结合国家级新区“赣江新区”道路——“赣新大道”谈智慧路灯设计

李志高 徐凌峰

深圳市城市交通规划设计研究中心有限公司 广东 深圳 518057

1 、引言

近年来得益于网络技术的高速发展，智能化在日常生活中的应用已越来越广泛，“智慧城市”正逐渐由概念进入实用。智慧路灯便是智慧城市概念下的产物，智慧路灯建设有三项重大意义：一、在采用PWM智能调光的基础上可根据车流量大小实现按需调光，使调光方案更加灵活，可最大程度的节能；二、智慧路灯是一套集成了路灯及弱电设备的系统，其具有“多杆合一”特点，即多种设备共用路灯灯杆，比如可在灯杆上搭载车流量检测、行人检测、交通诱导屏等；不仅节省投资，亦可有效的减少道路上各种杆件数量，提升景观效果；三、智慧路灯可充分利用网络技术的发展，扩展现状道路所不具备的智慧功能，比如可在路灯杆上搭载WIFI探测、环境检测、报警呼叫等设备，不仅便于交通运输部门对道路的管理，同时也为交警、城管、气象等部门提供业务数据支撑，为后期的自动驾驶和智慧城市升级预留硬件基础。

2 、智慧路灯系统组成

深圳市城市交通规划设计研究中心有限公司（以下简称“中心”）于2015年研制智慧路灯，其方案已在深圳市侨香路进行设计并已运行，效果良好；由于智慧路灯目前尚无国标及行标，各公司研制的智慧路灯形态组成上可能有所不同，因此本文所述智慧路灯组成主要基于“中心”所研制智慧路灯，但无论什么样的智慧路灯，其基本功能应是大同小异的。

智慧路灯的整个组成可如下图1所示，依据此图我们对其中各设备进行分别介绍，以了解各设备的功能；

图1：智慧路灯组成图

（1）智能照明：智能照明为智慧路灯的基本功能，智能照明由普通照明发展而来，其与基本照明的关键差别在于智能照明采用PWM调光。

（2）视频监控：实时采集道路交通流参数，如流量、速度、车辆类型等参数，提供道路实时视频监控。

（3）DSRC车路协同：建立路侧设备与车载设备之间的通讯，实现车路协同交互；检测公交车或特种车辆的位置，调整交叉口信号配时方案，实现信号优先控制；安装在路灯杆上的路侧设备即是上图中的DSRC车路协同；值得注意的是，车路协同有另外一种LTE-V技术，本文主要介绍“中心”应用较多的DSRC技术。

（4）物联网中继：支持沿线智慧道钉、智能边坡、智能井盖、智能垃圾桶等物联网设备的数据接入，为实现物联网的一个中间继电器。

（5）环境监测：实时检测区域的环境数据，包括PM2.5、PM10、温湿度、噪声、CO等，实现对道路沿线排放与噪声等交通污染的实时监控。

（6）无线网络：连接光纤网络构建道路全覆盖的无线AP，为公众提供道路沿线的无线上网服务；准确检测覆盖区域内的手机设备，实现人流量监测与人群聚集异常预警。

（7）信息发布：基于低成本、小型的双面信息屏，根据安装位置和内容可用作行人诱导屏或三级停车诱导屏，可实现对路况、停车位、周边楼宇/景点、行程时间、公交到站、交通事故等多源信息的发布。

（8）险情上报：实现与指挥控制中心的语音通话，迅速上报警情。

3 、智慧路灯各功能的实现

智慧路灯由概念到现实，其关键设备就是我们的“边缘计算网关”，又称为“智慧控制核心板”，其作用是设备集成化管控、数据协议传输、边缘计算、视频图像（含道路险情及异常）智能识别，通俗的说就是所有功能的实现由各功能的设备通过有线连接到边缘计算网关上，其兼具微型计算器和以太网交换机的功能，当然也有部分产品仅具微型计算器功能，需另行配置以太网交换机，边缘计算网关安装在路灯的接线门内。以下为“中心”某计算网关示意图：

图2：边缘计算网关示意图

通过边缘计算网关示意图，我们可以看到，其上有多种类的接口，那么这些接口的作用便是用来连接各类智能设备的，各智能设备与边缘计算网关的连接方式可参考下图（不同智能设备产品所带的接口会有所不同，连接方式亦会有所不同），下面分别介绍各设备的连接方式：

图3：边缘计算网关与各智能设备连接示意图

4 、智慧路灯设计

简要介绍智慧路灯组成及其功能的实现后，下面以“赣新大道”智慧路灯设计工程为例介绍智慧设计过程及注意事项。

工程概况：“赣新大道”起点位于南昌市兴业大道和经开大道交叉口处，向北经桑海产业园、永修县，终点位于共青市北环路与共安大道交叉口处，道路全长55.10公里，道路等级为城市快速路，道路外侧设置非机动车道和人行道。

“赣新大道”照明方案根据计算已确定为双侧对称布置，间距S=40m，单杆光源采用270Wx2，经与业主及相应管理部门确定灯杆上安装监控、DSRC车路协同，照明采用PWM智能调光。

（1）智能调光设计：由图3“边缘计算网关与各智能设备连接示意图”可知采用PWM调光时可采用RS232接口与边缘计算网关连接，但采用此种连接方式存在一个较大缺点：设计智慧路灯时并不是道路上所有路灯都需要安装智能设备，通常智能设备的安装有一定间距，大部分路灯（约有2/3）其实仍为常规路灯；若全部采用此种连接方案势必要求全部路灯都配置边缘计算网关，增加造价降低系统可靠性，影响道路照明基本功能的实现；

基于上述考虑，本工程在设计智慧路灯时，智能调光部分采用了独立系统，即不使用边缘计算网关作为PWM调光设备，而是使用了另一种较为成熟的PWM调光方式--电力载波PWM方式，此种方式利用路灯电源电缆同时兼做调光信号传输电缆；采用此种方案时可不安装边缘计算网关，节省投资的同时增加系统的可靠性。

（2）监控设计：监控摄像机与边缘计算网关采用RJ45（即我们常见的计算机网口）接口连接，此处与我们做监控系统时监控摄像机与交换机的连接相类似。

（3）DSRC车路协同设计：DSRC车路协同与边缘计算网关的连接应查询相应的设备为准，此类设备目前市场上并不多，因为设计者对此类设备往往缺乏直管的概念，因此在此项设计上往往会显得比较谨慎；此处提供某个DSRC车路协同设备的技术参数，以便设计者选择时有一定参考性；

表1：某DSRC车路协同参数表

（4）智慧路灯系统图表示：经过上述描述，可明确智慧路灯上各智能设备与边缘计算网关连接方式，在设计图纸上应明确表示此项，并应表示各智能设备的供电关系，下图仅供设计同行进行参考；

图4：智慧路灯接线示意图

5 、 智慧路灯设计注意事项

（1）智慧路灯供电：智慧路灯上安装的光源等通常采用220V市电即可，但安装的智能设备通常为直流电压供电或者低电压的交流电压供电，部分产品采用POE供电方式；因此本处应另行安装开关电源，甚至是可提供多电压等级的开关电源。

（2）智慧路灯用电的计量：各智能设备后期运营时管理部门较多，路灯管理处、交委、交警、公交公司等，因此理论上各智能设备应分开计量，但分开计量应于开关电源下端（智能设备端）安装计量装置，增加成本的同时亦会增加智慧路灯的故障点，其实际中并不具有很好的操作性；因此本工程采用各智能设备共用一回路供电，于照明控制柜里进行计量，再由各管理部门按比例缴纳电费。

6 、结论

智慧路灯作为一项新兴事物越来越受到推广，会有越来越多的智能设备进入市场，设计者在进行智能设备与边缘计算网关的连接时应具体到设备，应根据每一设备的样本进行接口、开关电源的选择，此项便是智慧路灯设计的关键。