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智慧路灯系统有线传输解决方案探讨

发表时间：2021/6/7 来源：《基层建设》2021年第2期作者：周治

[导读] 摘要：智慧路灯以集成智能照明、视频监控、信息发布、环境感知、新能源车充电桩、5G基站杆塔等多项功能而成为新型基础设施的重要内容，受到地方政府越来越多的重视。

        中国电信股份有限公司襄阳分公司湖北襄阳 441000
        摘要：智慧路灯以集成智能照明、视频监控、信息发布、环境感知、新能源车充电桩、5G基站杆塔等多项功能而成为新型基础设施的重要内容，受到地方政府越来越多的重视。本文就系统有线传输展开了相关探究。
        关键词：智慧路灯系统；有线传输；系统传输
        1 城市路灯照明系统发展现状
        1.1 不能实时控制
        控制方式的单一化，使得不同区域的不同灯型，以及不同时间段的照明设备无法实现分类控制，从而造成资源分配不合理，产生大量电能被浪费的问题。
        1.2 无法及时开关灯
        当恶劣多变的天气情况出现时，现行照明控制方式不能随着天气亮度的变化而对应自动开关。这样在各类城市户外活动诸如庆典及会议或者参观考察，照明系统做不到及时灵活的对应控制，影响了城市的市政管理形象。
        1.3 信息不能反馈
        管理部门不能实时接收到城市道路照明的各种反馈信息，如城市道路或公共场所的电灯电压电流及其耗电量，城市市政设施的亮灯率及故障信息，照明系统的控制环节问题等，使得城市管理部门不能掌握实时的城市照明情况。
        1.4 故障信息不明确
        当前管理部门依靠维护人员的反馈做出决策，所以照明系统的维护人员需具备专业修检知识，然而专业检修人员的缺少导致了各处路灯的故障信息，不能及时传递到管理部门，同时照明系统的故障问题不明确也会耽误抢修时间，这样会给夜间行人及车辆造成很大不便。
        1.5 开灯调整周期变化频繁
        一年中每天的日出日落时间都在发生变化，工作人员需要掌握日出日落规律，从而才能在每个控制点调整照明系统的启动和停止[1]。较高的知识储备要求使得工作人员较难筛选，同时开关灯调整周期的频繁变化，使得工作人员面对较大的工作压力。
        2 智慧路灯系统内容
        2.1 信息发布系统
        信息发布系统是在灯杆上安装电子显示屏，通过通信网络连接到中心机房，通过智能管理模块，在显示器上实时发布商业广告、公益宣传、公共信息、紧急情况警告、区域地图显示、周边空气污染状况等信息。
        2.2 环境感知系统
        环境感知系统是智慧路灯集成的环境传感器，可实时监测PM2.5、温度、湿度、大气压、风速、风向、雨量、噪声等环境信息，并将采集到的实时数据通过通信网络传输到数据中心进行分析处理，然后通过信息发布系统实时发布，方便市民出行，同时为气象局提供更为详实的基础气象数据，为环保局提供环境污染情况分析数据。
        2.3 新能源车充电桩系统
        新能源车充电桩系统是在智慧灯杆中集成电动汽车交流充电桩，可为混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等新能源汽车中车载充电机提供交流电能；并在充电过程中，能够实时显示充电方式、充电进度、已充电量及费用等信息的系统，是国家目前大力建设的新基建之一。
        2.4 5G基站塔杆
        目前，三大运营商的5G频谱多集中于2.5~2.7GHz、3.4~3.6GHz之间的高频段上，5G基站的覆盖半径多为300m左右，基站的密集程度前所未有。市区基站选址历来是个难题，5G基站的高密集特征令运营商在选址上头痛不已。智慧灯杆集成5G基站塔杆功能，轻松提供天线安装、设备引电、传输光缆等一揽子解决方案，是城市基础设施共建共享的典范，能有效降低市区5G基站的建设难度。
        2.5 视频监控系统
        视频监控系统是在城市的各个角落安装网络摄像机等前端感知设备采集数据，通过通信网络传输到数据中心进行数据的存储与分析，并以图像的形式呈现给城市管理者的一种监控系统。城市管理者利用该系统保护市民财产和人身安全，及时、高效打击犯罪份子的破坏活动，效果显著，正被地方政府所青睐。

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        3 智慧路灯系统有线传输解决方案
        3.1 有线传输解决方案
        有线传输解决方案主要有交换机和PON（无源光纤网络）两种。
        3.2 交换机方案
        交换机方案是在智慧灯杆的底柱部位安装8口接入交换机，通过在灯杆内部敷设的网线与灯杆上的各类智能设备相连，接入交换机再通过光纤与该区域内的汇聚交换机相连（一般设置在该区域中心位置），信息经汇聚交换机汇聚后再通过光纤连接到中心机房内的核心交换机[2]。
        3.3 PON方案
        PON方案是在智慧灯杆的底柱部位安装8口ONU（光网络单元）设备，通过灯杆内部敷设的网线与各类智能设备相连，ONU再通过光纤与附近的分光器相连，分光器可以将ONU侧的多根纤芯汇聚成一根纤芯后连接到中心机房内的OLT（光线路终端）设备，然后再上联到同在中心机房内的核心交换机。网络交换机方案与PON方案在现实中均有成熟运用。
        3.4 传输带宽需求分析
        在确定每台汇聚交换机可以覆盖多少根智慧灯杆或者ODN（光分配网）的分光比时，首先需要分析清楚每根智慧灯杆上所有智慧设备对传输带宽上、下行的需求量，再用这个需求总和与汇聚交换机端口或PON口的带宽进行对比。汇聚交换机端口或PON口的带宽与单根智慧灯杆带宽之和的倍数就是汇聚交换机可以覆盖的智慧灯杆数，也就是ODN的最大分光比。
        3.5 配套管道解决方案
        智慧路灯系统大多建设在城市的重要道路或者是当地重点打造的新区内，传输线缆应采用管道敷设方式。管道以新建方式为主，管位选择在人行道上靠路灯一侧，管材采用外径为110mm的塑料管，管孔以2~3孔为宜，1孔敷设电力电缆使用，1孔敷设通信光缆使用，有条件时，再预留1孔。管道的覆土深度应大于0.7m，满足不了时，管材要做水泥包封[3]。现场条件允许时，敷设电力电缆的管孔与敷设通信电缆的管孔之间要保持0.5m的距离。工作手孔就做在路灯杆基础附近，离路灯杆的距离不要超过2m，手孔的大小可以做成0.5m×0.5m的非标手孔。管道建设时，在征求了当地通信运营商的需求后，可以与通信管道共建共享，此时，电力电缆敷设的管孔应安排在路灯一侧，且应与通信管孔保持0.5m的净距。由于路灯间距一般在20~30m，智慧路灯系统配套的管道段长较运营商管道的段长明显要短，与运营商共建共享时，可以采用同沟不同井的方式进行管道建设。
        3.6 做好系统建设
        市政路灯智能照明管理系统主要包括先进的软件和硬件，以及完整的通讯网络。硬件包括监控调度中心中安装的终端控制器和集中控制器以及无线通讯设施，采用电力载波技术，选用现代化智能化的基础设备，以满足城市路灯照明的需求。系统基于实时的数字信息化的遥信，通过及时的智能化遥测和遥控，对城市各处照明元件进行有效的管理和维护。系统还可以通过灵活的控制方式，满足一些重要场合的照明元件的即时开关需求，比如城市的领导来访及会议，重要的户外商业活动，以及重要节假日的庆典活动等。通过智能管理系统的建设，及时监测照明设施的故障，获得及时的维护和管理，在保证照明设施的可用性的同时，延长了照明设施的使用寿命，提高了城市的形象[4]。同时系统结合在建的“北斗城市公共平台”，在平台提供的空间地理信息服务的基础上，实现对城市照明设备的定位、报警、状态查询显示等功能；城市通过建立北斗城市公共服务平台，新建的城市照明管理系统为平台输送照明设施的状态信息，同时平台可以对系统中的报警数据和能耗数据进行分析，反之对城市照明管理方面提供分析数据支撑，推进照明系统中的管理数据的深入挖掘。
        结束语：
        综上所述，智慧路灯系统是近几年发展较快的新型路灯系统，交换机的传输解决方案为大多数智慧灯杆厂家和集成单位所推崇，这种方案技术成熟、风险小，应用也广泛。PON的传输解决方案在运营商做集成商时比较常见，这种方案成本低，易维护。可以预见，未来PON将以其众多优势逐步成为主流的建设方式。
        参考文献：
        [1]杨杰.面向智慧城市建设的互联网+WSN路灯控制系统设计[J].电信技术，2019（S1）：9-11+18.
        [2]赵雅婕，陈如清，万勇，鲍胜利.面向智慧城市建设的LED路灯智能调光系统设计[J].科技创新与应用，2019（28）：37-38.
        [3]刘霁葳.浅析智慧路灯管理系统的设计[J].中国新通信，2019，21（18）：131.
        [4]杨文彬.基于物联网的城市路灯智慧照明控制系统[J].城市建设理论研究（电子版），2019（19）：58.