基于NB-IoT的智慧路燈在智慧城市中的應(yīng)用分析

徐建平

摘?要：NB-IoT覆蓋范圍廣、功耗低、連接量大，是一種新興的物聯(lián)網(wǎng)連接模式，可用于智慧城市公用事業(yè)，包括水、氣、公共照明和停車場(chǎng)。本文介紹了NB-IoT智慧路燈在智慧城市中的作用及試點(diǎn)應(yīng)用項(xiàng)目的部分內(nèi)容，分析了NB-IoT智慧路燈的應(yīng)用及存在的問(wèn)題，以期為基于NB-IoT的智慧路燈的未來(lái)的推廣與應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧城市;智慧路燈;NB-IoT;節(jié)能

1引言

智慧城市建設(shè)是解決交通擁堵等城市發(fā)展問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的新理念、新模式。路燈在城市中分布廣泛、分布均勻，具有精確的地理坐標(biāo)、完整的供電網(wǎng)絡(luò)和清晰的通信位置等，是智慧城市物聯(lián)網(wǎng)的絕佳切入點(diǎn)，可以作為城市物聯(lián)網(wǎng)的感知終端，同時(shí)也為城市管理和服務(wù)的信息化、智能化提供了重要的技術(shù)支撐。

智慧路燈集智能照明、無(wú)線WIFI、視頻監(jiān)控、信息發(fā)布、環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警、電池充電等功能于一體。其體系結(jié)構(gòu)一般分為應(yīng)用層、平臺(tái)層、傳輸層和硬件層，其中傳輸層通信方式的選擇是智慧路燈應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，智慧路燈使用的通信方式主要有ZigBee、NB-IoT、LoRa等四種，其中NB-IoT由于廣覆蓋、海量連接、低功耗的特點(diǎn)備受智慧路燈用戶主體和生產(chǎn)制造商的青睞，目前基于NB-IoT的智慧路燈發(fā)展勢(shì)頭迅猛。

2基于NB-IoT的智慧路燈的作用

2017年初，全球領(lǐng)先運(yùn)營(yíng)商積極投身NB-IoT產(chǎn)業(yè)，從政策、運(yùn)營(yíng)到產(chǎn)業(yè)鏈，鼓勵(lì)NB-IoT的發(fā)展和應(yīng)用。2017年6月發(fā)布的工信部關(guān)于開(kāi)展移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)加強(qiáng)通信的意見(jiàn)：2017年底，NB物聯(lián)網(wǎng)覆蓋直轄市、省會(huì)城市和主要城市，基站達(dá)到40萬(wàn)個(gè);到2020年，nb物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全國(guó)覆蓋，深入覆蓋室內(nèi)網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、地下網(wǎng)等應(yīng)用場(chǎng)景，基站規(guī)模達(dá)到150萬(wàn)個(gè);2017年基于NB-IoT的連接數(shù)將超過(guò)2000萬(wàn)個(gè)，2020年連接總數(shù)將超過(guò)6億個(gè)，基于非IoT的各類產(chǎn)品和終端系統(tǒng)不斷推出，智慧路燈、智能照明、等試點(diǎn)應(yīng)用，智能停車和智能水務(wù)是政府、運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備制造商和制造商關(guān)注的焦點(diǎn)?；谖锫?lián)網(wǎng)的智慧路燈有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，如無(wú)需人工檢查就能精確控制和維護(hù)單個(gè)燈，能夠遠(yuǎn)程檢測(cè)和定位故障，企業(yè)需要照明來(lái)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，高可靠性，智能城市應(yīng)用案例不斷增多。

傳統(tǒng)智慧路燈一般采用“兩跳式”照明解決方案，即中央控制器和終端控制器之間的通信一般通過(guò)PLC、ZigBee和LoRa等通信方式來(lái)保證。這種方式需要部署大量的網(wǎng)關(guān)來(lái)控制路燈，費(fèi)用昂貴，組網(wǎng)困難，運(yùn)行管理困難，可靠性得不到保證。而基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈具既滿足了離散燈具分布的特點(diǎn)，又允許每個(gè)燈具進(jìn)行單跳連接和控制，無(wú)需通過(guò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，降低了成本。

（1）在城市推廣綠色照明，以實(shí)現(xiàn)更多的節(jié)能和更低的排放

推廣LED路燈和應(yīng)用控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)城市道路照明節(jié)能的重要途徑，但用電數(shù)據(jù)采集和智能管理也是節(jié)約電能的重要途徑。智能路燈在LED燈節(jié)能的基礎(chǔ)上，通過(guò)智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)二次節(jié)能。基于物聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代信息技術(shù)，如云計(jì)算、故障報(bào)警、編組道照明燈、運(yùn)行故障指示燈、遠(yuǎn)程電表地圖、防盜報(bào)警、城市道路照明管理等，以及城市街道節(jié)能照明的潛力，城市的綠色推進(jìn)。

（2）助力城市管理的精細(xì)化和公共服務(wù)的便捷化

在智慧路燈上，集成了充電電源、微型基站、視頻探頭、環(huán)境監(jiān)測(cè)、多媒體信息發(fā)布屏，并設(shè)有通信子系統(tǒng)和傳感器子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，公共信息的發(fā)布，導(dǎo)航和定位以及無(wú)線上網(wǎng)。例如：建立微基站，打造“無(wú)線城市”;改裝為充電電源，為新能源車提供充電服務(wù);智能監(jiān)控城市燃?xì)夤芫W(wǎng)線路，提高智能安防措施的效率等。

（3）展示城市文化，塑造城市品牌

公共照明作為城市公共設(shè)施的重要組成部分，也是城市景觀的一部分，具有美化和傳遞城市文明的功能。智慧路燈可以根據(jù)每個(gè)城市的人文特點(diǎn)、每個(gè)地區(qū)的文化特點(diǎn)、每個(gè)地區(qū)的文化內(nèi)涵來(lái)設(shè)計(jì)和風(fēng)景和景點(diǎn)。在智慧路燈的設(shè)計(jì)中融入城市和地域文化元素，光的語(yǔ)言的表現(xiàn)和再現(xiàn)，以及向城市居民傳遞文化信息，可以創(chuàng)造出一幅新的城市“文化游覽地圖”，塑造城市品牌。

3應(yīng)用情況與存在的問(wèn)題

隨著智慧城市建設(shè)的不斷推進(jìn)和新一代信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以智慧路燈為起點(diǎn)的智慧城市物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)成為智慧城市項(xiàng)目落地的重要切入點(diǎn)。基于NB-IOT的智慧路燈已開(kāi)始在北京、杭州、上海等城市應(yīng)用推廣。目前，基于NB-IoT的智慧路燈在城市中的應(yīng)用呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：（1）涉及到中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信等運(yùn)營(yíng)商。這是因?yàn)镹B-IoT是3GPP全球標(biāo)準(zhǔn)化組織中主流運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備廠商提出的一種新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。NB物聯(lián)網(wǎng)基站和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)主要掌握在運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備供應(yīng)商手中（2）試點(diǎn)范圍小，一般在公園，安裝的智慧路燈數(shù)量也不大。基于NB-IOT的智慧路燈尚處于發(fā)展的初級(jí)階段，應(yīng)用的規(guī)范化、推廣機(jī)制和運(yùn)營(yíng)模式仍在探索中。

這主要是因?yàn)榛贜B-IoT的智慧路燈應(yīng)用當(dāng)前還存在以下問(wèn)題：

（1）智慧路燈由硬件（包括LED燈、微基站、視頻檢測(cè)系統(tǒng)、交互式信息顯示、傳感器等）和軟件（物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)）兩部分組成。需要解決系統(tǒng)互連和智能街道照明的其他共同問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)化是破解這些問(wèn)題的重要手段，對(duì)促進(jìn)智能公共照明與智能交通、智慧城市管理與智能公共安全的互聯(lián)互通，對(duì)規(guī)范和完善制造、設(shè)計(jì)、管理、交通、交通、交通等領(lǐng)域起著重要作用，智慧路燈的建設(shè)和運(yùn)行，以及城市資源的共享。

（2）由于城市管理模式和體制的制約，各行政部門之間仍然沒(méi)有信息資源的互聯(lián)互通和共享機(jī)制，這使得智慧路燈的這些功能難以整合，尤其是在城市中。目前智慧路燈功能之間的聯(lián)系非常薄弱，有些功能不起作用。

（3）智慧路燈功能強(qiáng)大，但安全性有待進(jìn)一步加強(qiáng)。目前，NB物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還處于發(fā)展的初級(jí)階段，尚未建立起一套完善的安全標(biāo)準(zhǔn)。而且，NB-IoT是一種運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，其智能化應(yīng)用依賴于運(yùn)營(yíng)商的基站布局，而通信運(yùn)營(yíng)商的基站布局對(duì)其影響很大。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈的安全問(wèn)題令人擔(dān)憂。由于智慧路燈缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，接入環(huán)境復(fù)雜，接入方式多樣化，給智慧城市網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)帶來(lái)了極其復(fù)雜的信息安全問(wèn)題，而智慧路燈包括市政、交通、氣象、安防、民生等領(lǐng)域，并且擁有海量數(shù)據(jù)，如網(wǎng)絡(luò)攻擊目標(biāo)，大數(shù)據(jù)安全隱患有待破解。同時(shí)，由于智慧路燈需要24小時(shí)帶電運(yùn)行，涉及城鎮(zhèn)居民和運(yùn)維人員人身安全的電氣安全問(wèn)題需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

4結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，中國(guó)政府出臺(tái)了一系列關(guān)于城市照明建設(shè)和發(fā)展的文件，推動(dòng)城市照明快速發(fā)展，加快城市照明節(jié)能改造，提高城市照明信息化管理水平，提高城市照明設(shè)施建設(shè)和維護(hù)水平。基于NB物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈符合綠色、智能、和諧、特色城市發(fā)展的需要，也符合國(guó)家大力推進(jìn)NB物聯(lián)網(wǎng)智能化應(yīng)用的方向，實(shí)現(xiàn)城市照明的動(dòng)態(tài)化、程序化、可視化、規(guī)范化管理，確保城市照明安全運(yùn)行。為智慧城市建設(shè)公共服務(wù)、公共設(shè)施、節(jié)能環(huán)保等多維平臺(tái)提供全方位的技術(shù)支持。隨著智慧路燈標(biāo)準(zhǔn)化的推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的成熟，智慧城市建設(shè)的發(fā)展，相信基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈將在更多的城市得到應(yīng)用，存在的諸多問(wèn)題將得到相繼解決，其未來(lái)發(fā)展前景十分廣闊。為全市節(jié)能減排、精細(xì)化管理、個(gè)性化、特色化發(fā)展作出新貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黨安榮，王丹，梁軍，等.中國(guó)智慧城市建設(shè)進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)[J].地理信息世界，2015，22（4）：1-7.

[2]吳貴才，黃躍輝，楊彤.智慧城市建設(shè)的全新視角——基于路燈的城市物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)研究[J].城市發(fā)展研究，2013，20（11）：4-7.