智慧路灯解决实施方案.docx
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智慧路灯解决实施方案
智慧路灯综合解决方案
城市道路智慧照明呼之欲出
智慧照明，是智慧城市的重要组成部分。
它应用城市传感器、电力线载波
/ZIGBEE通信技术和无线GPRS/CDMA通信技术等，将城市中的路灯串联起来，形成物联网，实现对路灯的远程集中控制与管理，具有根据车流量、时间、天气情况等条件设定方案自动调节亮度、远程照明控制、故障主动报警、灯具线缆防盗、远程抄表等功能；智慧路灯可以有效控制能源消耗，大幅节省电力资源，提升公共照明管理水平，降低维护和管理成本并利用计算等信息处理技术对海量感知信息进行处理和分析，对包括民生、环境、公共安全等在内的各种需求做出智能化响应和智能化决策支持，使得城
市道路照明达到“智慧”状态。
智慧路灯是智慧城市的最佳入口和服务端口
城市拥有数量众多的路灯，是最密集的城市基础设施，便于信息的采集和发布。
智慧路灯未来是物联网重要的信息采集来源，城市智慧路灯是智慧城市的一个重要组成部分和重要入口，可促进智慧市政和智慧城市在城市照明业务方面的落地，实现城市及市政服务能力的提升。
政策频出，大力推广智慧照明
随着物联网、下一代互联网、云计算等新一代信息技术的广泛应用，智慧城市已成为必然趋势。
近年来，智慧城市新政频出，我国多个城市掀起了智慧城市建设高潮。
政府出台了一系列政策措施推进智慧城市建设，智慧路灯作为智慧城市建设中的重要组成部分，预计未来仍然会得到政策支持。
1.城市道路智慧照明
1.1智能化管理的路灯改造方案迫在眉睫
城市道路照明是城市公共设施的重要组成部分，而随着城镇化建设的推进，城市道路照明路灯的数量越来越多，能耗越来越高，供电趋于紧张。
此外，城市照明的维护工作和高昂的维护成本（人工控制、路灯巡查等），给城市管理造成了巨大的困难。
管理部门需要更有效率的管理和节能方案，从而推进城市照明的科学管理和绿色节能。
根据道路照明专业委员会的统计，在全国811座城市中已有263座城市的道路灯管控采用了“无线三遥（遥控、摇信、遥测）智能化控制系统”。
根据《“十二五”城市绿色照明规纲要》课题组对包括所有直辖市、省会城市、计划单列市在内的81个重点城市的统计，智能监控仪的总数最多，已达21826点，分别为时控、光控和防盗监控点的3倍、6.8倍和9.2倍。
图表1：
道路照明控制系统情况
目前，国内城市道路照明系统大部分没有采用网络化监控管理，“三遥”智能化控制系统只能以区域为单位对照明设备进行远程开关灯控制，多数城市路灯的开、关控制仍由每台变压器（配电箱）分散控制，这种控制方法缺乏灵活性，并不能实时获取每盏路灯的状况，也无法根据实际情况对路灯进行单灯控制和监控，调节路灯的亮度，无法实现有效节能。
这种城市照明的监控和管理方式相对简单、粗放，服务质量和节能水平偏低，已经无法满足现代化城市照明的需要。
图表2：
城市照明传统管理模式存在的弊端
路灯节能改造有两种方式:
第一，对已有的路灯灯头进行更换，就是把传统的高压钠灯或者是金卤灯之类的光源换成新型的LED光源；第二，在现有基础上对路灯进行升级，即在现有路灯上安装单灯控制器，是物联网技术的新产品，新型的单灯控制器可以使路灯控制智能化，并可以通过0-10v、PWM等接口使调光降功率运行；既提升了城市路灯的整体控制实现智能化，又能够达到节能减排的目的。
因此，二次节能明显、具有智能化管理的照明方案成为路灯管理的热点。
1.3城市道路智慧照明系统呼之欲出
目前，在原有“三遥”系统上，城市道路智慧照明系统以地理信息系统（GIS）平台为基础，融合大数据、云计算、物联网等技术，进一步实现单灯节能管理、设施安全监测、资产管理和生产管理等功能。
图表3：
城市道路智慧照明系统
智慧照明，是智慧城市的重要组成部分。
它应用城市传感器、电力线载波/ZIGBEE通信技术和无线GPRS/CDMA通信技术等，将城市中的路灯串联起来，形成物联网：
1）实现对路灯的远程集中控制与管理，具有根据车流量、时间、天气情况等条件设定方案自
动调节亮度、远程照明控制、故障主动报警、灯具线缆防盗、远程抄表等功能
2）智慧路灯可以有效控制能源消耗，大幅节省电力资源，提升公共照明管理水平，降低维护和管理成本。
3）利用计算等信息处理技术对海量感知信息进行处理和分析，对包括民生、环境、公共安全等在内的各种需求做出智能化响应和智能化决策支持，使得城市生活照明达到“智慧”状
态。
图表4：
城市道路智慧照明系统
智慧照明系统可以根据道路行人和车流量的变化，在满足市民生活需求和保证社会治安需求的前提下，通过自动降低照明亮度或采用隔一亮一、单侧亮灯等自由组合的路灯控制方式，实现按需照明、节能降耗。
与目前整体路段一个开关的控制方式相比，智慧照明系统依靠远程管理，对城市路灯的规划设计、工程建设、日常巡查、维修管理等进行网络化、精细化、规范化、日常化管理，改变传统的人工巡查模式，减少管护人员、车辆外出巡查次数，对管辖的照明设施实现智能监控、筛选，定位故障灯具，及时发现路灯故障、老化、短路及短路等问题，全面真实的监测亮灯率、故障灯率等数据，大大减轻维护人员的劳动强度，并有效降低维护成本。
图表5：
智慧照明建设效益明显
目前，全国已有多座城市开始智能照明管理系统的试点工作，采取城市照明管理系统的城市已达263个，覆盖率32.42%。
随着城市照明行业的持续发展，将有更多的城市采用城市智能化控制系统。
城市智能照明主要应用在道路照明方面，景观亮化、公园广场、学校社区等区域照明的智能化监控市场尚处在刚刚启动的阶段，智能照明市场未来的增长还有很大的空间。
1.3智慧路灯是智慧城市的最佳入口和服务端口
城市拥有数量众多的路灯，是最密集的城市基础设施，便于信息的采集和发布。
智慧路灯未来是物联网重要的信息采集来源，城市智慧路灯是智慧城市的一个重要组成部分，能够实现城市及市政服务能力提升，也是智慧城市的一个重要入口，可促进智慧市政和智慧城市在城市照明业务方面的落地。
智慧路灯通过集成传感器，采集城市的信息，在未来将产生智慧城市所需的各种大数据。
数据上传到云端，在云端形成大数据。
这些数据可与政府内部的交通系统、警务管理系统、财政管理系统和采购管理系统进行交互，为智慧城市的大数据应用提供多种数据支持。
数据在分析和处理后，
图表6：
智慧路灯图例
智慧路灯可以依托LED路灯和智能控制平台，集成WIFI基站、摄像头、红外线传感器、雷达、电子显示屏、充电桩、电子等，变成一个信息载体，实现数据监控、环保监测、车辆监控、安防监控、灯杆屏、地下管网监控、城市洪涝灾害预警、区域噪声监测、市民应急报警等。
图表7：
智慧路灯集成模块
目前，智慧城市建设正在全国如火如荼的进行。
智慧城市通过物联网、大数据、云计算等技术，完善城市公共服务，改善城市生活环境，使城市变得更智慧。
智慧路灯是智慧城市概念下的产物，随着“智慧城市”建设的日益推进，利用路灯逐步智慧升级打造的物联网信息化网络平台将发挥更大的作用，从而拓展城市智慧化的管理服务。
作为智慧城市的基础设施，智慧照明是智慧城市的重要组成部分。
而且智慧城市还处于初步阶段，系统构建太复杂，城市照明是最佳的一个落脚点。
智慧路灯可以融入信息交互系统和城市网络化管理的监控体系之中，而且作为重要的信息采集载体，路灯网络可以延伸到停车综合管理网、环境监测网络、充电桩网络等，实现N+网络合一。
图表8：
智慧路灯成为智慧城市的端口
2.我国路灯规模巨大
近些年来，我国城市建设呈现高速增长的态势，而作为城市基础建设的一部分，城市照明行业
2.1路灯存量巨大且稳定增长
作为城市照明的主体，城市道路照明伴随着我国城市建设的高速发展，获得了快速的增长。
国家统计局数据显示，从2004年至2014年，我国城市道路照明灯数量由1053.15万盏增加到3000万盏以上，年均复合增长率超过11%，城市道路照明行业保持持续快速发展的趋势。
图表9：
中国城市道路照明灯（千盏）及增速
近几年，随着中国路灯LED改造工程的开展，中国LED路灯的渗透率在不断提升。
2011年中国LED路灯市场的渗透率为4.21%，2012年达到8.02%，2013年为14.7%。
截止到2014年，中国LED路灯市场渗透率超过20%。
根据CSAResearch测算，预计到2020年，渗透率将提高到39%。
未来随着智慧城市的进一步推进以及LED路灯渗透率的提高，智慧路灯未来发展空间巨大。
路灯市场有巨大的存量和增量，
1）截至2014年，我国路灯存量超过3000万盏
2）假设每年路灯的增长速度为10%
随着我国交通道路建设的不断成熟，预计到2020年我国路灯保有量将达到5000万盏。
2.2我国城市道路建设推进路灯建设
城市道路照明工程属于城市基础设施建设，是国家投资的公共设施建设的一部分。
国家对于城市道路建设的投入对城市照明行业的市场变化趋势有重要影响，而城市道路建设长度及面积将会直接决定城市道路照明路灯的数量。
近些年来，随着国家对道路建设的持续投入，我国城市年末道路长度和面积连续多年增加。
国家统计局数据显示，从2004至2014年，我国城市实有道路长度从22.3万公里增加到33.6万公里，年均增长率4.25%。
图表11：
2004-2014年末我国城市实有道路长度及面积
2.3城镇化的持续推进，加快路灯的基础设施建设
作为城市公共市政建设的一部分，城镇化的建设将直接推动城市照明行业的发展。
近年来，我国城镇化进程快速推进，城镇化率逐步提高，在2005-2015年，我国的城镇人口从5.62亿增长到7.71亿，城镇化率从42.99%增长到56.1%，年均增长2.45%。
我国的城镇化还将不断推进，国家对城镇化建设的投入会继续加大。
因此，国家对城市道路照明等基础设施建设将持续投入。
图表12：
2004年-2015年我国城镇化情况
照明能源消耗巨大，效率有待提高
根据中国电力企业联合会2013年最新报告，2013年全社会用电量为5.32万亿千瓦时、同比增长7.5%。
中国照明学会和华通人公司的调查研究表明，2013年道路照明用电量占全部照明用电量的29%，约占全社会用电量的9%，位居各领域照明用电量之首。
图表13：
中国2013年各领域照明用电量分布
传统路灯一般以钠灯为主，能耗高且耗损大，而LED路灯可以降低耗电量，综合节能率可以达到50%以上，如果再经由智能改造，LED的综合节能率可以达到70%以上。
国家统计局数据显示，中国2015年发电量为5.618万亿千瓦时。
假设道路照明用电量占9%，那么就是5056亿千瓦时。
考虑到我国城市道路智慧照明工程的渗透率还很低，如果我国路灯全部经过智能改造，以20%平均节电率计算，则每年可节约电量超过1000亿度电。
从节能的角度来看，我国政府有强烈的动力实施智能路灯改造。
3.智慧照明技术比较和效益分析
3.1电力载波和ZIGBEE通讯
在城市智慧路灯控制领域，GPRS+ZigBee和GPRS+电力线载波通信的方式是两种主流的技术。
图表14：
路灯控制技术优缺点比较
图表15：
技术结构图
其中，GPRS技术适用于远距离的传输，ZIGBEE和电力线载波技术适用于短距离组网的应用，如果把这两种技术结合起来，可充分利用各自的优势。
GPRS技术负责远距离（监控中心与现场）的数据传输，而ZIGBEE和电力线载波技术则负责子网（集中控制器至单灯控制器）内节点的数据采集。
对于采集点分散、采集环境恶劣而对实时性和可靠性要求比较高的场合，这种组网方式很合适。
城市智慧照明系统中，由于传输的数据量不大，ZigBee、电力线载波技术等都被应用于路灯的控制和管理。
电力线载波技术通过电线传输数据，方便快捷，但传输距离短、信号损失大、脉冲干扰严重；而ZigBee技术具有低成本、低功耗、组网灵活等优点，但对动态环境的适应性、稳定性稍差。
图表16：
电力线载波与ZigBee技术比较
目前在城市公共照明单灯智能化监控领域，电缆线载波通信是底层通信技术的主流方向，在实际应用中约占90%的比例，并且保持不断增长的趋势，ZigBee技术也有一定应用，约占近10%的市场份额，其它技术应用较少。
3.2城市道路智慧照明建设效益明显
通过一组数据对比，可以清晰看到节能效果。
以250w的高压钠灯为例，应用城市智能道路照明控制系统后，单盏灯每天亮12个小时，每天晚上6点至8点，10点至12点功率降至70%，凌晨12点至6点功率降至30%。
按照1元/千瓦时，每年每盏灯可以节约费用约800元，每年每10万盏灯可节约费用近8000万元。
图表17：
节能效益（单盏路灯）
城市道路智慧照明系统不仅提高运维效率，同时降低维护成本，减少费用支出。
以某市为例，采用城市道路智慧照明系统后，运维成本一年减少了56%。
图表18：
运维巡检方式对比
图表19：
改造前后，运维成本对比
城市道路智慧照明建设内容主要包括：
中心系统、中心设备、现场监控设备。
经过综合测算，每个灯杆的平均成本约为1200元，整体市场规模超过上百亿，市场空间巨大。
下面按照城市规模对投资规模进行估算。
图表20：
成本估算
3.3政策频出，大力推广智慧照明
随着物联网、下一代互联网、云计算等新一代信息技术的广泛应用，智慧城市已成为必然趋势。
近年来，智慧城市新政频出，我国多个城市掀起了智慧城市建设高潮。
政府出台了一系列政策措施推进智慧城市建设，智慧路灯作为智慧城市建设中的重要组成部分，预计未来仍然会得到政策支持。
图表21：
政策大力支持智慧照明
4.解决方案以及产品介绍
随着智慧城市的推广力度加大，节能型LED更适合替代大功率的钠灯，不仅可以节约非常可观的电能损耗，也可以减少环境的压力。
同时伴随汽车工业飞速发展，我国石油消耗对外依存度持续 升高，2013 年已达 58.1%，石油短缺局面日益加剧。
电动汽车发展对我国具有重大意义，一方面可以提高电能替代，有效减少单位 GDP 能耗，另一方面可以有效破解环境约束，解决雾霾等大气污染问题。
于是提出了一种基于 LED 市政路灯和电动汽车充电桩的一体化设计方案，可有效利用市政路灯改造后节省出来的配电容量安装充电桩。
广泛分布于城市街道的一体化充电桩在保证道路高效照明的同时，为电动汽车充放电提供接口，具有保护、 监测、控制、通信、计量等功能，便于主站系统实现对路灯和电动汽车充放电状态的远程监测和控制。
该方案可行性强，适合大 规模推广，能够很好地解决充电桩、充电站建设过程中征地难的问题。
随着城市发展的推进，智慧城市不断完善，城市WIFI热点覆盖，城市小型微基站站点覆盖，城市道路视频监控，城市传感层（PM2.5监测，车流人流量监测等）的需求加大，也促使了智慧灯杆的多样化应用体系，充分结合城市道路现有的路灯资源，以路灯为载体，来构建智慧城市建设，将成为未来的一大趋势，同时也合理使用了市政道路公共的资源，避免重复资源浪费。
4.1产品简介
智慧路灯是一种集成各种信息设备技术创新复合应用的智慧路灯产品，具备智慧照明、WIFI热点、环境信息采集、安防及道路智慧监控、信息发布、应急可视报警以及电动汽车智能充电条等多种功能。
产品采用模块化结构设计，客户可根据不同需求和不同应用场合，选择不同的功能模块，为业主以及其服务的最终使用者提供更好的服务和基础设施。
产品下图所示：
4.2产品功能及规格说明
智慧路灯系统由七大应用子系统组成：
LED路灯监控子系统、网络多媒体信息发布子系统、无线WLAN子系统、智慧监控子系统、环境传感监测子系统、充电桩子系统和视频语音求助子系统。
各应用子系统可以根据实际需求联合运作，用户也可以根据实际情况选择不同的应用子系统进行组合应用。
4.2.1LED智慧LED路灯子系统
LED灯具采用高压压铸成形外壳，外部静电喷塑处理。
采用导热系数高的材料及铝合金散热。
灯具转角具调节器并标有调节刻度尺，可上下45度调节，模块化模组设计，标准安装接口，实现快速维护更修。
配合终端控制器实现远程开关、调光、电能数据和灯具状态查询。
客户可根据不同需求自选灯具。
4.2.2、网络多媒体信息发布子系统
LED灯杆全彩显示屏作为网络多媒体信息发布的平台，内嵌LAN、WIFI、3G智能管理核心模块，让广告可以随心掌控，广告图文信息随便更换，显示信息可包括如商业广告、公益宣传、公共信息发布、紧急情况警告、区域地图显示、周边环境空气污染状况等。
5.
产品特点：
※箱体一体成型，简洁大方
※高强度抗老化面料，耐老化，耐候性强，抗冲击能力强。
※采用行业内防水防紫外线最好的户外SMD三合一技术，使屏在使用时具备超宽视角和更好表面平整度及稳定性。
※RGB深层灰度处理，色彩丰富，画质高清细腻。
※支持点校正功能，保证使用过程中颜色和亮度的一致性。
※内部固定加强筋板，抗拉防震，自行散热，寿命长达十年。
※拥有IP65的防护等级，无惧任何恶劣天线。
※简易安装维修设计，大大降低半年和维修成本。
※内设环境监控卡，可以自动监控屏幕的温度，亮度以及湿度
规格参数：
※像素间距：
P3、P4、P5、P6可选；
※显示尺寸：
800*1280mm
※防水等级：
IP65
※亮度水平：
>3500cd/m2（P3P4）、>5000cd/m2（P5、P6）
※可视角度：
120度
※灰度等级：
14
※工作温度：
-20~+50摄氏度
※工作湿度：
10~90%
※亮度调节：
0-100级
※控制方式：
异步
※输入电源：
AC100~24050/60Hz
※工作寿命：
100000H
4.2.3、无线WLAN子系统
智慧路灯集成无线接入点（AP）做为WLAN网络的接入点，覆盖半径150米（信号强度达到-65dbm）。
WIFI覆盖采用大功率双频无线接入点覆盖模式，支持最新一代802.11ac协议的室外型双频无线AP（AccessPoint），支持3×3MIMO，支持2.4GHz和5GHz频率，支持无线网桥，兼容IEEE802.11a/b/g/n/ac标准。
双频同时提供业务，提供更高的接入容量，具有完善的业务支持能力，完善的用户接入控制能力，高等级的网络安全性，灵活的组网和环境适应能力，简单的设备管理和维护，高可靠性和防护等级等特点，满足室外放装型网络部署要求。
支持WPA/WPA2/WPA-WPA2-PSK和WPA/WPA2/WPA-WPA2-802.1X认证/加密方式，MAC访问控制，WEP加密等安全机制保证数据在公共网络的安全性。
独有的防雷设计并满足TEC61000-4-5中对用于通信设备防浪涌的要求，能够在室外较恶劣的环境下工作。
具有高吞吐量和强劲的负载能力，采用高性能的处理器和无线射频控制技术，确保信号强度和信号质量输出稳定，支持自动功率调整，频率自动调整，负载均衡等功能使得大规模无线组网更加灵活。
※性能指标
•支持IEEE802.11a/b/g/n/ac标准，支持3×3MIMO，最高速率达1.75Gbps
•支持MRC、STBC、LDPC、MLD、DFS
•基于WMM（Wi-Fimultimedia）即Wi-Fi多媒体标准的映射及优先级调度规则实现基于优先级的数据处理和转发
•支持自动和手动两种速率调节方式
•支持WLAN信道管理和信道速率调整
•支持信道自动扫描功能，自动规避干扰
•支持U-APSD/WWM节电模式。
•符合IEEE802.3u标准
•支持DHCPClient，通过DHCP方式获取IP地址
•支持业务数据的隧道转发和直接转发两种方式
•支持同一VLAN中不同的无线终端之间的访问隔离
•支持用户访问控制（ACL）
•支持基于每用户的带宽限制
•支持自适应带宽管理，自动根据用户数量、环境等因素动态调整用户带宽分配，改善用户体验
•支持Open-System认证方式
•支持WEP认证/加密方式，加密字长支持64位，128位和152位
•支持WPA/WPA2–PSK认证/加密方式（WPA/WPA2个人版）
•支持WPA/WPA2–802.1X认证/加密方式（WPA/WPA2企业版）
•支持WPA-WPA2混合认证
•支持WAPI认证/加密方式
•支持WIDS和WIPS，包括非法设备检测和反制，攻击检测和动态黑名单，STA/AP
的黑白名单功能
•支持802.1x认证、MAC地址认证、Portal认证等
•支持对WiFi终端的定位
•遵从如下标准：
安规标准、无线电标准、电磁兼容性标准、IEEE标准、安全标准、环境标准、电磁场辐射标准、RoSH、Reach、WEEE
※网络管理
•支持统一网管平台。
•支持WEB网管管理AP，可通过HTTP或HTTPS登录。
•支持网管实时监控用户配置信息和快速故障定位
•支持SNMPV1/V2/V3。
•支持AP系统状态告警
•支持批量自动升级
※可靠性指标
•MTPF平均无故障工作时间100000小时以上。
※环境特性
•工作温度:
-40℃～60℃
•温度0℃～100℃（非凝结）
•防水技术：
IP67
•工作气压：
53kPa～106kPa
•防雷技术:
内置5KA天馈防雷，无需外接防雷器；以太网接口6KA/6KV增强防雷设计。
4.2.4、智慧监控子系统
智慧路灯集成摄像机，摄像机做为智慧监控系统前端智慧单元，采用支持H.265高效压缩算法的300万像素红外网络高清球机，同时支持10项行为分析,4项异常侦测。
带有云台功能，并可定时设置360°图像采集；在满足常规道路监控系统对道路断面全覆盖的视频监控需求以及全天候的高清录像需求的同时，智慧监控系统引入全画面视频检测、视频跟踪、车牌识别等多种业内领先的视频智能技术同时，其还能与应急可视报警设备联动对特定区域进行监控。
6.
产品特点：
※安装高度6米，监控有效面积最大化，最大化发挥出摄像机系统特征。
※安装方式灵活，可根据实际需求选择安装不同功能的摄像机。
※采用H.265编码在传输和存储上可节省一半的宽带和存储空间。
※支持系统双备份功能，确保数据断电不丢失。
※支持断电状态记忆功能，上电后自动回到断电前的云台和镜头状态。
※防雷、防浪涌、防突波。
※室外球达到IP66防护等级。
※支持IK10防暴。
规则参数：
※Smart功能：
•Smart侦测：
区域入侵侦测、越界侦测、音频异常侦测、移动侦测、视频遮挡侦
测功能
•Smart录像：
支持断网续传功能保证录像不丢失，配合SmartNVR实现事件录
像的二次智能检索、分析和浓缩播放
•Smart图像增强：
支持透雾、强光抑制、SmartIR防红外过曝技术
•Smart编码：
支持低码率、ROI感兴趣区域增强编码技术
•Smart报警：
支持网线断、IP地址冲突、存储器满、存储器错、非法访问异常
检测并联动报警的功能
※红外功能:
•采用高效红外阵列，低功耗，照射距离达150m
•红外灯与倍率距离匹配算法
•内置热处理及除雾系统
•恒流电路设计，红外灯寿命达3万小时
※系统功能：
•支持H.265高效压缩算法，极大降低码率，最大支持2048*1536@30fps实时
画面输出
•精密电机驱动，反应灵敏，运转平稳，精度偏差少于
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