智慧灯杆的功能应用

陈智宏，黄志文

（1.深圳市建筑设计研究总院有限公司，广东 深圳 518000；2.深圳市体育馆体育场运营管理有限公司，广东 深圳 518000）

0 引 言

智慧灯杆是一种高度集成多种应用的一体化灯杆，其功能包括智能照明、无线网络、环境监测、安防监控、一键求助、5G 微基站、公共广播、信息发布、物联网基站以及便民充电等。智慧灯杆促成市政资源的“共享经济”模式，不仅能减少城市杆体的重复建设，还有利于推动市政建设集约化、基础设施智能化、公共服务便捷化以及城市管理精细化[1,2]。常见的智慧灯杆外观及功能，如图1 所示。

图1 智慧灯杆外观及功能

1 系统架构

智慧灯杆系统根据其功能及传输结构分为管理层、网络通信层和感知交互层3 层的系统结构，系统结构如图2 所示。

图2 系统传输拓扑

（1）系统管理层与网络通信层之间为管理级网络，网络通信层与设备层之间为现场级网络。管理层位于系统的机房内，主要有相关的服务器、管理平台软件等，主要负责管理和分析上传的数据，负责保障整个系统的运行[3-5]。

（2）网络通信层主要采用光纤/4G/5G 连接方式，通过网络负责与智能网关进行通信。智能网关上面带有多路网络接口及常规的485 通信接口，可接入摄像机、广播、无线接入点（Access Point，AP）、一键报警以及传感器等多种设备。对于感知层的设备方面，提供多种供电方式，如有源以太网（Power over Ethernet，PoE），方便摄像机及AP 的接入，带12 V/24 V 交直流供电，可匹配市场上90%以上的设备。

智能网关安装在灯杆的杆底，方便维护及组合，既美观又便于安装及维护，具体的外形及安装方式，如图3、图4 所示。

图3 智慧灯杆设备1

图4 智慧灯杆设备2

（3）感知交互层，即末端的摄像机、广播、基站、显示屏等设备。

2 系统功能

2.1 智慧照明

智慧照明功能通过单灯控制器、集中控制器、光照度传感器、多功能电表等以及智慧灯杆平台实现路灯实时/分组开灯、关灯、调光操作；回路开启，关闭操作；远程监控路灯运行状态、运行参数及用电量，当路灯运行异常时，上报故障并通知管理人员；可根据需求设置定时计划、光感策略等，达到在满足城市合理的基础照明前提下，使道路照明节能最大化。

2.2 无线网络

智慧灯杆通过在灯杆上安装无线AP，使用2.4G/5G双频，对周边实现Wi-Fi 信号覆盖，支持多种入网方式和运营系统管理。无线AP 支持PoE 供电，设备的防护等级为IP68，可实现在户外恶劣环境下正常工作。

2.3 环境监测

环境监测功能不仅可以实时监测周边的环境的质量，包括温湿度、噪声、降雨量、光照度以及PM2.5 等内容，还可以在智慧灯杆的发光二极管（Light Emitting Diode，LED）屏上展示相关数据。

2.4 安防监控

在智慧灯杆上安装一体化球机或枪式摄像机，可进行实时视频监控，通过人脸、车牌、行为等多种技术，实现智慧监控功能；在紧急情况下，人们可以通过部署一键报警迅速与管理人员取得联系、向管理人员提供具体的位置信息、使用摄像机远程快速判断现场情况，为各类紧急情况的处理节省时间；通过结合广播、拾音器、报警器等智能设备及远程管理平台，实现智能预警，车牌识别、人脸识别、全景拼接以及枪球联动等业务功能，提高公共安全服务效率，有效降低城市犯罪率，提升人民群众幸福指数。

2.5 一键求助

在杆体上设置一键式的报警求助，通过智慧灯杆上的预留网关，可连接智慧灯杆或相关的报警平台。系统支持双向语音对讲功能，可实现公安110 联网报警，及时呼叫监控中心，得到援助。

2.6 5G 微基站

在灯杆上预留5G 微基站的安装条件，解决了5G 微基站的电缆及光纤的线缆敷设问题。多杆合一，减少了路面上信号基站杆体的数量，同时降低了人工巡检、运营管理等开支。

2.7 公共广播

灯杆上安装有源音柱，在日常可播放一些轻松的音乐，同时可发布紧急信息、通知、政务、新闻等信息，让户外或园区的群众及时收到相关消息。呼叫系统可与智慧路灯上的视频监控摄像机联动，便于监控中心根据现场的具体情况，做出正确恰当的指挥调度。

2.8 信息发布

信息发布子系统通过智慧灯杆上的LED 屏、广播音柱有序地播放信息，可用于发布政策宣传、交通信息、应急信息、气象信息、空气质量信息以及噪音实时信息，也可用于发布商业广告。

2.9 物联网基站

在杆体内安装物联网基站，通过智能设施实现对交通设施、智慧井盖、智慧垃圾桶、智慧消防以及智慧停车等公共设施的管理感知与数字化展现。

2.10 便民充电

在智慧灯杆的杆体实现了充电桩功能，汽车在停靠在旁边的停车位时可直接充电。同时，系统具有实时计量计费功能，支持本地及后台计费功能；支持离线及联网运行模式；实时显示已充电、充电时间、当前电压、充电价格等信息及运行状态；具有完善的短路、过载、过压、欠压、漏电、防雷、防盗、自锁以及拔插插头保护；支持多种不同的支付手段，支持专用集成电路（Integrated Circuit，IC）卡支付、手机App 支付、二维码支付。

2.11 多功能灯杆管理平台

智慧路灯管理系统为用户提供了集智慧照明、视频安防监控、Wi-Fi、一键报警、信息发布、公共广播以及环境监测等功能于一体的综合解决方案。在系统功能上，每个子系统既可独立工作，也可通过网络及边缘计算等技术实现各子系统间的联动，同时所有操作均可在后台自动完成。多功能灯杆管理平台根据用户的需求搭配不同的系统，灵活部署，提供了标准的超文本传输协议（Hypertext Transfer Protocol，HTTP）应用程序编程接口（Application Programming Interface，API），以便其他数据平台信息系统的调用，如图5 所示。

图5 多功能灯杆管理平台

3 结 论

智慧灯杆作为一种新型的产品，通过一套系统平台整合不同的设备，减少了各子系统的对接接口，以及平台软件的重复功能，达到了系统集成的效果。通过多功能智慧灯杆的功能介绍，能够使用户、设计人员更好地了解与应用智慧灯杆系统。