关于高速公路智慧灯杆系统解决方案应用探讨分析

      作为新型智慧城市的基础载体和感知终端，智慧路灯是以“美丽中国、数字中国、智慧社会”为导向，以建设“资源节约型、环境友好型”社会和新型智慧城市为要求，以节约土地、能源和原材料消耗，保护城市环境和生态景观，减少重复建设，提高基础设施利用率为基本目的，以立杆共杆为核心和载体，在实现智慧照明、绿色照明的基础上，选择性地集成通信、市政、环保、公安、交通、城管等诸多领域的智能感知设备，实现充电桩、无线通信、视频监控、流媒体、应急报警、环境监测、停车检测、井盖及积水监测、公共广播和信息交互等多种功能的一体化整合，是将工业设计与物联网技术相结合，满足功能需要的同时注重生态环境的和谐，具有小型化、美观化、隐蔽性和强大的复合功能，从而最大限度地提高资源利用率，为城市提供健康适用、高效便捷、和谐共存的基础设施，全面支撑新型智慧城市建设。

1.多功能智慧路灯作为5G基站载体的先天优势

　 多功能智慧路灯是在路灯杆的基础上集成无线基站、Wi-Fi设备、传感器、视频监控、RFID、公共广播、信息发布等多类感知设备，如同城市的神经末梢充分对信息进行采集、发布、传输形成一张智慧感知的网络，可实现智能照明、智能安防、无线城市、智能感知、智慧交通、智慧市政等诸多应用。

　　对于未来5G网络架构业界已形成共识：5G必然是异构多层网络，超密集组网(UDN)成为5G组网的必然发展趋势。超密集组网的本质是通过单位面积内部署的微基站密度的量变来实现频率复用效率的成倍提升，进而满足5G千倍容量增长的需求，因此5G微基站的应用将更加普遍，预计微站数量将达到4G网络的10倍以上，这将是5G网络部署的巨大挑战。

　　综观全球，在智慧城市的规划建设中，多功能智慧路灯因具备通电、联网、广布的优势而成为物联网在城市中的重点应用领域，且在满足应用功能的同时注重外型的美观性，这些特点恰恰与5G微站建设配套需求不谋而合。

2.全封闭高速公路场景下高速公路智慧灯杆的规划解决方案

　　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，同时，在全封闭高速公路上也开始安置高速公路智慧灯杆并搭载智慧照明、视频监控、5G基站、WIFI、应急广播等智能通信及感知设备系统，实现多杆合一，融合大数据、物联网、人工智能等新兴技术对交通路况、安全隐患、天气灾害等信息进行实时监测与发布，建设智慧高速公路。

2.1高速公路场景下高速公路智慧灯杆的规划需注意问题

　　(1)道路照明的“阴影”问题

　　1)纵向路灯之间照明的“阴影”

　　由于设计的不合理，灯的间距太大或灯具的配光曲线沿道路纵向的最大照度角度太小，导致灯与灯之间照度太低。这样路面就会“一明一暗”，这给行车带来了很大的视觉疲劳。

　　2)横向路灯之间的“阴影”

　　由于设计的不合理，灯杆的高度、灯具的仰角不够，或灯具的配光曲线沿道路横向的最大照度角度太小，导致路面中心部分照度太低，这也会给行车带来诸多的不便。

　　解决以上这几种照明“阴影”问题的办法主要还是依据道路照明设计中，灯距与灯高、路宽与灯高的基本规律，再结合灯具配光曲线进行灯具的布局。

　　(2)全封闭高速公路照度问题

　　高速公路照明主要需要解决的是当汽车夜间高速行驶时，如何让驾驶员能迅速准确的接受必要的视觉信息(如路上有无障碍物，前后车辆的相对位置、速度、路面亮度和线形等)，使其及时做出反应，以事先防止由于视距不足而发生的交通事故，增加夜间行车的安全感和舒适感。但是在通常的照明设计中存在一个重要问题，就是照度过高造成资源的浪费。我们知道，高速公路是全封闭的道路，无行人及非机动车等，除了重点路段及桥梁可适当提高照度外，其他位置不需太高的照度就可以满足安全行车的需求。

　　解决以上照度问题最好的办法就是选用搭载智能照明系统并具备动态调整照度功能的高速公路智慧灯杆。

　　(3)高速公路智慧灯杆5G微基站选址规划

　　高速公路智慧灯杆作为分布最广、最密集的市政设施可以满足5G超密集组网的站址需求。路灯杆间距一般在20~30米之间，5G微站站址距要求在100~200米之间，按每根灯杆集成一套5G系统，路灯杆的数量完全可以满足三家电信运营商建站需求。

　　高速公路智慧灯杆5G基站建设需结合周边基站布局情况，综合考虑运营商的需求情况，合理规划布局。建议每隔200米预留一根高速公路智慧灯杆供电信企业使用，由于通信运营商拥有自己独立的通信网络，所以只需要提供光纤通至综合机房，供电则用高速公路智慧灯杆提供的电源端子。

　　(4)“多规合一”规划问题

　　高速公路智慧灯杆规划涉及政府部门的城乡控制性规划、国土空间规划等，伴随当前“十四五”规划的编制以及其他城市规划文件的调整，需要系统性、多层次考虑高速公路智慧灯杆规划部署，规避城市规划风险。此外，由于高速公路智慧灯杆包含诸多跨领域、跨专业的功能模块，涉及5G、视频监控、智慧交通等功能模块的规划，需要综合考虑不同功能模块的技术特点和标准，结合城市区域差异和发展特点，具备一定超前意识，使之融入城市规划体系。

　　(5)基础数据的获取

　　高速公路智慧灯杆规划需要处理的数据涉及面广，不仅包含城市地理现状地图布局、规划布局、城市建筑物布局、管廊分布现状和规划等基础数据库，还涉及到不同部门或企业建设项目的信息、各功能模块建设标准和技术指标、信息安全等。因此，编制单位在规划开启阶段就需要与规划牵头部门深入沟通，在法律允许范围内，更多的获取基础数据，并得到规划牵头部门的认可，避免后期因基础数据的因素导致规划项目的延期。

2.2全封闭高速公路场景下高速公路智慧灯杆的设计难点

　　(1)天面设计

　　基站设备一般安装在高速公路智慧灯杆的上部，杆体承重负荷计算需要考虑设备尺寸、安装空间、迎风面积及设备具体安装形式等。为了环境和谐美观，一般要对5G设备进行必要的伪装，大部分会采用增加美化罩的方式实现，杆体荷载计算则主要考虑美化罩的迎风面积。

　　智慧路灯的风荷载计算应符合现行建筑结构荷载规范的要求，风荷载的计算应考虑杆塔构件、天线设备、照明设备及功能设备等其他附属物的挡风面积，并应根据杆塔所在地区确定地面粗糙度。

　　常用设备的迎风面积及重量见下表：

表2.1 常用设备的迎风面积及重量

　　同时，具体还需要结合项目所在地的气象情况、地质情况，依据《高耸结构设计标准》《建筑地基基础设计规范》《钢结构设计标准》等标准规范进行计算设计。

　　(2)布线设计

　　基站设备的走线应从高速公路智慧灯杆杆体内部布放。杆顶端设备罩内设备需要连接的线缆类型有电源线、光纤、MON接口线、接地线等，线缆数量根据部署设备的数量而确定，同时，需在杆顶端接口法兰处预留走线孔。

　　(3)供电设计

　　基站设备需要全天候24小时供电，由于基站设备供电时间和负载容量与其他杆体挂载设备不同，所以应为基站设备单独提供一路供电电源且供电容量不应小于2000W。目前比较成熟的基站设备供电方案有两种：一种是集中拉远供电，主要适用于交流基站设备的供电;一种是-48V本地供电，主要适用于直流基站设备的供电。两种供电方式各有优缺点，集中拉远供电便于市电的集中获取，减少电源系统数量，便于统一建设管理，但线路损耗较大，增加运营成本;-48V本地供电需要引入室外-48V电源，设备体积小，安装灵活，但每个基站需要独立引入市电，引电费用高，电源设备分散化，初期建设成本高，日常维护管理繁琐。

　　(4)传输设计

　　传输分有线传输和无线传输。有线传输信号稳定、但使用中会存在线路的限制，灵活性相对较差。无线传输灵活性较强，有一定的便捷性，但使用中易受到其他因素的干扰。

　　当高速公路智慧灯杆采用有线传输时，每根灯杆下部需配置一个熔纤盒。部署在智慧路灯上的5G设备引入光缆光纤需求一般为2芯~6芯，考虑到其他业务预留，建议布放12芯或24芯引入光缆。当智慧路灯采用无线传输时，传输设备一般部署在5G设备上方。此时高速公路智慧灯杆还要考虑无线传输设备安装带来的负载增加问题，结合项目所在地气象情况、地质情况，依据杆体设计相关标准规范进行计算设计。

　　(5)防雷接地设计

　　每根高速公路智慧灯杆都需设有防雷接地系统，杆体接地系统设计可参照《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》相关标准规范执行。设备与杆体可共用接地系统，杆顶端设备美化罩内设置接地排。

2.3.全封闭高速公路场景下高速公路智慧灯杆的施工重点

　　(1)由于高速公路大多处于封闭独立的高架桥路段，所以高速公路智慧灯杆施工需满足高处作业的相关要求，如施工中所用的物料，均要堆放平稳，不妨碍通行和装卸。工具要随手放入工具袋;作业中的走道、通道板和登高用具，要随时清扫干净;拆卸下的物件及余料和废料均要及时清理运走，不得任意乱置或向下丢弃。传递物件禁止抛掷等。

　　(2)施工过程中要执行公路有关施工规定，进行经常性的施工安全教育，完善“标速示意图”，即前方施工500米、1000米、1600米、告示牌、通行带、道路大变小、施工标志汽车、绕路警示柱子。同时，施工必须在红线内进行，并作好警戒与公路警示标语和标志，邻路边必须搭设封闭通道标志牌及封闭路速标志牌方能施工。

　　(3)进入施工现场所有人员戴好安全帽、夜光服，凡从事H>2米以上的无法采取可靠防护设施的高处作业人员必须系好安全带，从事电气焊作业人员要使用面罩或护目镜，特殊作业人员持证上岗，并佩戴相应的劳动保护用品。

3.结束语

　　作为智慧城市的新型基础设施之一，多功能智慧路灯正处于加速建设时期，应充分发挥规划在的智慧城市建设中的指导作用，抓住新一代信息化技术革命的浪潮，完成具有前瞻性、科学性、可操作性的规划，满足“数字中国、智慧社会”的时代需求，提高城市规划建设能力和现代化治理能力。