早在公元前 500 年，北京就有“固定位置照明”的記載，倫敦和阿姆斯特丹也在16世紀(jì)引入了公共街道照明。巴黎則是廣泛普及街道照明的典范，首先是法國國王路易十五在18世紀(jì)中葉將油燈引入城市；隨后，1818年引入了大規(guī)模煤氣照明，1878 年又引入了電力照明。從那時起，公共街道照明成為每個城市必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。在巴黎公用事業(yè)工程師設(shè)置公共照明的時候，路燈的作用就是讓人們更安全、更方便地在漆黑的城市道路上行駛或行走，直到今日也是如此。此外，當(dāng)局還希望最大限度地發(fā)揮這些街道隨處可見的設(shè)施的潛力，將其作為智慧城市的基石。通過為廣泛存在的路燈基礎(chǔ)設(shè)施增加連接性和計算能力，路燈可以變得智能，而不僅僅是照明。

智慧燈桿優(yōu)勢

使用節(jié)能型 LED燈取代傳統(tǒng)街燈照明是減少能耗和相關(guān)排放的有效方法。僅將傳統(tǒng)公共照明燈換成 LED燈就能減少50%的能耗。如果這些公共照明燈結(jié)合連接能力和自動調(diào)光及路人檢測功能，節(jié)能效果最高可以達(dá)到90%。所謂的智慧燈桿可以優(yōu)化自身的功耗，并對產(chǎn)生照明的 LED 陣列的工作狀態(tài)提供反饋。不僅如此，智慧燈桿還能為具有邊緣處理能力的傳感器提供平臺。

熙枚智慧燈桿

每盞路燈都有可能安裝人行道監(jiān)控和交通攝像頭、空氣質(zhì)量監(jiān)測、天氣監(jiān)測、洪水檢測、信息顯示、應(yīng)急服務(wù)聯(lián)系、公共廣播，甚至是Wi-Fi熱點和電動汽車(EV) 充電裝置。

國內(nèi)外市場狀況

2022年Grand View Research對智能燈桿市場的估值已達(dá)到89.0億美元，預(yù)計從2023年到2030 年，智能燈桿市場的復(fù)合年增長率(CAGR)將達(dá)到20.8%。分析機(jī)構(gòu)ABI research表示，預(yù)計到2030年全球范圍智能燈桿的數(shù)量將超過1080萬根。中國、韓國和印度等亞洲國家正在實施雄心勃勃的智能燈桿計劃。根據(jù)《中國日報》報道，到2020年底中國智能燈桿市場價值已達(dá)170億美元。在歐洲地區(qū)，歐盟的Humble Lamppost Project旨在升級歐盟各大城市的 1,000 萬根燈柱，以“啟動”智慧城市建設(shè)。根據(jù)歐盟估計，街道照明成本達(dá)到一個城市高達(dá)50%的能源支出，而通過在整個歐洲采用 LED照明，可以節(jié)省高達(dá)19億歐元(20.7億美元)的能源。在美國，弗吉尼亞州漢普頓市于2021年宣布了一項“數(shù)字化轉(zhuǎn)型項目”，將用太陽能路燈桿取代街道照明裝置。這些路燈桿將提供充電端口和Wi-Fi接入，并將配備安全攝像頭。

利用傳感器提升城市智能化

智慧燈桿可以利用光傳感器分析自然光照趨勢，在不浪費(fèi)電力的情況下提供必要的照明。例如，太陽在夏季升起早，落得晚，這意味著路燈只需要在較短的時間內(nèi)開啟。有了光線自動檢測功能，路燈桿就能根據(jù)這些變化進(jìn)行調(diào)整。而在陰天或遮陽較多的地區(qū)，路燈則可以補(bǔ)償較低的光照水平，并通過提前開啟和延長開啟時間來提高安全性，甚至在正常的“白天”時間內(nèi)也是如此。另外，智慧燈桿可以實現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)。通過連接，可以快速、頻繁地報告LED 照明設(shè)備的總體健康狀況，如照明輸出和能耗，這些信息可用于提前預(yù)測故障。然后就可以派遣維護(hù)人員更換 LED燈。除了帶來成本效益之外，預(yù)測性維護(hù)還能提高安全性，因為它能確保城市中的各個區(qū)域不會陷入黑暗之中。

隨著許多大城市的交通擁堵日益嚴(yán)重，監(jiān)測空氣污染變得更加重要。智能燈桿可以利用傳感器監(jiān)測汽車尾氣排放的一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)和二氧化硫(SO2)。這樣，政策制定者就可以了解到哪些時間和地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)空氣質(zhì)量差的問題，并采取相應(yīng)的措施。路燈照明的最初目的是為了提高普通民眾的安全，智能燈桿旨在進(jìn)一步提高公眾的福祉。通過安裝更多的安全攝像頭和監(jiān)控街道交通，智慧燈桿可以幫助保護(hù)個人安全。

數(shù)據(jù)處理

Nordic nRF91系列SiP、LTE-M/NB-IoT 蜂窩IoT 和 DECT NR+等現(xiàn)代連接解決方案配備了功能強(qiáng)大的微處理器、充足的內(nèi)存和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)算法，可在本地分析傳感器信息。然后，只將值得注意的信息轉(zhuǎn)發(fā)到云端。通過僅在必要時進(jìn)行傳輸操作，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以降低功耗并節(jié)省數(shù)據(jù)費(fèi)用。例如，智能燈桿可能會檢測到人行道上夜間長時間沒有人流，因此不會發(fā)送任何數(shù)據(jù)。但是，如果突然發(fā)現(xiàn)有幾個人在不尋常的時間在路上快速奔跑，就可以將這些數(shù)據(jù)傳送給有關(guān)部門進(jìn)行調(diào)查。又或者，智能燈桿檢測到一輛車在濕滑的路面上失控撞墻，這樣觸發(fā)不尋常數(shù)據(jù)流的事件就會被報告。

智慧城市中的無線技術(shù)力量

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接是連接智能燈桿的理想技術(shù)。蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施(尤其是在經(jīng)常部署智能燈桿的大城市)擁有近乎普遍性、成熟性和安全性，這使得蜂窩物聯(lián)網(wǎng)成為理想的選擇。通過將蜂窩物聯(lián)網(wǎng)與LwM2M 輕量級機(jī)器對機(jī)器 (包含在Nordic 的nRF Connect SDK中)等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議相結(jié)合，可以利用完全標(biāo)準(zhǔn)化的IPv6端到端解決方案來構(gòu)建智慧城市。蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施日益普及，提供了將智能燈桿的優(yōu)勢從城市引入城鎮(zhèn)和小型居住區(qū)的機(jī)會，從而使更多人受益。結(jié)合低功耗藍(lán)牙，每根路燈桿都可以成為一個網(wǎng)關(guān)，用于連接功耗很低的低功耗藍(lán)牙傳感器。

除蜂窩物聯(lián)網(wǎng)之外，DECT NR+將在街道照明應(yīng)用中發(fā)揮重要的作用。對于高密度地區(qū)或沒有蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)，或者智慧城市不想依賴移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商(MNO)的地區(qū)，現(xiàn)在可以使用Nordic nRF9161 實現(xiàn)專用 5G 網(wǎng)絡(luò)與路燈桿互聯(lián)，然后使用網(wǎng)關(guān)提供與云端的連接。

數(shù)百年來，路燈一直是人類城市的基本組成部分，它不僅保障了人們的安全，也為人們的生活帶來了便利。通過增加連接性，這類既有的基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)在可以為城市人口提供更多的服務(wù)，同時通過減少碳排放幫助人們應(yīng)對氣候變化的挑戰(zhàn)。

審核編輯 黃宇