基于智慧燈桿的智慧城市建設(shè)

（東莞勤上光電股份有限公司，廣東東莞 523565）

1 “多桿合一”的概述

“多桿合一”指以路燈及燈桿為載體，在上面集成環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控、公共廣播、信息發(fā)布和5G微基站等功能，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺，將各個設(shè)備的數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)互聯(lián)共享的復(fù)合應(yīng)用技術(shù)。

城市中現(xiàn)存的各種公共基礎(chǔ)設(shè)施，如路燈桿、監(jiān)控桿、廣告牌等，均存在“單桿單用”現(xiàn)象，具有功能單一、管理分散、嚴重浪費資源的特性，共享的需求空間較大。

在我國“五大發(fā)展理念”指引下，推動社會基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)整合與共享，是未來城市建設(shè)發(fā)展的必然趨勢，“多桿合一”是城市建設(shè)的潮流。

路燈及燈桿是城市重要的公共基礎(chǔ)設(shè)施，作為“多桿合一”的載體，路燈及燈桿沿街道均勻分布，位置固定，有穩(wěn)定的電源供電，為燈桿提供了良好的設(shè)備安裝支架，為多種智能設(shè)備的集成提供便利。智慧燈桿覆蓋面廣、點位多、死角少、市民使用度和關(guān)注度高，與城市的擴建同步，擴張性強。

2 “多桿合一”的功能

“多桿合一”的智慧燈桿將LED照明、視頻監(jiān)控、公共廣播、信息發(fā)布、環(huán)境監(jiān)測、5G微基站等系統(tǒng)基于一體，安裝在燈桿上，統(tǒng)一供電管理及統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)通信，利用云平臺進行數(shù)據(jù)集中收集、處理及分發(fā)。智慧燈桿上的各個子系統(tǒng)之間互聯(lián)互通，并與水位監(jiān)測系統(tǒng)、井蓋監(jiān)測系統(tǒng)等系統(tǒng)互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)共享。

2.1 LED照明系統(tǒng)

LED照明系統(tǒng)主要由云平臺管理軟件、集中控制器和單燈控制器組成。集中控制器安裝在配電柜內(nèi)，通過4G或Internet通信技術(shù)與云平臺進行通信；單燈控制器安裝在LED照明燈具上，通過ZigBee通信技術(shù)與集中控制器進行通信，利用模擬調(diào)光技術(shù)調(diào)節(jié)燈具亮度。

（1）亮度控制：單個燈具開關(guān)或通過集控器控制回路開關(guān)及無級調(diào)節(jié)燈具調(diào)節(jié)亮度0～100%。

（2）策略管理：依據(jù)時間、經(jīng)緯度、環(huán)境亮度、外部事件等參數(shù)設(shè)定策略，自動控制燈具亮度。

（3）狀態(tài)查詢：控制器輪詢檢測燈具電流、電壓、有功功率等參數(shù)，實時獲取燈具狀態(tài)，判斷燈具是否異常。

（4）設(shè)備聯(lián)動：燈具亮度數(shù)據(jù)可以聯(lián)動公共廣播、信息發(fā)布屏、攝像機和報警燈等設(shè)備。

2.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

“多桿合一”的智慧燈桿集成了視頻監(jiān)控攝像機、報警按鈕、語音對講設(shè)備，利用智慧燈桿的電源供電和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程通信。視頻監(jiān)控攝像頭安裝在道路不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)不同的功能，報警按鈕、語音對講設(shè)備安裝在智慧燈桿底部。

（1）治安監(jiān)控：多場景巡航檢測，實時傳輸現(xiàn)場畫面，提升治安防控水平。

（2）AI識別：實現(xiàn)車牌識別、人臉識別、違章取證、交通數(shù)據(jù)采集等。

（3）一鍵報警：通過報警按鈕和語音對接設(shè)備，實現(xiàn)一鍵遠程求助。

（4）設(shè)備聯(lián)動：視頻監(jiān)控可以聯(lián)動公共廣播、信息發(fā)布屏、LED燈具、報警燈和其他攝像機等設(shè)備。

2.3 公共廣播系統(tǒng)

“多桿合一”的智慧燈桿集成了公共廣播系統(tǒng)，利用智慧燈桿的電源供電和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程通信。

（1）任意分區(qū)廣播：設(shè)定多個分組，對指定分組或全部組播放指定節(jié)目。

（2）定時節(jié)目廣播：不同節(jié)目，按照時段定時播放。

（3）設(shè)備聯(lián)動：公共廣播可以聯(lián)動信息發(fā)布屏、攝像頭、水位監(jiān)測等系統(tǒng)。

2.4 信息發(fā)布系統(tǒng)

“多桿合一”的智慧燈桿集成了信息發(fā)布系統(tǒng)，利用智慧燈桿的電源供電和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程通信。

（1）公共信息發(fā)布：公益廣告、公共信息、緊急通知等圖片通過信息發(fā)布屏告知市民。

（2）設(shè)備聯(lián)動：信息發(fā)布屏可以聯(lián)動公共廣播、攝像頭、水位監(jiān)測等設(shè)備。

2.5 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

“多桿合一”的智慧燈桿集成了環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，利用智慧燈桿的電源供電和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程通信。

（1）環(huán)境數(shù)據(jù)采集：環(huán)境傳感器實時監(jiān)測PM2.5、溫度、濕度、風速、風向、降雨量、噪聲等環(huán)境數(shù)據(jù)。

（2）設(shè)備聯(lián)動：環(huán)境傳感器可以聯(lián)動公共廣播、信息發(fā)布屏、攝像頭等設(shè)備。

2.6 水位監(jiān)測系統(tǒng)

公路上的水位監(jiān)測系統(tǒng)靠近智慧燈桿，利用智慧燈桿的電源供電和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程通信。檢測到公路上有少量積水時，可以在積水前方通過信息發(fā)布屏和公共廣播告知行人；檢測到公路上積水超過警戒線時，通過信息發(fā)布屏和公共廣播告知行人的同時，警報燈告警，攝像頭拍攝現(xiàn)場畫面。

2.7 邊緣網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)多維互聯(lián)互通

LED照明系統(tǒng)與視頻監(jiān)控、公共廣播、信息發(fā)布、環(huán)境監(jiān)測等系統(tǒng)共用燈桿、電源及網(wǎng)絡(luò)通信，避免了重復(fù)建設(shè)，智慧燈桿底部安裝邊緣網(wǎng)關(guān)，各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯聚到邊緣網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)經(jīng)過協(xié)議解析后存儲或?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通。

（1）邊緣網(wǎng)關(guān)輪詢分析環(huán)境傳感器檢測的環(huán)境PM2.5值，超標后，可通過信息發(fā)布系統(tǒng)，在信息發(fā)布屏上顯示超標圖片及超標值，通過公共廣播系統(tǒng)告知市民。上報數(shù)據(jù)到云平臺，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)及云平臺四個系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。

（2）邊緣網(wǎng)關(guān)輪詢分析水位傳感器的水位值，超過警戒線后，涉水路段的LED路燈亮度調(diào)節(jié)到最大值，在涉水路段前方，提前通過信息發(fā)布系統(tǒng)和公共廣播系統(tǒng)，告知行人“涉水路段，小心駕駛”等告警信息。

邊緣網(wǎng)關(guān)聯(lián)動涉水路段附近的攝像頭，旋轉(zhuǎn)到涉水路段方向，錄取涉水現(xiàn)場視頻，邊緣網(wǎng)關(guān)存儲現(xiàn)場視頻，上報告警信息到云平臺。實現(xiàn)了LED照明系統(tǒng)、水位監(jiān)測系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及云平臺六個系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。

城市道路上井蓋監(jiān)測系統(tǒng)、地磁監(jiān)測系統(tǒng)、消防栓監(jiān)測系統(tǒng)等，發(fā)生告警信息后，可以通過邊緣網(wǎng)關(guān)，與智慧燈桿上的信息發(fā)布系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、LED照明系統(tǒng)等互聯(lián)互通，協(xié)同運作。

3 “多桿合一”智慧燈桿是未來城市的支點

隨著5G的到來，互聯(lián)網(wǎng)更多以物聯(lián)網(wǎng)的形式存在，信息的流通和共享會更加順暢，各種數(shù)據(jù)會變成網(wǎng)格化、平面化的信息傳輸，打破“信息孤島”現(xiàn)象，在這種情況下，才能夠真正實現(xiàn)智慧城市。因此，5G作為未來城市建設(shè)的技術(shù)利器，將會以更快、更好的方式連接數(shù)十億物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，不斷創(chuàng)新城市應(yīng)用，豐富智慧城市的內(nèi)涵。

3.1 “多桿合一”利于未來城市數(shù)據(jù)的連接

未來智慧城市的建設(shè)需要實現(xiàn)信息互聯(lián)共享、萬物互聯(lián)、多種智能系統(tǒng)，每個系統(tǒng)均會使用各種各樣的傳感器和智能設(shè)備，必須連接這些設(shè)備，使系統(tǒng)正常使用。大規(guī)模的智能系統(tǒng)需要一條總線貫穿各種設(shè)備，分布的智能設(shè)備需要相對聚焦，便于信號與能源的連接，“多桿合一”的技術(shù)可為這些設(shè)備提供便捷的連接點，通過光纖網(wǎng)采集所有的設(shè)備及系統(tǒng)數(shù)據(jù)，形成真正的互聯(lián)共享。

3.2 “多桿合一”利于未來城市數(shù)據(jù)資源的整合使用

“多桿合一”在實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)共享的基礎(chǔ)上，還可通過其自身的平臺系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進行處理，便于以地理定位為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)整合，降低整合的復(fù)雜性，便于以新視角分析不同的感知信息。多方互聯(lián)的數(shù)據(jù)可產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)分析維度，有助于挖掘更多的信息，豐富智能控制的模式。

3.3 “多桿合一”利于提升未來城市智能系統(tǒng)的建設(shè)效率

“多桿合一”能夠加快智慧城市的建設(shè)。智慧城市需要建立完善的感知網(wǎng)及諸多城市智能化系統(tǒng)，“多桿合一”為城市感知網(wǎng)及智能系統(tǒng)提供了標準化的機架與信號連接總線，每個燈桿均可以成為安裝智能設(shè)備的機架，標準化的機架系統(tǒng)能夠降低城市智能設(shè)施的安裝成本，提高城市感知網(wǎng)與智能系統(tǒng)的建設(shè)效率。

3.4 “多桿合一”利于未來城市智能系統(tǒng)建設(shè)標準化

以燈桿為標準機架的系統(tǒng)建設(shè)模式可成為具有競爭力的行業(yè)標準，可有效降低城市智能系統(tǒng)的建設(shè)成本，提升不同智能系統(tǒng)之間的互操作性，有助于城市智能系統(tǒng)間的合作及智能服務(wù)模式的創(chuàng)新。

標準化的機架系統(tǒng)為數(shù)據(jù)整合與數(shù)據(jù)分析提供了方便性，低成本、互操作、易整合等方便性形成了整體的競爭優(yōu)勢，形成了有助于智能城市發(fā)展的生態(tài)環(huán)境。環(huán)境優(yōu)勢能夠促進城市智能系統(tǒng)建設(shè)的馬太效應(yīng)，使城市智能系統(tǒng)發(fā)展更迅速。

4 結(jié)語

LED路燈及燈桿是城市公共設(shè)施中分布均勻、有規(guī)律、帶電、帶桿的載體，基于LED路燈及燈桿，將城市其他需要鐵桿的公共設(shè)施集于一體，避免重復(fù)建設(shè)，實現(xiàn)“多桿合一”。公共設(shè)施從物理位置方面實現(xiàn)了合一，且通過統(tǒng)一大數(shù)據(jù)管理平臺實現(xiàn)了信息共享方面的合一，打破了信息孤島?！岸鄺U合一”的智慧燈桿是未來大數(shù)據(jù)的采集、處理及分發(fā)的重要節(jié)點，是城市智慧化的支點。