智慧燈桿是以燈桿為載體，通過掛載各類設備提供智能照明、移動通信、城市監測、交通管理、信息交互和城市公共服務等功能，并可通過后臺系統遠程監測、控制、管理、校時、發布信息的智能系統。

智慧燈桿系統由硬件系統與軟件系統所構成：

（1）硬件系統由桿體、底座、掛載設備、配套設施等組成。

（2）軟件系統包含各硬件組成部分之間的控制協議、通信協議及管理平臺等。

借鑒物聯網感知層、傳輸層、平臺層、應用層的四層架構，智慧燈桿智能系統的系統架構如下圖所示。

圖表1 智慧燈桿智能系統系統架構圖

其中：

——感知層包括環境類傳感器（PM2.5監測模塊、溫濕度監測模塊、亮度監測模塊、噪聲監測模塊、風速風向監測模塊、氣壓監測模塊等）、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）、設施類傳感器（人/車流量監測、5G路測單元等）等。

——傳輸層技術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，各設備的無線傳輸使用頻率應進行合理規劃，避免頻率干擾。其中NB與其他方式存在差異，不需要多協議網關。

——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備進行集中管理和控制，能夠兼容采用的所有系統和設備的通信和傳輸協議，并能夠實現與其他管理平臺之間的數據交換。

——應用層涉及到公安、交通、環保、電信、城管等多個政府主管部門，涉及政府、企業、個人等各種不同的用戶。
 

智慧燈桿主要構成包括智能照明設備、4G/5G微型基站與WIFI接受發射器、視頻監控、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。作為推進數字經濟、構建新型智慧城市的新一代基礎設施，智慧燈桿通過迭代升級，已經拓展了WIFI基站、視頻監控、廣告屏播、環境監測、緊急呼叫、新能源汽車充電等應用。
 

近幾年，在國家“新基建”和“5G商用”的布局下，各地相繼發布了智慧燈桿建設目標，智慧燈桿規?；瘧靡咽谴髣菟?。但是，智慧燈桿落地目前還面臨著技術、接口、軟件等不一致情況。
 

在廣東省住房城鄉建設廳、省工業和信息化廳的共同推進下，聯盟理事長單位廣東鐵塔作為主編單位之一，聯合城市規劃、工程建設維護、科研單位、燈桿廠家等16家相關單位編寫《智慧燈桿技術規范》。規范是國內智慧燈桿領域的首個省級標準，填補了廣東省智慧燈桿建設缺少統一技術標準的空白，已于2019年10月1日起實施。該技術規范在新改擴建道路、廣場、景區、園區、停車場等區域路燈和相關桿體建設皆適用。《智慧燈桿技術規范》中明確，智慧燈桿作為統籌性的智慧城市基礎設施，應注意以下三點，以實現信息基礎設施共建、共享、共治；聯動各行業應用建立起覆蓋范圍廣、功能齊全的信息感知網；充分考慮與城市風貌景觀相融合；對桿體、機房、傳輸管線、電力管線和運營管理平臺進行整網統籌。

 

 

圖表2 《深圳市多功能桿智能系統技術與工程建設規范》-安裝

管理平臺即軟件管理系統，主要對智慧燈桿及掛載設備進行管理、控制、運行監控、數據運維等。
 

功能(控制)需求：

應具備平臺擴展和集成功能，提供可開放共享的接口，支持靈活擴展、平滑擴容，支持對現有系統的接入和兼容，支持與其他管理平臺和應用子系統之間的數據交換、數據匯聚或統一呈現；

具備遠程集中管理、控制功能，并提供掛載設備運行狀態的監測、查詢、定位等功能；

支持多種通信協議和接入方式，可實現單控、組控、群控、地圖區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，包括資產管理、故障定界、工單管理、裝維服務、預測性維護、在線客服等；

具備統一的認證、授權管理機制，對訪問者進行身份碼和密碼雙重認證，根據用戶角色屬性提供不同的管理權限和界面；

具備統一的自動校時與手動校時功能，提高各模塊設備管理和數據采集時間的正確性；

具備電子地圖管理功能，結合GIS（地理信息系統）將所有桿件位置信息載入管理平臺，形成站點地圖，實現對智慧燈桿的資產統計、精準定位及追溯；

支持和外部系統的計費結算，可通過調用第三方支付系統滿足充電樁等業務的服務需求；

對智慧燈桿和各掛載設備狀態的關鍵數據信息進行實時在線監測，包括系統狀態、運行方式、控制方式、運行功耗、環境情況、故障告警等；

為便于維護人員的維護和監管，可增加移動終端的管理平臺設計。
 

通過對現有工程的分析，CSA標準化委員會總結了LED照明、視頻采集、移動基站、公共WiFi、公共廣播、環境監測、氣象監測、監測組件、RFID、一鍵呼叫、顯示屏、充電樁、多媒體交互、交通標志牌、交通信號燈、交通流監測、交通執法、智能網關、路測單元、位置服務、綜合機箱、管理平臺等22項主要功能模塊，并對相關的命名做了規范。

圖表3 智慧燈桿特點

圖表4 功能模塊命名

通過對核心應用模塊的分析，智慧燈桿核心功能如下：

城市道路照明是城市公共設施的重要組成部分，而隨著城鎮化建設的推進，城市道路照明路燈的數量越來越多，能耗越來越高，供電趨于緊張。此外，城市照明的維護工作和高昂的維護成本（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能方案，從而推進城市照明的科學管理和綠色節能。
 

根據對全國不同區域、不同規模的城市包括深圳、廣州、北京、重慶、中山、常州、南昌、郴州、百色等路燈管理處的調研，CSA Research了解到，當前我國大陸地區直轄市路燈數量平均超過40萬盞，地級市路燈數量超過15萬盞，縣級市路燈數量超過4萬盞，按照我國各級別城市數量估算，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%，位居各領域照明用電量之首。在全國811座城市中僅有約半數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”。但是，“三遙”智能化控制系統只能以區域為單位對照明設備進行遠程開關燈控制。國內城市道路照明系統大部分沒有采用網絡化監控管理，多數城市路燈的開、關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，并不能實時獲取每盞路燈的狀況，也無法根據實際情況對路燈進行單燈控制和監控，調節路燈的亮度，無法實現有效節能。
 

以LED照明為基礎，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，通過智能的網絡化管理平臺，在保障道路通暢和安全的前提下，實現單燈/聯網控制的智能路燈照明，滿足路燈管理部門綠色節能、實時監測、自動巡檢等業務需求，仍是面向智慧城市建設的智慧燈桿系統的基礎。
 

路燈桿體的材質經過木質桿、水泥桿、鐵桿、鋼桿、鋁合金桿等階段，不斷向強度高、防護強、重量輕的方向演變，發展到現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，對桿體本身的機械承載能力、接電能力和入網能力提出了新的要求。
 

燈桿根據桿體承載功能模塊的復雜程度，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；其三為面向復雜場景、搭載全部主要功能模塊的全載桿。
 

當前桿體的功能配置主要根據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《關于開展本市架空線入地和合桿整治工作的實施意見》、《上海市道路合桿整治技術導則》等政策文件，計劃編制《桿上設施設置標準與設置流程》等文件。《上海市道路合桿整治技術導則》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 類桿主要搭載機動車信號燈；桿體和挑臂預留接口，其他設施可根據需要搭載；B 類桿主要搭載視頻監控；桿體和挑臂預留接口，其他設施可根據需要搭載；C 類桿主要搭載分道指示牌；桿體和挑臂預留接口，其他設施可根據需要搭載；D 類桿主要搭載大中型指路標志牌；桿體和挑臂預留接口，其他設施可根據需要搭載；E 類桿主要搭載路段小型道路指示牌，其他設施可根據需要搭載；F 類桿道路照明燈桿，功能預留，可搭載小型設施設備。
 

深圳市先后出臺《深圳市新型智慧城市建設總體方案》、《深圳市多功能智能桿建設發展行動計劃（2018-2020年）》、《多功能智能桿系統設計與工程建設規范》等政策文件，著力推動多功能智能桿建設，作為智慧城市可以被廣泛應用的信息基礎設施?！抖喙δ苤悄軛U系統設計與工程建設規范》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）；同時建議根據不同應用場景，劃分市政道路和園區兩大類，并以主干道多功能智能桿和居民區多功能智能桿為例，給出了應用設計的示例：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、環境監測、氣象監測、無線電監測、交通檢測、一鍵呼叫、信息發布屏、多媒體交互終端、電動汽車充電設備；居民區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、信息發布屏、多媒體交互終端、氣象監測。
 

人臉識別系統以人臉識別技術為核心，是一項新興的生物識別技術，是當今國際科技領域攻關的高精尖技術。針對重要場所出入口，如政府機關、使館、高鐵站、機場、酒店等，通過高清攝像機對場景中人臉實時與黑名單庫（如在逃犯、重點監控人員）比對，及時報警；實現體態識別，給定某個視角的視頻或者圖片中的某個人，從其他與其不相關的場景的視頻或者圖片中查找特定體態的目標人；針對發現嫌疑人無法確認身份，通過人臉靜態檢索與人像庫進行大數據分析，從而快速判斷嫌疑人身份；在嫌疑人出現的視頻中，對人臉進行實時結構化，同事提供軌跡檢索功能，為事后查找嫌疑人落腳點提供幫助；在進京通關口、海關進關口等重要通關場所設立人臉通關設備，通過“人證合一”排除潛在危險人員。

基于人臉識別，進行人群分析，實現人數統計/密度估計、滯留與混亂分析、軌跡與運動分析、跨線計數等功能。
 

交通執法系統主要包括電子警察前端子系統、城市交通監控子系統、禁左抓拍子系統、違停抓拍子系統和智能交通綜合管控平臺五部分。電子警察前端子系統為電子警察前端設備，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、非現場處罰等層面的功能、性能，并提高穩定性、安全性。子系統能夠完成圖片抓拍，過車信息提取，闖紅燈、不按導向車道行駛、逆行、壓線變道等機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。
 

城市交通監控子系統通過點對點傳輸鏈路，將前端的圖像、來自中心的控制信令點對點傳輸。實現城市道路環境監控，用于交通流量、治安事件、交通環境的實時反饋。
 

禁左抓拍子系統通過對路口車道進行實時監測，通過視頻分析算法對在路口違章左轉的車輛予以識別、記錄。
 

違停抓拍子系統通過高清自動跟蹤球機以及后置的違停分析檢測服務器，判斷道路兩側、路口等處的禁停區域中是否有機動車違規停放，并將反映完整的違停行為前后的照片、視頻予以保存，并可以實現車牌自動識別功能。系統不僅可以工作在自動判斷、記錄模式上，當必要時，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備能夠實現前端球機的云臺動作、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備、中心設備實現統一接入管理，并采集、傳輸、處理信息流，包括非現場處罰系統采集的圖片、視頻、過車數據、交通流原始數據、分析得出的交通路況等信息，并支持與外場情報板的對接，實現交通信息發布。平臺實現交通監控資源的集中存儲，具有靈活、高效的存儲管理機制，采用云存儲系統，實現海量圖片、數據和視頻的存儲。平臺支持接入視頻質量診斷系統，用于對前端視頻實時采集、傳輸過程中出現的模糊、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設計，通過數據接口，能夠與現有支隊的監控平臺和交通指揮平臺對接，實現更加豐富的業務功能與應用。
 

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

根據國家環境部門發布的《環境信息網絡建設規范》（HJ460-2009）、《環境保護應用軟件開發管理技術規范》（HJ622-2011）、《污染源在線自動監控監測系統數據傳輸標準2122005》、《環境污染源自動監控信息傳輸、交換技術規范》（HJ-T352-2007）等國家標準協議，以環境監測點位數據傳感體系為基礎，針對不同環境/氣象管理部門、企事業單位需求，建立智能化網格在線監測系統數據平臺。
 

該應用場景要求實現各監測點位覆蓋范圍內環境/氣象監測數據的實時采集傳輸、實時監控環境/氣象參數，實現在線數據查詢及報表統計、數據自動預警、信息綜合分析、數據歸集和排名反饋等功能。
 

所有監測點位按所屬行政區域、功能進行分類和展示，監測點位環境/氣象參數等級按不同圖標顏色區分和動態顯示，同時可標注點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監測點位的部署情況和環境/氣象現狀。
 

監測現場可以結合安裝視頻監控設備，通過窗口視圖直觀了解監測站點的周邊情況，為公眾和管理部門監督與執法提供依據，同時可以了解監測設備的實時狀況。當數據異常提醒之后，可以通過回傳影像資料判斷現場情況（需人工進行），當發生不可抗力因素時，同樣可以根據影像資料來判定事故詳情。
 

同時，該系統提供預警、日報通知功能，預警包括超標預警、斷線預警和異常值預警，在監測數值超標、數據連接中斷和出現異常值時，自動給設定聯系人發送提醒信息，保證系統的正常、穩定運行。大氣網格檢測系統也可以提供空氣質量、氣象數據導出功能，用戶在設置時間類型、站點、時間段以后即可實現數據導出，內容包括點位信息、數據更新時間、常規6參數濃度值、主要污染物、空氣質量指數AQI。