智慧城市目标下的路灯转型发展

袁洪涛，吴 茜，白海亮

（重庆市城市照明中心，重庆 400000）

1 背景

2016年，随着“十三五”规划的出炉，各省市把智慧城市建设作为城市发展的重心，同时相关政策文件分别从总体架构、具体应用等角度对智慧城市建设提出了鼓励措施，一系列政策的颁布实施为智慧城市建设指明了方向与目标。智慧城市建设离不开各类智能感知设备，作为这些设备的天然载体，智慧灯杆正式落地。

《“十四五”数字经济发展规划》提出：“推动智能计算中心有序发展，打造智能算力、通用算法和开发平台一体化的新型智能基础设施，面向政务服务、智慧城市、智能制造、自动驾驶、语言智能等重点新兴领域，提供体系化的人工智能服务。”《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》提出：“加快节能低碳技术的研发推广，支持技术创新和模式创新。加强对基础设施资源的整合与共享，提升资源利用效率。推动老旧基础设施转型升级。”《重庆市城市管理行业发展“十四五”规划（2021—2025年）》提出：“科学有序推进多杆合一建设，净化城市道路空间，美化道路环境。”

近年来，随着相关政策的陆续出台及5G技术的商用推广，智慧灯杆也进入了发展的“快车道”。智慧灯杆作为新兴城市公共设施，通过整合城市各类杆型设施、挂载各类设备和传感器，采集城市前端数据信息，实时将各类信息数据汇集到城市“大脑”中，是智慧城市的“神经元”。智慧城市可通过遍布城市各个角落的灯杆网络，打造解决问题“管用”、基层一线“爱用”、人民群众“受用”的各类数字化应用场景，如智慧照明、智慧通信、智慧安防、智慧交通、智慧环保、智慧联动等，从而不断提升老百姓的“数字幸福感”，让老百姓切实感受到智慧城市带来的温度。

2 重庆市智慧灯杆发展历程

随着智慧城市时代的到来，为推进城市管理精细化，重庆在智慧灯杆建设上，也在不断创新突破，并取得了实质性进展。特别是近年来重庆市以代表性的示范项目为重点，“以点带面”推动全市智慧灯杆不断发展。

2.1 渝中区洪崖洞多功能灯杆示范项目

2019年，该项目作为重庆第一个多功能杆示范项目在洪崖洞正式投用，共建成10根智慧灯杆。在项目前期综合考虑洪崖洞的旅游景点定位，智慧灯杆的外形与洪崖洞的风格类型相同，首次实现集手机充电、环境监测、紧急报警、安防监控、井盖监测、广播、LED屏、信息交互、Wi-Fi覆盖等于一体的多功能智慧灯杆［1］。该项目不仅美化了城市道路，提升了城市道路照明的智能化水平，还为广大市民和游客的出行提供了便利。

2.2 两江新区礼嘉智慧公园礼铭路智慧灯杆项目

2020年，在两江新区礼嘉智慧公园门口礼铭路建设的智慧灯杆项目正式亮相，共建成77根“多杆合一”的智慧路灯，实现了红绿灯、交通指示牌等交通安全设施、天网、治安监控等应急指挥设施以及视频摄像头、照明等城市管理设施的整合，进一步促进社会资源共享，成为重庆首条“多杆合一”的道路。

2.3 渝中区中山四路“多杆合一”项目

2021年，在渝中区中山四路实施的“多杆合一”项目，通过将道路多类杆体设施集约整合，使中山四路的95根杆体减少到46根，杆体从底部到顶部分别有市政井盖、排水监测、指示牌、监控摄像头、人行和车行红绿灯、照明灯具等，有效解决各类杆体占道的问题，使路面更加整洁美观。除了渝中区的中山四路，仙桃数据谷、解放碑—朝天门步行大道、云阳三峡库区、科学城、龙洲湾商圈等片区的“多杆合一”智慧灯杆亦纷纷亮相，为重庆“智慧名城”的打造不断聚能。

2.4 “两江四岸”核心区一体化智慧灯杆建设项目

2022年，重庆市以“两江四岸”核心区一体化建设为目标，对洪崖洞及来福士路段的灯杆进行整合设计，结合其道路实际及照明设施建设情况，充分利用已有的路灯点位，选择智慧灯杆布点位置，将10个产权单位的128根杆件整合为88根，减少了32%的杆件，建成了集照明、LED信息发布、5G基站、广播音响、监控摄像机、全景摄像机、电子警察、违停抓拍、车路协同、自适应人行信号灯等多种功能于一体的智慧灯杆。

3 智慧灯杆的技术架构

现阶段，重庆道路路灯灯杆逐渐形成了4种主要的形态。

1）回路控制。目前重庆大多数地方使用的是通过回路方式控制的路灯，根据灯的亮灭可实现隔盏亮灯、全夜灯、半夜灯、自定义时间亮灯等。

2）单灯控制。搭载了单灯控制器，通过电力载波、NB-Iot、4G CAT.1等通信方式，可按照不同需求对路灯的灯光亮度进行调节，实现全开模式、节能模式、深夜模式、节假日模式、自定义模式等。

3）多杆合一。搭载含单灯控制器在内的其他多种道路公共设施的“多杆合一”灯杆，不同权属单位各自进行管理，节约了城市的道路空间，提升了城市的品质形象。

4）智慧灯杆。在“多杆合一”的基础上结合不同应用场景，加持网络通信和信息化服务，通过智能感知、边缘计算、大数据等手段，实现了各种道路公共设施的联合协作，极大提高了城市道路管网的智慧化水平。

近几年，智慧灯杆技术逐步走向成熟，智慧灯杆正成为构建城市物联感知网络、打造新型智慧城市的数字底座。

智慧灯杆的系统架构主要包括终端感知层、网络传输层和平台应用层［2］。

3.1 终端感知层

终端感知层是智慧灯杆系统的底层硬件设备，主要有5G基站、智能照明、气象监测、环境监测、智慧喷淋系统、LED屏、Wi-Fi、交通信号灯、交通视频监控、交通标志标牌、公共广播、治安监控、紧急呼叫、手机充电、新能源车充电桩、井盖监测、垃圾箱监测等，负责城市各种基础信息的收集并执行平台及网关下达的指令。

3.2 网络传输层

网络传输层主要有边缘计算网关设备及为终端感知层与平台应用层间提供可靠、高效的信息通信网络，边缘计算可以使一些操作和命令在本地直接进行，减少了数据的传输，提高了系统的效率。

3.3 平台应用层

平台应用层以智慧灯杆综合管理平台为基础，搭载了智慧照明、智慧环保、智慧交通、智慧安监、智慧市政等应用服务，负责接收、处理及存储数据，并下达指令到感知终端。平台应按标准协议搭建，预留API接口，方便与上下级平台的对接及后期扩展功能。

4 存在的问题

随着城市道路中智慧灯杆和智能设备装配的推广，智慧灯杆所承担的功能和角色也越来越多。目前，重庆智慧灯杆虽处于快速发展阶段，但仍存在一些亟待解决的问题。

4.1 功能堆砌，资源浪费

由于行业认知不统一，智慧灯杆产品技术质量参差不齐［3］，在建设时一味追求功能拓展，赶时髦，常常与实际使用脱轨，部分功能后期使用率低，容易误导市场，影响智慧灯杆行业的整体发展。

4.2 多头管理，协调困难

目前，智慧灯杆搭载的设备涉及照明、交通、市政、通信、气象、公安、环保、广告等多个领域，分属不同部门管理，但各管理部门之间很难建立数据共享机制，容易造成多头管理、交叉管理、管理漏洞等情形，部门之间沟通协调难度大，数据资源分散在各部门容易形成“数据孤岛”，不利于智慧城市建设。

4.3 协议私有，互不兼容

智慧灯杆项目中存在单灯控制器模块协议私有的问题，难以并入智慧照明监控平台统一管控。终端模块不兼容的问题导致管理平台越来越多，增加了维护管理的成本。

4.4 成本较高，推广乏力

智慧灯杆涉及管线、箱体整体改造，灯杆集成度高、建设成本高，对投资建设成本消耗比较大，要大规模推广应用有一定难度。由谁建、由谁运维都需结合不同区域实际情况综合考量。

5 应对策略

为解决目前智慧灯杆发展中存在的问题，推进智慧城市建设，应以“提升城市管理成效和改善市民生活质量”为出发点，着力解决群众急难愁盼问题，结合实际，实现可持续创新发展，不断满足人民群众对美好生活的向往。

5.1 贯彻国家标准，因地制宜建设，做到心中有民

2022年3月1日，智慧灯杆领域的首个国家标准《智慧城市智慧多功能杆 服务功能与运行管理规范》（GB／T 40994—2021）正式实施。该标准的出台明确了智慧灯杆的发展方向。智慧灯杆的建设功能在满足实用性、安全性、高效性的同时，应以服务群众为宗旨，合理规划应用场景，参照周边环境对道路的影响，做到“一杆一设计，一路一方案”。

比如，在光照充足的地方，可以建设太阳能一体化的智慧灯杆，通过太阳能转化而成的电能存储在电池中为路灯使用，节约能源。在行人较多的闹市区，通过铺设一种踩踏就可以发电的地砖，为灯杆、红绿灯等公共设施充电。

5.2 建立协调机制，综合统筹管理，探索智慧为民

建立跨部门间的协调机制，建立联席制度或协调机构，统筹各部门业务需求和规范管理，统一推进前期规划、中期建设与后期运营，利用统一的大数据中心打通各个业务平台之间的数据孤岛，让数据“动起来”“跑起来”“用起来”。通过搭载在智慧灯杆的边缘计算网关及管理平台的云计算协同工作，助力城市管理与服务的智能化和精细化。

比如，当前智慧灯杆中边缘计算在照明上的应用。通过摄像头等感知器件分析路上行人和车辆的数量及行动方向，不仅能根据人／车数量进行亮度调节，节约能源，还可以实现人／车经过时提前亮灯，人／车经过后自动灭灯，人／车经过根本察觉不到路灯的启闭。除智慧照明外，依托“边云协同”技术还可以实现智慧交通、智慧环保、智慧城管等。

5.3 打破对接壁垒，建立行业标准，优化服务予民

照明行业主管部门应牵头主流厂商制定控制协议的行业标准，打破各厂商固步自封的盈利模式，以兼容性为目标，促进各厂商的终端控制产品在行业内互通使用，达到像灯具一样无需转换协议、即插即用的效果。各厂商的技术交流，一方面可以使各厂商的产品自由进入市场，给厂商带来丰厚利润；另一方面也可以促进终端控制产品在良性竞争中不断优化升级，给照明管理带来更好的体验，进而提供更好的照明服务。

5.4 创新发展模式，社会共同管理，成果共享于民

投资建设方面，需要政府起主导作用，寻找合理的建设模式，分区域、分阶段实施，通过开放政策、开放资源、开放设计，发挥政府职能作用，释放市场需求，高位协调，联合各方力量，积极吸纳公众意见，最大限度释放智慧灯杆的社会价值。

6 智慧灯杆在“双碳”目标中的作用

重庆以绿色发展为契机，积极推动城乡建设绿色发展，引领经济社会发展全面绿色转型，努力推动实现碳达峰、碳中和目标，努力在推进新时代西部大开发中发挥支撑作用。智慧灯杆除了是智慧城市的“神经元”，也是实现绿色照明、节能减排，助力“双碳”目标达成的重要抓手。

据统计，目前仅重庆市照明中心所辖的功能照明灯杆约1.55万根，路灯约4.4万盏，若按150 W的LED灯计算，辖区内路灯工作一晚至少需要7.59万度电，工作一年至少需要2 770万kW·h电，可见城市照明消耗的能源巨大。2022年8月，重庆及四川历经了一个月的严重缺电。作为用电大户，重庆市照明中心积极响应政府号召，通过对“两江四岸”核心区景观照明的集中控制，停止了辖区内自有及其他单位所有的景观照明运行。这虽然节约了能源，但也减少了城市夜景效果，并不是解决双碳问题的好方法。而智慧灯杆可通过“边云协同”技术建立智能调光节能模型，根据周围环境亮度、人／车数量等因素，自动调节LED灯，合理用电，每年能节约40%左右的电量，同时还不影响群众使用感，这才是两全的好方式。

7 结论

依托《“十四五”信息通信行业发展规划》及《重庆市城市基础设施建设“十四五”规划（2021—2025年）》中关于“智慧路灯”“多杆合一”的要求，重庆将持续探索创新智慧灯杆建设。按照“大城智管”的要求，围绕解决重大问题、满足紧迫需求和增强群众获得感的目标，以提升管理水平、治理能力为导向，深入谋划，整合优化。

通过融入GIS、物联网、边缘计算、云计算、人工智能等新一代信息技术，进一步提升和丰富城市照明“神经末梢”，打造“神经元”，加速城市照明智能化进程，建设“感知精准、设施互联、资源共享”的智慧照明体系，实现感知、分析、服务、指挥、监管“五位一体”的照明网络，为智慧城市多场景应用提供良好的技术支持。