近年來,智慧城市建設發展迅速。隨著5G通訊的來臨、城市物聯網應用和無人駕駛車路協同等高科技通訊技術的應用,各大企業著力於加大對智慧城市解決方案產品的開發與投入。智慧城市建設需要資訊採集、發佈及傳輸的載體,路燈具有分佈均勻、密度大的特點,自然而然成為了城市智慧管理的主力軍。

區別於傳統道路照明,智慧路燈是一種搭載多功能系統的綜合性平台,是為了適應城市建設與管理需求的新型照明設施,可實現城市統一維護、避免資源浪費,備受城市建設者關注。以往不起眼的路燈變得「全身是寶」,電子技術設計(EDN)將為讀者剖析智慧路燈市場都有哪些新花樣、關鍵技術在哪裡、目前進展又如何。

智慧路燈的背景、現狀和趨勢

現階段,在驅動中國國家經濟的三輛馬車——出口、消費和投資中,投資是最大的驅動因素,而這又主要都在基礎設施建設方面。資訊基礎設施建設是其中的重點,新時代資訊基礎設施建設要統籌規劃,才能適應時代的使命和要求。

中國已將5G網路定位為國家戰略,但5G的技術特點決定其需要微距化覆蓋,因此,智慧路燈成為最合適的載體形式。此外,智慧城市需要解決基礎設施資料融合打通,而智慧路燈能夠從底層實現基礎設施資料融合的路徑和可能,深圳奇跡智慧網路(7G)副總裁兼事業部總經理鄭寶全在接受EDN採訪時指出。同時他表示,多桿林立、三線滿天橫飛帶來的城市美觀問題和安全隱患,是城市品質提升的重要課題,而智慧路燈結合地下管道的建設可以很好的解決這個問題。

除了逐漸採用LED照明外,作為發展智慧城市的重點專案,智慧路燈還整合了Wi-Fi熱點、環境資訊採集、安防及道路智慧監控、資訊發佈、應急可視警報、微基地台、RFID判讀及定位、電動車智慧充電樁,以及車輛監控模組等多種功能和資訊終端,同時基於智慧路燈還可建立城市物聯網資訊管理平台,實現視訊監控系統、充電樁管理系統、資訊發佈系統、資產管理系統、工程管理系統、車輛調度系統等。這種系統平台同時具有開放性介面,可用於協力廠商系統的接入管理和系統間互連互通。資訊平台可透過智慧路燈所整合的資訊終端和功能終端,進行資料的採集、分析處理與展現,並進行資訊的管理與發佈,實現城市全方位的即時管理,浙江方大智控科技企劃部經理何夏表示。

目前這個產業已呈百花齊放、百家爭鳴之勢,但產業現在處於啟動階段,缺乏統一的規範標準。產業的商業模式、政府部門的職責分工還不明晰,現階段智慧路燈還沒法大規模推廣,鄭寶全補充。他指出,產業正在從大一統往專業化的方向發展,越來越多的參與企業認識到自己的優劣勢,集中資源發展自有優勢專業。很多具有國資背景的企業在推動產業發展中扮演智慧路燈城市營運商的角色,代表政府出面承接智慧路燈的相關專案的規劃和落地。從政府、產業、企業各種視角越來越認可產業的發展趨勢,同時大家也看到了智慧路燈的複雜性。

智慧路燈產業痛點

目前市場上的智慧路燈種類繁多,功能大致統一,但拋開品質不說,有的只是簡單的功能堆疊,並未做到資訊及資料的共用,上海三思電子工程副總工程師姜玉稀指出。

智慧路燈以LED照明為基礎,衍生出一個強大的系統整合「大腦」,搭載了可擴展管理平台,而應用於無線城市、平安城市、智慧園區等應用場景中。

鄭寶全同樣強調,因為智慧路燈業務橫跨多個產業,需要具備多方面的專業知識,所以專案落地週期特別長。由於現有的城市資訊基礎設施相對不完善,智慧路燈對網路依賴程度很高,將現有路燈改造成智慧路燈需要採用各種異質網路來解決網路傳輸的問題。前期推動智慧路燈的廠家很多都是照明控制的背景,缺乏對於網路和資訊安全儲備,導致目前業內普遍對智慧路燈作為城市資訊基礎設施應該注重安全的認識不夠。多種資訊化、智慧化設備整合到一座智慧路燈上,同時透過統一平台進行管理,還需要解決資料歸屬及分發、管理去中心化複雜巨系統帶來的系統安全問題等。

因此,利用「雲端-管理-邊緣-終端(以下簡稱雲-管-邊-端)」的業務分層,可以讓各層的業務分工更加簡單明瞭。7G結合和吸收近幾年落地的眾多專案經驗,專注「邊」層,即透過推出智慧路燈邊緣運算閘道7G智慧盒,解決專案交付過程中遇到的效率低、週期長、不安全、網路複雜、資料分發難和對中心系統依賴極高等情況。

何夏則指出,智慧路燈的使用如果不對原有路燈系統進行單燈控制管理改造,則無法實現全面的管理,和智慧城市的匹配度將不夠。方大智控的應對策略是將智慧路燈和智慧燈網建設同步進行。

眾多功能需要強大管理平台來支撐

姜玉稀介紹,上海三思的智慧路燈同時支援智慧照明、視訊監控、電子資訊螢幕、公共Wi-Fi、緊急呼叫、環境監測、公共廣播、應急充電、資產管理、智慧停車、5G基地台搭載、車路協同無人駕駛等功能。就目前而言,有的功能是剛需,有的是市民體驗升級服務,有的是產業資訊化的產物,需根據不同地區的政策及發展狀況做選擇。

鄭寶全表示,7G提供的解決方案包括停車管理、視訊監控、充電管理、基地台搭載、Wi-Fi覆蓋、LED資訊發佈、公共應急廣播、智慧市政、氣象環境感測、一鍵呼叫等功能。

何夏強調,管理平台是智慧路燈的「大腦」。目前,方大智控已經成功研發了基於智慧路燈的城市物聯網資訊管理平台,可以應用於智慧照明、城市景觀亮化、智慧路燈物聯網等領域。特別是多智慧路燈的研發成功,集合了智慧照明、Wi-Fi熱點、環境資訊採集、安防及道路智慧監控、資訊發佈、應急可視警報、微基地台、電動汽車智慧充電樁,以及DSRC車輛監控模組等多種功能,可實現城市巨量資料收集(圖1)。同時,系統平台具有開放性介面,用於協力廠商系統的接入管理和系統間互連互通,透過整合與智慧路燈的資訊終端、功能終端,進行資料的採集和分析處理、展現,並進行資訊的管理與發佈,實現城市的智慧管理。

20190603NT31P1 圖1 智慧路燈上集合DSRC車輛監控模組、環境監測模組、資訊發佈模組等,並搭建智慧城市物聯網資訊平台,用於提升交通安全水準、改善惡劣天氣出行、協調車輛行駛、避開緊急狀況,以及最佳化出行等功能。(圖片來源:方大智控)

管理平台才是智慧路燈的核心部位,堪稱「大腦」。沒有管理後台,智慧路燈再多的功能也應用不了。「目前市場上存在的一些系統平台在使用時需要安裝各種設備的軟體,比如當路燈需要攝影、廣告、氣象功能時,他們就需要安裝攝影鏡頭的軟體、廣告螢幕的軟體、氣象站的軟體等。客戶在使用這些功能時,軟體的使用也就需要從一個跳到另外一個,非常不便。」何夏談道。

智慧路燈方案的技術特點與優勢

姜玉稀強調,智慧路燈系統的目標就是要更好地發揮智慧路燈硬體平台的優勢,提供給用戶一個集智慧照明、視訊監控、資訊發佈、Wi-Fi熱點、感測器監測等功能為一身的整體解決方案。

該公司的智慧路燈硬體平台在系統功能上,每個子系統既可以獨立工作,也可以根據需要完成子系統間的連動,所有的動作都需要在後台自動完成,對用戶而言完全透明。在控制方式上,採用Web控制方式,可以支援更多的應用平台,可快速訪問該系統。系統維護、更新只需要在伺服器端完成即可。在系統開放性上,提供標準的HTTP API介面。一方面便於和其他資料平台整合,同時也能快速地根據使用者需要定制系統。

鄭寶全指出,7G智慧盒採用「雲-管-邊-端」四層架構,具有前端自管理和邊緣運算,可保障系統更安全、穩定,網路或平台故障不會影響前端物聯網設備策略執行。豐富的協議堆疊支援隨插即用,合作夥伴可省去平台與前端物聯網設備協定對接,大大降低開發成本。此外,它從設備接入、資料傳輸及資料儲存等方面提供了全方位安全保障。

何夏從技術和應用兩個方面探討了方大智控的創新。在技術創新方面,他指出,方大智控的物聯網平台,底層資料庫採用hadoop雲平台架構,分散式資料處理,可擴展系統容量,支援高併發資料訪問,實現上億物聯網節點的接入和資料互動。系統設計便捷的協定轉換層,可無縫相容各種通訊設備,包括NB-IoT/LoRa等無線通訊技術,以及2G/3G/4G/5G,支援協力廠商系統快速無縫接入。該平台支援智慧城市相關設備接入,便於統一設備和資料管理。

此外,智慧路燈所採集的各項資料匯總到城市物聯網資訊管理平台,可以滿足城市管理、公共安全和智慧服務等領域的重大應用需求,推進人類智慧與機器智慧的深度耦合,提高對事件分析和預測的精準性。

在應用創新方面,智慧路燈中裝有多模通訊模組,可以讓整合通訊模組的路燈採集車輛資訊傳輸至物聯網平台,獲取周圍車輛資訊,最佳化交通燈工作狀態。單燈控制器可以將LED路燈的工作情況透過網路轉發到市政控制中心和用戶手機中。攝影鏡頭可以監控某一路段範圍內的情況,同時將資料利用網路傳輸到公安監控中心;電動車充電樁可以為電動車提供臨時充電,整合的定位與應急呼叫系統可以用於緊急求助。

總結

半導體照明是綠色高效照明領域的一場技術革命。智慧路燈是產業資訊化的代表性作品,對提高能效、工作效率及實現可持續發展有重大意義。