多功能LED智慧灯杆在城市道路建设中的应用探讨

林锦伟

中国市政工程中南设计研究总院有限公司 广东 汕头 515041

近年来，随着人们对于生活质量的重视不断提升，对于许多外在的、能够提升人们精神享受的事物的关注水平也越来越高，其中城市风貌则是其中较为重要的外在因素。而建设良好的城市风貌，离不开道路路灯设施的建设作为支撑。并且路灯作为现代化城市建设中至关重要的内容，在对其进行规划建设与管理过程中，必须确保其能够与城市景观相融合，体现出城市的精神风貌。在实际路灯规划过程中，还需要结合城市建筑特征及道路工程的总体建设情况，进行针对性的路灯建设，才能获得较好效果。文章主要对多功能LED智慧灯杆在城市道路建设中的应用进行了分析、探讨，希望能够为提高城市道路建水平，推动智慧城市建设与发展提供有益参考。

1 多功能LED智慧灯杆的发展概述

1.1 模块化

具备丰富的功能是多功能LED智慧灯杆最为明显的特征，同时如何在灯杆较为有限的空间中实现对各项功能的有效协调，也是当前城市道路智慧灯杆建设需要重点关注的内容。针对多功能LED智慧灯杆的各种功能，采用模块组件的方式进行深度整合，尽可能的降低灯杆复杂性，达到精简设备，实现智慧灯杆各项功能的目的[1]。

1.2 标准化

多功能LED智慧灯杆的建设需要确保从内而外实现全面的功能提升，实现对多功能LED智慧灯杆的标准化建设，为各项硬件、设备、装置的规划化运行提供保障。在多功能LED智慧灯杆的标准化建设过程中，需要突破各个功能模块之间的技术限制，实现设计与生产建设质效的全面提升，推动多功能LED智慧灯杆实现高效、稳定运行，尽可能的减小运维工作量。在5G通信技术应用与发展的保障，多功能LED智慧灯杆的发展获得了较为可靠的技术保障，尤其是5G通信技术中的高频无线电波信息体量与带宽都比较大，大幅提升了多功能LED智慧灯杆运行的可控制性。但是5G通信技术的无线电波穿透性不足，作用发挥受到空间范围的较大限制，因此需要配置数量丰富的微基站来弥补信号覆盖范围较小的不足。在大量5G微基站的建设保障下，多功能LED智慧灯杆的各项功能才能得以顺利实现。

2 多功能LED智慧灯杆在城市道路建设中的应用优势

2.1 强化城市安全

智慧灯杆可以集成安防监控设备，将城市道路视频实时监控、数据采集、智能识别交通数据等与警务指挥中心相连，形成一个城市安全监管的智能信息采集系统。这有利于加强城市的公共安全，提高应急处置的效率，减少城市治安事件的发生，保障市民的生命财产安全[2]。

2.2 提高城市交通运营效率

智慧灯杆可以将城市交通信息和数据传回城市管理中心或者交通指挥中心，为城市交通运营提供实时数据支持和决策参考。智慧灯杆能够实现对城市交通信号灯的检测和控制，有效地减少交通拥堵和提高城市交通运作效率。

2.3 节能环保

智慧灯杆通过节能及节能照明灯具的应用，大大减少能源消耗，减少了城市的碳排放，提高了城市环保形象。其能够通过智能控制开启和关闭照明设备，智能调节照明亮度等，使得能源的使用更加高效，并能够通过集成环保传感器与城市环保部门实现城市决策监督，实现城市的环保计划。

2.4 提升服务水平

智慧灯杆可以集成LED屏幕和WiFi/5G基站等，为市民和游客提供便捷的服务。如通过智慧灯杆上的大屏幕进行公共信息发布、交通指引、城市文化等信息的展示，为市民提供更加智能高效的服务。

3 城市道路建设中多功能LED智慧灯杆的实际应用

3.1 路口灯光互联系统设计

首先，在主机模块方面设计。采用电脑作为上位机进行主机模块的设计，采用USB通用串口模块将各灯光模块和电脑相连，借助Python工具进行GUI控制界面编写，实现在界面上显示护栏和路灯模块、红绿灯模块等的相关数据，包括周边空气质量、车流量、信号等信息等。根据空气信息还能通过界面对路灯的照明强度进行控制、调节。其次，在护栏模块方面的设计。在主控芯片的控制下，借助光照传感器获取外界光照的实施照度值，再利用PWM技术对护栏灯发光强度进行调节，使其维持在特定值范围。同时还可以借助对粉尘灰尘传感器的应用，来检测获取近地空气PM2.5含量，以及通过对红外传感器模块的应用，准确记录车流量信息，最后在ZigBee模块的整合下向主机发生相关信息。系统运行过程中，通过主控芯片的调控，在系统模型的LCD触摸广告屏上显示存储在SD卡内的广告。在信号灯发生故障的情况下，护栏收到信用的故障信号然后按照信号指示开启应急交通信号等，发挥临时交通指挥作用，直到交通信号故障排除，恢复正常使用。最后，在路灯与红绿灯模块应用方面，主要是在主控芯片的控制下进行外界光强度变化的模拟，调节路灯照明，也是借着对粉尘灰尘传感器的应用进行远地面空气质量检测与相关的数据报送。在结合对电源监控传感器的应用对红绿灯线路电流变化情况进行探测，对红绿灯运行正常情况进行监控、判断[3]。

3.2 无线集控网络

多功能LED智慧灯杆中包括了传感器、LED光等，并且能够结合设计要求对合适的产品进行多样化选择。但是，硬件设备功能的发挥需要依赖软件的控制实现，换言之，多功能LED智慧灯杆中各种硬件的高效运行需要在各种相应的适配智能集控软件的应用下进行驱动、控制。比如，某路段设置了多处路灯，运用无线网络、数据库构建云平台，实现对路灯控制指令的传输，集控器根据接收的数据指令对各个相应的受控灯杆进行控制，实现了路灯点亮、熄灭、调亮等特定功能的自动化控制。采用无线网络控制的形式多种多样，尤其是通用分组无线服务、可编辑逻辑控制器的应用，能够很好地结合路灯集控系统控制要求，在GPRS无线传输模式的作用下实现对各控制指令的顺利传输，各个分路集控器则按照指令要求进行路灯的相应控制。再在自动化控制系统的控制下实现路灯控制系统范围内各处路灯运行的精细化控制。码分多址智慧路灯控制原理与无线路灯集控系统的控制原理类似，但是在传输机制上有着一定的差异性。可编辑自动控制的无线路灯控制系统主要是借助PLC有线传输的方式进行分路灯的控制，而码分多址智慧路灯控制系统则是采用了无线网络传输的方式进行控制。

3.3 顾及相对距离的路灯点云分层提取方法

在城市道路建设过程中路灯是较为重要的组成部分，也是道路环境中的重要交通设施。尤其是随着智慧城市建设不断深入，获取路灯的三维信息进行高精度地图、智慧交通等的建设有着十分重要的现实意义。全球定位系统是获取路杆路灯信息的传统范施工方，通过对各个路灯进行分别定位的方式确定路灯的地址信息，到时这一方式的应用需要消耗大量的时间、精力，并且难以获取高度精确的路灯三维信息，不能很好地满足现代城市建设与管理需求。而借助新兴的车载激光雷达技术，能够采用无接触的方式快速获取道路及两侧路灯的高精度、高密度的三维信息。但是，在实际应用过程中，复杂的道路环境及树木、建筑等因素，在实际的路灯识别与数据提取过程中面临一定困难，如何从车载点云中完整与正确地获取路灯点云的方式、方法仍需进行深入研究。对路灯进行提取的方法主要包括四种：一是基于空间聚类的方法；二是基于体素的方法；三是基于深度学习的方法；四是基于模板匹配的方法；第一种方法是基于地面点云滤除的前提以特定规则进行非地面点云聚类，然后结合各个聚类地物空间特征识别、提取出相应目标。这一方法的应用能够实现对非地面点云中相近形态物体进行分类。但是，由于受到噪声因素的影响在进一步识别路灯方面存在一定困难，并且在算法实现方面的复杂性较高。第二种方法的应用主要是对点云进行体素格网进行划分，并以体素格网为单位进行物体信息的分割与提取。这种方法的应用有效降低了点云数据的复杂性，提高了数据的计算速度。但是体素网格划分的单元尺寸会对分割结果产生较大影响，基于产生混合体素的现象。第三种方法主要是借助对深度学习模型的应用，从点云图像化、点云体素化、优化网络模型、直接端到端等多个角度对三维点云的特征进行有效学习，有助提高目标识别与数据的提取准确性与效率。但是在数据提取过程中容易出现细节信息丢失，同时在计算成本控制与复杂结构、自然地物信息提取方面也存在较大难度。第四中方法主要是在进行路灯样本模板库建立的基础上，通过匹配模板库中路灯模型与车载点云数据的方式对于路灯匹配度较高的点云数据进行提取[4]。

3.4 SI4463的道路照明系统设计与应用

SI4463道路照明系统结构主要包括三个部分：上位机客户端、4G/RF网关、LED单灯控制系统。其中，LED单灯控制系统主要作用是通过对输出电压在0 ~ 10V进行调整，控制光信号传递来调整LED灯具的亮度。同时借助传感器的重要实现对路灯工作状态，以及运行环境等信息的实时获取。一般来说，4G/RF网关主要内置在智能电表当中实现对当前配电电箱的电压、电流信息的获取，同时也发挥着在上位机客户端与LED单灯控制系统之间的通信中转作用。上位客户端主要是为了完成相关管理工作而设计的一套PC软件，发挥着对LED路灯、配电箱电压/电流参数等监控作用，以及根据亮度信息反馈对LED路灯运行情况进行判断，及时反馈故障信息。道路照明系统能够以智能控制与手动控制的方式实现对多功能LED路灯的控制。智能控制系统的应用，主要是结合当前时间、路面车流量、环境光亮度、人流量等信息，对照明需求进行智能判断进而调节路灯的亮度，充分满足城市道路照明需求。手动控制的方式，主要适用于突发状况的控制，在客户端对路灯的开关、亮度等进行远程控制、调整，也可以通过对内置在灯杆中的智能路灯配电柜中实施现场控制。

在进行照明控制系统选择过程中需结合性价比的综合考虑，选择合适的照明控制系统，也可以结合实际情况选择国外先进技术进行优化、完善，采用多种城市路灯控制系统，达到优化城市道路工程建设的目的。结合城市照明控制需求，选择合适的道路照明控制系统，对路灯开关的时进行合理规划，尤其是针对季节变化情况进行自动调整。智能化控制系统的应用，主要利用计算机无线网络进行多功能LED路灯系统的远程控制，在提高道路路灯控制的便利性的同时，有效节约城市道路管理成本[5]。

3.5 加强建设管理工作

近些年，随着现代化城市建设的不断深入，在城市道路路灯建设与管理方面的投入也在不断提升。即便如此，在一些城市路段，尤其是是一些三四线仍有未安装路等的情况。许多城市道路两旁的路灯、绿化带的建设呈现出相辅相成的状态，营造了良好的视觉感受。然而，在夜晚降临之后，道路两旁树木枝叶过于茂密，路灯投射的光亮被大幅遮挡，影响了道路车辆、行人的通行安全。特别是人流量较少的区域路灯布置间隔较远，灯光灰暗，不能给行人带来足够的安全感。导致这些问题发生的原因主要是路灯建设与后期管理的投入不够，缺乏有效的整体规划，同时为结合对外界因素的全面考虑，导致了城市道路中多功能LED路灯控制系统建设的不完善，影响路灯系统的正常运行。对此，在进行多功能LED路灯控制系统建设过程中需结合城市道路建设规划，对控制系统进行合理设计与布置，同时需要加强多功能LED智慧灯杆在城市道路建设中的应用投入与管理，提高其与智慧城市建设的契合度，充分发挥多功能LED智慧灯杆控制系统的应用优势。

3.6 与其他道路交通杆件进行功能整合

实现多功能LED智慧灯杆与其他道路交通杆件的功能整合，是提高杆件利用率、减量化和集约化的关键策略之一，同时也可以有效提升景观效果。在当前城市发展和交通管理的背景下，我们需要更加注重资源的合理利用和环境的美化，以打造宜居、宜业的城市空间。首先，通过将LED智慧灯杆与其他交通杆件进行整合，可以实现多种功能的融合。除了传统的照明功能，LED智慧灯杆还可以集成视频监控、环境监测、交通信号等多种智能技术，从而提供更广泛、更全面的服务。例如，智慧灯杆可以通过摄像头监测交通状况，实时调整交通信号，提高交通效率；同时，它还可以收集环境数据，如空气质量、温度等，为城市管理部门提供实时的环境监测和预警信息。这种功能整合的方式，不仅减少了杆件的数量，还提高了杆件的综合利用率，实现了杆件减量化和集约化的目标。其次，多功能LED智慧灯杆的整合还可以提升景观效果，美化城市环境。传统的交通杆件往往只具备单一的功能，而且在设计上缺乏美感。通过将LED智慧灯杆与其他杆件进行整合，可以创造更具艺术性和创意性的城市景观。例如，灯杆可以融入景观照明设计，通过灯光的变化和投影效果，营造出丰富多样的城市夜景。此外，还可以将灯杆与绿化、雕塑等元素结合，打造独特的城市景观节点，提升城市形象和吸引力。

4 结束语

总而言之，在现代城市精神文明建设过程中，多功能LED智慧灯杆有着十分重要的作用，相关部门需重视加强在智慧灯杆建设与管理方面的重视程度，加大投资与管理力度。同时，随着城市化建设进程的不断深入，尤其是智慧城市作为现代城市的发展主流，对城市道路灯杆控制系统的建设也提出了更高要求。因此，基于多功能LED智慧灯杆的城市道路建设需要重视做好路灯设施与控制系统的设计与建设运维，妥善解决好道路照明控制问题，在保障人们出行安全、便利的同时，奠定现代城市与精神文明建设的重要基础，也更好地推动城市经济发展。