白皮書 | 智慧路燈——智慧城市新入口

劉毅

　　四川華體照明科技股份有限公司副總裁/《2018阿拉丁照明產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》智慧照明與物聯(lián)網(wǎng)科技 顧問

　　智慧路燈伴隨智慧城市發(fā)展是大勢(shì)所趨

　　1、智慧路燈發(fā)展趨勢(shì)

　　“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(dāng)前國內(nèi)外城市發(fā)展的重大戰(zhàn)略。中央城市工作會(huì)議提出“著力打造智慧城市”，國家八部委迅速響應(yīng)，印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出到2020年，建成一批特色鮮明的智慧城市。近年來，一系列政策落地，智慧城市建設(shè)進(jìn)入快車道，2017年隨著國家實(shí)施智慧城市規(guī)劃，全國啟動(dòng)建設(shè)140個(gè)智慧城市，創(chuàng)造了超過5000億元的巨大市場。據(jù)智研咨詢集團(tuán)發(fā)布的《2017-2022年中國智慧城市建設(shè)市場行業(yè)專項(xiàng)調(diào)研及投資價(jià)值預(yù)測報(bào)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、智慧醫(yī)療、WIFI城市等功能的智慧城市市場未來五年的年均復(fù)合增長率約為32.64%，2021年市場規(guī)模將達(dá)到18.7萬億元。智慧城市產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和傳感技術(shù)等相關(guān)配套技術(shù)領(lǐng)域有望實(shí)現(xiàn)爆發(fā)式增長。

　　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我國城市建設(shè)的高速發(fā)展，獲得了快速的增長。國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，從2004年至2014年，我國城市道路照明燈數(shù)量由1053萬盞增加到3000萬盞以上，年均復(fù)合增長率超過11%，城市道路照明行業(yè)保持持續(xù)快速發(fā)展的趨勢(shì)。智慧城市的信息資源需要大量的感知設(shè)備收集。作為智慧城市的入口端，路燈循著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(shù)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(shè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，可避免重復(fù)建設(shè)造成的資源浪費(fèi)，是智慧城市的主要載體，智慧路燈可拓展應(yīng)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、城市 WIFI等多功能模塊，為人們生活提供便捷服務(wù)。據(jù)預(yù)測，到2021年以智慧路燈為入口的各種硬件及服務(wù)的市場規(guī)模為3.7萬億元、占智慧城市市場總規(guī)模的20%。

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

　　為了滿足5G網(wǎng)絡(luò)高數(shù)據(jù)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?shù)乃俣仍娇?，但必然?huì)導(dǎo)致無線信號(hào)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(nèi)覆蓋和室外覆蓋兩類。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(shì)、管理智能、覆蓋密集、節(jié)省空間、覆蓋盲點(diǎn)等優(yōu)勢(shì)。相較于樓面安裝經(jīng)常出現(xiàn)的糾紛和地面安裝的財(cái)產(chǎn)安全問題，在智慧路燈上安裝小基站將是最可行的方式之一。三大運(yùn)營商按照IMT-2020(5G)推進(jìn)組的計(jì)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(tái)

　　首先，路燈及其系統(tǒng)在智慧城市中有天然的信息感知與反饋平臺(tái)。城市路燈有完善獨(dú)立的供電系統(tǒng)。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(shè)電纜的情況下滿足通信和信息設(shè)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(shè)施的無死角網(wǎng)絡(luò)化分布是實(shí)現(xiàn)智慧城市信息全覆蓋的基本條件。在所有市政設(shè)施中，只有路燈系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無死角網(wǎng)絡(luò)化分布。

　　再次，路燈單體的高度和內(nèi)腔容量足夠，足以在一體化設(shè)計(jì)要求下，裝載足夠多的、體積日益小微化的通信和信息設(shè)備。

　　路燈結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)獨(dú)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合理的設(shè)計(jì)裝載通信和信息設(shè)備、而且不影響其外觀之美。正是這三大天然優(yōu)勢(shì)，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(tái)。

　　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(shè)備，如充電樁、LED信息發(fā)布屏、高清攝像頭、應(yīng)急報(bào)警、5G基站搭載網(wǎng)絡(luò)、無線WIFI、停車檢測主機(jī)、環(huán)境監(jiān)測組件、井蓋及積水監(jiān)測主機(jī)、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(tǒng)架構(gòu)中所處的位置

　　下圖是一張典型的智慧城市架構(gòu)圖

　　通過上圖可以看出，典型的智慧城市建設(shè)需要四個(gè)層面完成，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層，應(yīng)用層包括了應(yīng)急智慧、數(shù)字城管、平安城市、智慧交通、便民服務(wù)、環(huán)境監(jiān)測和節(jié)能控制 ; 平臺(tái)層則指Iot平臺(tái)和數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)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(jī)、PC、Internet、云計(jì)算、無線AP、攝像頭、環(huán)境主機(jī)、一鍵報(bào)警等。智慧路燈主要實(shí)現(xiàn)了各種智慧設(shè)備和傳感設(shè)備的集成，并綜合利用有線和無線傳輸技術(shù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層的建設(shè)，同時(shí)集成的智慧路燈平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的收集和傳輸，為各種智慧城市應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　3、智慧路燈典型功能

　　應(yīng)該說，截止目前為止，智慧路燈所具備的功能還沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的定義，隨著技術(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(shè)備，專用路燈線路必須保證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(tǒng)，目前較成熟的單燈控制系統(tǒng)采用PLC( 電力線載波 ) 或ZIGBEE無線通訊方式，最新的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是采用NB-Iot通訊方式?？蓪?shí)現(xiàn)管理到每一盞燈的開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、狀態(tài)查詢、故障反饋等功能。

　　3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　利用路燈天然的搭載能力，集成監(jiān)控?cái)z像頭，可廣泛應(yīng)用于平臺(tái)城市、智慧城管、智慧交通、智慧停車等智慧城市應(yīng)用系統(tǒng)。

　　3.3 信息發(fā)布系統(tǒng)

　　智慧路燈集成了LED顯示屏，通過多媒體發(fā)布系統(tǒng)，可遠(yuǎn)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

　　未來幾年，5G基站建設(shè)將逐步展開，燈桿將成為5G微基站建設(shè)中重要的組成部分，智慧路燈設(shè)計(jì)并預(yù)留5G微基站的空間和接口，實(shí)現(xiàn)基站裝載功能。

　　3.5 城市微環(huán)境監(jiān)測

　　智慧路燈集成的城市微環(huán)境傳感器，可監(jiān)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(biāo)，利用路燈覆蓋面廣、點(diǎn)位多的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)城市高密度的城市微環(huán)境監(jiān)測能力。

　　3.6 無線WIFI

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

　　3.7 路燈充電樁

　　路燈具有天然的供電優(yōu)勢(shì)和點(diǎn)位優(yōu)勢(shì)，集成新能源汽車充電樁，是建設(shè)道路上分布式新能源汽車充電站的最佳方式。目前集成的新能源車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進(jìn)行補(bǔ)電，可以預(yù)見，伴隨新能源汽車保有量的進(jìn)一步增加，具備更快充電速度的直流充電樁和路燈的結(jié)合也將出現(xiàn)。

　　3.8 城市監(jiān)測組件

　　智慧路燈集成有城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測模塊，如井蓋監(jiān)測，積水監(jiān)測等傳感器模塊，可有效感知城市基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)和信息，為智慧城市的各種應(yīng)用提供數(shù)據(jù)。

　　3.9 應(yīng)急報(bào)警模塊

　　路燈集成的應(yīng)急報(bào)警模塊，可將警訊迅速傳輸?shù)焦芾碇行模芾碇行目赏ㄟ^視頻觀察現(xiàn)場情況，并可實(shí)時(shí)對(duì)講與報(bào)警人進(jìn)行溝通，及時(shí)處理突發(fā)惡性事件，防止危險(xiǎn)擴(kuò)大，有效解決公共場所安全問題，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)中一些廠家還會(huì)配置比如USB充電模塊、遠(yuǎn)程廣播、信息查詢屏等其他功能，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(tái)，伴隨著智慧城市的發(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(shè)備，一般每根智慧路燈內(nèi)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(xiàn)多個(gè)設(shè)備的信號(hào)傳輸、交換、數(shù)據(jù)的收集、處理和本地協(xié)同，將本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理后，再傳遞到云端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，是和云端相配合的邊緣計(jì)算設(shè)備。

　　5、智慧路燈的軟件管理平臺(tái)

　　智慧路燈集成了多種智慧設(shè)備和傳感設(shè)備，需要有一個(gè)統(tǒng)一的云端管理軟件平臺(tái)進(jìn)行多種設(shè)備的管理，數(shù)據(jù)收集，并且基于不同的應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)設(shè)備的協(xié)同工作。統(tǒng)一的云端管理軟件平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)智慧照明、視頻監(jiān)控、多媒體信息發(fā)布、環(huán)境監(jiān)測、應(yīng)急報(bào)警、井蓋監(jiān)測、無線WIFI、充電樁管理等等管理功能，還應(yīng)該實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)展示、多子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等功能。

　　智慧路燈在智慧城市中的應(yīng)用場景

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

　　1、智慧停車的應(yīng)用

　　采用集成在智慧路燈上的智慧識(shí)別攝像頭，可有效識(shí)別車進(jìn)入和離開車位，并且在停車過程中識(shí)別車牌，并將識(shí)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)行車位信息的誘導(dǎo)，一個(gè)智慧攝像頭的識(shí)別范圍為6~8個(gè)車位，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(xiàn)城市路邊停車場的智慧停車，是較理想的應(yīng)用之一。

　　2、智慧城管的應(yīng)用

　　利用智慧路燈集成的智慧攝像頭，遠(yuǎn)程廣播、智慧照明、信息發(fā)布屏等功能，可實(shí)現(xiàn)城管需要的小商小販、垃圾爆筒、垃圾亂扔、廣告店招、違章停車等智慧識(shí)別功能，并可用定點(diǎn)喊話系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)井蓋監(jiān)測、橋梁監(jiān)測等城市管理功能。

　　3、平安城市的應(yīng)用

　　充分利用智慧路燈集成的人臉識(shí)別攝像頭、WIFI探針、應(yīng)急報(bào)警等功能，可實(shí)現(xiàn)平安城市的天網(wǎng)、人臉識(shí)別、雪亮工程等諸多應(yīng)用。

　　4、智慧交通的應(yīng)用

　　充分利用智慧路燈集成的攝像頭、交通流量監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)智慧交通的連接應(yīng)用。

　　5、智慧社區(qū)/園區(qū)的應(yīng)用

　　智慧路燈、智慧庭院燈實(shí)現(xiàn)WIFI、信息推送、視頻監(jiān)控、廣播、一鍵報(bào)警、充電樁等應(yīng)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(yīng)該說，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，各地也紛紛開展智慧路燈示范項(xiàng)目或示范工程，智慧路燈也越來越被業(yè)界廣泛認(rèn)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(shè)帶來極大幫助的產(chǎn)品還沒有被大范圍應(yīng)用和推廣，主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的路燈只有照明功能，政府的建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)模式比較成熟。但是智慧路燈功能多，技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格高、涉及的政府管理和使用部門也比較多，如何建設(shè)、如何管理、如何養(yǎng)護(hù)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(guī)模化的建設(shè)，值得思考和研究。

　　傳統(tǒng)的路燈只具備照明功能，一般新建設(shè)是政府采用采購的模式，改造為LED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：一是一些基礎(chǔ)設(shè)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、智慧交通等;三是面向城市市民的服務(wù)功能，如充電樁、無線WIFI等?？梢钥闯觯?yàn)榧闪诉@些功能，智慧路燈已可以為政府管理部門、為社會(huì)機(jī)構(gòu)、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(xù)的運(yùn)營才能發(fā)揮價(jià)值，因此，智慧路燈已具備較大的運(yùn)營價(jià)值。

　　近年來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(yùn)營優(yōu)勢(shì)，采用EMC+使用者付費(fèi)的模式進(jìn)行規(guī)?；闹腔勐窡艚ㄔO(shè)，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(qū)簽訂《戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，擬改造雙流區(qū)3萬根智慧路燈，采用EMC+PPP模式，運(yùn)營期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(xù)與總包智慧城市業(yè)務(wù)全面對(duì)接，有望實(shí)現(xiàn)在全國的快速復(fù)制和規(guī)?；l(fā)展。

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

　　一是節(jié)能收益;二是垂直應(yīng)用收費(fèi)，比如信息發(fā)布為主的服務(wù)(LED廣告屏/通誘導(dǎo)屏)、充電樁充電等，但此類收費(fèi)模型剛剛興起，還沒有形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，沒有足夠的評(píng)估依據(jù)進(jìn)行匹配。而PPP項(xiàng)目一般要求目前要測算出十年二十年內(nèi)的基準(zhǔn)收益，因此難以精確測算。第三類可能產(chǎn)生收益的是大數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)是智慧城市的核心內(nèi)容，但目前的大數(shù)據(jù)多數(shù)是用在商戶的精準(zhǔn)營銷。以無線智慧旅游景區(qū)及商圈應(yīng)用為例，通過路燈基于WiFi進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可以進(jìn)行精準(zhǔn)營銷和廣告推送，大幅提升商圈的經(jīng)濟(jì)增加值。另外常提到的應(yīng)用是監(jiān)測預(yù)警。目前，城市數(shù)據(jù)尚未形成城市數(shù)據(jù)礦，且在制定數(shù)據(jù)開放政策以及數(shù)據(jù)保護(hù)法律等方面還需要政府進(jìn)一步加強(qiáng)。

　　1、節(jié)能收益

　　項(xiàng)目公司營運(yùn)收益主要來源于項(xiàng)目實(shí)施后道路照明節(jié)省的電費(fèi)支出，社會(huì)投資人按與政府的約定獲得收益。政府本級(jí)財(cái)政部門按照項(xiàng)目所涉道路路燈上年度實(shí)際電費(fèi)支出為基數(shù)，測算改造后節(jié)約的電費(fèi)，支付社會(huì)資本的改造、運(yùn)營成本，從每年財(cái)政預(yù)算安排的路燈電費(fèi)中予以支付。

　　2、增值應(yīng)用收益

　　政府可將路燈經(jīng)營權(quán)授予社會(huì)資本方，由其挖掘運(yùn)營潛力，獲得增值收益?！爱?dāng)前智慧路燈已具備運(yùn)營性，因此更加適合采用PPP+EMC新模式?！? “如通過附加廣告及以照明項(xiàng)目的路燈桿為載體設(shè)置攝像頭，環(huán)境監(jiān)測器，WIFI發(fā)射站等拓展項(xiàng)目來收取費(fèi)用。”社會(huì)投資人按在項(xiàng)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(tǒng)將在軟件及服務(wù)方面為業(yè)界帶來約5500億美元的收益，而硬件銷售所得的收益僅為500億美元。對(duì)于LED照明企業(yè)而言，目前只能分享到硬件銷售收益，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，如掌握透過路燈所收集的各種數(shù)據(jù)，收取通用數(shù)據(jù)處理服務(wù)費(fèi)用，是未來LED企業(yè)需要探索的重點(diǎn)之一。

　　新型智慧城市建設(shè)越來越離不開PPP模式，智慧路燈建設(shè)更離不開PPP模式的支持;實(shí)際上，對(duì)于智慧路燈業(yè)者而言，如何在保證分享到硬件銷售收益外，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運(yùn)營服務(wù)獲得長期投資回報(bào)，充分探索智慧路燈各種應(yīng)用價(jià)值和運(yùn)營價(jià)值，才能破解智慧路燈的大面積應(yīng)用和推廣的難題。