智慧灯杆在道路照明改造中的应用

蔡仁丰

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司海南分院）

1 引言

随着物联网、互联网、云计算等新一代信息技术的广泛应用，智慧城市已成必然趋势，近年来智慧城市新政频出，我国各大城市掀起了智慧城市建设高潮。物联网技术逐渐应用到城市基础设施建设中，特别是与城市道路照明设施的关系日益紧密。

路灯是城市照明的载体，在市政道路设施中是不可或缺的设施，发挥着举足轻重的作用。探讨路灯灯杆通过运用通信互联网的功能，将功能照明、视频监控、交通管理、环境监测、充电桩、公共广播、无线通信等融为一体的智慧灯杆照明系统。同时对智慧灯杆配电问题进行探讨并以工程实例阐述，便于日后在海口市道路照明改造中推广应用，为市民的工作和生活带来便利。

2 智慧灯杆

2.1 定义

智慧灯杆是将充电桩无线通信以及电子屏幕等多种传感器组成的一种新型的城市基础设施。智慧灯杆是“一杆多用”的多功能载体，具有“供电、网络、控制”特征，不但实现灯杆复合利用、节约城市土地资源、美化城市环境，而且智慧灯杆特有的取电、入网等功能，可为传统电网覆盖范围之外的公共区域设备设施供电、接网，形成“城市插座”。

2.2 应用优势

①“一杆多用”的智慧灯杆不仅节约能源，也可以减少对城市土地的占用，促进资源的高效利用。

②覆盖面广，在城市的地面公共基础设施中路灯的覆盖面较为广泛。

③实现多种功能的集成化。

④施工方便，快速实施。

3 智慧灯杆的功能设计

1）智慧照明

智慧灯杆的照明功能主要由两部分组成：照明系统、平台软件。照明系统需要控制所使用的灯具具有更加节能的效果，平台软件需控制使灯杆更加智慧化。根据道路车流量或人流量、光照情况对路灯的开、关及亮度进行智能调控，保证亮度符合公共照明标准，又避免过度照明，可以延长灯具寿命，实现对灯具的遥控、遥测、遥信、遥视、遥调的“五遥”功能，将传统的人工巡检方式转变为系统主动告警，提升路灯日常运维质量与效率，减少人工巡检的成本和人力物力。

2）视频监控

智慧路灯的视频监控功能需要在智慧灯杆上预留有安装插口或者接口，可以连接网以及供电系统和摄像机。视频监控功能一般用于智慧警务系统，这样可以方便与监控系统的实时管理监控。

3）环境监测

智慧灯杆还具有一定的环境监测功能，能够实时监测湿度、温度、风速风向、噪音等。前期需要在灯杆上预留安装接口，便于远程集中管理与控制。

4）充电桩

充电桩应在智慧灯杆路边有机动车停车位时设置，有效解决充电桩、充电站建设过程中征地难问题；在智慧灯杆路边有非机动车停车位时设置电动车充电桩，解决电动车充电的问题。人们可以通过扫码付费，同时该系统实现了对充电桩的远程监控管理。

5）公共广播

智慧灯杆还可设置公共广播功能，需要前期在灯杆上预留一定的安装接口，后期可以把音频线插入灯杆，实现公共广播的接入同时实时集中管理。

6）无线通信

智慧灯杆可以支持无线WiFi 功能，通过前期预留安装接口便于网络设备的安装。实现路灯覆盖区域WiFi 免费覆盖，方便市民出行、浏览网络等。

4 配电设计

4.1 高压系统设计

路灯照明系统一般采用预装式变电站（箱式变电站）供电，高压侧配电柜一般采用环网柜。高压进线开关采用负荷开关-熔断器组合电器时，应在电源侧装设隔离开关，满足《20kV 及以下变电所设计规范》（GB 50053-2013）第3.2.10条要求[1]。当检修熔断器或负荷开关时电源侧能有明显的断开点，以确保安全。

城市10kV 配电系统接地型式主要有不接地、消弧线圈接地、经小电阻接地。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T 50064-2014）第4.4.2 条要求[2]，有效接地和低电阻接地系统，接地故障清除时间≤10s 时，MOA 的额定电压可按式（4.4.2-1）选取。非有效接地系统，接地故障清除时间≤10s时，MOA 的额定电压可按式（4.4.2-2）选取。

式中：UR为MOA 的额定电压，kV；UT为系统的暂态过电压，kV。

4.2 低压侧配电系统设计

智慧照明的负荷可以分为路灯照明负荷及智慧设施负荷，一般照明负荷的负荷等级为三级，普通智慧设施的负荷可按三级设计。配电型式采用链式配电，箱变位于负荷中心或者主要道路的交叉口，由箱变沿道路方向敷设照明电缆及智慧设施电缆。由于共杆设置，两种供电电缆分别穿不同保护管敷设的方式。每个供电回路的供电半径根据电缆载流量、回路压降、出线断路器的灵敏度综合确定。

箱式变电站的低压负荷主要为路灯照明、智慧设施，同时为景观照明、交通信号系统、广告照明预留负荷。低压配电系统可以分为低压出线总断路器、路灯照明回路总断路器、智慧设施回路总断路器、预留景观照明回路总断路器、预留交通信号系统回路总断路器、预留广告照明回路总断路器。路灯配电回路断路器应设漏电保护，满足《民用建筑电气设计规范》（JGJT 16-2008）第10.9.3 要求[3]。

5 弱电工程设计

智慧照明弱电工程主要为智慧灯杆视频监控、环境监测、无线通信等模块的预留[4]，方便随时接入相应的监测系统。同时敷设通信保护管线，避免日后再次重复开挖等。

6 国内应用案例

国内有很多地方实现了智慧灯杆的使用，主要为在原有灯杆上进行改造或整杆新建，以下列举两个国内应用的案例。

6.1 贵阳滨河智慧景观照明项目

该项目应用于2017 年，作为贵阳市“建新城，疏老城”城市战略发展的一部分，贵阳市西路环境综合整治被列为贵州省、贵阳市的省市两级重点项目，改造后的西市路将成为贵州省首条滨河商业步行街。以智慧庭院灯作为载体，整合灯体的智能控制、水位监测、人流密集度监测、人脸识别、WiFi 覆盖、道路情报信息及环境监测等。

6.2 西安高新区智慧照明项目

该项目应用于2019 年，在西安市、甚至是整个西北地区安装的第一批智慧路灯，加载了LED 照明、5G 微基站、视频监控、WiFi 信号、环境监测、智能井盖管理、停车位管理等功能模块，在完成照明的基础上，同时承担其他公共服务，实现了多杆合一、互联互通、一杆多能。

7 工程实例

以海口市海府路改造工程为例。2015 年7 月31 日，海口市举行创建全国文明城市和国家卫生城市动员大会，宣告海口市“双创”活动正式启动，海口将力争用三年时间捧回“全国文明城市”和“国家卫生城市”两块金字招牌。2017 年7 月，应市政管理局要求，海府路改造需对照“国际化滨江滨海花园城市”定位，对路面进行全面提升改造。2017 年9 月，海府路改造工程一个月内同时设计同时施工，在2017 年10 月1日国庆节前设计施工完成通车。

海府路改造工程，主道道路全长4192.555m，起点桩号K0+000，终点桩号K4+192.555，路幅标准宽度50m，属城市主干路。电气工程主要为更换箱式变压器、路灯照明干线电缆及路灯接线电缆、更换路灯灯杆、人行道庭院灯设计。

本工程考虑设置人行道路段设置庭院灯，灯具功率为30W，在人行道侧布置，杆高4m，灯杆基本间距20m，采用LED 光源。设计中庭院灯设置智慧照明系统，具体功能要求如下：路灯无线网络系统搭载了高速通信网络，可提供无线wifi 连接信号。实现全路域无缝移动连接、预留视频监控接口、预留电动车充电桩、预留公共广播接口，达到一杆多用的功能。在敷设路灯电缆的同时，埋设2 根弱电保护管，便于后期弱电管线敷设。

此外，更换了箱式变电站，对高低压配电进行设计，低压负荷按照路灯照明、智慧设施，同时为景观照明、交通信号系统、广告照明预留负荷。

8 结语

随着城市化的不断发展，智慧灯杆日后必将是一项重要的民生工程，符合“智慧城市”建设的高标准、高定位，能全面提升城市的建设水平及影响力。本文描述了智慧灯杆设计中的一些常见内容，为以后海口市的智慧照明改造提供一些思路和见解，期待未来几年智慧灯杆能深入应用到海口市的道路照明改造中，全面打造成为国际化滨江滨海花园城市。