智慧路燈伴隨智慧城市發(fā)展是大勢所趨
1、智慧路燈發(fā)展趨勢
“智慧城市”是在物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的支撐下,形成的一種新型信息化的城市形態(tài),也是當(dāng)前國內(nèi)外城市發(fā)展的重大戰(zhàn)略。中央城市工作會議提出“著力打造智慧城市”,國家八部委迅速響應(yīng),印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》,提出到2020年,建成一批特色鮮明的智慧城市。近年來,一系列政策落地,智慧城市建設(shè)進(jìn)入快車道,2017年隨著國家實(shí)施智慧城市規(guī)劃,全國啟動建設(shè)140個智慧城市,創(chuàng)造了超過5000億元的巨大市場。據(jù)智研咨詢集團(tuán)發(fā)布的《2017-2022年中國智慧城市建設(shè)市場行業(yè)專項(xiàng)調(diào)研及投資價值預(yù)測報告》,到2021年,涵蓋智慧城管、平安城市、智慧交通、智慧政務(wù)、智慧停車、智慧醫(yī)療、WIFI城市等功能的智慧城市市場未來五年的年均復(fù)合增長率約為32.64%,2021年市場規(guī)模將達(dá)到18.7萬億元。智慧城市產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊,云計算、大數(shù)據(jù)和傳感技術(shù)等相關(guān)配套技術(shù)領(lǐng)域有望實(shí)現(xiàn)爆發(fā)式增長。
其中智慧路燈作為智慧城市的重要組成部分,是最有效地切入路徑之一,且發(fā)展空間巨大。作為城市照明的主體,城市道路照明伴隨著我國城市建設(shè)的高速發(fā)展,獲得了快速的增長。國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,從2004年至2014年,我國城市道路照明燈數(shù)量由1053萬盞增加到3000萬盞以上,年均復(fù)合增長率超過11%,城市道路照明行業(yè)保持持續(xù)快速發(fā)展的趨勢。智慧城市的信息資源需要大量的感知設(shè)備收集。作為智慧城市的入口端,路燈循著城市道路與街道分布,如血管和神經(jīng)一樣覆蓋整個城市軀體,密度大、數(shù)量多,且具備“有網(wǎng)、有點(diǎn)、有桿”三位一體的特點(diǎn),以智慧路燈作為智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),可避免重復(fù)建設(shè)造成的資源浪費(fèi),是智慧城市的主要載體,智慧路燈可拓展應(yīng)用智慧城市的各種功能,如搭載智慧照明、智慧新能源充電、智慧安防、平安城市、智慧城管、智慧交通、智慧停車、城市 WIFI等多功能模塊,為人們生活提供便捷服務(wù)。據(jù)預(yù)測,到2021年以智慧路燈為入口的各種硬件及服務(wù)的市場規(guī)模為3.7萬億元、占智慧城市市場總規(guī)模的20%。
2、5G微基站建設(shè)是催生智慧路燈加快發(fā)展的又一重要因素
為了滿足5G網(wǎng)絡(luò)高數(shù)據(jù)流量和高傳輸速率的需求,5G網(wǎng)絡(luò)在頻譜上要比4G更高。頻率越高,傳輸?shù)乃俣仍娇欤厝粫?dǎo)致無線信號傳播的距離變短。5G時代的超密集組網(wǎng)催生小基站需求。目前小基站部署方式主要分為室內(nèi)覆蓋和室外覆蓋兩類。室外覆蓋的具體部署方式主要有:抱桿安裝、樓面安裝和地面安裝。基于智慧路燈的安裝方式是抱桿安裝的典型方式,具有供電優(yōu)勢、管理智能、覆蓋密集、節(jié)省空間、覆蓋盲點(diǎn)等優(yōu)勢。相較于樓面安裝經(jīng)常出現(xiàn)的糾紛和地面安裝的財產(chǎn)安全問題,在智慧路燈上安裝小基站將是最可行的方式之一。三大運(yùn)營商按照IMT-2020(5G)推進(jìn)組的計劃,基本確定2018年進(jìn)行重點(diǎn)城市的5G試點(diǎn),2020年正式開通商用。這將會催生智慧路燈的大量需求。
3、智慧路燈是智慧城市最天然的物聯(lián)網(wǎng)平臺
首先,路燈及其系統(tǒng)在智慧城市中有天然的信息感知與反饋平臺。城市路燈有完善獨(dú)立的供電系統(tǒng)。由于其具有非均衡使用的特征,余量足夠,所以,能夠在不敷設(shè)電纜的情況下滿足通信和信息設(shè)施的用電需求。
其次,網(wǎng)絡(luò)狀分布是路燈布局的最大特征之一。隨著路網(wǎng)密度的增大,網(wǎng)絡(luò)分布的特征將更加明顯、合理,死角亦將逐漸消失。通信與信息設(shè)施的無死角網(wǎng)絡(luò)化分布是實(shí)現(xiàn)智慧城市信息全覆蓋的基本條件。在所有市政設(shè)施中,只有路燈系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無死角網(wǎng)絡(luò)化分布。
再次,路燈單體的高度和內(nèi)腔容量足夠,足以在一體化設(shè)計要求下,裝載足夠多的、體積日益小微化的通信和信息設(shè)備。
路燈結(jié)構(gòu)有桿、座、臂三個基本組成部分,在定制化的路燈中,通常有結(jié)構(gòu)獨(dú)特的主體。燈座和主體的容量之大自不待贅言,即或是燈桿和燈臂也可以通過合理的設(shè)計裝載通信和信息設(shè)備、而且不影響其外觀之美。正是這三大天然優(yōu)勢,讓智慧路燈成為了智慧城市發(fā)展最理想的物聯(lián)網(wǎng)搭載平臺。
智慧路燈定義及功能
1、智慧路燈定義
智慧路燈是指在路燈上搭載各種傳感器及感知設(shè)備,如充電樁、LED信息發(fā)布屏、高清攝像頭、應(yīng)急報警、5G基站搭載網(wǎng)絡(luò)、無線WIFI、停車檢測主機(jī)、環(huán)境監(jiān)測組件、井蓋及積水監(jiān)測主機(jī)、城市廣播等,利用物聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),使路燈成為智慧城市信息采集終端和便民服務(wù)終端,是智慧城市重要的切入口。
2、智慧路燈在智慧城市系統(tǒng)架構(gòu)中所處的位置
下圖是一張典型的智慧城市架構(gòu)圖
通過上圖可以看出,典型的智慧城市建設(shè)需要四個層面完成,即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層,應(yīng)用層包括了應(yīng)急智慧、數(shù)字城管、平安城市、智慧交通、便民服務(wù)、環(huán)境監(jiān)測和節(jié)能控制 ; 平臺層則指Iot平臺和數(shù)據(jù)平臺,通過平臺以實(shí)現(xiàn)智能化 ; 網(wǎng)絡(luò)層指通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng) ;感知層包含了手機(jī)、PC、Internet、云計算、無線AP、攝像頭、環(huán)境主機(jī)、一鍵報警等。智慧路燈主要實(shí)現(xiàn)了各種智慧設(shè)備和傳感設(shè)備的集成,并綜合利用有線和無線傳輸技術(shù),進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層的建設(shè),同時集成的智慧路燈平臺實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的收集和傳輸,為各種智慧城市應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
3、智慧路燈典型功能
應(yīng)該說,截止目前為止,智慧路燈所具備的功能還沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的定義,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,智慧路燈的功能將不斷發(fā)展和完善,以下是行業(yè)中智慧路燈比較有代表性的功能。
3.1 智慧照明
由于智慧路燈上搭載了較多的傳感和智慧設(shè)備,專用路燈線路必須保證24小時供電,因此智慧路燈一般需具備單燈控制功能的智能照明系統(tǒng),目前較成熟的單燈控制系統(tǒng)采用PLC( 電力線載波 ) 或ZIGBEE無線通訊方式,最新的技術(shù)發(fā)展趨勢是采用NB-Iot通訊方式。可實(shí)現(xiàn)管理到每一盞燈的開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、狀態(tài)查詢、故障反饋等功能。
3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)
利用路燈天然的搭載能力,集成監(jiān)控攝像頭,可廣泛應(yīng)用于平臺城市、智慧城管、智慧交通、智慧停車等智慧城市應(yīng)用系統(tǒng)。
3.3 信息發(fā)布系統(tǒng)
智慧路燈集成了LED顯示屏,通過多媒體發(fā)布系統(tǒng),可遠(yuǎn)程發(fā)布政務(wù)信息、時政新聞、公益廣告、商業(yè)廣告等。
3.4 5G微基站搭載
未來幾年,5G基站建設(shè)將逐步展開,燈桿將成為5G微基站建設(shè)中重要的組成部分,智慧路燈設(shè)計并預(yù)留5G微基站的空間和接口,實(shí)現(xiàn)基站裝載功能。
3.5 城市微環(huán)境監(jiān)測
智慧路燈集成的城市微環(huán)境傳感器,可監(jiān)測溫度、濕度、噪音、空氣質(zhì)量(PM2.5等),風(fēng)速、風(fēng)向等環(huán)境指標(biāo),利用路燈覆蓋面廣、點(diǎn)位多的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)城市高密度的城市微環(huán)境監(jiān)測能力。
3.6 無線WIFI
利用路燈覆蓋面廣、點(diǎn)位多的優(yōu)勢,在路燈上集成無線AP,實(shí)現(xiàn)城市道路的全WIFI信號覆蓋。
3.7 路燈充電樁
路燈具有天然的供電優(yōu)勢和點(diǎn)位優(yōu)勢,集成新能源汽車充電樁,是建設(shè)道路上分布式新能源汽車充電站的最佳方式。目前集成的新能源車充電樁一般為交流充電樁,功率7KW,充電速度較慢,主要為停在路燈邊上的新能源車進(jìn)行補(bǔ)電,可以預(yù)見,伴隨新能源汽車保有量的進(jìn)一步增加,具備更快充電速度的直流充電樁和路燈的結(jié)合也將出現(xiàn)。
3.8 城市監(jiān)測組件
智慧路燈集成有城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測模塊,如井蓋監(jiān)測,積水監(jiān)測等傳感器模塊,可有效感知城市基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)和信息,為智慧城市的各種應(yīng)用提供數(shù)據(jù)。
3.9 應(yīng)急報警模塊
路燈集成的應(yīng)急報警模塊,可將警訊迅速傳輸?shù)焦芾碇行模芾碇行目赏ㄟ^視頻觀察現(xiàn)場情況,并可實(shí)時對講與報警人進(jìn)行溝通,及時處理突發(fā)惡性事件,防止危險擴(kuò)大,有效解決公共場所安全問題,做到平安城市。
以上是智慧路燈比較有代表性的典型功能,行業(yè)中一些廠家還會配置比如USB充電模塊、遠(yuǎn)程廣播、信息查詢屏等其他功能,這里就不一一敘述。總之,智慧路燈是理想的智慧城市物聯(lián)網(wǎng)搭載平臺,伴隨著智慧城市的發(fā)展,智慧路燈的功能也將不斷地更新和發(fā)展。
4、智慧路燈的智慧大腦
智慧路燈集成功能眾多,連接了大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,一般每根智慧路燈內(nèi)部會配置一個智慧網(wǎng)關(guān),這個智慧網(wǎng)關(guān)是智慧路燈的智慧大腦,可實(shí)現(xiàn)多個設(shè)備的信號傳輸、交換、數(shù)據(jù)的收集、處理和本地協(xié)同,將本地數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,再傳遞到云端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,是和云端相配合的邊緣計算設(shè)備。
5、智慧路燈的軟件管理平臺
智慧路燈集成了多種智慧設(shè)備和傳感設(shè)備,需要有一個統(tǒng)一的云端管理軟件平臺進(jìn)行多種設(shè)備的管理,數(shù)據(jù)收集,并且基于不同的應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)設(shè)備的協(xié)同工作。統(tǒng)一的云端管理軟件平臺需要實(shí)現(xiàn)智慧照明、視頻監(jiān)控、多媒體信息發(fā)布、環(huán)境監(jiān)測、應(yīng)急報警、井蓋監(jiān)測、無線WIFI、充電樁管理等等管理功能,還應(yīng)該實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)展示、多子系統(tǒng)聯(lián)動等功能。
智慧路燈在智慧城市中的應(yīng)用場景
智慧路燈集成了眾多的功能,既是一個獨(dú)立的系統(tǒng),又需要將這些功能應(yīng)用到智慧城市的各種場景中,才能充分發(fā)揮這些功能的作用,形成和智慧城市應(yīng)用的完美連接,下面是一些比較典型的智慧路燈應(yīng)用到智慧城市的場景。
1、智慧停車的應(yīng)用
采用集成在智慧路燈上的智慧識別攝像頭,可有效識別車進(jìn)入和離開車位,并且在停車過程中識別車牌,并將識別信息傳遞到云端進(jìn)行處理。再利用集成在智慧路燈上的LED顯示屏進(jìn)行車位信息的誘導(dǎo),一個智慧攝像頭的識別范圍為6~8個車位,大約為35米左右,剛好為兩個路燈的間距,因此,利用智慧路燈,實(shí)現(xiàn)城市路邊停車場的智慧停車,是較理想的應(yīng)用之一。
2、智慧城管的應(yīng)用
利用智慧路燈集成的智慧攝像頭,遠(yuǎn)程廣播、智慧照明、信息發(fā)布屏等功能,可實(shí)現(xiàn)城管需要的小商小販、垃圾爆筒、垃圾亂扔、廣告店招、違章停車等智慧識別功能,并可用定點(diǎn)喊話系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理,同時可實(shí)現(xiàn)井蓋監(jiān)測、橋梁監(jiān)測等城市管理功能。
3、平安城市的應(yīng)用
充分利用智慧路燈集成的人臉識別攝像頭、WIFI探針、應(yīng)急報警等功能,可實(shí)現(xiàn)平安城市的天網(wǎng)、人臉識別、雪亮工程等諸多應(yīng)用。
4、智慧交通的應(yīng)用
充分利用智慧路燈集成的攝像頭、交通流量監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)智慧交通的連接應(yīng)用。
5、智慧社區(qū)/園區(qū)的應(yīng)用
智慧路燈、智慧庭院燈實(shí)現(xiàn)WIFI、信息推送、視頻監(jiān)控、廣播、一鍵報警、充電樁等應(yīng)用。
智慧路燈新型商業(yè)模式的思考
智慧路燈自2014年初步提出,實(shí)至今天,已經(jīng)歷了約4個年頭,應(yīng)該說,最近幾年,智慧路燈技術(shù)上日趨成熟。從路燈行業(yè)到政府,都逐步了解此產(chǎn)品,各地也紛紛開展智慧路燈示范項(xiàng)目或示范工程,智慧路燈也越來越被業(yè)界廣泛認(rèn)可。但是,如此兼具多種功能為一體的,并且能為智慧城市建設(shè)帶來極大幫助的產(chǎn)品還沒有被大范圍應(yīng)用和推廣,主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的路燈只有照明功能,政府的建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)模式比較成熟。但是智慧路燈功能多,技術(shù)復(fù)雜、價格高、涉及的政府管理和使用部門也比較多,如何建設(shè)、如何管理、如何養(yǎng)護(hù)是面臨的一個課題,尤其是采用哪種商業(yè)模式進(jìn)行規(guī)模化的建設(shè),值得思考和研究。
傳統(tǒng)的路燈只具備照明功能,一般新建設(shè)是政府采用采購的模式,改造為LED是采用的EMC( 合同能源管理模式 ),而智慧路燈具備了較多功能,從功能屬性上可分為三類:一是一些基礎(chǔ)設(shè)備,如5G基站等;二是面向政府管理部分的智慧管理功能,如智慧城管、平安城市、智慧停車、智慧交通等;三是面向城市市民的服務(wù)功能,如充電樁、無線WIFI等。可以看出,因?yàn)榧闪诉@些功能,智慧路燈已可以為政府管理部門、為社會機(jī)構(gòu)、為市民提供較多的服務(wù)。同時智慧路燈的這些功能需要持續(xù)的運(yùn)營才能發(fā)揮價值,因此,智慧路燈已具備較大的運(yùn)營價值。
近年來已有公司積極在探索智慧路燈的新型商業(yè)模式,即采用EMC+PPP模式,充分發(fā)揮智慧路燈的功能運(yùn)營優(yōu)勢,采用EMC+使用者付費(fèi)的模式進(jìn)行規(guī)模化的智慧路燈建設(shè),如四川華體照明科技股份有限公司2018年1月與成都市雙流區(qū)簽訂《戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》,擬改造雙流區(qū)3萬根智慧路燈,采用EMC+PPP模式,運(yùn)營期10 年。智慧路燈在采用PPP+EMC模式的同時引入增值業(yè)務(wù)聯(lián)合投資及收益分成等新商業(yè)模式,后續(xù)與總包智慧城市業(yè)務(wù)全面對接,有望實(shí)現(xiàn)在全國的快速復(fù)制和規(guī)模化發(fā)展。
實(shí)際上,智慧路燈體系建設(shè)已經(jīng)讓傳統(tǒng)的燈桿具備了綜合利用和運(yùn)營的屬性。PPP項(xiàng)目公司在提供政府需求的公共產(chǎn)品或服務(wù)(如維護(hù))時,完全可以附帶生產(chǎn)出更具經(jīng)營性的副產(chǎn)品。目前,智慧路燈的項(xiàng)目收益目前主要有三類:
一是節(jié)能收益;二是垂直應(yīng)用收費(fèi),比如信息發(fā)布為主的服務(wù)(LED廣告屏/通誘導(dǎo)屏)、充電樁充電等,但此類收費(fèi)模型剛剛興起,還沒有形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模,沒有足夠的評估依據(jù)進(jìn)行匹配。而PPP項(xiàng)目一般要求目前要測算出十年二十年內(nèi)的基準(zhǔn)收益,因此難以精確測算。第三類可能產(chǎn)生收益的是大數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)是智慧城市的核心內(nèi)容,但目前的大數(shù)據(jù)多數(shù)是用在商戶的精準(zhǔn)營銷。以無線智慧旅游景區(qū)及商圈應(yīng)用為例,通過路燈基于WiFi進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,可以進(jìn)行精準(zhǔn)營銷和廣告推送,大幅提升商圈的經(jīng)濟(jì)增加值。另外常提到的應(yīng)用是監(jiān)測預(yù)警。目前,城市數(shù)據(jù)尚未形成城市數(shù)據(jù)礦,且在制定數(shù)據(jù)開放政策以及數(shù)據(jù)保護(hù)法律等方面還需要政府進(jìn)一步加強(qiáng)。
1、節(jié)能收益
項(xiàng)目公司營運(yùn)收益主要來源于項(xiàng)目實(shí)施后道路照明節(jié)省的電費(fèi)支出,社會投資人按與政府的約定獲得收益。政府本級財政部門按照項(xiàng)目所涉道路路燈上年度實(shí)際電費(fèi)支出為基數(shù),測算改造后節(jié)約的電費(fèi),支付社會資本的改造、運(yùn)營成本,從每年財政預(yù)算安排的路燈電費(fèi)中予以支付。
2、增值應(yīng)用收益
政府可將路燈經(jīng)營權(quán)授予社會資本方,由其挖掘運(yùn)營潛力,獲得增值收益。“當(dāng)前智慧路燈已具備運(yùn)營性,因此更加適合采用PPP+EMC新模式。” “如通過附加廣告及以照明項(xiàng)目的路燈桿為載體設(shè)置攝像頭,環(huán)境監(jiān)測器,WIFI發(fā)射站等拓展項(xiàng)目來收取費(fèi)用。”社會投資人按在項(xiàng)目公司中的投資比例或與政府約定的比例獲得收益。
到2019年,采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能照明系統(tǒng)將在軟件及服務(wù)方面為業(yè)界帶來約5500億美元的收益,而硬件銷售所得的收益僅為500億美元。對于LED照明企業(yè)而言,目前只能分享到硬件銷售收益,所以如何在保證分得這一杯羹的同時,能夠在軟件及服務(wù)方面也有所收益,如掌握透過路燈所收集的各種數(shù)據(jù),收取通用數(shù)據(jù)處理服務(wù)費(fèi)用,是未來LED企業(yè)需要探索的重點(diǎn)之一。
新型智慧城市建設(shè)越來越離不開PPP模式,智慧路燈建設(shè)更離不開PPP模式的支持;實(shí)際上,對于智慧路燈業(yè)者而言,如何在保證分享到硬件銷售收益外,也能在軟件及服務(wù)方面有所收益,是必須思考的課題之一。照明企業(yè)也必須思考如何通過運(yùn)營服務(wù)獲得長期投資回報,充分探索智慧路燈各種應(yīng)用價值和運(yùn)營價值,才能破解智慧路燈的大面積應(yīng)用和推廣的難題。
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