多功能智慧灯杆系统运用研究

徐以雍 董星君

摘要：新形势下，国家大力倡导建设多功能智慧灯杆，可以对单独的路灯进行智能化控制，这样的道路照明功能就可以实现高效节能的效果，同时还可以加入更多的现代化技术，可以进行数据信息的采集、发布和传输，为智慧城市发展提供巨大的支持。当前多功能灯杆在我国很多城市已经得到应用，为了更好地建设相关系统，应该注重对选址模型进行科学研究，包括子系统信息屏、子系统充电桩、子系统 5G 微基站等方面的设计和运用，从而更好地实现系统的多功能，促进智慧城市照明的健康发展。本文主要围绕多功能智慧灯杆系统运用进行了研究，以供参考交流。

关键词：多功能智慧灯杆；系统；选址模型

引言

在信息技术快速发展的背景下，城市建设也迎来了崭新的局面，其中智慧城市建设受到更多的重视。智慧城市就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应，为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长。作为城市中分布广、数量众多的城市路灯，多地政府也在积极倡导多功能智慧灯杆建设，其中5G技术的发展和运用，将会给智慧灯杆市场带来新的发展机遇，应该重视构建多功能智慧灯杆系统平台，实现数据共享和信息融合，这对提高城市运行效率也会有重要意义。

1 多功能智慧灯杆应用情况

我国目前已有很多大城市在布点多功能智慧灯杆建设，城市道路照明正向着智能化方向发展，其发展过程中的主要代表有以下几种形式：（1）多功能合成杆 ( 综合杆) 。采用 “多杆合一”“一杆多用”，在灯杆上搭载交通杆、信号杆和电警杆，称为 “综合杆”。（2）智慧 路 灯。它以灯杆为基础，通 过 搭 载LED 信息屏、充电桩、WiFi 模块、摄像头、环境传感器等多种设备或多系统，实现多种功能。（3）多功能智慧灯杆系统。它以灯杆为基础，搭载 5G 微基站，采集、传输和发布信息，对接智慧城市、智慧园区，实现灯杆共享、智慧赋能^[1]。

但是，在建设和实现多功能智慧灯杆的过程中，还存在着如下问题：（1）哪些杆可以合并，哪些杆不能合并，如何布局可以在满足各系统需求的同时又具有协调一致性?（2）如何考虑建设成本的问题?（3）城市整体美观性应达到什么程度?（4）如何实现信息层面的互连互通?

2 多功能智慧灯杆系统的运用

2. 1 子系统信息屏

LED 信息屏可显示的信息内容比较多，主要包含: 交通信息、天气状况、空气质量、广告等。智慧路灯的信息屏子系统建设，目标是使其发布信息所产生的信息效用最大。在实际考虑信息效用时，需要对不同信息进行分类，分别考虑其对应的信息效用，并且还要进行量化分析，才会实现预期功能。

以发布交通信息的 LED 屏为例，对 LED 信息发布屏进行布局规划时，应考虑路段交通事件发生率、路段交通流量、安装路段距显示路段的距离、反应决策时间、信息获取率和信息冗余度等影响因素。从定性角度去分析，应当安装在交通流量较大的路段，位置靠近下一个路口，但不宜过近，显示的路段离安装路段较近，且是交通事故多发路段，同时显示路段信息不宜过多，信息屏分布不宜过于密集。因此，采用分级分类策略，建立信息效用选址模型，确定智慧路灯的安装路段以及在路段中的具体安装位置，从而得到信息屏子系统的选址方案^[2]。

对于不同 LED 信息屏的安装和位置，对交通的影响情况有所不同，有效的信息屏选址模型，可以缩短平均行程时间，减少拥堵率，改善城市交通状况; 同时将信息屏尽可能结合到路灯杆上，减少空间占地和建设成本，美化了城市形象，有助于智慧交通的发展和智慧城市的建设。

2. 2 子系统充电桩

当前， 我国新能源汽车快速发展，但作为新能源汽车推广应用产业链上最重要的环节和基础设施保障，充电桩的基础设施建设相对滞后。在路网中的安装包含充电桩子系统的智慧路灯，可以提升车桩比，利用选址模型，有效解决充电基础设施在路网中全覆盖的问题，并且可以提升部分地区的覆盖深度; 通过合理的布局，可以实现郊县、企业、个人私密区域等协同，避免因充电桩使用频率过低而造成的资源浪费; 通过将充电桩集成到路灯杆，经由统一的智慧路灯管理平台进行信息的收集与交互，未来可以实现充电设施的互联互通，可以利用智慧路灯上的传感器系统对充电桩状态进行实时监测与反馈，降低充电桩的监测维护成本，有利于充电桩的日常维护^[3]。为了满足新能源汽车的充电需求，可以采用充电桩与充电站相结合的规划布局。合理的选址方案应遵循的基本原则：

（1）需求优先，应能保证路网各处的电动汽车均能在周围一定范围内找到充电桩，并且将充电平均排队时间控制在可容忍的限度。

（2）土地资源充分利用，在选址规划时，对于充电桩可以安装在路灯上的情况，应优先考虑安装在路灯上，达到 “多杆合一”“一杆多用”的效果。

（3）经济性，应尽可能地减少安装充电桩的数量。

（4）交通便利性，为了不影响交通，充电桩安装位置应当尽量与交通路口保持一定距离。

（5）节能原则，在规划情况允许的条件下，可对选址方案进行适当调整，以使顾客排队时间较短的情况下，额外消耗的电能较少^[4]。

2. 3 子系统 5G 微基站

稳定的路灯供电系统能够对 5G 基站诉求进行满足，不需要对供电系统进行单独部署。如果多功能灯杆系统中搭载了 5G 基站，避免其单独布置中产生的空间浪费，就减少了站址获取、建设中产生的成本，能够提升城市美化程度。基于同一形式的智慧路灯管理工作平台，对信息进行采集与交互，对大数据进行有效应用，在智慧灯杆系统中的传感装置，能够检测 5G 基站的温度以及状态等，同时从智慧路灯的管理平台中传输到云端，减少监测工作中投入的成本，有助于维护、管理工作的实际开展^[5]。多功能型灯杆系统属于 5G 基站的重要搭载平台。需安置方案的基本原则包括：

（1）基本需求，根据 5G 微基站的覆盖范围( 与挂高和频段有关，大致范围不足 200 m) ，配合宏基站，实现全覆盖，并且实现热点区域的覆盖强度要求。

（2）建设数量最少，由于 5G 基站的总成本比较高，所以要求建设 5G 微基站的总数最少

（3）优先合杆，在基站数量最少的前提下，选址规划时应优先考虑将 5G 微基站安装在路灯杆上，可以实现节约空间、美化城市、减少重新立杆成本，达到 “多杆合一，一杆多用”的效果。

（5）覆盖效果最佳原则。通过衡量重复覆盖率和重复覆盖面积，选择整体覆盖效果最佳的方案。

结语

总之，无论是考虑到智慧城市信息化发展、智慧市政的统一建设，还是城市的整体美观性、基础设施的建设成本，灯杆共享，“一杆多用”“多杆合一”势在必行。而多功能智慧灯杆系统的建设、运维和管理涉及到多个政府部门，是多个系统的融合，也是多种数据的采集。因此，必须基于顶层设计的角度对各子系统分别建立选址模型，再统一规划，构建智慧灯杆系统综合选址方案，满足选址合理和布局优化的要求，实现共建、共享。

参考文献：

[1]郭志英.智慧城市的基础设施建设——智慧路灯[J].智能建筑电气技术，2019(1)：31-36.

[2]林必毅，张世宇，赵瑜.智慧城市智慧路灯应用研究[J].智能建筑，2018(9)：39-42.

[3]曾保权，杨琳芳.基于NB-IoT的智慧路灯管控系统研究及应用[J].智能计算机与应用，2019(3)：282-284.

[4]刘义平，张畅.智慧路灯建设的实践与思考[J].照明工程学报，2020(5)：103-105.

[5]陈文雄，应仲乾.国内外智慧灯杆建设典型案例及运营模式分析[J].通讯世界，2019(7)：249.