基于5G技術(shù)的智能路燈設(shè)計探究

張雪揚 劉天須 王子昂

河南省交通運輸廳 河南 鄭州 450100

引言

隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展和5G技術(shù)的推出，5G技術(shù)以其高速度、泛在網(wǎng)、低功耗和低延時等技術(shù)特點迅速在各行各業(yè)中展開技術(shù)應(yīng)用。5G的技術(shù)創(chuàng)新，主要來源于無線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩方面，在無線技術(shù)領(lǐng)域，大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址和全頻譜介入等技術(shù)，已成為業(yè)界重點關(guān)注的方面；在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域、基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)取得廣泛共識。路燈在城市中分布廣泛，依據(jù)5G技術(shù)的特點和優(yōu)勢設(shè)計一種智能路燈，以承載除照明之外的更多功能及服務(wù)，實現(xiàn)“一桿多用”。

1 智能路燈結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能路燈的基礎(chǔ)功能仍是照明，外形結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)路燈相差無幾，但是由于智能路燈的其他附加功能，在以人的眼睛視野所能觀看到的高度及位置安裝LED顯示屏，LED屏幕頂部安裝攝像頭，下部安裝聯(lián)網(wǎng)緊急報警裝置，在燈桿上端安裝嵌入燈桿內(nèi)部的揚聲器，燈桿頂端安裝太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、蓄電池和LED光源，同時安裝光線、天氣等傳感器，LED燈源下端安裝360度全景高清攝像頭視頻監(jiān)控和環(huán)境質(zhì)量檢測裝置，燈桿伸出分支安裝5G基站和天線。

2 智能路燈功能設(shè)計

2.1 智能節(jié)能

利用5G技術(shù)的高帶寬、低延時的優(yōu)點，在智能路燈中安裝智能芯片，通過5G網(wǎng)絡(luò)獲取人流量和車流量的衛(wèi)星大數(shù)據(jù)，在芯片中添加人工智能技術(shù)，從歷史大數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)道路使用規(guī)律和城市工作、休息規(guī)律；同時連接電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺，實時獲取城市居民用電和電網(wǎng)波動等數(shù)據(jù)，并由路燈自身所安裝的光感、氣候等傳感器獲取光線、可見度、天氣等數(shù)據(jù)，由人工智能技術(shù)綜合以上因素通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行計算智能調(diào)節(jié)路燈LED燈源的亮度和色調(diào)等，以達到燈盡其用，智能省電的效果。

2.2 信息發(fā)布

LED顯示屏與當?shù)厥姓C構(gòu)、廣播電視臺、應(yīng)急管理局等部門聯(lián)網(wǎng)互通，及時發(fā)布時政新聞、國家重要信息、民生政策、生活訊息以及國家應(yīng)急信息等，同時為LED觸摸屏安裝人機互動應(yīng)用，應(yīng)用服務(wù)接口連接交通信息管理大廳，為城市居民提供公交、地鐵及城市交通路線圖的查詢功能，通過5G技術(shù)實時顯示城市公交、軌道交通、出租車等交通工具的實時位置，實時發(fā)布當?shù)靥鞖忸A(yù)報并對強對流天氣進行及時預(yù)警，通過揚聲器播放重要信息及其他娛樂節(jié)目等。

2.3 5G基站

5G的一項關(guān)鍵性技術(shù)就是大規(guī)模天線技術(shù)[3]，即Large scale MIMO，亦稱Massive MIMO，其特點是發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天心啊，信號客戶通過發(fā)射端和接收端的多個天線發(fā)送和接收，能夠在相同無線發(fā)射功率下實現(xiàn)高于單個天線的吞吐量和傳輸距離。利用路燈在城市道路中布局與MIMO天線矩陣序列極其相似，同時考慮到5G由于頻點太高，信號穿透力差，基站覆蓋半徑較小，在智能路燈上按照覆蓋范圍合理規(guī)劃安裝5G基站，既保證5G信號的傳輸覆蓋，同時也避免了資源浪費，不必再由通信公司專門安裝5G基站以占用城市用地。

2.4 監(jiān)控報警

視頻監(jiān)控攝像頭內(nèi)嵌入智能芯片，通過5G連接國家大數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)人臉動態(tài)識別，同時位置處于交通路口的智能路燈增加斑馬線監(jiān)控功能，根據(jù)路口紅綠燈的實時情況，監(jiān)控紅燈斑馬線上是否有行人通過，以及是否出現(xiàn)非機動車和行人闖紅燈的情況，通過揚聲器和燈帶進行提醒，確保城市居民的人身安全。在智能路燈底部安裝緊急報警功能，如遇危險緊急情況可實現(xiàn)一鍵報警，接警端可通過智能路燈的監(jiān)控系統(tǒng)迅速查看危險情況，并通過遠程通信系統(tǒng)視情況進行溝通，同時利用LED顯示屏可與報警人進行視頻通話，第一時間了解危險，以便做好各種緊急情況的出警準備。

3 結(jié)束語

5G技術(shù)與智慧城市建設(shè)的融合發(fā)展，城市化和信息化的縱深發(fā)展，利用智能路燈可以搭建城市公共設(shè)施的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，充分發(fā)揮分布廣泛、數(shù)量眾多的特點，如何開發(fā)路燈的潛在服務(wù)價值和使用價值是智慧城市建設(shè)的一項重要工程。在傳統(tǒng)路燈的基礎(chǔ)上，以燈桿為核心，將智能節(jié)能、信息發(fā)布、5G基站和監(jiān)控報警等功能集成到一個路燈上，充分發(fā)揮路燈在城市建設(shè)和城市服務(wù)中的作用，相信在推廣應(yīng)用以后，可大大節(jié)省城市資源，降低城市建設(shè)成本，給政府、居民帶來切實的效益和服務(wù)。