呂振興，吳川貴，鄭智偉，田希恒

（中建二局第一建筑工程有限公司，北京100176）

1 多功能智慧燈桿發(fā)展概述

為順應(yīng)智慧型城市的發(fā)展，多功能智慧燈桿的建設(shè)被逐步提上日程，同時，部分城市已經(jīng)在積極推行多功能智慧燈桿建設(shè)工作。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民的生活水平得以提升，對基礎(chǔ)功能的要求越來越高，給多功能智慧燈桿的發(fā)展提供了推動力。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G通信技術(shù)等前沿技術(shù)均取得突出的發(fā)展成果，使得燈桿的功能更復(fù)雜。此時，如何協(xié)調(diào)好各功能的關(guān)系以及構(gòu)成規(guī)?；亩喙δ苤腔蹮魲U系統(tǒng)成為重要的發(fā)展方向，也是現(xiàn)階段待需解決的問題。

為帶動多功能智慧燈桿向高層次方向發(fā)展，在設(shè)計和建設(shè)中應(yīng)充分考慮模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的理念。

1）模塊化。多功能智慧燈桿的突出特征在于其功能豐富，如何在相對有限的空間中有機(jī)協(xié)調(diào)各項功能是值得重點關(guān)注的內(nèi)容。針對各項功能，通過相同模塊組件的應(yīng)用實現(xiàn)深度整合，降低燈桿的復(fù)雜度，精簡設(shè)備，更為便捷地實現(xiàn)各項功能。

2）標(biāo)準(zhǔn)化。需要從內(nèi)到外全方位建設(shè)多功能智慧燈桿，提升多功能智慧燈桿建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化水平，使各硬件裝置規(guī)范運行。在標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)中，應(yīng)打破功能模塊間的技術(shù)壁壘，將設(shè)計和生產(chǎn)建設(shè)效率提升至全新的層次，使多功能智慧燈桿高效且穩(wěn)定運行，減少運維工作量。

5G通信技術(shù)為多功能智慧燈桿的發(fā)展提供了可靠的技術(shù)支撐，在5G通信中應(yīng)用到的高頻無線電波具有信息體量大、帶寬大的特點，“網(wǎng)速”大幅提高。但高頻無線電波的“穿墻”能力不足，因而僅在特定的空間內(nèi)具有突出的作用，信號覆蓋范圍較小，需配套豐富的微基站。通過大量5G微基站與多功能智慧燈桿的融合實現(xiàn)燈桿的各項功能。

2 智慧燈桿的模塊化

2.1 光源的模塊化

LED燈是常見的照明設(shè)施，模塊化設(shè)計方法有利于提高LED燈的照明水平，豐富其功能。在LED光源模塊化設(shè)計中注重考慮集成應(yīng)用設(shè)計要點，以30 W的標(biāo)準(zhǔn)光源為例，可根據(jù)需求對其組合，得到60 W、90 W、120 W乃至更高功率的光源，組合形式簡單，功能穩(wěn)定可靠，具有便于設(shè)計、經(jīng)濟(jì)高效的應(yīng)用優(yōu)勢。光源模組的外置電源可選形式豐富、現(xiàn)階段市面上有諸多性價比高、技術(shù)可靠的產(chǎn)品。

縱觀行業(yè)發(fā)展趨勢，高壓線性驅(qū)動電源集成具有突破性意義，其優(yōu)勢在于精簡部分LED照明燈具的外置電源，減少在此方面的配置工作量并降低成本。其中，光電引擎技術(shù)頗具代表性，根據(jù)LED光源的工作特點，聯(lián)合高壓線性恒流驅(qū)動電源、整流橋堆，將各自共同集成至特定的金屬板上。此外，高壓線性驅(qū)動芯片在內(nèi)部組成、運行性能、功率等方面均有所突破，其為LED產(chǎn)品去電源化目標(biāo)的實現(xiàn)提供了更多支持。

智能LED路燈光源模塊具有高度集成的特性，包含LED光源模組、智能攝像系統(tǒng)等，兼容豐富的功能，例如，攝像、單燈控制、無線通信，彰顯出多功能智慧燈桿的功能多樣化特征。

2.2 傳感器的高度集成

借助多樣化的傳感器，針對各類形式的非電量信號做轉(zhuǎn)換處理，目的在于產(chǎn)生電信號，為數(shù)字化處理工作開展夯實基礎(chǔ)，為實現(xiàn)燈桿智慧化目標(biāo)提供可靠支持。

視頻監(jiān)視器屬于視覺傳感器，其分辨率可達(dá)200萬像素，捕捉運動圖像無鋸齒，耐久可靠，絕大部分場景中照射距離可達(dá)20～50 m，若適配的是8～32 mm鏡頭，該距離將進(jìn)一步延長，達(dá)到30～100 m，功能實用性特征突出；能避免夜間紅外過曝的問題；電磁式/電機(jī)式濾光片切換器（ICR）紅外濾片式自動切換，兼顧日間和夜間2個時段的監(jiān)控要求，實現(xiàn)全天候的監(jiān)測。

從照明的角度來看，照度是設(shè)計和建設(shè)中需重點考慮的內(nèi)容。照度傳感器應(yīng)用的是光電效應(yīng)，針對光信號做轉(zhuǎn)換操作，產(chǎn)生電信號。部分太陽光匯聚至傳感器的感光區(qū)域，在藍(lán)色和黃色高級濾光片的聯(lián)合應(yīng)用下過濾除了可見光外的其他各類光線，經(jīng)過處理后僅剩下可見光，該部分照射至光敏二極管處，由該元件轉(zhuǎn)化成電信號，進(jìn)而進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，輸出線性電信號。

2.3 智慧燈桿充電站的建設(shè)

智慧燈桿充電站是以多功能智慧燈桿為基礎(chǔ)而產(chǎn)生的衍生產(chǎn)品，其設(shè)想較為美好，但就實際運行環(huán)境來看，在道路周邊隨意停車充電缺乏可行性，原因在于電動汽車在燈桿周邊充電會嚴(yán)重擾亂交通秩序，導(dǎo)致道路擁堵。相比之下，在停車場對電動汽車充電是一種兼具美好設(shè)想和實際可行性的折中方案，可優(yōu)化部分路燈桿，下設(shè)充電站，滿足充電需求。電動汽車的充電裝置為充電樁，依據(jù)充電方式的不同劃分為交流充電樁和直流充電樁兩類，各自的應(yīng)用特性存在差異。其中，交流充電樁常見于停車場，服務(wù)對象為普通純電動轎車，達(dá)到充滿電的狀態(tài)耗時約4～5 h，充電效率較低，但造價較低，具備經(jīng)濟(jì)效益，適用于小型車；直流充電樁則具有充電效率較高的特點，以三相四線制的方式連接電網(wǎng)，無論是輸出的電壓還是電流其調(diào)整范圍普遍較大，提供的電力充足，適用于電動大巴車以及公交電車的充電。

近年來，電動汽車換電站的發(fā)展勢頭迅猛，其轉(zhuǎn)變了充電思路，即以較快的速度更換鋰動力電池組（通常僅需幾分鐘即可），為電力不足的電動汽車替換電力充足的電池組，使其在不充電的前提下快速上路，而換下的電池組可接受充電，以滿足下一次的更換要求。可以發(fā)現(xiàn)電動汽車換電站更側(cè)重于效率的提升。但從另一角度來看，其或許會對燈桿充電樁的發(fā)展造成制約性影響[1]。

2.4 無線集控網(wǎng)絡(luò)

智慧路燈的組成包含LED光源、傳感器等，市面上產(chǎn)品的類型豐富，可根據(jù)設(shè)計需求合理選擇性價比高的產(chǎn)品。但硬件產(chǎn)品功能的實現(xiàn)需得到軟件的配合，即適配智能集控軟件用于驅(qū)動硬件的高效運行。例如，某路段涵蓋多處路燈，通過無線網(wǎng)絡(luò)、云平臺的聯(lián)合應(yīng)用實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫指令向集控器的傳輸，而后將指令送至各受控?zé)魲U，以自動化的方式實現(xiàn)特定的功能，如路燈的點亮與熄滅、亮度的靈活調(diào)節(jié)。

無線網(wǎng)絡(luò)的形式較多，以通用分組無線服務(wù)（GPRS）/可編程邏輯控制器（PLC）為例，基于該無線網(wǎng)絡(luò)的路燈集控系統(tǒng)示意圖，依托于GPRS無線傳輸?shù)哪Ｊ綄⒖刂浦噶顐髦练致芳仄鳎儆呻娏€載波PLC分送至路燈桿，實現(xiàn)精細(xì)化控制覆蓋范圍內(nèi)各處路燈的運行狀態(tài)。

除前述所提的無線路燈集控系統(tǒng)外，碼分多址（GPRS/CDMA）智慧路燈控制系統(tǒng)等在工作理念上均與之類似，主要差異體現(xiàn)在傳輸機(jī)制的層面。對于GPRS/PLC無線路燈集控系統(tǒng)，其利用PLC有線傳輸給分路燈，而GPRS/CDMA智慧路燈控制系統(tǒng)則應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的無線傳輸模式。

3 多功能智慧燈桿的標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的基本思路在于燈桿不同高度搭載設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化，不同高度設(shè)備搭載情況見表1；燈桿不同功能數(shù)量對應(yīng)燈桿等級的標(biāo)準(zhǔn)化，以搭載功能數(shù)量為依據(jù)的燈桿分類見表2。

表1 燈桿不同高度設(shè)備搭載情況

表2 以功能數(shù)管為依據(jù)的燈桿分類

3.1 燈桿桿體型材的標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)的必要前提，在踐行標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計理念并采用科學(xué)的設(shè)計方法后，方可縮短燈桿設(shè)計和生產(chǎn)耗費的時間，并減少人力資源、材料等方面的投入，提高經(jīng)濟(jì)效益。例如，設(shè)計出帶有可加裝和可拆卸功能的滑軌式燈桿型材，其靈活性較強(qiáng)，后期基于現(xiàn)有燈桿的增減配置工作更便捷，為功能優(yōu)化和整體升級創(chuàng)設(shè)了良好的條件。

3.2 拔插模塊的標(biāo)準(zhǔn)化

類似于國際通行的USB插接孔，在拔插模塊的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計與建設(shè)中，要求各適配了拔插模塊對接插頭的裝置之間均實現(xiàn)精準(zhǔn)對接，隨之打通彼此間的“技術(shù)隔閡”，將拔插模塊共同聯(lián)系至一體。在促進(jìn)拔插模塊標(biāo)準(zhǔn)化水平的提升后，為多功能智慧燈桿后期的運維工作提供了便捷條件，同時高效完成對現(xiàn)有燈桿的功能拓展。

4 結(jié)語

市場需求給多功能智慧燈桿行業(yè)的發(fā)展帶來了推動作用，5G、物聯(lián)網(wǎng)等提供了技術(shù)領(lǐng)域的支持，有助于多功能智慧燈桿的高質(zhì)化發(fā)展。在此背景下，需要合理應(yīng)用技術(shù)資源，并在設(shè)計及建設(shè)中踐行模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的理念，提高多功能智慧燈桿內(nèi)部元件的集約化水平，打破各元件相互獨立的僵局，提高多功能智慧燈桿的整體運行水平，為智慧型城市的構(gòu)建貢獻(xiàn)力量。