智慧灯杆专家说 | 智慧灯杆在车路云一体化中的照明创新与应用探讨

科技   2024-11-27 23:27   广东  

摘要

     随着城市化进程的加快,智慧城市建设逐渐成为推动城市发展的重要方向。作为智慧城市的重要组成部分,智慧灯杆不仅承担着传统照明的功能,还集成了多种智能化应用。在车路云一体化背景下,智慧灯杆作为城市道路边缘侧最佳载体的创新与应用显得尤为重要,同时也展现出巨大的潜力和价值。本文将探讨智慧灯杆在车路云一体化中的照明创新与实际应用,以期为智慧城市的进一步发展提供参考。




关键词:智慧灯杆;车路云一体化;照明创新;应用
在现在社会发展中,智慧城市建设成为现代城市发展的重要趋势。在这一背景下,智慧灯杆逐渐成为车路云一体化系统中的关键节点。在车路云一体化的框架下,智慧灯杆通过整合各类传感器、通信模块和数据处理平台,实现了对城市交通、环境和安全的实时监控与管理。这种集成化的设计不仅提高了城市照明的智能化水平,也为交通流量的优化、事故预警和环境保护提供了强有力的支持。本文将探讨智慧灯杆在车路云一体化中的照明创新与应用,希望能够为智慧城市的未来发展奠定良好的基础。





一、智慧灯杆在车路云一体化中的重要性

1.1
概念背景
车路云一体化是指通过新一代信息与通信技术,将车辆、道路基础设施与云计算技术综合在一起,构建一个可以共享信息、智能决策以及高效管理的交通系统,从而实现智能网联车辆的安全、高效运行。车路云一体化通过融合感知、决策与控制,能够提高交通效率、减少事故发生并且进一步改善城市环境。

智慧灯杆是一种新型智慧城市基础设施,通过与5G、物联网、大数据、云计算等新技术的深度融合,不仅提供城市照明服务,还包括数据采集、交通流量分析、5G网络覆盖等多种智慧化功能。通过网络连接,能够实现数据的实时收集、分析和共享,是数据交互采集的重要入口。

智慧灯杆可以为车路云一体化提供不间断的数据传输和边缘计算的条件,是城市道路上最理想的交通数据承载基础设施。在车路云一体化的背景下,智慧灯杆发挥着至关重要的作用。

1.2
车路云一体化背景下智慧灯杆作用日益凸显
智慧灯杆是智慧城市的重要组成部分和数据入口,通过将传感器等功能集于一身,实时监测交通状况、天气等状况,提供精准的道路环境感知数据,实现对车辆、道路等数据信息的采集、发布以及交互,实现跨行业数据共享,由此形成了一个覆盖广泛、高度协同的城市感知网络。

在车路云一体化的背景下,智慧灯杆将在诸多交通应用领域中发挥特长。以车路融合云端为例,智慧灯杆与各类车辆智能系统协作,可以及时向驾驶员传递交通信息、路况提示,使其作出更科学的驾驶决策,消除交通拥堵,减少事故发生。同时,智慧灯杆还可以和云端平台对接,在边缘端进行数据的初步处理、分析,大大减轻云端的数据处理压力,使其能够快速作出决策。此外,智慧灯杆通过将采集数据实时上传至云端进行分析,能够快速形成大数据决策支持,优化城市道路交通管理策略,提高城市管理效率。

智慧灯杆还将在城市道路安全及应急管理上提供重要帮助。通过在智慧灯杆上搭载视频监控和智能分析功能,可对交通事故或其它道路异常情况迅速响应,并向相关部门及时进行通报,确保执法部门能快速响应。

除此之外,智慧灯杆在促进城市可持续发展方面也将发挥重要作用。通过融入新能源、可再生能源技术,智慧灯杆能在降低能源消耗的同时,有效降低碳的排放量,为车路云一体化的发展提供有力支撑。






二、基于车路云一体化的智慧灯杆的技术架构

2.1
总体架构
智慧交通的重点是车路协同的发展,传统的车路协同直接将前端数据采集上传至云端不做任何处理,在云端上进行计算,时延无法控制。随着无人驾驶等智慧交通应用要求不断提高,在边缘侧需要处理海量实时数据,因此,需要在智慧灯杆设置边缘计算设备,从而满足车路协同的超低时延的应用需求。

智慧灯杆系统按功能一般可分为物联感知层、接入汇聚层、网络传输层、平台应用层四个层级。由杆体、挂载设备、边缘服务器、远程应用平台等设备和构件组成。而车路云系统一般采用的“云管边端”的系统架构,主要涉及云端、管网、边缘侧和终端四个部分,这些部分相互协作,共同构成了一个高效、智能的智慧交通系统。

2.2
物联网感知层一端
物联感知层主要功能是通过在智慧灯杆上挂载各类设备实现,除了提供稳定供电、供网的灯杆主体外,主要包括物理硬件设备和基础环境建设。这些设备包含智能终端、非智能终端和杆体供电设备等。

物联感知层是智慧灯杆收集外界信息的触角,通过各类传感器和采集设备实现数据的实时获取。该层主要包括:环境监测传感器、视频监控摄像头、智能照明控制设备、其他传感器等。在车路云系统中,智慧灯杆搭载终端还包括路侧感知设备(摄像头、雷达、气象传感器等)、路侧单元(RSU)、 交通信息化设备(信号灯、情报板等)。

2.3
接入汇聚层一边
接入汇聚层的功能是将智慧灯杆终端的信息进行采集、汇聚、协议转换和协同处理,并进行状态监测等。接入汇聚节点具有边缘计算功能,该层主要包括网关/控制器、边缘服务器和交换机等设备。智慧灯杆通过搭载上述设备具备边缘计算能力,终端设备可以及时处理数据,提高响应的速度和效率。智慧灯杆搭载路侧和边缘计算单元将为平台采集来自车辆、道路的动态交通数据,并向周边车辆传递交互相关交通信息。


2.4
网络传输管一层
智慧灯杆管网主要负责数据传输和通信,确保数据能够在云、边、端设备之间交互。网络传输层负责实现物联网感知层数据的传输与通信,确保数据能够安全、快速地到达。智慧灯杆网络传输层主要包括 C-V2X 网络、光承载网、无线通信以及其他专有网络,为各部分的数据传输提供安全、可靠与时延要求保障。

2.5
平台应用层一云
平台应用层是整个智慧灯杆的控制管理应用的中心,是智慧灯杆技术架构的核心,负责数据的处理、分析与管理并直接面向用户,通过不同的应用软件和系统实现智慧灯杆的具体应用功能。在车路云一体化体系中,云平台是系统架构的核心,负责提供存储、分析和处理的能力。该层主要包括智能照明管理系统、安防监控平台、信息发布系统、充电服务平台、应急通讯系统、智慧交通、自动泊车、交通管理等多种应用场景等。





三、智慧灯杆在车路云一体化中的照明创新与应用

3.1
整体目标
智慧灯杆与车路云一体化融合可高效、快捷的实现智慧化交通管理,通过实时监测交通流量、路况信息以及车辆行驶状态,系统能够自动调整交通信号配时,优化车辆行驶路径,提前预警潜在的道路交通事故,从而实现事故预警、交通信号控制、车辆调度等关键环节的管理,有效提升交通运行效率和安全性。此外,智慧化交通管理还应实现为公众提供便捷、个性化的出行服务的功能,满足多样化的出行需求。正是基于上述目标,智慧灯杆在应用方面可实现多种创新。

3.2
自适应的照明调节与能源供给
智能照明是智慧灯杆的基础功能,也是智慧灯杆的核心之一。智慧灯杆的构造需要根据车流量、光线等因素自动调节亮度,实现节能的同时最大限度保证道路安全。在车路云一体化的架构体系中,智慧灯杆的照明系统应搭载感应装置,可以与车辆位置信息联动并调整,为行驶车辆提供最佳的照明条件。通过在灯杆内集成光敏传感器、人体感应器等设备,智慧灯杆能够实时监测环境光线变化,结合车流量、人流量等因素智能调节照明亮度,确保道路照明的舒适性和安全性,同时有效减少能源消耗,实现节能减排的目标。


3.3
全域感知的道路边缘计算与动态优化
智慧灯杆上集成的摄像头、雷达等传感器可以实时监测交通状况,包括车流量、行人流量、交通事故等。这些数据通过边缘计算并及时上传云端平台进行处理和分析,为交通管理提供决策支持,可通过大数据分析预测未来的交通趋势。此外,智慧灯杆还可以实现交通信号灯的智能控制,优化交通流,减少拥堵,从而实现交通监测与管理的功能,智慧灯杆具备搭载上述设施的能力并能够实现相关功能。

车路云一体化的体系下,数据采集分析是重要一环。智慧灯杆应该具备搭载边缘数据处理单元的能力,实现边缘计算的功能。通过将道路边缘采集的视频数据、交通流量数据等信息进行收集并初步分析处理,可快速判断人流量和交通堵塞情况并将数据上传,可以对车辆行驶路径进行优化调整,从而实现城市交通高效、安全运行。

3.4
数据信息实时交互与共享
在车路云的体系下,智慧灯杆不仅能够独自运行,还需要能够与交通信号灯、监控摄像头、公共广播系统等等城市设施互联互通,构建高效协同的智慧城市管理网络。智慧灯杆通过集成通信模组设备,为周边区域提供高速、稳定的无线网络覆盖,灯杆能将收集到的数据实时传输到云端或城市管理中心。

3.5
智能监控与应急预警系统的深度耦合
远程监控与管理系统是智慧灯杆运维管理的核心。通过集成大数据、物联网等技术手段,实现对智慧灯杆的远程监测、性能优化、故障预判等功能管理。

安防监控系统是智慧灯杆的重要功能,能够为车辆、道路、行人等周边人和物提供全方位的安全保障。通过在灯杆上安装高清摄像头、雷达等设备,实现对城市道路人流量、车流量的全方位、全天候监控。智慧灯杆系统支持一键报警、紧急广播等功能,确保信息能够第一时间传递至相关救援部门和人员,为应急救援工作赢得宝贵时间。


3.6
高效快捷的便民服务
车路云体系下需要对道路状况进行及时预警和告知,信息发布系统显得尤其重要。信息发布系统利用LED显示屏等媒介,在智慧灯杆上展示相关公共信息,如天气预报、交通路况、紧急通知等。

充电服务系统可以为电动自行车和电动汽车等新能源交通工具提供便捷的充电服务。通过在智慧灯杆上搭载充电功能,从而满足不同用户的充电需求。






四、智慧灯杆在车路云一体化中的未来发展趋势
随着智能交通系统的不断发展,智慧灯杆作为城市基础设施的重要组成部分,其作用也在不断演变。未来,智慧灯杆将不仅仅是照明设备,更将成为车路云一体化的重要节点,加速推动城市交通的智能化、数字化进程。

4.1
城市道路将加速实现多杆合一、多感合一
智慧灯杆将集成更多传感器和监控设备,实时采集交通流量、环境数据等信息。这些数据将通过云计算平台进行分析,为城市管理者提供科学决策依据。例如,灯杆可以实时监测交通拥堵情况,自动调整信号灯的时长,优化通行效率,减少交通事故的发生。通过智慧灯杆进一步实现城市基础设施资源的高效利用,有助于提升城市形象,降低建设和维护成本。

4.2
智慧灯杆将深度融合车路云一体化
随着车路云一体化技术的不断发展,智慧灯杆将更加深入地与智能交通系统融合。通过智慧灯杆系统上的智能传感、边缘计算等技术,实时感知城市道路中的车、人、物变化情况,辅助车辆做出驾驶决策,实现自动驾驶上信息的低延时、行驶的高安全。智慧灯杆将加强与车辆的互动,形成车路协同的智能交通体系。通过V2X技术,车辆能够与智慧灯杆进行信息交换,实现实时导航、预警等功能。当车辆接近路口时,智慧灯杆可以提前向司机发出红绿灯变化的提示,帮助司机做出更好的驾驶决策,提升行车安全。


4.3
智慧城市全互联生态构建
智慧灯杆还将成为城市网络的“信息枢纽”,支持5G等新一代通信技术的应用。借助于高带宽、低延迟的通信网络,智慧灯杆能够实现与城市各类智能设备的深度联动,形成一个高度互联的智能城市生态系统。比如,在突发事件发生时,智慧灯杆可以快速收集周围的实时信息,并通过云平台进行数据共享,帮助应急管理部门快速响应。智慧灯杆作为物联感知的重要组成部分,将实现与其他智能设施的互联互通,构建智能、便捷的城市环境。智慧灯杆将在交通、公共安全等领域发挥重要作用,助力智慧城市的建设。

4.4
绿色新能源带来可持续发展
智慧灯杆的可持续发展也将成为未来的重要趋势。通过绿色新能源技术,智慧灯杆将降低能耗,减少对传统能源的依赖。此外,深度融合智慧灯杆与车路云技术,可以实现无人驾驶共享汽车自动调度,降低空驶率和出行成本。用户通过手机APP预约,享受便捷出行。同时,智能车辆管理系统实时监控车辆状态,确保乘客安全与舒适。共享出行有效缓解交通压力,减少碳排放,促进可持续发展。





结束语
智慧灯杆作为智慧城市的重要组成部分,在车路云一体化中发挥着不可或缺的作用。通过技术创新与应用实践,智慧灯杆不仅提升了城市的照明效率,也促进了交通管理和智慧城市的发展。未来,随着技术的不断进步,智慧灯杆将在城市管理中发挥更加重要的作用,为建设更加智能、绿色的智慧城市贡献力量。



参考文献:

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【5】王强,林涛,宋启宇.基于智慧灯杆的城市智能交通系统[J].交通科技, 2017(2):4.DOI:10.3963/j.issn.1671-7570.2017.02.045.

【6】臧锋,陈荃,邱钰真.依托智慧灯杆推进城市生命线安全工程的思考与建议[J].照明工程学报, 2023, 34(6):161-165.


作者:陈建荣

注册一级建造师(通信与广电专业),高级工程师,江苏未来城市公共空间开发运营有限公司主管,负责智慧路灯建设及运营相关工作。









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