刘毅
四川华体照明科技股份有限公司副总裁/《2018阿拉丁照明产业调研白皮书》智慧照明与物联网科技 顾问
智慧路灯伴随智慧城市发展是大势所趋
1、智慧路灯发展趋势
“智慧城市”是在物联网信息技术的支撑下，形成的一种新型信息化的城市形态，也是当前国内外城市发展的重大战略。中央城市工作会议提出“着力打造智慧城市”，国家八部委迅速响应，印发《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》，提出到2020年，建成一批特色鲜明的智慧城市。近年来，一系列政策落地，智慧城市建设进入快车道，2017年随着国家实施智慧城市规划，全国启动建设140个智慧城市，创造了超过5000亿元的巨大市场。据智研咨询集团发布的《2017-2022年中国智慧城市建设市场行业专项调研及投资价值预测报告》，到2021年，涵盖智慧城管、平安城市、智慧交通、智慧政务、智慧停车、智慧医疗、WIFI城市等功能的智慧城市市场未来五年的年均复合增长率约为32.64%，2021年市场规模将达到18.7万亿元。智慧城市产业市场前景广阔，云计算、大数据和传感技术等相关配套技术领域有望实现爆发式增长。
其中智慧路灯作为智慧城市的重要组成部分，是最有效地切入路径之一，且发展空间巨大。作为城市照明的主体，城市道路照明伴随着我国城市建设的高速发展，获得了快速的增长。国家统计局数据显示，从2004年至2014年，我国城市道路照明灯数量由1053万盏增加到3000万盏以上，年均复合增长率超过11%，城市道路照明行业保持持续快速发展的趋势。智慧城市的信息资源需要大量的感知设备收集。作为智慧城市的入口端，路灯循着城市道路与街道分布，如血管和神经一样覆盖整个城市躯体，密度大、数量多，且具备“有网、有点、有杆”三位一体的特点，以智慧路灯作为智慧城市建设的关键节点，可避免重复建设造成的资源浪费，是智慧城市的主要载体，智慧路灯可拓展应用智慧城市的各种功能，如搭载智慧照明、智慧新能源充电、智慧安防、平安城市、智慧城管、智慧交通、智慧停车、城市 WIFI等多功能模块，为人们生活提供便捷服务。据预测，到2021年以智慧路灯为入口的各种硬件及服务的市场规模为3.7万亿元、占智慧城市市场总规模的20%。
2、5G微基站建设是催生智慧路灯加快发展的又一重要因素
为了满足5G网络高数据流量和高传输速率的需求，5G网络在频谱上要比4G更高。频率越高，传输的速度越快，但必然会导致无线信号传播的距离变短。5G时代的超密集组网催生小基站需求。目前小基站部署方式主要分为室内覆盖和室外覆盖两类。室外覆盖的具体部署方式主要有：抱杆安装、楼面安装和地面安装。基于智慧路灯的安装方式是抱杆安装的典型方式，具有供电优势、管理智能、覆盖密集、节省空间、覆盖盲点等优势。相较于楼面安装经常出现的纠纷和地面安装的财产安全问题，在智慧路灯上安装小基站将是最可行的方式之一。三大运营商按照IMT-2020(5G)推进组的计划，基本确定2018年进行重点城市的5G试点，2020年正式开通商用。这将会催生智慧路灯的大量需求。
3、智慧路灯是智慧城市最天然的物联网平台
首先，路灯及其系统在智慧城市中有天然的信息感知与反馈平台。城市路灯有完善独立的供电系统。由于其具有非均衡使用的特征，余量足够，所以，能够在不敷设电缆的情况下满足通信和信息设施的用电需求。
其次，网络状分布是路灯布局的最大特征之一。随着路网密度的增大，网络分布的特征将更加明显、合理，死角亦将逐渐消失。通信与信息设施的无死角网络化分布是实现智慧城市信息全覆盖的基本条件。在所有市政设施中，只有路灯系统能够实现无死角网络化分布。
再次，路灯单体的高度和内腔容量足够，足以在一体化设计要求下，装载足够多的、体积日益小微化的通信和信息设备。
路灯结构有杆、座、臂三个基本组成部分，在定制化的路灯中，通常有结构独特的主体。灯座和主体的容量之大自不待赘言，即或是灯杆和灯臂也可以通过合理的设计装载通信和信息设备、而且不影响其外观之美。正是这三大天然优势，让智慧路灯成为了智慧城市发展最理想的物联网搭载平台。
智慧路灯定义及功能
1、智慧路灯定义
智慧路灯是指在路灯上搭载各种传感器及感知设备，如充电桩、LED信息发布屏、高清摄像头、应急报警、5G基站搭载网络、无线WIFI、停车检测主机、环境监测组件、井盖及积水监测主机、城市广播等，利用物联网及互联网技术，使路灯成为智慧城市信息采集终端和便民服务终端，是智慧城市重要的切入口。
2、智慧路灯在智慧城市系统架构中所处的位置
下图是一张典型的智慧城市架构图
通过上图可以看出，典型的智慧城市建设需要四个层面完成，即感知层、网络层、平台层和应用层，应用层包括了应急智慧、数字城管、平安城市、智慧交通、便民服务、环境监测和节能控制 ; 平台层则指Iot平台和数据平台，通过平台以实现智能化 ; 网络层指通信网、互联网和物联网 ;感知层包含了手机、PC、Internet、云计算、无线AP、摄像头、环境主机、一键报警等。智慧路灯主要实现了各种智慧设备和传感设备的集成，并综合利用有线和无线传输技术，进行网络层的建设，同时集成的智慧路灯平台实现了数据的收集和传输，为各种智慧城市应用提供了坚实的基础。
3、智慧路灯典型功能
应该说，截止目前为止，智慧路灯所具备的功能还没有一个标准的定义，随着技术的不断发展，智慧路灯的功能将不断发展和完善，以下是行业中智慧路灯比较有代表性的功能。
3.1 智慧照明
由于智慧路灯上搭载了较多的传感和智慧设备，专用路灯线路必须保证24小时供电，因此智慧路灯一般需具备单灯控制功能的智能照明系统，目前较成熟的单灯控制系统采用PLC( 电力线载波 ) 或ZIGBEE无线通讯方式，最新的技术发展趋势是采用NB-Iot通讯方式。可实现管理到每一盏灯的开关、亮度调节、状态查询、故障反馈等功能。
3.2 视频监控系统
利用路灯天然的搭载能力，集成监控摄像头，可广泛应用于平台城市、智慧城管、智慧交通、智慧停车等智慧城市应用系统。
3.3 信息发布系统
智慧路灯集成了LED显示屏，通过多媒体发布系统，可远程发布政务信息、时政新闻、公益广告、商业广告等。
3.4 5G微基站搭载
未来几年，5G基站建设将逐步展开，灯杆将成为5G微基站建设中重要的组成部分，智慧路灯设计并预留5G微基站的空间和接口，实现基站装载功能。
3.5 城市微环境监测
智慧路灯集成的城市微环境传感器，可监测温度、湿度、噪音、空气质量(PM2.5等)，风速、风向等环境指标，利用路灯覆盖面广、点位多的优势，实现城市高密度的城市微环境监测能力。
3.6 无线WIFI
利用路灯覆盖面广、点位多的优势，在路灯上集成无线AP，实现城市道路的全WIFI信号覆盖。
3.7 路灯充电桩
路灯具有天然的供电优势和点位优势，集成新能源汽车充电桩，是建设道路上分布式新能源汽车充电站的最佳方式。目前集成的新能源车充电桩一般为交流充电桩，功率7KW，充电速度较慢，主要为停在路灯边上的新能源车进行补电，可以预见，伴随新能源汽车保有量的进一步增加，具备更快充电速度的直流充电桩和路灯的结合也将出现。
3.8 城市监测组件
智慧路灯集成有城市基础设施的监测模块，如井盖监测，积水监测等传感器模块，可有效感知城市基础设施状态和信息，为智慧城市的各种应用提供数据。
3.9 应急报警模块
路灯集成的应急报警模块，可将警讯迅速传输到管理中心，管理中心可通过视频观察现场情况，并可实时对讲与报警人进行沟通，及时处理突发恶性事件，防止危险扩大，有效解决公共场所安全问题，做到平安城市。
以上是智慧路灯比较有代表性的典型功能，行业中一些厂家还会配置比如USB充电模块、远程广播、信息查询屏等其他功能，这里就不一一叙述。总之，智慧路灯是理想的智慧城市物联网搭载平台，伴随着智慧城市的发展，智慧路灯的功能也将不断地更新和发展。
4、智慧路灯的智慧大脑
智慧路灯集成功能众多，连接了大量的物联网设备，一般每根智慧路灯内部会配置一个智慧网关，这个智慧网关是智慧路灯的智慧大脑，可实现多个设备的信号传输、交换、数据的收集、处理和本地协同，将本地数据进行处理后，再传递到云端进行数据处理，是和云端相配合的边缘计算设备。
5、智慧路灯的软件管理平台
智慧路灯集成了多种智慧设备和传感设备，需要有一个统一的云端管理软件平台进行多种设备的管理，数据收集，并且基于不同的应用场景实现设备的协同工作。统一的云端管理软件平台需要实现智慧照明、视频监控、多媒体信息发布、环境监测、应急报警、井盖监测、无线WIFI、充电桩管理等等管理功能，还应该实现大数据展示、多子系统联动等功能。
智慧路灯在智慧城市中的应用场景
智慧路灯集成了众多的功能，既是一个独立的系统，又需要将这些功能应用到智慧城市的各种场景中，才能充分发挥这些功能的作用，形成和智慧城市应用的完美连接，下面是一些比较典型的智慧路灯应用到智慧城市的场景。
1、智慧停车的应用
采用集成在智慧路灯上的智慧识别摄像头，可有效识别车进入和离开车位，并且在停车过程中识别车牌，并将识别信息传递到云端进行处理。再利用集成在智慧路灯上的LED显示屏进行车位信息的诱导，一个智慧摄像头的识别范围为6~8个车位，大约为35米左右，刚好为两个路灯的间距，因此，利用智慧路灯，实现城市路边停车场的智慧停车，是较理想的应用之一。
2、智慧城管的应用
利用智慧路灯集成的智慧摄像头，远程广播、智慧照明、信息发布屏等功能，可实现城管需要的小商小贩、垃圾爆筒、垃圾乱扔、广告店招、违章停车等智慧识别功能，并可用定点喊话系统实现远程管理，同时可实现井盖监测、桥梁监测等城市管理功能。
3、平安城市的应用
充分利用智慧路灯集成的人脸识别摄像头、WIFI探针、应急报警等功能，可实现平安城市的天网、人脸识别、雪亮工程等诸多应用。
4、智慧交通的应用
充分利用智慧路灯集成的摄像头、交通流量监测，实现智慧交通的连接应用。
5、智慧社区/园区的应用
智慧路灯、智慧庭院灯实现WIFI、信息推送、视频监控、广播、一键报警、充电桩等应用。
智慧路灯新型商业模式的思考
智慧路灯自2014年初步提出，实至今天，已经历了约4个年头，应该说，最近几年，智慧路灯技术上日趋成熟。从路灯行业到政府，都逐步了解此产品，各地也纷纷开展智慧路灯示范项目或示范工程，智慧路灯也越来越被业界广泛认可。但是，如此兼具多种功能为一体的，并且能为智慧城市建设带来极大帮助的产品还没有被大范围应用和推广，主要是因为传统的路灯只有照明功能，政府的建设、管理、养护模式比较成熟。但是智慧路灯功能多，技术复杂、价格高、涉及的政府管理和使用部门也比较多，如何建设、如何管理、如何养护是面临的一个课题，尤其是采用哪种商业模式进行规模化的建设，值得思考和研究。
传统的路灯只具备照明功能，一般新建设是政府采用采购的模式，改造为LED是采用的EMC( 合同能源管理模式 )，而智慧路灯具备了较多功能，从功能属性上可分为三类：一是一些基础设备，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、智慧停车、智慧交通等;三是面向城市市民的服务功能，如充电桩、无线WIFI等。可以看出，因为集成了这些功能，智慧路灯已可以为政府管理部门、为社会机构、为市民提供较多的服务。同时智慧路灯的这些功能需要持续的运营才能发挥价值，因此，智慧路灯已具备较大的运营价值。
近年来已有公司积极在探索智慧路灯的新型商业模式，即采用EMC+PPP模式，充分发挥智慧路灯的功能运营优势，采用EMC+使用者付费的模式进行规模化的智慧路灯建设，如四川华体照明科技股份有限公司2018年1月与成都市双流区签订《战略合作框架协议》，拟改造双流区3万根智慧路灯，采用EMC+PPP模式，运营期10 年。智慧路灯在采用PPP+EMC模式的同时引入增值业务联合投资及收益分成等新商业模式，后续与总包智慧城市业务全面对接，有望实现在全国的快速复制和规模化发展。
实际上，智慧路灯体系建设已经让传统的灯杆具备了综合利用和运营的属性。PPP项目公司在提供政府需求的公共产品或服务(如维护)时，完全可以附带生产出更具经营性的副产品。目前，智慧路灯的项目收益目前主要有三类：
一是节能收益;二是垂直应用收费，比如信息发布为主的服务(LED广告屏/通诱导屏)、充电桩充电等，但此类收费模型刚刚兴起，还没有形成产业规模，没有足够的评估依据进行匹配。而PPP项目一般要求目前要测算出十年二十年内的基准收益，因此难以精确测算。第三类可能产生收益的是大数据。大数据是智慧城市的核心内容，但目前的大数据多数是用在商户的精准营销。以无线智慧旅游景区及商圈应用为例，通过路灯基于WiFi进行数据采集，可以进行精准营销和广告推送，大幅提升商圈的经济增加值。另外常提到的应用是监测预警。目前，城市数据尚未形成城市数据矿，且在制定数据开放政策以及数据保护法律等方面还需要政府进一步加强。
1、节能收益
项目公司营运收益主要来源于项目实施后道路照明节省的电费支出，社会投资人按与政府的约定获得收益。政府本级财政部门按照项目所涉道路路灯上年度实际电费支出为基数，测算改造后节约的电费，支付社会资本的改造、运营成本，从每年财政预算安排的路灯电费中予以支付。
2、增值应用收益
政府可将路灯经营权授予社会资本方，由其挖掘运营潜力，获得增值收益。“当前智慧路灯已具备运营性，因此更加适合采用PPP+EMC新模式。” “如通过附加广告及以照明项目的路灯杆为载体设置摄像头，环境监测器，WIFI发射站等拓展项目来收取费用。”社会投资人按在项目公司中的投资比例或与政府约定的比例获得收益。
到2019年，采用物联网技术的智能照明系统将在软件及服务方面为业界带来约5500亿美元的收益，而硬件销售所得的收益仅为500亿美元。对于LED照明企业而言，目前只能分享到硬件销售收益，所以如何在保证分得这一杯羹的同时，能够在软件及服务方面也有所收益，如掌握透过路灯所收集的各种数据，收取通用数据处理服务费用，是未来LED企业需要探索的重点之一。
新型智慧城市建设越来越离不开PPP模式，智慧路灯建设更离不开PPP模式的支持;实际上，对于智慧路灯业者而言，如何在保证分享到硬件销售收益外，也能在软件及服务方面有所收益，是必须思考的课题之一。照明企业也必须思考如何通过运营服务获得长期投资回报，充分探索智慧路灯各种应用价值和运营价值，才能破解智慧路灯的大面积应用和推广的难题。
