多功能智慧灯杆模块化与标准化的几点建议

吕振兴，吴川贵，郑智伟，田希恒

（中建二局第一建筑工程有限公司，北京100176）

1 多功能智慧灯杆发展概述

为顺应智慧型城市的发展，多功能智慧灯杆的建设被逐步提上日程，同时，部分城市已经在积极推行多功能智慧灯杆建设工作。随着社会经济的发展，居民的生活水平得以提升，对基础功能的要求越来越高，给多功能智慧灯杆的发展提供了推动力。物联网技术、5G通信技术等前沿技术均取得突出的发展成果，使得灯杆的功能更复杂。此时，如何协调好各功能的关系以及构成规模化的多功能智慧灯杆系统成为重要的发展方向，也是现阶段待需解决的问题。

为带动多功能智慧灯杆向高层次方向发展，在设计和建设中应充分考虑模块化和标准化的理念。

1）模块化。多功能智慧灯杆的突出特征在于其功能丰富，如何在相对有限的空间中有机协调各项功能是值得重点关注的内容。针对各项功能，通过相同模块组件的应用实现深度整合，降低灯杆的复杂度，精简设备，更为便捷地实现各项功能。

2）标准化。需要从内到外全方位建设多功能智慧灯杆，提升多功能智慧灯杆建设的标准化水平，使各硬件装置规范运行。在标准化建设中，应打破功能模块间的技术壁垒，将设计和生产建设效率提升至全新的层次，使多功能智慧灯杆高效且稳定运行，减少运维工作量。

5G通信技术为多功能智慧灯杆的发展提供了可靠的技术支撑，在5G通信中应用到的高频无线电波具有信息体量大、带宽大的特点，“网速”大幅提高。但高频无线电波的“穿墙”能力不足，因而仅在特定的空间内具有突出的作用，信号覆盖范围较小，需配套丰富的微基站。通过大量5G微基站与多功能智慧灯杆的融合实现灯杆的各项功能。

2 智慧灯杆的模块化

2.1 光源的模块化

LED灯是常见的照明设施，模块化设计方法有利于提高LED灯的照明水平，丰富其功能。在LED光源模块化设计中注重考虑集成应用设计要点，以30 W的标准光源为例，可根据需求对其组合，得到60 W、90 W、120 W乃至更高功率的光源，组合形式简单，功能稳定可靠，具有便于设计、经济高效的应用优势。光源模组的外置电源可选形式丰富、现阶段市面上有诸多性价比高、技术可靠的产品。

纵观行业发展趋势，高压线性驱动电源集成具有突破性意义，其优势在于精简部分LED照明灯具的外置电源，减少在此方面的配置工作量并降低成本。其中，光电引擎技术颇具代表性，根据LED光源的工作特点，联合高压线性恒流驱动电源、整流桥堆，将各自共同集成至特定的金属板上。此外，高压线性驱动芯片在内部组成、运行性能、功率等方面均有所突破，其为LED产品去电源化目标的实现提供了更多支持。

智能LED路灯光源模块具有高度集成的特性，包含LED光源模组、智能摄像系统等，兼容丰富的功能，例如，摄像、单灯控制、无线通信，彰显出多功能智慧灯杆的功能多样化特征。

2.2 传感器的高度集成

借助多样化的传感器，针对各类形式的非电量信号做转换处理，目的在于产生电信号，为数字化处理工作开展夯实基础，为实现灯杆智慧化目标提供可靠支持。

视频监视器属于视觉传感器，其分辨率可达200万像素，捕捉运动图像无锯齿，耐久可靠，绝大部分场景中照射距离可达20～50 m，若适配的是8～32 mm镜头，该距离将进一步延长，达到30～100 m，功能实用性特征突出；能避免夜间红外过曝的问题；电磁式/电机式滤光片切换器（ICR）红外滤片式自动切换，兼顾日间和夜间2个时段的监控要求，实现全天候的监测。

从照明的角度来看，照度是设计和建设中需重点考虑的内容。照度传感器应用的是光电效应，针对光信号做转换操作，产生电信号。部分太阳光汇聚至传感器的感光区域，在蓝色和黄色高级滤光片的联合应用下过滤除了可见光外的其他各类光线，经过处理后仅剩下可见光，该部分照射至光敏二极管处，由该元件转化成电信号，进而进入单片机系统内，进行温度补偿，输出线性电信号。

2.3 智慧灯杆充电站的建设

智慧灯杆充电站是以多功能智慧灯杆为基础而产生的衍生产品，其设想较为美好，但就实际运行环境来看，在道路周边随意停车充电缺乏可行性，原因在于电动汽车在灯杆周边充电会严重扰乱交通秩序，导致道路拥堵。相比之下，在停车场对电动汽车充电是一种兼具美好设想和实际可行性的折中方案，可优化部分路灯杆，下设充电站，满足充电需求。电动汽车的充电装置为充电桩，依据充电方式的不同划分为交流充电桩和直流充电桩两类，各自的应用特性存在差异。其中，交流充电桩常见于停车场，服务对象为普通纯电动轿车，达到充满电的状态耗时约4～5 h，充电效率较低，但造价较低，具备经济效益，适用于小型车；直流充电桩则具有充电效率较高的特点，以三相四线制的方式连接电网，无论是输出的电压还是电流其调整范围普遍较大，提供的电力充足，适用于电动大巴车以及公交电车的充电。

近年来，电动汽车换电站的发展势头迅猛，其转变了充电思路，即以较快的速度更换锂动力电池组（通常仅需几分钟即可），为电力不足的电动汽车替换电力充足的电池组，使其在不充电的前提下快速上路，而换下的电池组可接受充电，以满足下一次的更换要求。可以发现电动汽车换电站更侧重于效率的提升。但从另一角度来看，其或许会对灯杆充电桩的发展造成制约性影响[1]。

2.4 无线集控网络

智慧路灯的组成包含LED光源、传感器等，市面上产品的类型丰富，可根据设计需求合理选择性价比高的产品。但硬件产品功能的实现需得到软件的配合，即适配智能集控软件用于驱动硬件的高效运行。例如，某路段涵盖多处路灯，通过无线网络、云平台的联合应用实现数据库指令向集控器的传输，而后将指令送至各受控灯杆，以自动化的方式实现特定的功能，如路灯的点亮与熄灭、亮度的灵活调节。

无线网络的形式较多，以通用分组无线服务（GPRS）/可编程逻辑控制器（PLC）为例，基于该无线网络的路灯集控系统示意图，依托于GPRS无线传输的模式将控制指令传至分路集控器，再由电力线载波PLC分送至路灯杆，实现精细化控制覆盖范围内各处路灯的运行状态。

除前述所提的无线路灯集控系统外，码分多址（GPRS/CDMA）智慧路灯控制系统等在工作理念上均与之类似，主要差异体现在传输机制的层面。对于GPRS/PLC无线路灯集控系统，其利用PLC有线传输给分路灯，而GPRS/CDMA智慧路灯控制系统则应用网络的无线传输模式。

3 多功能智慧灯杆的标准化

标准化设计的基本思路在于灯杆不同高度搭载设备的标准化，不同高度设备搭载情况见表1；灯杆不同功能数量对应灯杆等级的标准化，以搭载功能数量为依据的灯杆分类见表2。

表1 灯杆不同高度设备搭载情况

表2 以功能数管为依据的灯杆分类

3.1 灯杆杆体型材的标准化

标准化是实现产业规模化生产的必要前提，在践行标准化的设计理念并采用科学的设计方法后，方可缩短灯杆设计和生产耗费的时间，并减少人力资源、材料等方面的投入，提高经济效益。例如，设计出带有可加装和可拆卸功能的滑轨式灯杆型材，其灵活性较强，后期基于现有灯杆的增减配置工作更便捷，为功能优化和整体升级创设了良好的条件。

3.2 拔插模块的标准化

类似于国际通行的USB插接孔，在拔插模块的标准化设计与建设中，要求各适配了拔插模块对接插头的装置之间均实现精准对接，随之打通彼此间的“技术隔阂”，将拔插模块共同联系至一体。在促进拔插模块标准化水平的提升后，为多功能智慧灯杆后期的运维工作提供了便捷条件，同时高效完成对现有灯杆的功能拓展。

4 结语

市场需求给多功能智慧灯杆行业的发展带来了推动作用，5G、物联网等提供了技术领域的支持，有助于多功能智慧灯杆的高质化发展。在此背景下，需要合理应用技术资源，并在设计及建设中践行模块化和标准化的理念，提高多功能智慧灯杆内部元件的集约化水平，打破各元件相互独立的僵局，提高多功能智慧灯杆的整体运行水平，为智慧型城市的构建贡献力量。