智慧城市路灯灯杆智能化解决方案

                                                                        ——HXGE系列智能网关在智慧城市解决方案中的应用

一、智慧灯杆系统发展背景

城市道路照明系统是城市公共设施的重要组成部分，随着全国城镇化建设的不断推进，城市道路照明路灯的数量越来越多，能耗越来越高，给城市供电系统带来不小压力。同时，城市照明系统的日常维护工作和高昂的维护成本，给城市综合管理造成了巨大的困难。随着城市现代化发展的需要，城市公共基础设施不断升级改造，城市照明系统的升级改造也愈发显得重要。

随着2016年《“十三五”城市绿色照明规划纲要》的实施以来，全国很多城市以提升照明品质和实现照明节能为核心，以建设智慧城市为契机，大力发挥智慧照明在智慧城市建设中的引领作用，智慧灯杆在其中更是发挥了关键作用。每个城市都拥有数量众多的路灯，是最密集的城市基础设施，便于信息的采集和发布。这些智慧灯杆不仅在传统的照明功能上进行优化，还融合了多种智能功能，从而形成了智慧灯杆系统。

二、智慧灯杆系统架构

智慧灯杆系统除了实现节能、环保、智能的照明系统外，还可承担各种应用系统：如安防及道路智慧监控、环境信息采集、WIFI 热点、LED信息发布系统、充电桩等系统，承担了基于智慧城市建设为目标的物联网感知入口和服务大众的出口，成为智慧城市前端的信息中枢，为城市的信息感知、市民的交通出行、路况的辅助管理等提供各种场景化、定制化服务。而在智慧灯杆系统功能实现的过程中，宏达信诺的HXGE系列智能网关则承担了集中通信、控制和运营管理的角色。

智慧灯杆系统一般分为三个层级，分别为感知层、网络层、应用层。

1、 感知层：主要包括负责前端数据采集和相关信息输出的设备，比如：照明灯、各类传感器、摄像头、音频广播、LED屏等设备。下图为智慧灯杆示意图：

智慧灯杆可以依托LED路灯和智能控制平台，集成WIFI基站、摄像头、红外线传感器、雷达、电子显示屏、充电桩、电子等，变成一个信息载体，实现数据监控、环保监测、车辆监控、安防监控、灯杆屏、城市洪涝灾害预警、区域噪声监测、市民应急报警等。

       2、网络层：主要包括负责感知输出设备的数据通信及控制的设备，本文系统方案中主要应用的是宏达信诺的HXGE系列智能网关，下面以此类系统中常用典型型号HXGE-6204为例介绍网关性能如下：

  HXGE-6204是宏达信诺自主研发的“工业物联网智能网关”产品家族成员, 是一款基于工业物联网架构设计的工业级嵌入式软硬一体设备。该系列产品内置丰富的规约转换库非常适合于协议转换或现场通讯管理等应用；内置远程运维管理模块，可以对远程设备进行调试、跟踪、下载等功能。

1） 智能网关集成丰富的物理通信接口，如：RJ45以太网口、RS485/RS232串口、WIFI接口、4G/5G无线接口等；

2） 智能网关内置海量的各行业通信协议，如：Modbus RTU/TCP、DLT645-2007、IEC104、MQTT等，方便采集各种类型的设备数据；

3） 智能网关支持定制开发，可以对接大部分常见主流云平台；

4） 智能网关支持加装大容量存储卡，便于数据的本地存储；

5） 智能网关支持-40～80℃工业宽温应用，适应各种恶劣的应用环境；

6） 智能网关具备远程调试功能，方便设备的远程运维管理。

HXGE-6204作为一款工业智能网关，通过与智慧城市应用中的需求相结合，其在智慧灯杆系统中起到非常重要的作用。

1）智能照明系统

HXGE-6204智能网关支持照明系统对市政路灯精细化管理，可以对单盏路灯进行开关、调光、群控、电压电流采集、功率调节、灯杆漏电检测、灯具故障监测、回路控制数据统计、用电分析、支路电流检测等。

2）信息发布系统

HXGE-6204智能网关通过千兆RJ45高速网口接入信息显示屏，传输视频、图片等媒体内容，可远程设定下发媒体播放计划，管理文字、图片、视频素材，组合素材编制节目，如场所通知、政策动向、商业广告等，还可远程开关屏幕、重启、截屏、调整亮度等。

3）语音通讯系统

HXGE-6204智能网关支持建立语音通讯链接，智慧灯杆搭载一键告警语音通话器后，可接入智能网关，实现现场和管理中心的双向语音通讯，第一时间反馈现场情况，或是转接到相关部门进行现场指导。例如：高速语音广播、河边防溺水告警等。

4）视频监控系统

HXGE-6204智能网关支持接入摄像头，实现入侵侦测、越界侦测、移动侦测等智能侦测功能,可以监测车流量监控、实时路况、违章抓拍、安防监控、市政设施监控、特殊人群监控、无人智慧停车管理。支持350°水平旋转，垂直方向0°-90°，系统具有内网监控、外网监控、视频回放、视频管理等功能，客户分屏管理、云台控制等操作。

5）环境监测系统

HXGE-6204智能网关支持对接气象传感器采集，综合采集温度、湿度、雨量、气压、PM2.5、PM10、光照、风速、风向、噪声、光辐射、紫外线强度等气象数据。采集的参数完全满足智慧环保、智慧照明等行业需求。通过RS485有线输出方式，直接将数据输出至智能网关，智能网关将数据统一上传到智慧云平台，实现后台的统一管理。

6）防尘降噪系统

HXGE-6204智能网关支持接入智慧灯杆搭载的空气监测仪，采集空气中的PM2.5、PM10含量数据，当超过设定阈值后，智能网关的边缘策略功能，能够自动控制雾化喷口开启，进行喷洒水雾降尘除霾作业。当传感器采集的PM2.5、PM10等数据低于设定范围后，智能网关也能够通过工业接口自动控制关闭雾化喷口，管控水电消耗，有效均衡效率跟节能。同时智能网关也能实时监测水量消耗、电量消耗、喷口工作状态等信息，并将以上数据统一上传到智慧云平台，实现在线集中监测感知空气质量，优化工作的效果。

3、 应用层：感知层的海量数据通过网络层上传至云端，在云端形成大数据。这些数据

可与政府内部的交通系统、警务管理系统、财政管理系统和采购管理系统进行交互，基于对感知层海量信息的处理与分析，对包括民生、环境、公共安全等在内的各种需求做出智能化响应和智能化决策支持，使得城市生活达到“智慧”状态。

三、智慧灯杆系统综合效益

智慧灯杆系统带来的效益包括显著的经济效益和社会效益。

首先，从经济效益的角度来看，智慧灯杆系统通过集成5G、物联网等技术，实现了路灯的智能化管理和控制，显著提高了路灯的利用率和照明效率。例如，通过精准控制开关灯时间，解决了过早开灯和过晚关灯的问题，有效降低了电能消耗，实现了节能减排。此外，智慧灯杆系统还具备故障主动报警机制，能够准确定位故障地点及故障类型，提高了维护抢修效率，降低了日常设施巡查成本。这些功能应用大幅提升了城市照明管理科技水平，降低了运行管理的人力物力消耗‌。

其次，在社会效益方面，智慧灯杆系统与城市综合管理系统的结合，不仅提高了城市管理水平，实现了对路灯的实时监控、监测和管理，提高了城市照明的安全性和可靠性。通过智能化控制系统，可以提供更加舒适、健康的照明环境，为居民的生活质量带来积极影响。此外，智慧灯杆的建设和应用还推动了城市的智能化发展，为城市信息化建设做出贡献，进一步提高了城市的形象和治安稳定性‌。

综上所述，城市智慧灯杆系统是整个智慧城市综合管理系统的重要组成部分。智慧灯杆不仅是智慧城市建设的基础设施，还是推动城市管理智能化、提高资源利用效率、增强城市安全性、促进绿色发展和技术创新的重要力量。随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，智慧灯杆在未来的智慧城市中将发挥更加重要的作用‌。