智慧路燈伴隨智慧城市發(fā)展是大勢所趨

       1、智慧路燈發(fā)展趨勢

       “智慧城市”是在物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的支撐下，形成的一種新型信息化的城市形態(tài)，也是當前國內外城市發(fā)展的重大戰略。中央城市工作會(huì )議提出“著(zhù)力打造智慧城市”，國家八部委迅速響應，印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導意見(jiàn)》，提出到2020年，建成一批特色鮮明的智慧城市。近年來(lái)，一系列政策落地，智慧城市建設進(jìn)入快車(chē)道，2017年隨著(zhù)國家實(shí)施智慧城市規劃，全國啟動(dòng)建設140個(gè)智慧城市，創(chuàng )造了超過(guò)5000億元的巨大市場(chǎng)。據智研咨詢(xún)集團發(fā)布的《2017-2022年中國智慧城市建設市場(chǎng)行業(yè)專(zhuān)項調研及投資價(jià)值預測報告》，到2021年，涵蓋智慧城管、平安城市、智慧交通、智慧政務(wù)、智慧停車(chē)、智慧醫療、WIFI城市等功能的智慧城市市場(chǎng)未來(lái)五年的年均復合增長(cháng)率約為32.64%，2021年市場(chǎng)規模將達到18.7萬(wàn)億元。智慧城市產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景廣闊，云計算、大數據和傳感技術(shù)等相關(guān)配套技術(shù)領(lǐng)域有望實(shí)現爆發(fā)式增長(cháng)。

       其中智慧路燈作為智慧城市的重要組成部分，是最有效地切入路徑之一，且發(fā)展空間巨大。作為城市照明的主體，城市道路照明伴隨著(zhù)我國城市建設的高速發(fā)展，獲得了快速的增長(cháng)。國家統計局數據顯示，從2004年至2014年，我國城市道路照明燈數量由1053萬(wàn)盞增加到3000萬(wàn)盞以上，年均復合增長(cháng)率超過(guò)11%，城市道路照明行業(yè)保持持續快速發(fā)展的趨勢。智慧城市的信息資源需要大量的感知設備收集。作為智慧城市的入口端，路燈循著(zhù)城市道路與街道分布，如血管和神經(jīng)一樣覆蓋整個(gè)城市軀體，密度大、數量多，且具備“有網(wǎng)、有點(diǎn)、有桿”三位一體的特點(diǎn)，以智慧路燈作為智慧城市建設的關(guān)鍵節點(diǎn)，可避免重復建設造成的資源浪費，是智慧城市的主要載體，智慧路燈可拓展應用智慧城市的各種功能，如搭載智慧照明、智慧新能源充電、智慧安防、平安城市、智慧城管、智慧交通、智慧停車(chē)、城市 WIFI等多功能模塊，為人們生活提供便捷服務(wù)。據預測，到2021年以智慧路燈為入口的各種硬件及服務(wù)的市場(chǎng)規模為3.7萬(wàn)億元、占智慧城市市場(chǎng)總規模的20%。

       2、5G微基站建設是催生智慧路燈加快發(fā)展的又一重要因素

       為了滿(mǎn)足5G網(wǎng)絡(luò )高數據流量和高傳輸速率的需求，5G網(wǎng)絡(luò )在頻譜上要比4G更高。頻率越高，傳輸的速度越快，但必然會(huì )導致無(wú)線(xiàn)信號傳播的距離變短。5G時(shí)代的超密集組網(wǎng)催生小基站需求。目前小基站部署方式主要分為室內覆蓋和室外覆蓋兩類(lèi)。室外覆蓋的具體部署方式主要有：抱桿安裝、樓面安裝和地面安裝?；谥腔勐窡舻陌惭b方式是抱桿安裝的典型方式，具有供電優(yōu)勢、管理智能、覆蓋密集、節省空間、覆蓋盲點(diǎn)等優(yōu)勢。相較于樓面安裝經(jīng)常出現的糾紛和地面安裝的財產(chǎn)安全問(wèn)題，在智慧路燈上安裝小基站將是最可行的方式之一。三大運營(yíng)商按照IMT-2020(5G)推進(jìn)組的計劃，基本確定2018年進(jìn)行重點(diǎn)城市的5G試點(diǎn)，2020年正式開(kāi)通商用。這將會(huì )催生智慧路燈的大量需求。

         3、智慧路燈是智慧城市最天然的物聯(lián)網(wǎng)平臺

        首先，路燈及其系統在智慧城市中有天然的信息感知與反饋平臺。城市路燈有完善獨立的供電系統。由于其具有非均衡使用的特征，余量足夠，所以，能夠在不敷設電纜的情況下滿(mǎn)足通信和信息設施的用電需求。

       其次，網(wǎng)絡(luò )狀分布是路燈布局的最大特征之一。隨著(zhù)路網(wǎng)密度的增大，網(wǎng)絡(luò )分布的特征將更加明顯、合理，死角亦將逐漸消失。通信與信息設施的無(wú)死角網(wǎng)絡(luò )化分布是實(shí)現智慧城市信息全覆蓋的基本條件。在所有市政設施中，只有路燈系統能夠實(shí)現無(wú)死角網(wǎng)絡(luò )化分布。

再次，路燈單體的高度和內腔容量足夠，足以在一體化設計要求下，裝載足夠多的、體積日益小微化的通信和信息設備。

       路燈結構有桿、座、臂三個(gè)基本組成部分，在定制化的路燈中，通常有結構獨特的主體。燈座和主體的容量之大自不待贅言，即或是燈桿和燈臂也可以通過(guò)合理的設計裝載通信和信息設備、而且不影響其外觀(guān)之美。正是這三大天然優(yōu)勢，讓智慧路燈成為了智慧城市發(fā)展最理想的物聯(lián)網(wǎng)搭載平臺。

       智慧路燈定義及功能

       1、智慧路燈定義

        智慧路燈是指在路燈上搭載各種傳感器及感知設備，如充電樁、LED信息發(fā)布屏、高清攝像頭、應急報警、5G基站搭載網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)WIFI、停車(chē)檢測主機、環(huán)境監測組件、井蓋及積水監測主機、城市廣播等，利用物聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使路燈成為智慧城市信息采集終端和便民服務(wù)終端，是智慧城市重要的切入口。

2、智慧路燈在智慧城市系統架構中所處的位置

下圖是一張典型的智慧城市架構圖

       通過(guò)上圖可以看出，典型的智慧城市建設需要四個(gè)層面完成，即感知層、網(wǎng)絡(luò )層、平臺層和應用層，應用層包括了應急智慧、數字城管、平安城市、智慧交通、便民服務(wù)、環(huán)境監測和節能控制 ; 平臺層則指Iot平臺和數據平臺，通過(guò)平臺以實(shí)現智能化 ; 網(wǎng)絡(luò )層指通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng) ;感知層包含了手機、PC、Internet、云計算、無(wú)線(xiàn)AP、攝像頭、環(huán)境主機、一鍵報警等。智慧路燈主要實(shí)現了各種智慧設備和傳感設備的集成，并綜合利用有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )層的建設，同時(shí)集成的智慧路燈平臺實(shí)現了數據的收集和傳輸，為各種智慧城市應用提供了堅實(shí)的基礎。

       3、智慧路燈典型功能

       應該說(shuō)，截止目前為止，智慧路燈所具備的功能還沒(méi)有一個(gè)標準的定義，隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧路燈的功能將不斷發(fā)展和完善，以下是行業(yè)中智慧路燈比較有代表性的功能。

        3.1 智慧照明

       由于智慧路燈上搭載了較多的傳感和智慧設備，專(zhuān)用路燈線(xiàn)路必須保證24小時(shí)供電，因此智慧路燈一般需具備單燈控制功能的智能照明系統，目前較成熟的單燈控制系統采用PLC( 電力線(xiàn)載波 ) 或ZIGBEE無(wú)線(xiàn)通訊方式，最新的技術(shù)發(fā)展趨勢是采用NB-Iot通訊方式?？蓪?shí)現管理到每一盞燈的開(kāi)關(guān)、亮度調節、狀態(tài)查詢(xún)、故障反饋等功能。

        3.2 視頻監控系統

       利用路燈天然的搭載能力，集成監控攝像頭，可廣泛應用于平臺城市、智慧城管、智慧交通、智慧停車(chē)等智慧城市應用系統。

       3.3 信息發(fā)布系統

       智慧路燈集成了LED顯示屏，通過(guò)多媒體發(fā)布系統，可遠程發(fā)布政務(wù)信息、時(shí)政新聞、公益廣告、商業(yè)廣告等。

       3.4 5G微基站搭載

       未來(lái)幾年，5G基站建設將逐步展開(kāi)，燈桿將成為5G微基站建設中重要的組成部分，智慧路燈設計并預留5G微基站的空間和接口，實(shí)現基站裝載功能。

       3.5 城市微環(huán)境監測

       智慧路燈集成的城市微環(huán)境傳感器，可監測溫度、濕度、噪音、空氣質(zhì)量(PM2.5等)，風(fēng)速、風(fēng)向等環(huán)境指標，利用路燈覆蓋面廣、點(diǎn)位多的優(yōu)勢，實(shí)現城市高密度的城市微環(huán)境監測能力。

       3.6 無(wú)線(xiàn)WIFI

       利用路燈覆蓋面廣、點(diǎn)位多的優(yōu)勢，在路燈上集成無(wú)線(xiàn)AP，實(shí)現城市道路的全WIFI信號覆蓋。

        3.7 路燈充電樁

        路燈具有天然的供電優(yōu)勢和點(diǎn)位優(yōu)勢，集成新能源汽車(chē)充電樁，是建設道路上分布式新能源汽車(chē)充電站的最佳方式。目前集成的新能源車(chē)充電樁一般為交流充電樁，功率7KW，充電速度較慢，主要為停在路燈邊上的新能源車(chē)進(jìn)行補電，可以預見(jiàn)，伴隨新能源汽車(chē)保有量的進(jìn)一步增加，具備更快充電速度的直流充電樁和路燈的結合也將出現。

       3.8 城市監測組件

        智慧路燈集成有城市基礎設施的監測模塊，如井蓋監測，積水監測等傳感器模塊，可有效感知城市基礎設施狀態(tài)和信息，為智慧城市的各種應用提供數據。

       3.9 應急報警模塊

       路燈集成的應急報警模塊，可將警訊迅速傳輸到管理中心，管理中心可通過(guò)視頻觀(guān)察現場(chǎng)情況，并可實(shí)時(shí)對講與報警人進(jìn)行溝通，及時(shí)處理突發(fā)惡性事件，防止危險擴大，有效解決公共場(chǎng)所安全問(wèn)題，做到平安城市。

       以上是智慧路燈比較有代表性的典型功能，行業(yè)中一些廠(chǎng)家還會(huì )配置比如USB充電模塊、遠程廣播、信息查詢(xún)屏等其他功能，這里就不一一敘述?？傊?，智慧路燈是理想的智慧城市物聯(lián)網(wǎng)搭載平臺，伴隨著(zhù)智慧城市的發(fā)展，智慧路燈的功能也將不斷地更新和發(fā)展。

       4、智慧路燈的智慧大腦

智慧路燈集成功能眾多，連接了大量的物聯(lián)網(wǎng)設備，一般每根智慧路燈內部會(huì )配置一個(gè)智慧網(wǎng)關(guān)，這個(gè)智慧網(wǎng)關(guān)是智慧路燈的智慧大腦，可實(shí)現多個(gè)設備的信號傳輸、交換、數據的收集、處理和本地協(xié)同，將本地數據進(jìn)行處理后，再傳遞到云端進(jìn)行數據處理，是和云端相配合的邊緣計算設備。

       5、智慧路燈的軟件管理平臺

       智慧路燈集成了多種智慧設備和傳感設備，需要有一個(gè)統一的云端管理軟件平臺進(jìn)行多種設備的管理，數據收集，并且基于不同的應用場(chǎng)景實(shí)現設備的協(xié)同工作。統一的云端管理軟件平臺需要實(shí)現智慧照明、視頻監控、多媒體信息發(fā)布、環(huán)境監測、應急報警、井蓋監測、無(wú)線(xiàn)WIFI、充電樁管理等等管理功能，還應該實(shí)現大數據展示、多子系統聯(lián)動(dòng)等功能。

           智慧路燈在智慧城市中的應用場(chǎng)景

           智慧路燈集成了眾多的功能，既是一個(gè)獨立的系統，又需要將這些功能應用到智慧城市的各種場(chǎng)景中，才能充分發(fā)揮這些功能的作用，形成和智慧城市應用的完美連接，下面是一些比較典型的智慧路燈應用到智慧城市的場(chǎng)景。

        1、智慧停車(chē)的應用

        采用集成在智慧路燈上的智慧識別攝像頭，可有效識別車(chē)進(jìn)入和離開(kāi)車(chē)位，并且在停車(chē)過(guò)程中識別車(chē)牌，并將識別信息傳遞到云端進(jìn)行處理。再利用集成在智慧路燈上的LED顯示屏進(jìn)行車(chē)位信息的誘導，一個(gè)智慧攝像頭的識別范圍為6~8個(gè)車(chē)位，大約為35米左右，剛好為兩個(gè)路燈的間距，因此，利用智慧路燈，實(shí)現城市路邊停車(chē)場(chǎng)的智慧停車(chē)，是較理想的應用之一。

        2、智慧城管的應用

        利用智慧路燈集成的智慧攝像頭，遠程廣播、智慧照明、信息發(fā)布屏等功能，可實(shí)現城管需要的小商小販、垃圾爆筒、垃圾亂扔、廣告店招、違章停車(chē)等智慧識別功能，并可用定點(diǎn)喊話(huà)系統實(shí)現遠程管理，同時(shí)可實(shí)現井蓋監測、橋梁監測等城市管理功能。

       3、平安城市的應用

        充分利用智慧路燈集成的人臉識別攝像頭、WIFI探針、應急報警等功能，可實(shí)現平安城市的天網(wǎng)、人臉識別、雪亮工程等諸多應用。

       4、智慧交通的應用

       充分利用智慧路燈集成的攝像頭、交通流量監測，實(shí)現智慧交通的連接應用。

       5、智慧社區/園區的應用

       智慧路燈、智慧庭院燈實(shí)現WIFI、信息推送、視頻監控、廣播、一鍵報警、充電樁等應用。

       智慧路燈新型商業(yè)模式的思考

       智慧路燈自2014年初步提出，實(shí)至今天，已經(jīng)歷了約4個(gè)年頭，應該說(shuō)，最近幾年，智慧路燈技術(shù)上日趨成熟。從路燈行業(yè)到政府，都逐步了解此產(chǎn)品，各地也紛紛開(kāi)展智慧路燈示范項目或示范工程，智慧路燈也越來(lái)越被業(yè)界廣泛認可。但是，如此兼具多種功能為一體的，并且能為智慧城市建設帶來(lái)極大幫助的產(chǎn)品還沒(méi)有被大范圍應用和推廣，主要是因為傳統的路燈只有照明功能，政府的建設、管理、養護模式比較成熟。但是智慧路燈功能多，技術(shù)復雜、價(jià)格高、涉及的政府管理和使用部門(mén)也比較多，如何建設、如何管理、如何養護是面臨的一個(gè)課題，尤其是采用哪種商業(yè)模式進(jìn)行規?；慕ㄔO，值得思考和研究。

       傳統的路燈只具備照明功能，一般新建設是政府采用采購的模式，改造為L(cháng)ED是采用的EMC( 合同能源管理模式 )，而智慧路燈具備了較多功能，從功能屬性上可分為三類(lèi)：一是一些基礎設備，如5G基站等;二是面向政府管理部分的智慧管理功能，如智慧城管、平安城市、智慧停車(chē)、智慧交通等;三是面向城市市民的服務(wù)功能，如充電樁、無(wú)線(xiàn)WIFI等?？梢钥闯?，因為集成了這些功能，智慧路燈已可以為政府管理部門(mén)、為社會(huì )機構、為市民提供較多的服務(wù)。同時(shí)智慧路燈的這些功能需要持續的運營(yíng)才能發(fā)揮價(jià)值，因此，智慧路燈已具備較大的運營(yíng)價(jià)值。

       近年來(lái)已有公司積極在探索智慧路燈的新型商業(yè)模式，即采用EMC+PPP模式，充分發(fā)揮智慧路燈的功能運營(yíng)優(yōu)勢，采用EMC+使用者付費的模式進(jìn)行規?；闹腔勐窡艚ㄔO，如四川華體照明科技股份有限公司2018年1月與成都市雙流區簽訂《戰略合作框架協(xié)議》，擬改造雙流區3萬(wàn)根智慧路燈，采用EMC+PPP模式，運營(yíng)期10 年。智慧路燈在采用PPP+EMC模式的同時(shí)引入增值業(yè)務(wù)聯(lián)合投資及收益分成等新商業(yè)模式，后續與總包智慧城市業(yè)務(wù)全面對接，有望實(shí)現在全國的快速復制和規?；l(fā)展。

       實(shí)際上，智慧路燈體系建設已經(jīng)讓傳統的燈桿具備了綜合利用和運營(yíng)的屬性。PPP項目公司在提供政府需求的公共產(chǎn)品或服務(wù)(如維護)時(shí)，完全可以附帶生產(chǎn)出更具經(jīng)營(yíng)性的副產(chǎn)品。目前，智慧路燈的項目收益目前主要有三類(lèi)：

       一是節能收益;二是垂直應用收費，比如信息發(fā)布為主的服務(wù)(LED廣告屏/通誘導屏)、充電樁充電等，但此類(lèi)收費模型剛剛興起，還沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)規模，沒(méi)有足夠的評估依據進(jìn)行匹配。而PPP項目一般要求目前要測算出十年二十年內的基準收益，因此難以精確測算。第三類(lèi)可能產(chǎn)生收益的是大數據。大數據是智慧城市的核心內容，但目前的大數據多數是用在商戶(hù)的精準營(yíng)銷(xiāo)。以無(wú)線(xiàn)智慧旅游景區及商圈應用為例，通過(guò)路燈基于WiFi進(jìn)行數據采集，可以進(jìn)行精準營(yíng)銷(xiāo)和廣告推送，大幅提升商圈的經(jīng)濟增加值。另外常提到的應用是監測預警。目前，城市數據尚未形成城市數據礦，且在制定數據開(kāi)放政策以及數據保護法律等方面還需要政府進(jìn)一步加強。

       1、節能收益

        項目公司營(yíng)運收益主要來(lái)源于項目實(shí)施后道路照明節省的電費支出，社會(huì )投資人按與政府的約定獲得收益。政府本級財政部門(mén)按照項目所涉道路路燈上年度實(shí)際電費支出為基數，測算改造后節約的電費，支付社會(huì )資本的改造、運營(yíng)成本，從每年財政預算安排的路燈電費中予以支付。

       2、增值應用收益

       政府可將路燈經(jīng)營(yíng)權授予社會(huì )資本方，由其挖掘運營(yíng)潛力，獲得增值收益?！爱斍爸腔勐窡粢丫邆溥\營(yíng)性，因此更加適合采用PPP+EMC新模式?！?“如通過(guò)附加廣告及以照明項目的路燈桿為載體設置攝像頭，環(huán)境監測器，WIFI發(fā)射站等拓展項目來(lái)收取費用?！鄙鐣?huì )投資人按在項目公司中的投資比例或與政府約定的比例獲得收益。

       到2019年，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能照明系統將在軟件及服務(wù)方面為業(yè)界帶來(lái)約5500億美元的收益，而硬件銷(xiāo)售所得的收益僅為500億美元。對于LED照明企業(yè)而言，目前只能分享到硬件銷(xiāo)售收益，所以如何在保證分得這一杯羹的同時(shí)，能夠在軟件及服務(wù)方面也有所收益，如掌握透過(guò)路燈所收集的各種數據，收取通用數據處理服務(wù)費用，是未來(lái)LED企業(yè)需要探索的重點(diǎn)之一。

        新型智慧城市建設越來(lái)越離不開(kāi)PPP模式，智慧路燈建設更離不開(kāi)PPP模式的支持;實(shí)際上，對于智慧路燈業(yè)者而言，如何在保證分享到硬件銷(xiāo)售收益外，也能在軟件及服務(wù)方面有所收益，是必須思考的課題之一。照明企業(yè)也必須思考如何通過(guò)運營(yíng)服務(wù)獲得長(cháng)期投資回報，充分探索智慧路燈各種應用價(jià)值和運營(yíng)價(jià)值，才能破解智慧路燈的大面積應用和推廣的難題。