（二）技术现状
智慧灯杆是以灯杆为载体，通过挂载各类设备提供智能照明、移动通信、城市监测、交通管理、信息交互和城市公共服务等功能，并可通过后台系统远程监测、控制、管理、校时、发布信息的智能系统。
智慧灯杆系统由硬件系统与软件系统所构成：
（1）硬件系统由杆体、底座、挂载设备、配套设施等组成。
（2）软件系统包含各硬件组成部分之间的控制协议、通信协议及管理平台等。
借鉴物联网感知层、传输层、平台层、应用层的四层架构，智慧灯杆智能系统的系统架构如下图所示。
图表1 智慧灯杆智能系统系统架构图
其中：
——感知层包括环境类传感器（PM2.5监测模块、温湿度监测模块、亮度监测模块、噪声监测模块、风速风向监测模块、气压监测模块等）、照明类传感器（亮灯率、功耗检测、浸水传感器、倾斜传感器、故障信息等）、设施类传感器（人/车流量监测、5G路测单元等）等。
——传输层技术方式分为有线传输和无线传输，有线传输可采用光纤、电力线载波等方式，应以光纤为主，电力线载波为备选；无线传输可采用光纤、NB-IoT、3G/4G/5G、LoRa、ZigBee等方式，各设备的无线传输使用频率应进行合理规划，避免频率干扰。其中NB与其他方式存在差异，不需要多协议网关。
——平台层即智慧灯杆管理平台，基于云化部署和集约化管理的原则，管理平台可对所有智慧灯杆和挂载设备进行集中管理和控制，能够兼容采用的所有系统和设备的通信和传输协议，并能够实现与其他管理平台之间的数据交换。
——应用层涉及到公安、交通、环保、电信、城管等多个政府主管部门，涉及政府、企业、个人等各种不同的用户。
1.设备硬件分析
智慧灯杆主要构成包括智能照明设备、4G/5G微型基站与WIFI接受发射器、视频监控、公共广播、各类型传感器、LED信息屏、无线射频识别、紧急呼叫、充电桩等。作为推进数字经济、构建新型智慧城市的新一代基础设施，智慧灯杆通过迭代升级，已经拓展了WIFI基站、视频监控、广告屏播、环境监测、紧急呼叫、新能源汽车充电等应用。
近几年，在国家“新基建”和“5G商用”的布局下，各地相继发布了智慧灯杆建设目标，智慧灯杆规模化应用已是大势所趋。但是，智慧灯杆落地目前还面临着技术、接口、软件等不一致情况。
在广东省住房城乡建设厅、省工业和信息化厅的共同推进下，联盟理事长单位广东铁塔作为主编单位之一，联合城市规划、工程建设维护、科研单位、灯杆厂家等16家相关单位编写《智慧灯杆技术规范》。规范是国内智慧灯杆领域的首个省级标准，填补了广东省智慧灯杆建设缺少统一技术标准的空白，已于2019年10月1日起实施。该技术规范在新改扩建道路、广场、景区、园区、停车场等区域路灯和相关杆体建设皆适用。《智慧灯杆技术规范》中明确，智慧灯杆作为统筹性的智慧城市基础设施，应注意以下三点，以实现信息基础设施共建、共享、共治；联动各行业应用建立起覆盖范围广、功能齐全的信息感知网；充分考虑与城市风貌景观相融合；对杆体、机房、传输管线、电力管线和运营管理平台进行整网统筹。
图表2 《深圳市多功能杆智能系统技术与工程建设规范》-安装
2.软件系统分析
管理平台即软件管理系统，主要对智慧灯杆及挂载设备进行管理、控制、运行监控、数据运维等。
功能(控制)需求：
应具备平台扩展和集成功能，提供可开放共享的接口，支持灵活扩展、平滑扩容，支持对现有系统的接入和兼容，支持与其他管理平台和应用子系统之间的数据交换、数据汇聚或统一呈现；
具备远程集中管理、控制功能，并提供挂载设备运行状态的监测、查询、定位等功能；
支持多种通信协议和接入方式，可实现单控、组控、群控、地图区域控制或条件控制等多种控制方式；
支持全生命周期管理和IT支撑，包括资产管理、故障定界、工单管理、装维服务、预测性维护、在线客服等；
具备统一的认证、授权管理机制，对访问者进行身份码和密码双重认证，根据用户角色属性提供不同的管理权限和界面；
具备统一的自动校时与手动校时功能，提高各模块设备管理和数据采集时间的正确性；
具备电子地图管理功能，结合GIS（地理信息系统）将所有杆件位置信息载入管理平台，形成站点地图，实现对智慧灯杆的资产统计、精准定位及追溯；
支持和外部系统的计费结算，可通过调用第三方支付系统满足充电桩等业务的服务需求；
对智慧灯杆和各挂载设备状态的关键数据信息进行实时在线监测，包括系统状态、运行方式、控制方式、运行功耗、环境情况、故障告警等；
为便于维护人员的维护和监管，可增加移动终端的管理平台设计。
（二）功能模块应用分析
通过对现有工程的分析，CSA标准化委员会总结了LED照明、视频采集、移动基站、公共WiFi、公共广播、环境监测、气象监测、监测组件、RFID、一键呼叫、显示屏、充电桩、多媒体交互、交通标志牌、交通信号灯、交通流监测、交通执法、智能网关、路测单元、位置服务、综合机箱、管理平台等22项主要功能模块，并对相关的命名做了规范。
图表3 智慧灯杆特点
图表4 功能模块命名
通过对核心应用模块的分析，智慧灯杆核心功能如下：
1.以LED照明应用为基础
城市道路照明是城市公共设施的重要组成部分，而随着城镇化建设的推进，城市道路照明路灯的数量越来越多，能耗越来越高，供电趋于紧张。此外，城市照明的维护工作和高昂的维护成本（人工控制、路灯巡查等），给城市管理造成了巨大的困难。管理部门需要更有效率的管理和节能方案，从而推进城市照明的科学管理和绿色节能。
根据对全国不同区域、不同规模的城市包括深圳、广州、北京、重庆、中山、常州、南昌、郴州、百色等路灯管理处的调研，CSA Research了解到，当前我国大陆地区直辖市路灯数量平均超过40万盏，地级市路灯数量超过15万盏，县级市路灯数量超过4万盏，按照我国各级别城市数量估算，我国路灯总保有量近6000万盏，其中LED渗透率不到30%。
我国路灯道路照明用电量约占全社会用电量的9%，位居各领域照明用电量之首。在全国811座城市中仅有约半数城市的道路灯管控采用了“无线三遥（遥控、摇信、遥测）智能化控制系统”。但是，“三遥”智能化控制系统只能以区域为单位对照明设备进行远程开关灯控制。国内城市道路照明系统大部分没有采用网络化监控管理，多数城市路灯的开、关控制仍由每台变压器(配电箱)分散控制，这种控制方法缺乏灵活性，并不能实时获取每盏路灯的状况，也无法根据实际情况对路灯进行单灯控制和监控，调节路灯的亮度，无法实现有效节能。
以LED照明为基础，满足行人和车辆对城市道路照明的需求，通过LED光源的替代和普及，通过智能的网络化管理平台，在保障道路通畅和安全的前提下，实现单灯/联网控制的智能路灯照明，满足路灯管理部门绿色节能、实时监测、自动巡检等业务需求，仍是面向智慧城市建设的智慧灯杆系统的基础。
2.以杆体为支撑
路灯杆体的材质经过木质杆、水泥杆、铁杆、钢杆、铝合金杆等阶段，不断向强度高、防护强、重量轻的方向演变，发展到现在主要以钢杆和铝合金杆为主。随着智慧灯杆加载各种功能模块需求的不断提出，对杆体本身的机械承载能力、接电能力和入网能力提出了新的要求。
灯杆根据杆体承载功能模块的复杂程度，可分为三大类，其一为面向单一场景、搭载单一类型功能模块的专用杆，例如LED照明杆、视频采集杆、交通标志牌杆、交通信号灯杆等；其二为面向综合场景、搭载2-5种功能模块的融合杆，例如面向主干道的LED照明和视频采集融合杆、LED照明和显示屏融合杆等；其三为面向复杂场景、搭载全部主要功能模块的全载杆。
当前杆体的功能配置主要根据各个地方政府的不同需求而定。以上海、深圳为例，上海市按照“一路一方案，一杆一方案”的原则，先后出台《关于开展本市架空线入地和合杆整治工作的实施意见》、《上海市道路合杆整治技术导则》等政策文件，计划编制《杆上设施设置标准与设置流程》等文件。《上海市道路合杆整治技术导则》将合杆划分为A~F共6种主要类型，不同类型灯杆搭载不同的功能模块：A 类杆主要搭载机动车信号灯；杆体和挑臂预留接口，其他设施可根据需要搭载；B 类杆主要搭载视频监控；杆体和挑臂预留接口，其他设施可根据需要搭载；C 类杆主要搭载分道指示牌；杆体和挑臂预留接口，其他设施可根据需要搭载；D 类杆主要搭载大中型指路标志牌；杆体和挑臂预留接口，其他设施可根据需要搭载；E 类杆主要搭载路段小型道路指示牌，其他设施可根据需要搭载；F 类杆道路照明灯杆，功能预留，可搭载小型设施设备。
深圳市先后出台《深圳市新型智慧城市建设总体方案》、《深圳市多功能智能杆建设发展行动计划（2018-2020年）》、《多功能智能杆系统设计与工程建设规范》等政策文件，着力推动多功能智能杆建设，作为智慧城市可以被广泛应用的信息基础设施。《多功能智能杆系统设计与工程建设规范》中，建议多功能智能杆可按功能组合分为几种配置，如I类、II类、III类（I类宜至少支持2种功能，II类宜至少支持3～4种功能，III类宜至少支持5种或以上功能）；同时建议根据不同应用场景，划分市政道路和园区两大类，并以主干道多功能智能杆和居民区多功能智能杆为例，给出了应用设计的示例：主干道多功能智能杆主要搭载智能照明、视频采集、移动通信、环境监测、气象监测、无线电监测、交通检测、一键呼叫、信息发布屏、多媒体交互终端、电动汽车充电设备；居民区多功能智能杆主要搭载智能照明、视频采集、移动通信、交通检测、一键呼叫、信息发布屏、多媒体交互终端、气象监测。
3.以视频采集为基础的应用场景
（1）人脸识别
人脸识别系统以人脸识别技术为核心，是一项新兴的生物识别技术，是当今国际科技领域攻关的高精尖技术。针对重要场所出入口，如政府机关、使馆、高铁站、机场、酒店等，通过高清摄像机对场景中人脸实时与黑名单库（如在逃犯、重点监控人员）比对，及时报警；实现体态识别，给定某个视角的视频或者图片中的某个人，从其他与其不相关的场景的视频或者图片中查找特定体态的目标人；针对发现嫌疑人无法确认身份，通过人脸静态检索与人像库进行大数据分析，从而快速判断嫌疑人身份；在嫌疑人出现的视频中，对人脸进行实时结构化，同事提供轨迹检索功能，为事后查找嫌疑人落脚点提供帮助；在进京通关口、海关进关口等重要通关场所设立人脸通关设备，通过“人证合一”排除潜在危险人员。
基于人脸识别，进行人群分析，实现人数统计/密度估计、滞留与混乱分析、轨迹与运动分析、跨线计数等功能。
（2）交通执法
交通执法系统主要包括电子警察前端子系统、城市交通监控子系统、禁左抓拍子系统、违停抓拍子系统和智能交通综合管控平台五部分。电子警察前端子系统为电子警察前端设备，采用一体化视频电子警察前端，能够增加电子警察在过车信息记录、非现场处罚等层面的功能、性能，并提高稳定性、安全性。子系统能够完成图片抓拍，过车信息提取，闯红灯、不按导向车道行驶、逆行、压线变道等机动车违法驾驶行为识别、记录，并提供路口高清视频录像功能。
城市交通监控子系统通过点对点传输链路，将前端的图像、来自中心的控制信令点对点传输。实现城市道路环境监控，用于交通流量、治安事件、交通环境的实时反馈。
禁左抓拍子系统通过对路口车道进行实时监测，通过视频分析算法对在路口违章左转的车辆予以识别、记录。
违停抓拍子系统通过高清自动跟踪球机以及后置的违停分析检测服务器，判断道路两侧、路口等处的禁停区域中是否有机动车违规停放，并将反映完整的违停行为前后的照片、视频予以保存，并可以实现车牌自动识别功能。系统不仅可以工作在自动判断、记录模式上，当必要时，可切换至手动控制、抓拍，通过平台客户端、指挥中心传输控制设备能够实现前端球机的云台动作、抓拍图片、录像等功能。
智能交通综合管控平台通过将前端设备、中心设备实现统一接入管理，并采集、传输、处理信息流，包括非现场处罚系统采集的图片、视频、过车数据、交通流原始数据、分析得出的交通路况等信息，并支持与外场情报板的对接，实现交通信息发布。平台实现交通监控资源的集中存储，具有灵活、高效的存储管理机制，采用云存储系统，实现海量图片、数据和视频的存储。平台支持接入视频质量诊断系统，用于对前端视频实时采集、传输过程中出现的模糊、抖动、偏色等状况予以报警提示。综合管控平台采用开放式架构设计，通过数据接口，能够与现有支队的监控平台和交通指挥平台对接，实现更加丰富的业务功能与应用。
（3）自动驾驶
自动驾驶汽车结合了多种传感器来感知周围环境，例如雷达 , 激光雷达 , 声纳 , 全球定位系统 , 里程计和惯性测量单元。先进的控制系统对传感信息进行解释，以识别适当的导航路径，障碍物和相关标志。2021年浙江省鄞州区中河街道的科技路（长寿东路-春园路）建设并投入使用以智慧灯杆为载体的辅助自动驾驶道路。该项目采用5G-V2X这一尖端技术，它能将路侧的交通灯、行人闯入、施工等信息以低至10纳秒的超短时延，快速发布，及时高效地进行信息交互，使车路协同成为可能。
4.以环境/气象传感器为基础的大气网格化监测应用场景
根据国家环境部门发布的《环境信息网络建设规范》（HJ460-2009）、《环境保护应用软件开发管理技术规范》（HJ622-2011）、《污染源在线自动监控监测系统数据传输标准2122005》、《环境污染源自动监控信息传输、交换技术规范》（HJ-T352-2007）等国家标准协议，以环境监测点位数据传感体系为基础，针对不同环境/气象管理部门、企事业单位需求，建立智能化网格在线监测系统数据平台。
该应用场景要求实现各监测点位覆盖范围内环境/气象监测数据的实时采集传输、实时监控环境/气象参数，实现在线数据查询及报表统计、数据自动预警、信息综合分析、数据归集和排名反馈等功能。
所有监测点位按所属行政区域、功能进行分类和展示，监测点位环境/气象参数等级按不同图标颜色区分和动态显示，同时可标注点位的编号和地理位置，方便用户直观、一目了然掌握所辖范围内监测点位的部署情况和环境/气象现状。
监测现场可以结合安装视频监控设备，通过窗口视图直观了解监测站点的周边情况，为公众和管理部门监督与执法提供依据，同时可以了解监测设备的实时状况。当数据异常提醒之后，可以通过回传影像资料判断现场情况（需人工进行），当发生不可抗力因素时，同样可以根据影像资料来判定事故详情。
同时，该系统提供预警、日报通知功能，预警包括超标预警、断线预警和异常值预警，在监测数值超标、数据连接中断和出现异常值时，自动给设定联系人发送提醒信息，保证系统的正常、稳定运行。大气网格检测系统也可以提供空气质量、气象数据导出功能，用户在设置时间类型、站点、时间段以后即可实现数据导出，内容包括点位信息、数据更新时间、常规6参数浓度值、主要污染物、空气质量指数AQI。
