智慧路灯的应用探讨

吴春海

(深圳市灯光环境管理中心，广东 深圳 518036)

智慧路灯的应用探讨

吴春海

(深圳市灯光环境管理中心，广东 深圳 518036)

本文介绍了城市照明控制技术发展情况，阐述了智慧路灯热潮的原因和应用情况。针对智慧路灯的应用、平台、传输、硬件四个层级，提出技术关键是平台开放性和通信方式的选择，并对PLC、ZigBee、NB-IoT、LoRa四种通信方式进行具体分析和比较，为智慧路灯的未来发展提出合理建议。

智慧路灯；技术关键；通信方式

引言

20世纪后期至今，照明、通信等技术发展迅速，带动我国照明控制技术的长足进步。从“三遥”、“五遥”、单灯控制，直到今天的智慧路灯热潮，既提升了城市照明科学管理水平，又为行业发展带来诸多挑战[1-5]。这需要我们冷静思考，认真应对，找到智慧路灯推广应用的合适道路。

1 城市照明控制技术发展情况

从20世纪90年代开始，国内城市照明控制技术开始规模应用。以广东深圳为例，1999年路灯“三遥”控制系统建成运行，通过无线网络对路灯实现遥测、遥信、遥控。随着技术进步，部分终端在“三遥”基础上增加了遥视、遥调功能，简称为“五遥”。而且，景观照明数量越来越多，原来只限于道路照明的智能控制系统扩展到景观照明，目前深圳市灯光环境管理中心直接管理的监控终端点已超过1 000个，实现了城市照明配电箱全覆盖，在精细化管理和节能降耗等方面发挥了显著作用。

近年来，通信技术发展很快，特别是易于调控的LED灯具的规模应用，单灯控制成了不少城市的新选择，如济南、上海等城市有超过万盏的应用，也取得不错得效果。从通信方式来说，第1层级(控制中心到集中控制器)一般采用GPRS公网，第2层级(从集中控制器到单灯控制器)多数采用电力载波(PLC)，也有少数城市采用ZigBee。从2011年开始，深圳结合LED路灯推广进行了一系列的单灯控制研究，涉及通信技术包括PLC、ZigBee、NB-IoT等。

2 智慧路灯的热潮和应用

单灯控制方兴未艾，智慧路灯横空出世。路灯在城市中具有分布广泛、带有市电等特点，在智慧城市的大潮中，路灯成了令人眼红的感知终端载体，是智慧城市落地的最佳切入点。由此，智慧路灯迅速取代LED和单灯控制，成为国内照明行业的最新技术热点，各城市的试点层出不穷，形成一股热潮。从试点情况看，智慧路灯集合智能照明、无线WIFI、视频监控、信息发布、环境感知、紧急呼叫、充电桩等各项功能，只是各项功能的拼凑，各项功能之间的联系非常弱。按硬件(多功能杆)、软件(监控平台)、系统(城市智能管理)来分，目前仅在硬件阶段，称之为智慧路灯有点言过其实，视作智能型多功能杆更为合适。

目前，在城市级别推动智慧路灯条件还不成熟，城市里的智慧路灯功能分属不同的政府部门管理，如公安、交通、照明、环卫、气象等，整合的困难很大。当然，如果能在城市试点成功或取得突破，一定程度上也可倒逼市政管理的融合和提高。对于封闭的街区和范围明确的景区，智慧路灯的作用比较明显。这些区域是集中管理的模式，管理人员24小时值班，紧急呼叫、视频监控等设备采集到的数据实时回传，可以帮助管理人员及时处理突发状况，提高管理效率。

3 智慧路灯的关键技术

智慧路灯架构一般分为应用、平台、传输、硬件四个层级[4]。应用层涉及市政、环保、公安、交通等不同政府部门职能，需要通过沟通协调来理顺关系，目前在技术方面讨论的作用不大。硬件层的LED灯具、摄像头、传感器、Wifi、充电桩等设备，一般都是标准化产品，增加或减少几个功能，技术难度不大，预留接口即可。相对而言，平台层、传输层在技术方面则非常重要，甚至可能决定智慧路灯应用的成败。

3.1管理平台的开放性

对一套管理系统来说，平台开放性的作用不言而喻。特别是涉及公共利益的智慧路灯管理平台，开放性、兼容性和扩展性尤为重要。不过，国内城市普遍做得不好，如某城市采用某公司照明管理平台和系统，就意味着被垄断，要么心甘情愿被控制，要么推倒重来另起炉灶。由于城市照明市场非常分散，每个城市的议价能力都不高，即使是深圳，也一直找不到合适的解决办法。

3.2通信方式的选择

既然平台和系统的开放性无法保障，通信方式的选择就非常重要。对一个城市来说，选择失误几无纠错可能。我们有过深刻教训，深圳路灯“三遥”控制系统1999年建设时采用当时最先进的CDPD公网。可惜，由于市场推广应用不佳，2004年底CDPD在深圳只剩我们一个用户了。不得已，整个“三遥”系统只能推倒重来，全面改造为GPRS。在2007年GPRS改造完成之前，天天承受CDPD断网和撤网的惶恐。因此，对于通信方式，稳定性很重要，但生命力也很关键，必须确保系统的长期稳定运行。

3.2.1 主要通信方式

目前，智慧路灯使用的主要通信方式有PLC、ZigBee、Nb-IoT、LoRa等四种：

1)PLC：利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号耦合到电力线进行传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。

2)ZigBee：是基于IEEE 802.15.4标准的低速、短距离、低功耗、双向无线通信技术的局域网通信协议，又称紫蜂协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等，其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定，主要用于传感控制应用。特点是近距离、低复杂度、自组织(自配置、自修复、自管理)、低功耗、低数据速率。

3)NB-IoT：支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWA)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。

4)LoRa：低功耗广域物联技术的一种，使用线性调频扩频调制技术，即保持了像FSK(频移键控)调制相同的低功耗特性，又明显地增加了通信距离，同时提高了网络效率并消除了干扰，即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰，因此在此基础上研发的集中器/网关能够并行接收并处理多个节点的数据，扩展了系统容量。主要在全球免费频段运行(即非授权频段)。

3.2.2 通信方式比较

以上四种通信方式，各有特点(见表1)。除了Lora外，其他三种通信方式均在深圳路灯进行过测试。技术优缺点为通信方式本身固有，自然很重要，但我更重视的却是技术推动和推广风险两项。照明行业规模不大，期望企业投入巨大资源专门研究照明通信方式，有点不切实际。照明控制的通信方式研究，更多在于其他行业通信技术取得突破，再反过来应用于照明行业。推广风险则与通信方式的生命力息息相关，生命力的基础是技术先进，但能否营造良好的行业生态更为关键。无法凝聚共识，带动行业共赢的通信技术，其生命力必定存疑。

至于是PLC、ZigBee、NB-IoT、LoRa，还是其他通信方式在未来能够胜出，目前尚无定论，还需一系列测试研究。考虑到与智慧城市的结合，以及政府的推广力度，NB-IoT暂时占有一定优势。

表1 四种通信方式的比较

4 智慧路灯的未来发展

综上所述，智慧路灯发展的两个方面非常关键，一是平台是否开放和兼容不同技术；二是传输和通信方式的选择。对城市来说，这两方面一旦确定之后就很难改变，对未来的发展方向影响深远。

就目前的发展状况来看，智慧路灯还没普及，智慧城市的建设也有待完善。智慧路灯的普及是一个长期的过程，近年出现的一些智慧路灯项目，并不一定就是未来的发展方向。可以说，智慧路灯的发展正处于起步阶段，各项功能还处于不确定的状态，目前像在“搭积木”，下一步可能是“变形金刚”。还在快速发展的国内城市，不要幻想一步到位，一劳永逸。现在没用的功能，以后可能很重要；现在很重要的功能，不久可能变得多余。

智慧路灯如何与智慧城市有效结合，还有漫长的磨合期，不仅是技术方面的问题，还关系到政府职能和城市规划、建设、管理等各方面的支持与协调。智慧路灯在逐渐演变，智慧城市也处在不断发展变化之中。今天的所谓智慧城市，数年之后，在人们看来可能就不那么“智慧”了。智慧城市的建设需要一步步提升，循序渐进，不能毕其功于一役，止步于已有的想法，只会把未来的发展框死。

因此，智慧路灯也好，智慧城市也罢，我们都需要秉持开放态度。首先，必须摒弃毕其功于一役的想法，既然号称智慧，必须承认技术发展的生命力和成长性，与城市共生是应有之义。其次，要有超越功利的眼光，智慧路灯能换职称、工程，当然也能换政绩、业绩，这无可厚非，但这只能是副产品，智慧路灯的未来必须与城市发展、市民生活紧密结合，广纳民意，强化公众参与，才能产生最大的效能。最后，对城市发展要有前瞻性考虑，技术要严谨，但绝不能用现在的想法去框死智慧路灯的未来，社会、经济、技术的演进会带来各种可能，我们要学会接受不确定性，跟随时代发展的潮流，推动智慧路灯向前发展。

[1] 梁国芹，董小辉.北京昌平区城市夜景照明工程“多网合一”智能化照明控制系统的设计与实施[J].照明工程学报,2007,18(2):60-64.

[2] 吴春海，赖常华，李振. LED路灯智能控制技术模式研究及应用[J]. 建筑电气,2014,33(9):52-56.

[3] 张钰唯，叶炜，许煜.照明控制技术的发展及应用现状[J].照明工程学报,2010, 21(2) :1-7.

[4] 吴春海. 深圳LED路灯应用及展望//中国照明学会.2016年中国照明论坛——半导体照明创新应用暨智慧照明发展论坛论文集[C].北京：中国照明学会，2016.

[5] 方景，邴赫亮，肖辉.照明控制技术的进展[J].照明工程学报,2014,25(2):10-14.

DiscussionontheApplicationofIntelligentStreetLamp

WU Chunhai
(ShenzhenLightingEnvironmentManagementCenter,Shenzhen518036,China)

This paper introduces the development of urban lighting control technology and analyzes the current application of intelligent street lamp. For the four layers of intelligent street lamp, as knownas application, transmission, hardware and platform, the key technologies are platform openness and communication modes selection. The communication modes including PLC, ZigBee, NB-IoT and LoRa are compared and analyzed respectively. This paper puts forward some reasonable suggestion for the development of intelligent street lamp.

intelligent street lamp; key technology; communication modes

TM923

A

10.3969j.issn.1004-440X.2017.05.006