智慧灯杆的技术痛点及措施
智慧灯杆的技术痛点及措施
吴春海
（深圳市灯光环境管理中心，广东省深圳市518036）
摘要：本文介绍了智慧灯杆的应用情况，分析其技术痛点，包括照明功能弱化、灯杆可拓展性不够、电气设计考虑不周、供电和光纤配套不完善等。通过强化灯杆的硬件接口和网关的信息接口的作用，完善供电和光纤布局规划，找到不同功能之间的最大公约数，推动智慧灯杆合理有序发展。
关键词：智慧灯杆、技术痛点、硬件接口、信息接口
Technical Pain Points and Measures of Smart Lamp Pole
Wu Chunhai
(Shenzhen Lighting Environment Management Center , Shenzhen 518036 , Guangdong Province , China)
Abstract: This paper introduces the application of smart lamp pole, and analyses its technical pain points, including the weakening of lighting function, inadequate expandability of lamp pole, inadequate consideration of electrical design, imperfect matching of power supply and optical fiber, etc. Through strengthening the function of hardware interface of lamp pole and information interface of gateway, improving layout planning of power supply and optical fiber, we can find the maximum common denominator between different functions, and promote the development of smart lamp pole in a reasonable and orderly way.
Keywords: smart lamp pole, technical pain point, hardware interface, information interface
引言
智慧灯杆，顾名思义就是以路灯杆为载体，通过功能叠加、端口预留等方式，挂载各类设备实现智能照明、视频采集、移动通信、交通管理、信息交互和城市公共服务等多种功能的综合杆体。智慧灯杆从2016年开始预热，到2019年5G提前商用彻底引爆。之前，智慧灯杆兼顾照明、合杆、智慧城市、5G四大目标，均衡推进。现在，5G主导智慧灯杆建设，固然有利推广，但也存在失衡的风险。因此，在5G独大的情况下，找准智慧灯杆的技术痛点，提出合理的应对措施和推广路径，统筹智慧灯杆建设运营，显得尤为重要。
1 智慧灯杆的应用情况
智慧灯杆的推广应用，起自政策推动。在层级上，先是国家部委，再到省、市政府；在时间上，工作任务主要集中在2018-2020年、2020-2022年等时间段；在内容上，早期包括合杆、智慧城市、5G，近期基本聚焦5G，即如何利用智慧灯杆提供5G基站站址。以国家工信部和国资委近期联合发布的《关于2019年推进电信基础设施共建共享的实施意见（工信部联通信函[2019]123号）》为例，提出各地要加快5G基站站址规划，利用路灯杆、监控杆等公共设施来储备、建设5G站址。到了省、市政府层面，相关计划、方案更为直接，明确列出2019-2022年每年需建设的5G站址数量，以及利用路灯杆的方式方法[1]。
在政策的加持下，智慧灯杆建设经历了试点、示范、推广等阶段。2016年开始，各地出现一些试点，多者十几盏，少者只有两三盏，更多是形象展示。接着出现一些示范项目，如深圳人民南路、华强北路，上海大沽路。2017年开始，在杭州G20多杆合一改造的影响下，偏重合杆的智慧灯杆项目在各城市得以推广落地，如深圳侨香路、上海外滩，其主要目的是减少道路杆体数量、营造整洁街景。及至2019年，5G商用成了城市竞争的主战场，遍布大街小巷、供电方便的路灯杆顿时成了香饽饽。参与5G试点的大城市固然争先恐后，一些短期内缺乏5G应用场景的中小城市也不甘人后，甚至更为激进。近期看到不少县城的智慧灯杆的招标公告，全城改造，动辄几亿投资，最后谁来买单尤未可知。
从以上情况看，我们的智慧灯杆推广自上而下，从最初侧重智慧，到中间关注合杆，到现在完全围着5G转，一切取决于政策，缺乏明确的技术发展逻辑。在此应用过程中，智慧灯杆技术有所进步，但一些技术痛点依然存在，不利以后的规模应用。
2 智慧灯杆的技术痛点
笔者近年参与或观摩过不少智慧灯杆项目，由于过于追求短期效益，更多地从完成任务的角度来实施，对关键技术问题缺乏通盘考虑。目前，主要存在照明功能严重弱化、灯杆可扩展性不够、电气设计考虑不周、供电通信配套不完善等技术痛点，亟需解决。
2.1 照明功能严重弱化
智慧灯杆按理应该把照明功能作为重点，在此基础上再叠加其他功能，但实际并非如此。出于外观考虑，不少项目采用灯臂、灯具一体化设计，灯具不再采用照明企业的标准化产品，而是由施工单位购买LED模组和驱动电源，根据灯杆造型在施工现场自行拼装。由于缺乏整灯的检测和认证，照明配光和电气安全无法保证，质量和效果差强人意，也不利于后续的维护管理。照明功能被严重削弱，事实上也不利智慧灯杆的推广应用。
2.2 灯杆可扩展性不够
智慧灯杆是当下应用的支点，也应为未来需求预留充足接口。技术在快速演进，需求在不断变化，现在就把智慧灯杆的功能应用全部想清楚，既不可能也不现实。目前不少项目，基于目前技术来想象未来的应用场景，功能已被框死，对未来变化预计不足[2]。灯杆寿命可达20年，开放性和可扩展性是智慧灯杆的必然要求。目前行业存在一种以功能数量论智慧的不良倾向，你有3种，我就要5种，但对未来应用缺乏考虑。特别目前流行的一体化固定式设计，所有功能都已框定，以后更换或新增功能将会遇到麻烦，只能通过拆除或抱箍等方式来解决，也就失去了智慧灯杆的本来意义。
2.3 电气设计考虑不周
智慧灯杆的功能众多，强弱电并存，但灯杆内部空间有限，对电气设计和接线方式要求很高。从目前的项目看，强弱电混仓走线，灯门处接线混乱，部分项目为缩小灯杆直径，甚至在照明手井内接线，在雨天存在严重的安全隐患。即使是接线比较规范的项目，也存在环境条件不适应的问题。智慧灯杆一般在底座灯门处接线，内部高湿高热，防护等级不够，无论是用端子排或插接口，时间长都容易失效甚至生锈发热，增加了24小时通电的智慧灯杆的风险系数。
2.4 供电和通信配套不完善
智慧灯杆标配智能照明、视频采集和移动通信，智能照明用电和通信容易解决，视频采集和移动通信则必须敷设光纤，同时对供电可靠性要求也高。如果还配置信息发布屏和充电桩，用电负荷更非现状电缆可以负担[3]。目前项目存在重杆体轻线路的情况，杆体功能众多，但电缆、光纤配套不合理。有些项目提前配足，但何时投入使用并无规划，沉没成本过大；有些项目连管道都没预留，后期开挖增加运营成本。在5G站址建设加速的逼迫下，智慧灯杆的无序建设问题越趋严峻。
3 智慧灯杆的应对措施
5G商用带来巨大的站址布局压力，倒逼各地的智慧灯杆建设。以前，可以通过时间来换技术和需求。现在，时间反而成了智慧灯杆合理有序发展的主要制约。直面技术痛点，通过规范硬件接口和信息接口，完善供电和光纤规划布局，找到照明、合杆、智慧城市、5G之间的最大公约数，化解智慧灯杆当下建设与未来发展的内在矛盾。
3.1 强化灯杆的硬件接口作用
智慧灯杆配置多种功能，所有硬件设备都需要安装在灯杆杆体上。杆体设计不合理，必然影响功能实现，对希望连接现在与未来的智慧灯杆，更是如此。由于技术和需求尚在快速变化之中，很多事情不能一概而论，只能具体问题具体分析，从接口、杆内分仓分门、接线方式等方面来强化灯杆的硬件接口中心地位。
规范硬件接口是灯杆设计的重中之重。已经明确的接口，如灯具、摄像头接口，按现行规范使用标准产品，尽量不用定制产品；尚不明确的接口，如移动通信接口，要能兼顾4G和5G两种基站规格；需要预留的接口，可通过滑槽、插接口等方式来解决，尽量不要提前定死。硬件接口规范，智慧灯杆才能具备开放性和可扩展性。
杆内分仓分门有按强弱电和按专业分两种，前者是把强弱电分开，避免强电干扰传输信号；后者是把不同专业分开，一般按照明和非照明进行分类，有利后期维护。当然，杆体底部除了常规的分门式，用抽屉式分开放置也有其合理性。无论采用哪种方式，杆体底部空间都是绕不开的问题。相对而言，方形底部的工作面宽敞些，圆形底部的杆体更挺拔。建议功能多者用方形，少者用圆形。
灯杆内部高湿高热，接头进行热缩或灌胶处理效果最好，但也带来后期维护不方便的问题。端子排方便后期维护，绝缘却无法保证，在灯门丢失损坏的情况下存在严重安全隐患。笔者对该问题进行过不少尝试，IP68的防水接头效果较好，但对现场施工要求较高。这个问题还需要同行共同努力，在实践中不断完善。
3.2 强化网关的信息接口作用
智慧灯杆强调多功能，意味着信息种类也多，网关的分流和处理能力尤为重要。部分信息涉密，如公安视频数据，需要快速分流；其他信息需在网关进行初步处理，再上传平台，已经涉及一定的边缘计算能力。网关作为前端的信息处理中心，在整个系统中起到承上启下的作用，往下控制终端设备，往上连接管理平台[4-5]。规范网关信息接口，将是智慧灯杆系统建设能否成功的关键，其边缘计算能力，决定了整个系统的智慧程度。以网关为信息接口中心，也就找到信息处理的最大公约数。
3.3 完善供电和光纤规划布局
杆体和网关对智慧灯杆来说非常重要，但如果没有必要的供电和光纤支持，一切都是无源之水。众所周知，灯杆都有电源供应，但变压器负荷和电缆线径不一定能满足所有功能的用电需求，对于用电较多的5G基站、信息发布屏、充电桩等设备，重新规划供电布局和电缆走向是当务之急。
同理，现状灯杆一般没有光纤，但偏偏光纤对于5G和视频采集却是不可或缺，因此，规划光纤布局成了智慧灯杆建设的前置条件。考虑到光纤租用价格较贵，可预先埋好管道，待正式营运时再敷设光纤也不为迟。供电和光纤，无疑也是智慧灯杆系统稳定可靠运行的必要公约数。
4 结语
在5G的倒逼下，智慧灯杆建设进入快车道。5G既是智慧灯杆的主要推动力，更是巨大的制约力。面对技术和需求的巨大不确定，以前可以通过时间来化解，现在只能边干边解决，稍有不慎就会代价惨重。智慧灯杆涵盖照明、合杆、智慧城市、5G等功能，四者之间有很多关联，但需求和建设步调差别很大，完全混在一起处理，容易陷入分不清理还乱的困境。因此，必须摒弃一步到位的简单思维，根据城市实际统筹考虑，积极寻找四者的最大公约数。通过最大公约数去解决技术痛点，给新技术提供自我发展完善的空间。
以灯杆杆体和网关为中心，规范硬件接口和信息接口，再加上明晰的供电和光纤规划布局，可以有效解决目前智慧灯杆技术发展、需求变化与建设速度不匹配的矛盾。至于中远期如何，只能留待时间去给出最终的答案。
参考文献
[1] 广东省政府办公厅.广东省加快5G产业发展行动计划（2019-2022年），2019.
[2] 吴春海.智慧路灯的应用探讨，照明工程学报，2017，28（5）：24-26.
[3] 朱应昶，肖辉.城市道路照明智能化研究，2017，28（5）：16-19.
[4] 叶炜，吕伟，洪宽，等.基于NB-IoT技术的道路照明智能化控制系统，2017，28（5）：20-23.
[5] 傅晓明，柴广跃，钟海涛，等.基于ZigBee的LED智能照明定位应用研究，2017，28（5）：32-41.
