智慧灯杆如何提升未来智慧城市建设？

早在公元前 500 年，北京就有“固定位置照明”的记载，伦敦和阿姆斯特丹也在16世纪引入了公共街道照明。巴黎则是广泛普及街道照明的典范，首先是法国国王路易十五在18世纪中叶将油灯引入城市；随后，1818年引入了大规模煤气照明，1878 年又引入了电力照明。从那时起，公共街道照明成为每个城市必不可少的基础设施。在巴黎公用事业工程师设置公共照明的时候，路灯的作用就是让人们更安全、更方便地在漆黑的城市道路上行驶或行走，直到今日也是如此。此外，当局还希望最大限度地发挥这些街道随处可见的设施的潜力，将其作为智慧城市的基石。通过为广泛存在的路灯基础设施增加连接性和计算能力，路灯可以变得智能，而不仅仅是照明。

智慧灯杆优势

使用节能型 LED灯取代传统街灯照明是减少能耗和相关排放的有效方法。仅将传统公共照明灯换成 LED灯就能减少50%的能耗。如果这些公共照明灯结合连接能力和自动调光及路人检测功能，节能效果最高可以达到90%。所谓的智慧灯杆可以优化自身的功耗，并对产生照明的 LED 阵列的工作状态提供反馈。不仅如此，智慧灯杆还能为具有边缘处理能力的传感器提供平台。

熙枚智慧灯杆

每盏路灯都有可能安装人行道监控和交通摄像头、空气质量监测、天气监测、洪水检测、信息显示、应急服务联系、公共广播，甚至是Wi-Fi热点和电动汽车(EV) 充电装置。

国内外市场状况

2022年Grand View Research对智能灯杆市场的估值已达到89.0亿美元，预计从2023年到2030 年，智能灯杆市场的复合年增长率(CAGR)将达到20.8%。分析机构ABI research表示，预计到2030年全球范围智能灯杆的数量将超过1080万根。中国、韩国和印度等亚洲国家正在实施雄心勃勃的智能灯杆计划。根据《中国日报》报道，到2020年底中国智能灯杆市场价值已达170亿美元。在欧洲地区，欧盟的Humble Lamppost Project旨在升级欧盟各大城市的 1,000 万根灯柱，以“启动”智慧城市建设。根据欧盟估计，街道照明成本达到一个城市高达50%的能源支出，而通过在整个欧洲采用 LED照明，可以节省高达19亿欧元(20.7亿美元)的能源。在美国，弗吉尼亚州汉普顿市于2021年宣布了一项“数字化转型项目”，将用太阳能路灯杆取代街道照明装置。这些路灯杆将提供充电端口和Wi-Fi接入，并将配备安全摄像头。

利用传感器提升城市智能化

智慧灯杆可以利用光传感器分析自然光照趋势，在不浪费电力的情况下提供必要的照明。例如，太阳在夏季升起早，落得晚，这意味着路灯只需要在较短的时间内开启。有了光线自动检测功能，路灯杆就能根据这些变化进行调整。而在阴天或遮阳较多的地区，路灯则可以补偿较低的光照水平，并通过提前开启和延长开启时间来提高安全性，甚至在正常的“白天”时间内也是如此。另外，智慧灯杆可以实现预测性维护。通过连接，可以快速、频繁地报告LED 照明设备的总体健康状况，如照明输出和能耗，这些信息可用于提前预测故障。然后就可以派遣维护人员更换 LED灯。除了带来成本效益之外，预测性维护还能提高安全性，因为它能确保城市中的各个区域不会陷入黑暗之中。

随着许多大城市的交通拥堵日益严重，监测空气污染变得更加重要。智能灯杆可以利用传感器监测汽车尾气排放的一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)和二氧化硫(SO2)。这样，政策制定者就可以了解到哪些时间和地区经常出现空气质量差的问题，并采取相应的措施。路灯照明的最初目的是为了提高普通民众的安全，智能灯杆旨在进一步提高公众的福祉。通过安装更多的安全摄像头和监控街道交通，智慧灯杆可以帮助保护个人安全。

数据处理

Nordic nRF91系列SiP、LTE-M/NB-IoT 蜂窝IoT 和 DECT NR+等现代连接解决方案配备了功能强大的微处理器、充足的内存和机器学习(ML)算法，可在本地分析传感器信息。然后，只将值得注意的信息转发到云端。通过仅在必要时进行传输操作，蜂窝物联网设备可以降低功耗并节省数据费用。例如，智能灯杆可能会检测到人行道上夜间长时间没有人流，因此不会发送任何数据。但是，如果突然发现有几个人在不寻常的时间在路上快速奔跑，就可以将这些数据传送给有关部门进行调查。又或者，智能灯杆检测到一辆车在湿滑的路面上失控撞墙，这样触发不寻常数据流的事件就会被报告。

智慧城市中的无线技术力量

蜂窝物联网连接是连接智能灯杆的理想技术。蜂窝基础设施(尤其是在经常部署智能灯杆的大城市)拥有近乎普遍性、成熟性和安全性，这使得蜂窝物联网成为理想的选择。通过将蜂窝物联网与LwM2M 轻量级机器对机器 (包含在Nordic 的nRF Connect SDK中)等标准协议相结合，可以利用完全标准化的IPv6端到端解决方案来构建智慧城市。蜂窝基础设施日益普及，提供了将智能灯杆的优势从城市引入城镇和小型居住区的机会，从而使更多人受益。结合低功耗蓝牙，每根路灯杆都可以成为一个网关，用于连接功耗很低的低功耗蓝牙传感器。

除蜂窝物联网之外，DECT NR+将在街道照明应用中发挥重要的作用。对于高密度地区或没有蜂窝网络覆盖的地区，或者智慧城市不想依赖移动网络运营商(MNO)的地区，现在可以使用Nordic nRF9161 实现专用 5G 网络与路灯杆互联，然后使用网关提供与云端的连接。

数百年来，路灯一直是人类城市的基本组成部分，它不仅保障了人们的安全，也为人们的生活带来了便利。通过增加连接性，这类既有的基础设施现在可以为城市人口提供更多的服务，同时通过减少碳排放帮助人们应对气候变化的挑战。

审核编辑 黄宇