基于多功能路灯的智慧城市信息化建设研究

王义

（深圳市市政设计研究院有限公司）

1 引言

随着智慧城市概念的推出，越来越多的城市将其纳入衡量城市管理水平的指标之一。在实践中，大多数采用数字化城市管理模式的城市，对城市管理的有效性、降低城市管理成本和促进精细管理都产生了显著的影响。其中，路灯是城市公共基础设施建设的重要内容之一，公共路灯是未来智慧城市获取信息的终端载体重要切入口，建立基于互联网和物联网的智能路灯公共系统已经成为相当一部分城市信息化建设的一种直接有效方式。

2 智能路灯系统概述

智能路灯系统是信息技术渗透到城市管理系统的具体体现。传统路灯只为城市提供照明功能，改变了人们的传统认知。智能路灯具有路灯远程开关和调光控制、远程交通监控、远程公共安全监控、远程信息发布、远程环境监控、灾害预警监控、一键报警和广播、路侧充电桩及自动驾驶车辆协同控制等多种功能。以信息技术为载体，构建自动化、智能化、系统化的路灯综合服务系统，满足城市管理多样化的功能需求。智能路灯系统还可以整合相关数据资源，由前端设备、通信传输设备和后端数据中心三个模块组成。前端设备由多个功能不同的传感器、摄像头、音频设备、发光二极管显示屏等设备组成。各种传感器是感知环境状态和收集数据信息的主要设备。高清摄像机可以实现前端音视频、图像等的实时采集。音频设备主要完成音频广播服务。显示屏是显示图片、文本、视频等的主要载体。通信传输设备是负责从前端设备接收数据信息的主要设备。接收到的信号被加密并上传到数据中心。后端数据中心是集成各种服务器、系统平台和监控中心等各种管理功能的网络架构平台，负责数据查询、接收和处理。

3 智能安全路灯系统的相关内容分析

3.1 安全方案分析

为了提高路灯的安全性能，加强智能路灯的远程控制，减少信息重复和被盗等不良现象的发生，相关部门按照国家电网安全标准开展了相关工作。ESAM安全芯片用于加强其安全系统的处理。数据加密采用SM1 算法，数据签名采用SM2 算法。这样做的好处主要包括以下两点:一方面可以有效提高工作效率，另一方面可以提高安全性，这是ESAM 更显著的优势，为智能路灯的安全提供了保障。

3.2 安全路灯系统分析

一般来说，智能路灯的系统架构主要由以下三部分组成:管理控制软件、现场环境采集反馈图和智能路灯安全通信系统。智能路灯通信系统可分为主站层、通信层和终端层。安全芯片和密钥管理系统的配合为智能路灯系统的安全提供了更加可靠的保护措施。

为了智能路灯系统的安全管理，应设立智能路灯安全管理机构，定期进行安全检查和安全风险评估，应采取措施控制检查和评估中出现的风险，并定期向主管单位报告。应对智能路灯的施工、安装、操作和维护人员进行安全培训，并制定安全操作规程和规范。未经授权，不得访问和非法收集、下载、共享或传输系统视频、图片、数据等信息。建立信息安全应急机制，制定应急预案，定期演练，重新评估和完善应急机制，确保智能路灯各设备的兼容性，避免功能模块相互干扰，应进行第三方的单元测试和整体测试，并应进行杆体力学验算与测试。智能路灯系统应具备防盗防破坏基本要求，对于系统设备运行产生的数据应由政府相关主管部门或授权第三方进行统一保存管理[1]。

4 基于路灯的智慧城市信息化建设

4.1 城市感知

由于城市污染、损坏或损失的基础设施和其他不利因素增多，从而导致了政府提出的要求越来越高。承载在智能路灯上的环境监测设备，可以准确快速的监测各个不同区域的温度、湿度、风力、噪音、PM10、PM2.5、降雨、水质等环境参数。城市道路上的各类井盖经常丢失、翻转，造成人员伤亡，在井盖下附上智能模块，通过物联网可以感知井盖状态。在路侧消火栓上增加智能模块，可以感知消火栓状态，为水务部门提供消火栓状态信息数据。视频全息感知对人行道上的行人进行人脸识别，也可以对道路积水进行图像识别，从而为城市安全提供保障。交通监控视频可采集车辆通行流量和速度参数以及对车牌进行识别等，为交通部门提供交通信息数据。WIFI 模块为市民提供无线互联网通信的同时，也可以为城市管理者提供公交车站人流信息。路灯充电桩为路侧电动汽车提供充电功能，道路侧车路协同设备可以为城市自动驾驶提供硬件支撑；一键报警及广播可以连接公安部门，为城市安全增加保障，信息发布屏可以为市民提供出行及信息服务。智能照明模块可以对路灯进行开关控制、调光控制及故障路灯报警，为路灯管理部门提供准确、全面的路灯管理信息。5G 是新一代移动通信最新技术，5G 基站建设相比4G 基站相对要更加密集，路灯杆作为城市公共基础设施，具有杆体距离合适和供电方便的优势，是5G 基站最好的承载体。城市感知终端设备是保障智慧城市建设的基本服务设施，为城市安全、实时监控的城市服务管理平台及时提供准确的信息[2]。

4.2 智能路灯维护系统设计

4.2.1 日常工作信息维护系统设计

维护系统的设计可以为智能路灯的高效运行提供保障。系统的日常维护必须以智能路灯系统的工作信息为基础，利用物联网和互联网技术收集智能路灯的工作信息。系统功能需要完成路灯控制系统是否达到预期效果、路灯工作状态是否稳定等信息的采集。该信息通过传感器采集和通信网络传输到中央处理器，以便管理人员根据路灯的运行情况调整运行参数或进行故障排除。

4.2.2 常见故障应急系统设计

为了减少智能路灯故障造成的损失，需要在智能路灯系统设计中增加应急系统设计，以保持智能路灯的高效运行。例如，故障报警系统是一个应急系统，可以及时排除智能路灯的故障，提醒人们迅速处理。报警系统以电路传输为载体，与控制中心有效连接。当智能路灯系统出现故障时，故障信息可以快速传输到控制中心。

4.3 智能路灯管理平台

智能路灯管理和数据分析，是用于基础数据管理、实时传送数据及其获得流量、环境和安全的事件，通过总结和分析上述数据，通过更直观的数据转换和分析，帮助城市实现精确的计算机信息化。以智能路灯照明平台管理为例，管理程序如下:

1）设备检查

启动/关闭控制、故障状态、照度时间设置和光检测数据允许对一盏灯进行简单的控制。

①独立路灯开关。公共照明的开启和关闭取决于每盏灯的位置、树木的黑暗和气候变化，环境变化是自主感知的。

②夜晚结束时很少有人使用的个人照明。在后半段的夜里，行人在路上的交通流量，客观上减少，以及路灯可以搜集(人数、车辆运行速度)来提供合适的照明。

③街道照明和导航系统联网。借助移动应用、夜间旅客可提前规划自己的路线和车辆及行人通行的位置，可实时接收的是光源的信号，谁都可以提前点亮每一个导航系统规划路线上的每一盏灯，甚至成为在偏僻地区的照明指南。

④色温变化。冬天的路灯是暖色的，夏天的路灯是冷色的，以缓解情绪。

2）智能故障报警

智能灯电源、电压及其波动、电源供电和故障报警。

3）辅助维护目标

通过监控运行参数，结合大云数据，路灯自动旋转并发出维护指令，使维护人员能够有效维护路灯。

①设备状况自我评价，维修方案建议。通过将云数据与终端瞬时数据进行比较，向维护人员提出维护计划。

②电缆防盗。该系统具有短信报警功能，用户可以通过手机设置报警主机的参数。

③自我修复和维护后的评估。终端可以立即下载数据，将其与健康状况进行比较，并主动报告问题。维护完成后，对安装进行评估并记录数据。

5 结语

智能路灯作为智慧城市的重要组成部分，是未来路灯的发展趋势。随着5G应用加速、物联网发展、人工智能、通信技术、电子工业等技术的发展、感知环境的变化、视频全息感知、万物互联、城市光照强度的自动调节以及智能路灯带来的多场景自动切换，城市的管理水平得到了提高，为市民的工作、生活和学习提供了绿色、智能的环境技术。未来，随着智慧城市和智能路灯的广泛应用，更多绿色、标准化、智能化的城市标志将越来越多地进入人们的生活，改变人们的生活方向。智能路灯的创新和发展，智慧城市的建设和发展必将越来越好。