劉毅
四川華體照明科技股份有限公司副總裁/《2018阿拉丁照明產業調研白皮書》智慧照明與物聯網科技 顧問
智慧路燈伴隨智慧城市發展是大勢所趨
1、智慧路燈發展趨勢
“智慧城市”是在物聯網信息技術的支撐下，形成的一種新型信息化的城市形態，也是當前國內外城市發展的重大戰略。中央城市工作會議提出“著力打造智慧城市”，國家八部委迅速響應，印發《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》，提出到2020年，建成一批特色鮮明的智慧城市。近年來，一系列政策落地，智慧城市建設進入快車道，2017年隨著國家實施智慧城市規劃，全國啟動建設140個智慧城市，創造了超過5000億元的巨大市場。據智研咨詢集團發布的《2017-2022年中國智慧城市建設市場行業專項調研及投資價值預測報告》，到2021年，涵蓋智慧城管、平安城市、智慧交通、智慧政務、智慧停車、智慧醫療、WIFI城市等功能的智慧城市市場未來五年的年均復合增長率約為32.64%，2021年市場規模將達到18.7萬億元。智慧城市產業市場前景廣闊，云計算、大數據和傳感技術等相關配套技術領域有望實現爆發式增長。
其中智慧路燈作為智慧城市的重要組成部分，是最有效地切入路徑之一，且發展空間巨大。作為城市照明的主體，城市道路照明伴隨著我國城市建設的高速發展，獲得了快速的增長。國家統計局數據顯示，從2004年至2014年，我國城市道路照明燈數量由1053萬盞增加到3000萬盞以上，年均復合增長率超過11%，城市道路照明行業保持持續快速發展的趨勢。智慧城市的信息資源需要大量的感知設備收集。作為智慧城市的入口端，路燈循著城市道路與街道分布，如血管和神經一樣覆蓋整個城市軀體，密度大、數量多，且具備“有網、有點、有桿”三位一體的特點，以智慧路燈作為智慧城市建設的關鍵節點，可避免重復建設造成的資源浪費，是智慧城市的主要載體，智慧路燈可拓展應用智慧城市的各種功能，如搭載智慧照明、智慧新能源充電、智慧安防、平安城市、智慧城管、智慧交通、智慧停車、城市 WIFI等多功能模塊，為人們生活提供便捷服務。據預測，到2021年以智慧路燈為入口的各種硬件及服務的市場規模為3.7萬億元、占智慧城市市場總規模的20%。
2、5G微基站建設是催生智慧路燈加快發展的又一重要因素
為了滿足5G網絡高數據流量和高傳輸速率的需求，5G網絡在頻譜上要比4G更高。頻率越高，傳輸的速度越快，但必然會導致無線信號傳播的距離變短。5G時代的超密集組網催生小基站需求。目前小基站部署方式主要分為室內覆蓋和室外覆蓋兩類。室外覆蓋的具體部署方式主要有：抱桿安裝、樓面安裝和地面安裝。基于智慧路燈的安裝方式是抱桿安裝的典型方式，具有供電優勢、管理智能、覆蓋密集、節省空間、覆蓋盲點等優勢。相較于樓面安裝經常出現的糾紛和地面安裝的財產安全問題，在智慧路燈上安裝小基站將是最可行的方式之一。三大運營商按照IMT-2020(5G)推進組的計劃，基本確定2018年進行重點城市的5G試點，2020年正式開通商用。這將會催生智慧路燈的大量需求。
3、智慧路燈是智慧城市最天然的物聯網平臺
首先，路燈及其系統在智慧城市中有天然的信息感知與反饋平臺。城市路燈有完善獨立的供電系統。由于其具有非均衡使用的特征，余量足夠，所以，能夠在不敷設電纜的情況下滿足通信和信息設施的用電需求。
其次，網絡狀分布是路燈布局的最大特征之一。隨著路網密度的增大，網絡分布的特征將更加明顯、合理，死角亦將逐漸消失。通信與信息設施的無死角網絡化分布是實現智慧城市信息全覆蓋的基本條件。在所有市政設施中，只有路燈系統能夠實現無死角網絡化分布。
再次，路燈單體的高度和內腔容量足夠，足以在一體化設計要求下，裝載足夠多的、體積日益小微化的通信和信息設備。
路燈結構有桿、座、臂三個基本組成部分，在定制化的路燈中，通常有結構獨特的主體。燈座和主體的容量之大自不待贅言，即或是燈桿和燈臂也可以通過合理的設計裝載通信和信息設備、而且不影響其外觀之美。正是這三大天然優勢，讓智慧路燈成為了智慧城市發展最理想的物聯網搭載平臺。
智慧路燈定義及功能
1、智慧路燈定義
智慧路燈是指在路燈上搭載各種傳感器及感知設備，如充電樁、LED信息發布屏、高清攝像頭、應急報警、5G基站搭載網絡、無線WIFI、停車檢測主機、環境監測組件、井蓋及積水監測主機、城市廣播等，利用物聯網及互聯網技術，使路燈成為智慧城市信息采集終端和便民服務終端，是智慧城市重要的切入口。
2、智慧路燈在智慧城市系統架構中所處的位置
下圖是一張典型的智慧城市架構圖
通過上圖可以看出，典型的智慧城市建設需要四個層面完成，即感知層、網絡層、平臺層和應用層，應用層包括了應急智慧、數字城管、平安城市、智慧交通、便民服務、環境監測和節能控制 ; 平臺層則指Iot平臺和數據平臺，通過平臺以實現智能化 ; 網絡層指通信網、互聯網和物聯網 ;感知層包含了手機、PC、Internet、云計算、無線AP、攝像頭、環境主機、一鍵報警等。智慧路燈主要實現了各種智慧設備和傳感設備的集成，并綜合利用有線和無線傳輸技術，進行網絡層的建設，同時集成的智慧路燈平臺實現了數據的收集和傳輸，為各種智慧城市應用提供了堅實的基礎。
3、智慧路燈典型功能
應該說，截止目前為止，智慧路燈所具備的功能還沒有一個標準的定義，隨著技術的不斷發展，智慧路燈的功能將不斷發展和完善，以下是行業中智慧路燈比較有代表性的功能。
3.1 智慧照明
由于智慧路燈上搭載了較多的傳感和智慧設備，專用路燈線路必須保證24小時供電，因此智慧路燈一般需具備單燈控制功能的智能照明系統，目前較成熟的單燈控制系統采用PLC( 電力線載波 ) 或ZIGBEE無線通訊方式，最新的技術發展趨勢是采用NB-Iot通訊方式。可實現管理到每一盞燈的開關、亮度調節、狀態查詢、故障反饋等功能。
3.2 視頻監控系統
利用路燈天然的搭載能力，集成監控攝像頭，可廣泛應用于平臺城市、智慧城管、智慧交通、智慧停車等智慧城市應用系統。
3.3 信息發布系統
智慧路燈集成了LED顯示屏，通過多媒體發布系統，可遠程發布政務信息、時政新聞、公益廣告、商業廣告等。
3.4 5G微基站搭載
未來幾年，5G基站建設將逐步展開，燈桿將成為5G微基站建設中重要的組成部分，智慧路燈設計并預留5G微基站的空間和接口，實現基站裝載功能。
3.5 城市微環境監測
智慧路燈集成的城市微環境傳感器，可監測溫度、濕度、噪音、空氣質量(PM2.5等)，風速、風向等環境指標，利用路燈覆蓋面廣、點位多的優勢，實現城市高密度的城市微環境監測能力。
3.6 無線WIFI
利用路燈覆蓋面廣、點位多的優勢，在路燈上集成無線AP，實現城市道路的全WIFI信號覆蓋。
3.7 路燈充電樁
路燈具有天然的供電優勢和點位優勢，集成新能源汽車充電樁，是建設道路上分布式新能源汽車充電站的最佳方式。目前集成的新能源車充電樁一般為交流充電樁，功率7KW，充電速度較慢，主要為停在路燈邊上的新能源車進行補電，可以預見，伴隨新能源汽車保有量的進一步增加，具備更快充電速度的直流充電樁和路燈的結合也將出現。
3.8 城市監測組件
智慧路燈集成有城市基礎設施的監測模塊，如井蓋監測，積水監測等傳感器模塊，可有效感知城市基礎設施狀態和信息，為智慧城市的各種應用提供數據。
3.9 應急報警模塊
路燈集成的應急報警模塊，可將警訊迅速傳輸到管理中心，管理中心可通過視頻觀察現場情況，并可實時對講與報警人進行溝通，及時處理突發惡性事件，防止危險擴大，有效解決公共場所安全問題，做到平安城市。
以上是智慧路燈比較有代表性的典型功能，行業中一些廠家還會配置比如USB充電模塊、遠程廣播、信息查詢屏等其他功能，這里就不一一敘述。總之，智慧路燈是理想的智慧城市物聯網搭載平臺，伴隨著智慧城市的發展，智慧路燈的功能也將不斷地更新和發展。
4、智慧路燈的智慧大腦
智慧路燈集成功能眾多，連接了大量的物聯網設備，一般每根智慧路燈內部會配置一個智慧網關，這個智慧網關是智慧路燈的智慧大腦，可實現多個設備的信號傳輸、交換、數據的收集、處理和本地協同，將本地數據進行處理后，再傳遞到云端進行數據處理，是和云端相配合的邊緣計算設備。
5、智慧路燈的軟件管理平臺
智慧路燈集成了多種智慧設備和傳感設備，需要有一個統一的云端管理軟件平臺進行多種設備的管理，數據收集，并且基于不同的應用場景實現設備的協同工作。統一的云端管理軟件平臺需要實現智慧照明、視頻監控、多媒體信息發布、環境監測、應急報警、井蓋監測、無線WIFI、充電樁管理等等管理功能，還應該實現大數據展示、多子系統聯動等功能。
智慧路燈在智慧城市中的應用場景
智慧路燈集成了眾多的功能，既是一個獨立的系統，又需要將這些功能應用到智慧城市的各種場景中，才能充分發揮這些功能的作用，形成和智慧城市應用的完美連接，下面是一些比較典型的智慧路燈應用到智慧城市的場景。
1、智慧停車的應用
采用集成在智慧路燈上的智慧識別攝像頭，可有效識別車進入和離開車位，并且在停車過程中識別車牌，并將識別信息傳遞到云端進行處理。再利用集成在智慧路燈上的LED顯示屏進行車位信息的誘導，一個智慧攝像頭的識別范圍為6~8個車位，大約為35米左右，剛好為兩個路燈的間距，因此，利用智慧路燈，實現城市路邊停車場的智慧停車，是較理想的應用之一。
2、智慧城管的應用
利用智慧路燈集成的智慧攝像頭，遠程廣播、智慧照明、信息發布屏等功能，可實現城管需要的小商小販、垃圾爆筒、垃圾亂扔、廣告店招、違章停車等智慧識別功能，并可用定點喊話系統實現遠程管理，同時可實現井蓋監測、橋梁監測等城市管理功能。
3、平安城市的應用
充分利用智慧路燈集成的人臉識別攝像頭、WIFI探針、應急報警等功能，可實現平安城市的天網、人臉識別、雪亮工程等諸多應用。
4、智慧交通的應用
充分利用智慧路燈集成的攝像頭、交通流量監測，實現智慧交通的連接應用。
5、智慧社區/園區的應用
智慧路燈、智慧庭院燈實現WIFI、信息推送、視頻監控、廣播、一鍵報警、充電樁等應用。
智慧路燈新型商業模式的思考
智慧路燈自2014年初步提出，實至今天，已經歷了約4個年頭，應該說，最近幾年，智慧路燈技術上日趨成熟。從路燈行業到政府，都逐步了解此產品，各地也紛紛開展智慧路燈示范項目或示范工程，智慧路燈也越來越被業界廣泛認可。但是，如此兼具多種功能為一體的，并且能為智慧城市建設帶來極大幫助的產品還沒有被大范圍應用和推廣，主要是因為傳統的路燈只有照明功能，政府的建設、管理、養護模式比較成熟。但是智慧路燈功能多，技術復雜、價格高、涉及的政府管理和使用部門也比較多，如何建設、如何管理、如何養護是面臨的一個課題，尤其是采用哪種商業模式進行規模化的建設，值得思考和研究。
傳統的路燈只具備照明功能，一般新建設是政府采用采購的模式，改造為LED是采用的EMC( 合同能源管理模式 )，而智慧路燈具備了較多功能，從功能屬性上可分為三類：一是一些基礎設備，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、智慧停車、智慧交通等;三是面向城市市民的服務功能，如充電樁、無線WIFI等。可以看出，因為集成了這些功能，智慧路燈已可以為政府管理部門、為社會機構、為市民提供較多的服務。同時智慧路燈的這些功能需要持續的運營才能發揮價值，因此，智慧路燈已具備較大的運營價值。
近年來已有公司積極在探索智慧路燈的新型商業模式，即采用EMC+PPP模式，充分發揮智慧路燈的功能運營優勢，采用EMC+使用者付費的模式進行規模化的智慧路燈建設，如四川華體照明科技股份有限公司2018年1月與成都市雙流區簽訂《戰略合作框架協議》，擬改造雙流區3萬根智慧路燈，采用EMC+PPP模式，運營期10 年。智慧路燈在采用PPP+EMC模式的同時引入增值業務聯合投資及收益分成等新商業模式，后續與總包智慧城市業務全面對接，有望實現在全國的快速復制和規模化發展。
實際上，智慧路燈體系建設已經讓傳統的燈桿具備了綜合利用和運營的屬性。PPP項目公司在提供政府需求的公共產品或服務(如維護)時，完全可以附帶生產出更具經營性的副產品。目前，智慧路燈的項目收益目前主要有三類：
一是節能收益;二是垂直應用收費，比如信息發布為主的服務(LED廣告屏/通誘導屏)、充電樁充電等，但此類收費模型剛剛興起，還沒有形成產業規模，沒有足夠的評估依據進行匹配。而PPP項目一般要求目前要測算出十年二十年內的基準收益，因此難以精確測算。第三類可能產生收益的是大數據。大數據是智慧城市的核心內容，但目前的大數據多數是用在商戶的精準營銷。以無線智慧旅游景區及商圈應用為例，通過路燈基于WiFi進行數據采集，可以進行精準營銷和廣告推送，大幅提升商圈的經濟增加值。另外常提到的應用是監測預警。目前，城市數據尚未形成城市數據礦，且在制定數據開放政策以及數據保護法律等方面還需要政府進一步加強。
1、節能收益
項目公司營運收益主要來源于項目實施后道路照明節省的電費支出，社會投資人按與政府的約定獲得收益。政府本級財政部門按照項目所涉道路路燈上年度實際電費支出為基數，測算改造后節約的電費，支付社會資本的改造、運營成本，從每年財政預算安排的路燈電費中予以支付。
2、增值應用收益
政府可將路燈經營權授予社會資本方，由其挖掘運營潛力，獲得增值收益。“當前智慧路燈已具備運營性，因此更加適合采用PPP+EMC新模式。” “如通過附加廣告及以照明項目的路燈桿為載體設置攝像頭，環境監測器，WIFI發射站等拓展項目來收取費用。”社會投資人按在項目公司中的投資比例或與政府約定的比例獲得收益。
到2019年，采用物聯網技術的智能照明系統將在軟件及服務方面為業界帶來約5500億美元的收益，而硬件銷售所得的收益僅為500億美元。對于LED照明企業而言，目前只能分享到硬件銷售收益，所以如何在保證分得這一杯羹的同時，能夠在軟件及服務方面也有所收益，如掌握透過路燈所收集的各種數據，收取通用數據處理服務費用，是未來LED企業需要探索的重點之一。
新型智慧城市建設越來越離不開PPP模式，智慧路燈建設更離不開PPP模式的支持;實際上，對于智慧路燈業者而言，如何在保證分享到硬件銷售收益外，也能在軟件及服務方面有所收益，是必須思考的課題之一。照明企業也必須思考如何通過運營服務獲得長期投資回報，充分探索智慧路燈各種應用價值和運營價值，才能破解智慧路燈的大面積應用和推廣的難題。
