LED智慧燈桿的各種功能，采用模塊組件的方式進行深度整合，盡可能的降低燈桿復雜性，達到精簡設備，實現智慧燈桿各項功能的目的[1]。

1.2 標準化

多功能LED智慧燈桿的建設需要確保從內而外實現全面的功能提升，實現對多功能LED智慧燈桿的標準化建設，為各項硬件、設備、裝置的規劃化運行提供保障。在多功能LED智慧燈桿的標準化建設過程中，需要突破各個功能模塊之間的技術限制，實現設計與生產建設質效的全面提升，推動多功能LED智慧燈桿實現高效、穩定運行，盡可能的減小運維工作量。在5G通信技術應用與發展的保障，多功能LED智慧燈桿的發展獲得了較為可靠的技術保障，尤其是5G通信技術中的高頻無線電波信息體量與帶寬都比較大，大幅提升了多功能LED智慧燈桿運行的可控制性。但是5G通信技術的無線電波穿透性不足，作用發揮受到空間范圍的較大限制，因此需要配置數量豐富的微基站來彌補信號覆蓋范圍較小的不足。在大量5G微基站的建設保障下，多功能LED智慧燈桿的各項功能才能得以順利實現。

2 多功能LED智慧燈桿在城市道路建設中的應用優勢

2.1 強化城市安全

智慧燈桿可以集成安防監控設備，將城市道路視頻實時監控、數據采集、智能識別交通數據等與警務指揮中心相連，形成一個城市安全監管的智能信息采集系統。這有利于加強城市的公共安全，提高應急處置的效率，減少城市治安事件的發生，保障市民的生命財產安全[2]。

2.2 提高城市交通運營效率

智慧燈桿可以將城市交通信息和數據傳回城市管理中心或者交通指揮中心，為城市交通運營提供實時數據支持和決策參考。智慧燈桿能夠實現對城市交通信號燈的檢測和控制，有效地減少交通擁堵和提高城市交通運作效率。

2.3 節能環保

智慧燈桿通過節能及節能照明燈具的應用，大大減少能源消耗，減少了城市的碳排放，提高了城市環保形象。其能夠通過智能控制開啟和關閉照明設備，智能調節照明亮度等，使得能源的使用更加高效，并能夠通過集成環保傳感器與城市環保部門實現城市決策監督，實現城市的環保計劃。

2.4 提升服務水平

智慧燈桿可以集成LED屏幕和WiFi/5G基站等，為市民和游客提供便捷的服務。如通過智慧燈桿上的大屏幕進行公共信息發布、交通指引、城市文化等信息的展示，為市民提供更加智能高效的服務。

3 城市道路建設中多功能LED智慧燈桿的實際應用

3.1 路口燈光互聯系統設計

首先，在主機模塊方面設計。采用電腦作為上位機進行主機模塊的設計，采用USB通用串口模塊將各燈光模塊和電腦相連，借助Python工具進行GUI控制界面編寫，實現在界面上顯示護欄和路燈模塊、紅綠燈模塊等的相關數據，包括周邊空氣質量、車流量、信號等信息等。根據空氣信息還能通過界面對路燈的照明強度進行控制、調節。其次，在護欄模塊方面的設計。在主控芯片的控制下，借助光照傳感器獲取外界光照的實施照度值，再利用PWM技術對護欄燈發光強度進行調節，使其維持在特定值范圍。同時還可以借助對粉塵灰塵傳感器的應用，來檢測獲取近地空氣PM2.5含量，以及通過對紅外傳感器模塊的應用，準確記錄車流量信息，最后在ZigBee模塊的整合下向主機發生相關信息。系統運行過程中，通過主控芯片的調控，在系統模型的LCD觸摸廣告屏上顯示存儲在SD卡內的廣告。在信號燈發生故障的情況下，護欄收到信用的故障信號然后按照信號指示開啟應急交通信號等，發揮臨時交通指揮作用，直到交通信號故障排除，恢復正常使用。最后，在路燈與紅綠燈模塊應用方面，主要是在主控芯片的控制下進行外界光強度變化的模擬，調節路燈照明，也是借著對粉塵灰塵傳感器的應用進行遠地面空氣質量檢測與相關的數據報送。在結合對電源監控傳感器的應用對紅綠燈線路電流變化情況進行探測，對紅綠燈運行正常情況進行監控、判斷[3]。

3.2 無線集控網絡

多功能LED智慧燈桿中包括了傳感器、LED光等，并且能夠結合設計要求對合適的產品進行多樣化選擇。但是，硬件設備功能的發揮需要依賴軟件的控制實現，換言之，多功能LED智慧燈桿中各種硬件的高效運行需要在各種相應的適配智能集控軟件的應用下進行驅動、控制。比如，某路段設置了多處路燈，運用無線網絡、數據庫構建云平臺，實現對路燈控制指令的傳輸，集控器根據接收的數據指令對各個相應的受控燈桿進行控制，實現了路燈點亮、熄滅、調亮等特定功能的自動化控制。采用無線網絡控制的形式多種多樣，尤其是通用分組無線服務、可編輯邏輯控制器的應用，能夠很好地結合路燈集控系統控制要求，在GPRS無線傳輸模式的作用下實現對各控制指令的順利傳輸，各個分路集控器則按照指令要求進行路燈的相應控制。再在自動化控制系統的控制下實現路燈控制系統范圍內各處路燈運行的精細化控制。碼分多址智慧路燈控制原理與無線路燈集控系統的控制原理類似，但是在傳輸機制上有著一定的差異性。可編輯自動控制的無線路燈控制系統主要是借助PLC有線傳輸的方式進行分路燈的控制，而碼分多址智慧路燈控制系統則是采用了無線網絡傳輸的方式進行控制。

3.3 顧及相對距離的路燈點云分層提取方法

在城市道路建設過程中路燈是較為重要的組成部分，也是道路環境中的重要交通設施。尤其是隨著智慧城市建設不斷深入，獲取路燈的三維信息進行高精度地圖、智慧交通等的建設有著十分重要的現實意義。全球定位系統是獲取路桿路燈信息的傳統范施工方，通過對各個路燈進行分別定位的方式確定路燈的地址信息，到時這一方式的應用需要消耗大量的時間、精力，并且難以獲取高度精確的路燈三維信息，不能很好地滿足現代城市建設與管理需求。而借助新興的車載激光雷達技術，能夠采用無接觸的方式快速獲取道路及兩側路燈的高精度、高密度的三維信息。但是，在實際應用過程中，復雜的道路環境及樹木、建筑等因素，在實際的路燈識別與數據提取過程中面臨一定困難，如何從車載點云中完整與正確地獲取路燈點云的方式、方法仍需進行深入研究。對路燈進行提取的方法主要包括四種：一是基于空間聚類的方法；二是基于體素的方法；三是基于深度學習的方法；四是基于模板匹配的方法；第一種方法是基于地面點云濾除的前提以特定規則進行非地面點云聚類，然后結合各個聚類地物空間特征識別、提取出相應目標。這一方法的應用能夠實現對非地面點云中相近形態物體進行分類。但是，由于受到噪聲因素的影響在進一步識別路燈方面存在一定困難，并且在算法實現方面的復雜性較高。第二種方法的應用主要是對點云進行體素格網進行劃分，并以體素格網為單位進行物體信息的分割與提取。這種方法的應用有效降低了點云數據的復雜性，提高了數據的計算速度。但是體素網格劃分的單元尺寸會對分割結果產生較大影響，基于產生混合體素的現象。第三種方法主要是借助對深度學習模型的應用，從點云圖像化、點云體素化、優化網絡模型、直接端到端等多個角度對三維點云的特征進行有效學習，有助提高目標識別與數據的提取準確性與效率。但是在數據提取過程中容易出現細節信息丟失，同時在計算成本控制與復雜結構、自然地物信息提取方面也存在較大難度。第四中方法主要是在進行路燈樣本模板庫建立的基礎上，通過匹配模板庫中路燈模型與車載點云數據的方式對于路燈匹配度較高的點云數據進行提取[4]。

3.4 SI4463的道路照明系統設計與應用

SI4463道路照明系統結構主要包括三個部分：上位機客戶端、4G/RF網關、LED單燈控制系統。其中，LED單燈控制系統主要作用是通過對輸出電壓在0 ~ 10V進行調整，控制光信號傳遞來調整LED燈具的亮度。同時借助傳感器的重要實現對路燈工作狀態，以及運行環境等信息的實時獲取。一般來說，4G/RF網關主要內置在智能電表當中實現對當前配電電箱的電壓、電流信息的獲取，同時也發揮著在上位機客戶端與LED單燈控制系統之間的通信中轉作用。上位客戶端主要是為了完成相關管理工作而設計的一套PC軟件，發揮著對LED路燈、配電箱電壓/電流參數等監控作用，以及根據亮度信息反饋對LED路燈運行情況進行判斷，及時反饋故障信息。道路照明系統能夠以智能控制與手動控制的方式實現對多功能LED路燈的控制。智能控制系統的應用，主要是結合當前時間、路面車流量、環境光亮度、人流量等信息，對照明需求進行智能判斷進而調節路燈的亮度，充分滿足城市道路照明需求。手動控制的方式，主要適用于突發狀況的控制，在客戶端對路燈的開關、亮度等進行遠程控制、調整，也可以通過對內置在燈桿中的智能路燈配電柜中實施現場控制。

在進行照明控制系統選擇過程中需結合性價比的綜合考慮，選擇合適的照明控制系統，也可以結合實際情況選擇國外先進技術進行優化、完善，采用多種城市路燈控制系統，達到優化城市道路工程建設的目的。結合城市照明控制需求，選擇合適的道路照明控制系統，對路燈開關的時進行合理規劃，尤其是針對季節變化情況進行自動調整。智能化控制系統的應用，主要利用計算機無線網絡進行多功能LED路燈系統的遠程控制，在提高道路路燈控制的便利性的同時，有效節約城市道路管理成本[5]。

3.5 加強建設管理工作

近些年，隨著現代化城市建設的不斷深入，在城市道路路燈建設與管理方面的投入也在不斷提升。即便如此，在一些城市路段，尤其是是一些三四線仍有未安裝路等的情況。許多城市道路兩旁的路燈、綠化帶的建設呈現出相輔相成的狀態，營造了良好的視覺感受。然而，在夜晚降臨之后，道路兩旁樹木枝葉過于茂密，路燈投射的光亮被大幅遮擋，影響了道路車輛、行人的通行安全。特別是人流量較少的區域路燈布置間隔較遠，燈光灰暗，不能給行人帶來足夠的安全感。導致這些問題發生的原因主要是路燈建設與后期管理的投入不夠，缺乏有效的整體規劃，同時為結合對外界因素的全面考慮，導致了城市道路中多功能LED路燈控制系統建設的不完善，影響路燈系統的正常運行。對此，在進行多功能LED路燈控制系統建設過程中需結合城市道路建設規劃，對控制系統進行合理設計與布置，同時需要加強多功能LED智慧燈桿在城市道路建設中的應用投入與管理，提高其與智慧城市建設的契合度，充分發揮多功能LED智慧燈桿控制系統的應用優勢。

3.6 與其他道路交通桿件進行功能整合

實現多功能LED智慧燈桿與其他道路交通桿件的功能整合，是提高桿件利用率、減量化和集約化的關鍵策略之一，同時也可以有效提升景觀效果。在當前城市發展和交通管理的背景下，我們需要更加注重資源的合理利用和環境的美化，以打造宜居、宜業的城市空間。首先，通過將LED智慧燈桿與其他交通桿件進行整合，可以實現多種功能的融合。除了傳統的照明功能，LED智慧燈桿還可以集成視頻監控、環境監測、交通信號等多種智能技術，從而提供更廣泛、更全面的服務。例如，智慧燈桿可以通過攝像頭監測交通狀況，實時調整交通信號，提高交通效率；同時，它還可以收集環境數據，如空氣質量、溫度等，為城市管理部門提供實時的環境監測和預警信息。這種功能整合的方式，不僅減少了桿件的數量，還提高了桿件的綜合利用率，實現了桿件減量化和集約化的目標。其次，多功能LED智慧燈桿的整合還可以提升景觀效果，美化城市環境。傳統的交通桿件往往只具備單一的功能，而且在設計上缺乏美感。通過將LED智慧燈桿與其他桿件進行整合，可以創造更具藝術性和創意性的城市景觀。例如，燈桿可以融入景觀照明設計，通過燈光的變化和投影效果，營造出豐富多樣的城市夜景。此外，還可以將燈桿與綠化、雕塑等元素結合，打造獨特的城市景觀節點，提升城市形象和吸引力。

4 結束語

總而言之，在現代城市精神文明建設過程中，多功能LED智慧燈桿有著十分重要的作用，相關部門需重視加強在智慧燈桿建設與管理方面的重視程度，加大投資與管理力度。同時，隨著城市化建設進程的不斷深入，尤其是智慧城市作為現代城市的發展主流，對城市道路燈桿控制系統的建設也提出了更高要求。因此，基于多功能LED智慧燈桿的城市道路建設需要重視做好路燈設施與控制系統的設計與建設運維，妥善解決好道路照明控制問題，在保障人們出行安全、便利的同時，奠定現代城市與精神文明建設的重要基礎，也更好地推動城市經濟發展。