“5G 智慧灯杆”在智慧城市中的应用探讨
引言
自2008年国际商业机器公司(IBM)提出“智慧地球”概念后，全球进入“智慧城市”建设新的热潮。2018年《智慧城市顶层设计指南》等4项智慧城市相关国家标准的发布，进一步完善了我国智慧城市的建设和评价标准[1]。随着我国从“移动互联”向“万物互联”新时代的转型，尤其是物联网、车联网、人工智能、大数据等新兴产业的崛起，对未来的信息传输网络性能提出更高的要求[2]。而5G作为下一代移动通信技术，5G的应用将渗透到社会生活、生产的各个领域。5G网络基础设施部署将成为是建设新型智慧城市的必备条件。而城市路灯设施数量大、覆盖范围广，是智慧城市的最佳感知终端载体。将智慧灯杆与5G基站结合是推进智慧城市基础设施融合的最佳突破口。
1 智慧灯杆
智慧城市是指利用各种信息技术或创新概念，将城市的系统和服务打通、集成，以提升资源运用的效率，优化城市管理和服务，以及改善市民生活质量。因此，智慧城市需要一个信息采集、传输和发布的有效载体。路灯在城市中具有分布广泛、带有市电等特点，在智慧城市建设的大潮中，路灯成了最佳的感知终端载体，是智慧城市落地的最佳切入点。而智慧路灯以路灯杆为载体，是集成了各种信息设备、技术创新复合应用的智能产品，具备智慧照明、环境信息采集、安防及道路智慧监控、微基站、信息发布、应急可视广播以及电动汽车智能充电桩等多种功能。
1.1 应用情况
路灯灯杆经历了从单一的照明功能型路灯杆到多功能合成杆，再到智慧灯杆的过程。路灯的控制技术也经历了“三遥”、“五遥”、单灯控制，到当前的智慧灯杆控制[3]。
近年来，我国多个城市进行了智慧灯杆的试点项目，如上海、杭州、深圳、长沙、广州、天津等。从试点应用的情况来看，智慧灯杆大都从硬件上集合了智能照明、视频监控、信息发布、环境感知、紧急呼叫、无线WIFI、充电桩等各项功能，但是只是各项功能的硬件拼凑，各项功能之间的联系非常弱。如果按硬件(多功能杆)、软件(监控平台)、系统(城市智能管理)来分，目前智慧灯杆发展仅在硬件阶段，离系统级的智慧还有一段距离。同时，因为智慧灯杆各个功能分属不同的政府管理部门，如照明、交通、环境、公安、气象等，各职能部门的整合、协同困难非常大。对于封闭的街道、学校、范围明确的景区等，智慧灯杆的作用比较明显，在这些集中管理模式的区域，智慧灯杆的各项功能可以帮助管理人员处理突发状况，提高管理效率。
1.2 智慧灯杆在智慧城市建设中的作用
《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》指出：到2020年，建成一批特色鲜明的智慧城市。建设智慧城市，对提升城市可持续发展能力具有重要意义。根据GB/T 34678—2017《智慧城市技术参考模型》，智慧城市技术参考模型自下而上包括物联感知层、网络通信层、计算与存储层、数据及服务融合层、智慧应用层。智慧灯杆作为信息载体，在智慧城市技术模型不同层中都有着重要的用途。
1)物联感知层，主要提供对环境空间智能感知能力。智慧灯杆是城市覆盖广、数量多的基础设施，通过加载环境监测传感器、视频摄像头可以实现对城市范围内的环境数据、公共安全数据采集和监测控制。
2)网络通信层，包括大容量高带宽的光网络和全城覆盖的无线网络。智慧灯杆既可以作为光网络的光纤节点，又可以加挂移动通信天线成为微基站，尤其在5G时代，智慧灯杆能够解决基站密集的部署需求。
3)计算与存储层，包括软件资源、计算资源和存储资源。随着物联网、人工智能和大数据技术的发展，实时空气质量监测、照明控制、智能视频分析等应用包括无人驾驶应用的许多数据将在网络边缘处理，智慧灯杆能够加载多种传感器，且可以供电，成为智慧城市的重要边缘计算节点。
4)智慧应用层，基于各种行业或领域的智慧应用或应用整合。智慧灯杆已经普遍被认为是智慧城市多种应用中最有效的切入路径之一，是智慧城市的主要载体，可拓展智慧城市的各种功能，如智慧照明、新能源充电、智慧安防、环境(气象/消防/污染)监测、公共WiFi、智慧交通、智慧停车、信息交互、一键报警等，是智慧城市信息采集终端和便民服务终端。
文中介绍了一种基于Android平台的高血压监测预警系统设计方案，为用户提供血压、心率监测、智能预警以及健康指导等功能，对于缓解医疗资源紧张、辅助家庭监护系统、降低患者病死病残率，提高生活质量等方面具有一定的作用。同时，为高血压移动医疗软件的设计与开发提供了新的思路。
2 “5G+智慧灯杆”的应用探讨
随着5G技术的成熟，2019年5G正式步入商用。截至2019年3月底，华为5G基站出货量已经超过40000个，5G网络建设迫在眉睫。由于传统基站建设模式存在重复建设、资源浪费、成本高等诸多问题，且人们对健康、环保、市容等方面的要求越来越高，移动通信基站建设朝着“集约化”和“景观化”方向发展已经成为共识。结合我国提出的“建设资源节约型、环境友好型社会”发展战略，研究更加开放的、与智慧城市基础设施融合的5G建设模式成为当前的热点课题，其中智慧灯杆与5G基站的结合是最佳的突破口。
2.1 智慧灯杆作为5G基站载体优势明显
高频段是5G网络的主要频段，在5G的热点高容量典型场景中将采用宏微异构的超密集组网架构进行部署，以实现5G网络的高流量密度、高峰值速率性能。为了满足热点高容量场景的高流量密度、高峰值速率和用户体验速率的性能指标要求，基站间距将进一步缩小，预计5G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。
在智慧城市的规划建设中，智慧灯杆因具备通电、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兼顾了集约性和景观性，这些特点恰恰与5G微站建设配套需求不谋而合。
1) 依靠数据员人工进行轴型和车型比对，根据车辆标准轴型进行判断。这种方法对数据员的经验和技能要求较高，工作效率较低。
1)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。路灯杆间距一般在不超过灯杆高度的3倍，在20～30 m
