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(nèi)外城市發(fā)展的重大戰(zhàn)略。中央城市工作會議提出“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)進入快車道，2017年隨著國家實施智慧城市規(guī)劃，全國啟動建設(shè)140個智慧城市，創(chuàng)造了超過5000億元的巨大市場。據(jù)智研咨詢集團發(fā)布的《2017-2022年中國智慧城市建設(shè)市場行業(yè)專項調(diào)研及投資價值預(yù)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、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)模將達到18.7萬億元。智慧城市產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊，云計算、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)計局數(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。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)一樣覆蓋整個城市軀體，密度大、數(shù)量多，且具備“有網(wǎng)、有點、有桿”三位一體的特點，以智慧路燈作為智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵節(jié)點，可避免重復(fù)建設(shè)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(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?，但必然會?dǎo)致無線信號傳播的距離變短。5G時代的超密集組網(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、管理智能、覆蓋密集、節(jié)省空間、覆蓋盲點等優(yōu)勢。相較于樓面安裝經(jīng)常出現(xiàn)的糾紛和地面安裝的財產(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。三大運營商按照IMT-2020(5G)推進組的計劃，基本確定2018年進行重點城市的5G試點，2020年正式開通商用。這將會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(tǒng)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(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、臂三個基本組成部分，在定制化的路燈中，通常有結(jié)構(gòu)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合理的設(shè)計裝載通信和信息設(shè)備、而且不影響其外觀之美。正是這三大天然優(yōu)勢，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(shè)備，如充電樁、LED信息發(fā)布屏、高清攝像頭、應(yīng)急報警、5G基站搭載網(wǎng)絡(luò)、無線WIFI、停車檢測主機、環(huán)境監(jiān)測組件、井蓋及積水監(jiān)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(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)需要四個層面完成，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(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 ; 平臺層則指Iot平臺和數(shù)據(jù)平臺，通過平臺以實現(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、PC、Internet、云計算、無線AP、攝像頭、環(huán)境主機、一鍵報警等。智慧路燈主要實現(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)，進行網(wǎng)絡(luò)層的建設(shè)，同時集成的智慧路燈平臺實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的收集和傳輸，為各種智慧城市應(yīng)用提供了堅實的基礎(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標準的定義，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)展趨勢是采用NB-Iot通訊方式?？蓪崿F(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)控攝像頭，可廣泛應(yīng)用于平臺城市、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)，可遠程發(fā)布政務(wù)信息、時政新聞、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)計并預(yù)留5G微基站的空間和接口，實現(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)，風速、風向等環(huán)境指標，利用路燈覆蓋面廣、點位多的優(yōu)勢，實現(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、點位多的優(yōu)勢，在路燈上集成無線AP，實現(xiàn)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)勢和點位優(yōu)勢，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行補電，可以預(yù)見，伴隨新能源汽車保有量的進一步增加，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)急報警模塊

　　路燈集成的應(yīng)急報警模塊，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，并可實時對講與報警人進行溝通，及時處理突發(fā)惡性事件，防止危險擴大，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)中一些廠家還會配置比如USB充電模塊、遠程廣播、信息查詢屏等其他功能，這里就不一一敘述。總之，智慧路燈是理想的智慧城市物聯(lián)網(wǎng)搭載平臺，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)部會配置一個智慧網(wǎng)關(guān)，這個智慧網(wǎng)關(guān)是智慧路燈的智慧大腦，可實現(xiàn)多個設(shè)備的信號傳輸、交換、數(shù)據(jù)的收集、處理和本地協(xié)同，將本地數(shù)據(jù)進行處理后，再傳遞到云端進行數(shù)據(jù)處理，是和云端相配合的邊緣計算設(shè)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(shè)備和傳感設(shè)備，需要有一個統(tǒng)一的云端管理軟件平臺進行多種設(shè)備的管理，數(shù)據(jù)收集，并且基于不同的應(yīng)用場景實現(xiàn)設(shè)備的協(xié)同工作。統(tǒng)一的云端管理軟件平臺需要實現(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)該實現(xiàn)大數(shù)據(jù)展示、多子系統(tǒng)聯(lián)動等功能。

　　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，既是一個獨立的系統(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別攝像頭，可有效識別車進入和離開車位，并且在停車過程中識別車牌，并將識別信息傳遞到云端進行處理。再利用集成在智慧路燈上的LED顯示屏進行車位信息的誘導(dǎo)，一個智慧攝像頭的識別范圍為6~8個車位，大約為35米左右，剛好為兩個路燈的間距，因此，利用智慧路燈，實現(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，遠程廣播、智慧照明、信息發(fā)布屏等功能，可實現(xiàn)城管需要的小商小販、垃圾爆筒、垃圾亂扔、廣告店招、違章停車等智慧識別功能，并可用定點喊話系統(tǒng)實現(xiàn)遠程管理，同時可實現(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別攝像頭、WIFI探針、應(yīng)急報警等功能，可實現(xiàn)平安城市的天網(wǎng)、人臉識別、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、智慧庭院燈實現(xiàn)WIFI、信息推送、視頻監(jiān)控、廣播、一鍵報警、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，實至今天，已經(jīng)歷了約4個年頭，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目或示范工程，智慧路燈也越來越被業(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(shè)帶來極大幫助的產(chǎn)品還沒有被大范圍應(yīng)用和推廣，主要是因為傳統(tǒng)的路燈只有照明功能，政府的建設(shè)、管理、養(yǎng)護模式比較成熟。但是智慧路燈功能多，技術(shù)復(fù)雜、價格高、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)護是面臨的一個課題，尤其是采用哪種商業(yè)模式進行規(guī)?；慕ㄔO(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?，因為集成了這些功能，智慧路燈已可以為政府管理部門、為社會機構(gòu)、為市民提供較多的服務(wù)。同時智慧路燈的這些功能需要持續(xù)的運營才能發(fā)揮價值，因此，智慧路燈已具備較大的運營價值。

　　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營優(yōu)勢，采用EMC+使用者付費的模式進行規(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，運營期10 年。智慧路燈在采用PPP+EMC模式的同時引入增值業(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)全面對接，有望實現(xiàn)在全國的快速復(fù)制和規(guī)?；l(fā)展。

　　實際上，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營的屬性。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，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，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，但此類收費模型剛剛興起，還沒有形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，沒有足夠的評估依據(jù)進行匹配。而PPP項目一般要求目前要測算出十年二十年內(nèi)的基準收益，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進行數(shù)據(jù)采集，可以進行精準營銷和廣告推送，大幅提升商圈的經(jīng)濟增加值。另外常提到的應(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)保護法律等方面還需要政府進一步加強。

　　1、節(jié)能收益

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

　　2、增值應(yīng)用收益

　　政府可將路燈經(jīng)營權(quán)授予社會資本方，由其挖掘運營潛力，獲得增值收益?！爱斍爸腔勐窡粢丫邆溥\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)射站等拓展項目來收取費用?！鄙鐣顿Y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(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，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)費用，是未來LED企業(yè)需要探索的重點之一。

　　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;實際上，對于智慧路燈業(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營服務(wù)獲得長期投資回報，充分探索智慧路燈各種應(yīng)用價值和運營價值，才能破解智慧路燈的大面積應(yīng)用和推廣的難題。