智慧燈桿是以燈桿為載體，通過掛載各類設(shè)備提供智能照明、移動通信、城市監(jiān)測、交通管理、信息交互和城市公共服務(wù)等功能，并可通過后臺系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制、管理、校時、發(fā)布信息的智能系統(tǒng)。

智慧燈桿系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)所構(gòu)成：

（1）硬件系統(tǒng)由桿體、底座、掛載設(shè)備、配套設(shè)施等組成。

（2）軟件系統(tǒng)包含各硬件組成部分之間的控制協(xié)議、通信協(xié)議及管理平臺等。

借鑒物聯(lián)網(wǎng)感知層、傳輸層、平臺層、應(yīng)用層的四層架構(gòu)，智慧燈桿智能系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示。

圖表1 智慧燈桿智能系統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)圖

其中：

——感知層包括環(huán)境類傳感器（PM2.5監(jiān)測模塊、溫濕度監(jiān)測模塊、亮度監(jiān)測模塊、噪聲監(jiān)測模塊、風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測模塊、氣壓監(jiān)測模塊等）、照明類傳感器（亮燈率、功耗檢測、浸水傳感器、傾斜傳感器、故障信息等）、設(shè)施類傳感器（人/車流量監(jiān)測、5G路測單元等）等。

——傳輸層技術(shù)方式分為有線傳輸和無線傳輸，有線傳輸可采用光纖、電力線載波等方式，應(yīng)以光纖為主，電力線載波為備選；無線傳輸可采用光纖、NB-IoT、3G/4G/5G、LoRa、ZigBee等方式，各設(shè)備的無線傳輸使用頻率應(yīng)進(jìn)行合理規(guī)劃，避免頻率干擾。其中NB與其他方式存在差異，不需要多協(xié)議網(wǎng)關(guān)。

——平臺層即智慧燈桿管理平臺，基于云化部署和集約化管理的原則，管理平臺可對所有智慧燈桿和掛載設(shè)備進(jìn)行集中管理和控制，能夠兼容采用的所有系統(tǒng)和設(shè)備的通信和傳輸協(xié)議，并能夠?qū)崿F(xiàn)與其他管理平臺之間的數(shù)據(jù)交換。

——應(yīng)用層涉及到公安、交通、環(huán)保、電信、城管等多個政府主管部門，涉及政府、企業(yè)、個人等各種不同的用戶。
 

智慧燈桿主要構(gòu)成包括智能照明設(shè)備、4G/5G微型基站與WIFI接受發(fā)射器、視頻監(jiān)控、公共廣播、各類型傳感器、LED信息屏、無線射頻識別、緊急呼叫、充電樁等。作為推進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)、構(gòu)建新型智慧城市的新一代基礎(chǔ)設(shè)施，智慧燈桿通過迭代升級，已經(jīng)拓展了WIFI基站、視頻監(jiān)控、廣告屏播、環(huán)境監(jiān)測、緊急呼叫、新能源汽車充電等應(yīng)用。
 

近幾年，在國家“新基建”和“5G商用”的布局下，各地相繼發(fā)布了智慧燈桿建設(shè)目標(biāo)，智慧燈桿規(guī)模化應(yīng)用已是大勢所趨。但是，智慧燈桿落地目前還面臨著技術(shù)、接口、軟件等不一致情況。
 

在廣東省住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳、省工業(yè)和信息化廳的共同推進(jìn)下，聯(lián)盟理事長單位廣東鐵塔作為主編單位之一，聯(lián)合城市規(guī)劃、工程建設(shè)維護(hù)、科研單位、燈桿廠家等16家相關(guān)單位編寫《智慧燈桿技術(shù)規(guī)范》。規(guī)范是國內(nèi)智慧燈桿領(lǐng)域的首個省級標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了廣東省智慧燈桿建設(shè)缺少統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的空白，已于2019年10月1日起實(shí)施。該技術(shù)規(guī)范在新改擴(kuò)建道路、廣場、景區(qū)、園區(qū)、停車場等區(qū)域路燈和相關(guān)桿體建設(shè)皆適用。《智慧燈桿技術(shù)規(guī)范》中明確，智慧燈桿作為統(tǒng)籌性的智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)注意以下三點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)信息基礎(chǔ)設(shè)施共建、共享、共治；聯(lián)動各行業(yè)應(yīng)用建立起覆蓋范圍廣、功能齊全的信息感知網(wǎng)；充分考慮與城市風(fēng)貌景觀相融合；對桿體、機(jī)房、傳輸管線、電力管線和運(yùn)營管理平臺進(jìn)行整網(wǎng)統(tǒng)籌。

 

 

圖表2 《深圳市多功能桿智能系統(tǒng)技術(shù)與工程建設(shè)規(guī)范》-安裝

管理平臺即軟件管理系統(tǒng)，主要對智慧燈桿及掛載設(shè)備進(jìn)行管理、控制、運(yùn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)運(yùn)維等。
 

功能(控制)需求：

應(yīng)具備平臺擴(kuò)展和集成功能，提供可開放共享的接口，支持靈活擴(kuò)展、平滑擴(kuò)容，支持對現(xiàn)有系統(tǒng)的接入和兼容，支持與其他管理平臺和應(yīng)用子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)匯聚或統(tǒng)一呈現(xiàn)；

具備遠(yuǎn)程集中管理、控制功能，并提供掛載設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測、查詢、定位等功能；

支持多種通信協(xié)議和接入方式，可實(shí)現(xiàn)單控、組控、群控、地圖區(qū)域控制或條件控制等多種控制方式；

支持全生命周期管理和IT支撐，包括資產(chǎn)管理、故障定界、工單管理、裝維服務(wù)、預(yù)測性維護(hù)、在線客服等；

具備統(tǒng)一的認(rèn)證、授權(quán)管理機(jī)制，對訪問者進(jìn)行身份碼和密碼雙重認(rèn)證，根據(jù)用戶角色屬性提供不同的管理權(quán)限和界面；

具備統(tǒng)一的自動校時與手動校時功能，提高各模塊設(shè)備管理和數(shù)據(jù)采集時間的正確性；

具備電子地圖管理功能，結(jié)合GIS（地理信息系統(tǒng)）將所有桿件位置信息載入管理平臺，形成站點(diǎn)地圖，實(shí)現(xiàn)對智慧燈桿的資產(chǎn)統(tǒng)計、精準(zhǔn)定位及追溯；

支持和外部系統(tǒng)的計費(fèi)結(jié)算，可通過調(diào)用第三方支付系統(tǒng)滿足充電樁等業(yè)務(wù)的服務(wù)需求；

對智慧燈桿和各掛載設(shè)備狀態(tài)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測，包括系統(tǒng)狀態(tài)、運(yùn)行方式、控制方式、運(yùn)行功耗、環(huán)境情況、故障告警等；

為便于維護(hù)人員的維護(hù)和監(jiān)管，可增加移動終端的管理平臺設(shè)計。
 

通過對現(xiàn)有工程的分析，CSA標(biāo)準(zhǔn)化委員會總結(jié)了LED照明、視頻采集、移動基站、公共WiFi、公共廣播、環(huán)境監(jiān)測、氣象監(jiān)測、監(jiān)測組件、RFID、一鍵呼叫、顯示屏、充電樁、多媒體交互、交通標(biāo)志牌、交通信號燈、交通流監(jiān)測、交通執(zhí)法、智能網(wǎng)關(guān)、路測單元、位置服務(wù)、綜合機(jī)箱、管理平臺等22項(xiàng)主要功能模塊，并對相關(guān)的命名做了規(guī)范。

圖表3 智慧燈桿特點(diǎn)

圖表4 功能模塊命名

通過對核心應(yīng)用模塊的分析，智慧燈桿核心功能如下：

城市道路照明是城市公共設(shè)施的重要組成部分，而隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，城市道路照明路燈的數(shù)量越來越多，能耗越來越高，供電趨于緊張。此外，城市照明的維護(hù)工作和高昂的維護(hù)成本（人工控制、路燈巡查等），給城市管理造成了巨大的困難。管理部門需要更有效率的管理和節(jié)能方案，從而推進(jìn)城市照明的科學(xué)管理和綠色節(jié)能。
 

根據(jù)對全國不同區(qū)域、不同規(guī)模的城市包括深圳、廣州、北京、重慶、中山、常州、南昌、郴州、百色等路燈管理處的調(diào)研，CSA Research了解到，當(dāng)前我國大陸地區(qū)直轄市路燈數(shù)量平均超過40萬盞，地級市路燈數(shù)量超過15萬盞，縣級市路燈數(shù)量超過4萬盞，按照我國各級別城市數(shù)量估算，我國路燈總保有量近6000萬盞，其中LED滲透率不到30%。
 

我國路燈道路照明用電量約占全社會用電量的9%，位居各領(lǐng)域照明用電量之首。在全國811座城市中僅有約半數(shù)城市的道路燈管控采用了“無線三遙（遙控、搖信、遙測）智能化控制系統(tǒng)”。但是，“三遙”智能化控制系統(tǒng)只能以區(qū)域?yàn)閱挝粚φ彰髟O(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)燈控制。國內(nèi)城市道路照明系統(tǒng)大部分沒有采用網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控管理，多數(shù)城市路燈的開、關(guān)控制仍由每臺變壓器(配電箱)分散控制，這種控制方法缺乏靈活性，并不能實(shí)時獲取每盞路燈的狀況，也無法根據(jù)實(shí)際情況對路燈進(jìn)行單燈控制和監(jiān)控，調(diào)節(jié)路燈的亮度，無法實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。
 

以LED照明為基礎(chǔ)，滿足行人和車輛對城市道路照明的需求，通過LED光源的替代和普及，通過智能的網(wǎng)絡(luò)化管理平臺，在保障道路通暢和安全的前提下，實(shí)現(xiàn)單燈/聯(lián)網(wǎng)控制的智能路燈照明，滿足路燈管理部門綠色節(jié)能、實(shí)時監(jiān)測、自動巡檢等業(yè)務(wù)需求，仍是面向智慧城市建設(shè)的智慧燈桿系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
 

路燈桿體的材質(zhì)經(jīng)過木質(zhì)桿、水泥桿、鐵桿、鋼桿、鋁合金桿等階段，不斷向強(qiáng)度高、防護(hù)強(qiáng)、重量輕的方向演變，發(fā)展到現(xiàn)在主要以鋼桿和鋁合金桿為主。隨著智慧燈桿加載各種功能模塊需求的不斷提出，對桿體本身的機(jī)械承載能力、接電能力和入網(wǎng)能力提出了新的要求。
 

燈桿根據(jù)桿體承載功能模塊的復(fù)雜程度，可分為三大類，其一為面向單一場景、搭載單一類型功能模塊的專用桿，例如LED照明桿、視頻采集桿、交通標(biāo)志牌桿、交通信號燈桿等；其二為面向綜合場景、搭載2-5種功能模塊的融合桿，例如面向主干道的LED照明和視頻采集融合桿、LED照明和顯示屏融合桿等；其三為面向復(fù)雜場景、搭載全部主要功能模塊的全載桿。
 

當(dāng)前桿體的功能配置主要根據(jù)各個地方政府的不同需求而定。以上海、深圳為例，上海市按照“一路一方案，一桿一方案”的原則，先后出臺《關(guān)于開展本市架空線入地和合桿整治工作的實(shí)施意見》、《上海市道路合桿整治技術(shù)導(dǎo)則》等政策文件，計劃編制《桿上設(shè)施設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)置流程》等文件。《上海市道路合桿整治技術(shù)導(dǎo)則》將合桿劃分為A~F共6種主要類型，不同類型燈桿搭載不同的功能模塊：A 類桿主要搭載機(jī)動車信號燈；桿體和挑臂預(yù)留接口，其他設(shè)施可根據(jù)需要搭載；B 類桿主要搭載視頻監(jiān)控；桿體和挑臂預(yù)留接口，其他設(shè)施可根據(jù)需要搭載；C 類桿主要搭載分道指示牌；桿體和挑臂預(yù)留接口，其他設(shè)施可根據(jù)需要搭載；D 類桿主要搭載大中型指路標(biāo)志牌；桿體和挑臂預(yù)留接口，其他設(shè)施可根據(jù)需要搭載；E 類桿主要搭載路段小型道路指示牌，其他設(shè)施可根據(jù)需要搭載；F 類桿道路照明燈桿，功能預(yù)留，可搭載小型設(shè)施設(shè)備。
 

深圳市先后出臺《深圳市新型智慧城市建設(shè)總體方案》、《深圳市多功能智能桿建設(shè)發(fā)展行動計劃（2018-2020年）》、《多功能智能桿系統(tǒng)設(shè)計與工程建設(shè)規(guī)范》等政策文件，著力推動多功能智能桿建設(shè)，作為智慧城市可以被廣泛應(yīng)用的信息基礎(chǔ)設(shè)施。《多功能智能桿系統(tǒng)設(shè)計與工程建設(shè)規(guī)范》中，建議多功能智能桿可按功能組合分為幾種配置，如I類、II類、III類（I類宜至少支持2種功能，II類宜至少支持3～4種功能，III類宜至少支持5種或以上功能）；同時建議根據(jù)不同應(yīng)用場景，劃分市政道路和園區(qū)兩大類，并以主干道多功能智能桿和居民區(qū)多功能智能桿為例，給出了應(yīng)用設(shè)計的示例：主干道多功能智能桿主要搭載智能照明、視頻采集、移動通信、環(huán)境監(jiān)測、氣象監(jiān)測、無線電監(jiān)測、交通檢測、一鍵呼叫、信息發(fā)布屏、多媒體交互終端、電動汽車充電設(shè)備；居民區(qū)多功能智能桿主要搭載智能照明、視頻采集、移動通信、交通檢測、一鍵呼叫、信息發(fā)布屏、多媒體交互終端、氣象監(jiān)測。
 

人臉識別系統(tǒng)以人臉識別技術(shù)為核心，是一項(xiàng)新興的生物識別技術(shù)，是當(dāng)今國際科技領(lǐng)域攻關(guān)的高精尖技術(shù)。針對重要場所出入口，如政府機(jī)關(guān)、使館、高鐵站、機(jī)場、酒店等，通過高清攝像機(jī)對場景中人臉實(shí)時與黑名單庫（如在逃犯、重點(diǎn)監(jiān)控人員）比對，及時報警；實(shí)現(xiàn)體態(tài)識別，給定某個視角的視頻或者圖片中的某個人，從其他與其不相關(guān)的場景的視頻或者圖片中查找特定體態(tài)的目標(biāo)人；針對發(fā)現(xiàn)嫌疑人無法確認(rèn)身份，通過人臉靜態(tài)檢索與人像庫進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，從而快速判斷嫌疑人身份；在嫌疑人出現(xiàn)的視頻中，對人臉進(jìn)行實(shí)時結(jié)構(gòu)化，同事提供軌跡檢索功能，為事后查找嫌疑人落腳點(diǎn)提供幫助；在進(jìn)京通關(guān)口、海關(guān)進(jìn)關(guān)口等重要通關(guān)場所設(shè)立人臉通關(guān)設(shè)備，通過“人證合一”排除潛在危險人員。

基于人臉識別，進(jìn)行人群分析，實(shí)現(xiàn)人數(shù)統(tǒng)計/密度估計、滯留與混亂分析、軌跡與運(yùn)動分析、跨線計數(shù)等功能。
 

交通執(zhí)法系統(tǒng)主要包括電子警察前端子系統(tǒng)、城市交通監(jiān)控子系統(tǒng)、禁左抓拍子系統(tǒng)、違停抓拍子系統(tǒng)和智能交通綜合管控平臺五部分。電子警察前端子系統(tǒng)為電子警察前端設(shè)備，采用一體化視頻電子警察前端，能夠增加電子警察在過車信息記錄、非現(xiàn)場處罰等層面的功能、性能，并提高穩(wěn)定性、安全性。子系統(tǒng)能夠完成圖片抓拍，過車信息提取，闖紅燈、不按導(dǎo)向車道行駛、逆行、壓線變道等機(jī)動車違法駕駛行為識別、記錄，并提供路口高清視頻錄像功能。
 

城市交通監(jiān)控子系統(tǒng)通過點(diǎn)對點(diǎn)傳輸鏈路，將前端的圖像、來自中心的控制信令點(diǎn)對點(diǎn)傳輸。實(shí)現(xiàn)城市道路環(huán)境監(jiān)控，用于交通流量、治安事件、交通環(huán)境的實(shí)時反饋。
 

禁左抓拍子系統(tǒng)通過對路口車道進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，通過視頻分析算法對在路口違章左轉(zhuǎn)的車輛予以識別、記錄。
 

違停抓拍子系統(tǒng)通過高清自動跟蹤球機(jī)以及后置的違停分析檢測服務(wù)器，判斷道路兩側(cè)、路口等處的禁停區(qū)域中是否有機(jī)動車違規(guī)停放，并將反映完整的違停行為前后的照片、視頻予以保存，并可以實(shí)現(xiàn)車牌自動識別功能。系統(tǒng)不僅可以工作在自動判斷、記錄模式上，當(dāng)必要時，可切換至手動控制、抓拍，通過平臺客戶端、指揮中心傳輸控制設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)前端球機(jī)的云臺動作、抓拍圖片、錄像等功能。
 

智能交通綜合管控平臺通過將前端設(shè)備、中心設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接入管理，并采集、傳輸、處理信息流，包括非現(xiàn)場處罰系統(tǒng)采集的圖片、視頻、過車數(shù)據(jù)、交通流原始數(shù)據(jù)、分析得出的交通路況等信息，并支持與外場情報板的對接，實(shí)現(xiàn)交通信息發(fā)布。平臺實(shí)現(xiàn)交通監(jiān)控資源的集中存儲，具有靈活、高效的存儲管理機(jī)制，采用云存儲系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)海量圖片、數(shù)據(jù)和視頻的存儲。平臺支持接入視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)，用于對前端視頻實(shí)時采集、傳輸過程中出現(xiàn)的模糊、抖動、偏色等狀況予以報警提示。綜合管控平臺采用開放式架構(gòu)設(shè)計，通過數(shù)據(jù)接口，能夠與現(xiàn)有支隊(duì)的監(jiān)控平臺和交通指揮平臺對接，實(shí)現(xiàn)更加豐富的業(yè)務(wù)功能與應(yīng)用。
 

自動駕駛汽車結(jié)合了多種傳感器來感知周圍環(huán)境，例如雷達(dá) , 激光雷達(dá) , 聲納 , 全球定位系統(tǒng) , 里程計和慣性測量單元。先進(jìn)的控制系統(tǒng)對傳感信息進(jìn)行解釋，以識別適當(dāng)?shù)膶?dǎo)航路徑，障礙物和相關(guān)標(biāo)志。2021年浙江省鄞州區(qū)中河街道的科技路（長壽東路-春園路）建設(shè)并投入使用以智慧燈桿為載體的輔助自動駕駛道路。該項(xiàng)目采用5G-V2X這一尖端技術(shù)，它能將路側(cè)的交通燈、行人闖入、施工等信息以低至10納秒的超短時延，快速發(fā)布，及時高效地進(jìn)行信息交互，使車路協(xié)同成為可能。
 

根據(jù)國家環(huán)境部門發(fā)布的《環(huán)境信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)范》（HJ460-2009）、《環(huán)境保護(hù)應(yīng)用軟件開發(fā)管理技術(shù)規(guī)范》（HJ622-2011）、《污染源在線自動監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)2122005》、《環(huán)境污染源自動監(jiān)控信息傳輸、交換技術(shù)規(guī)范》（HJ-T352-2007）等國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，以環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)據(jù)傳感體系為基礎(chǔ)，針對不同環(huán)境/氣象管理部門、企事業(yè)單位需求，建立智能化網(wǎng)格在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺。
 

該應(yīng)用場景要求實(shí)現(xiàn)各監(jiān)測點(diǎn)位覆蓋范圍內(nèi)環(huán)境/氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時采集傳輸、實(shí)時監(jiān)控環(huán)境/氣象參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)查詢及報表統(tǒng)計、數(shù)據(jù)自動預(yù)警、信息綜合分析、數(shù)據(jù)歸集和排名反饋等功能。
 

所有監(jiān)測點(diǎn)位按所屬行政區(qū)域、功能進(jìn)行分類和展示，監(jiān)測點(diǎn)位環(huán)境/氣象參數(shù)等級按不同圖標(biāo)顏色區(qū)分和動態(tài)顯示，同時可標(biāo)注點(diǎn)位的編號和地理位置，方便用戶直觀、一目了然掌握所轄范圍內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)位的部署情況和環(huán)境/氣象現(xiàn)狀。
 

監(jiān)測現(xiàn)場可以結(jié)合安裝視頻監(jiān)控設(shè)備，通過窗口視圖直觀了解監(jiān)測站點(diǎn)的周邊情況，為公眾和管理部門監(jiān)督與執(zhí)法提供依據(jù)，同時可以了解監(jiān)測設(shè)備的實(shí)時狀況。當(dāng)數(shù)據(jù)異常提醒之后，可以通過回傳影像資料判斷現(xiàn)場情況（需人工進(jìn)行），當(dāng)發(fā)生不可抗力因素時，同樣可以根據(jù)影像資料來判定事故詳情。
 

同時，該系統(tǒng)提供預(yù)警、日報通知功能，預(yù)警包括超標(biāo)預(yù)警、斷線預(yù)警和異常值預(yù)警，在監(jiān)測數(shù)值超標(biāo)、數(shù)據(jù)連接中斷和出現(xiàn)異常值時，自動給設(shè)定聯(lián)系人發(fā)送提醒信息，保證系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。大氣網(wǎng)格檢測系統(tǒng)也可以提供空氣質(zhì)量、氣象數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，用戶在設(shè)置時間類型、站點(diǎn)、時間段以后即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，內(nèi)容包括點(diǎn)位信息、數(shù)據(jù)更新時間、常規(guī)6參數(shù)濃度值、主要污染物、空氣質(zhì)量指數(shù)AQI。