张雪扬 刘天须 王子昂

河南省交通运输厅 河南 郑州 450100

引言

随着移动通信技术的发展和5G技术的推出，5G技术以其高速度、泛在网、低功耗和低延时等技术特点迅速在各行各业中展开技术应用。5G的技术创新，主要来源于无线技术和网络技术两方面，在无线技术领域，大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱介入等技术，已成为业界重点关注的方面；在网络技术领域、基于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的新型网络架构已经取得广泛共识。路灯在城市中分布广泛，依据5G技术的特点和优势设计一种智能路灯，以承载除照明之外的更多功能及服务，实现“一杆多用”。

1 智能路灯结构设计

智能路灯的基础功能仍是照明，外形结构与传统路灯相差无几，但是由于智能路灯的其他附加功能，在以人的眼睛视野所能观看到的高度及位置安装LED显示屏，LED屏幕顶部安装摄像头，下部安装联网紧急报警装置，在灯杆上端安装嵌入灯杆内部的扬声器，灯杆顶端安装太阳能电池板、风力发电设备、蓄电池和LED光源，同时安装光线、天气等传感器，LED灯源下端安装360度全景高清摄像头视频监控和环境质量检测装置，灯杆伸出分支安装5G基站和天线。

2 智能路灯功能设计

2.1 智能节能

利用5G技术的高带宽、低延时的优点，在智能路灯中安装智能芯片，通过5G网络获取人流量和车流量的卫星大数据，在芯片中添加人工智能技术，从历史大数据中发现道路使用规律和城市工作、休息规律；同时连接电网大数据平台，实时获取城市居民用电和电网波动等数据，并由路灯自身所安装的光感、气候等传感器获取光线、可见度、天气等数据，由人工智能技术综合以上因素通过神经网络进行计算智能调节路灯LED灯源的亮度和色调等，以达到灯尽其用，智能省电的效果。

2.2 信息发布

LED显示屏与当地市政机构、广播电视台、应急管理局等部门联网互通，及时发布时政新闻、国家重要信息、民生政策、生活讯息以及国家应急信息等，同时为LED触摸屏安装人机互动应用，应用服务接口连接交通信息管理大厅，为城市居民提供公交、地铁及城市交通路线图的查询功能，通过5G技术实时显示城市公交、轨道交通、出租车等交通工具的实时位置，实时发布当地天气预报并对强对流天气进行及时预警，通过扬声器播放重要信息及其他娱乐节目等。

2.3 5G基站

5G的一项关键性技术就是大规模天线技术[3]，即Large scale MIMO，亦称Massive MIMO，其特点是发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天心啊，信号客户通过发射端和接收端的多个天线发送和接收，能够在相同无线发射功率下实现高于单个天线的吞吐量和传输距离。利用路灯在城市道路中布局与MIMO天线矩阵序列极其相似，同时考虑到5G由于频点太高，信号穿透力差，基站覆盖半径较小，在智能路灯上按照覆盖范围合理规划安装5G基站，既保证5G信号的传输覆盖，同时也避免了资源浪费，不必再由通信公司专门安装5G基站以占用城市用地。

2.4 监控报警

视频监控摄像头内嵌入智能芯片，通过5G连接国家大数据库，实现人脸动态识别，同时位置处于交通路口的智能路灯增加斑马线监控功能，根据路口红绿灯的实时情况，监控红灯斑马线上是否有行人通过，以及是否出现非机动车和行人闯红灯的情况，通过扬声器和灯带进行提醒，确保城市居民的人身安全。在智能路灯底部安装紧急报警功能，如遇危险紧急情况可实现一键报警，接警端可通过智能路灯的监控系统迅速查看危险情况，并通过远程通信系统视情况进行沟通，同时利用LED显示屏可与报警人进行视频通话，第一时间了解危险，以便做好各种紧急情况的出警准备。

3 结束语

5G技术与智慧城市建设的融合发展，城市化和信息化的纵深发展，利用智能路灯可以搭建城市公共设施的物联网系统，充分发挥分布广泛、数量众多的特点，如何开发路灯的潜在服务价值和使用价值是智慧城市建设的一项重要工程。在传统路灯的基础上，以灯杆为核心，将智能节能、信息发布、5G基站和监控报警等功能集成到一个路灯上，充分发挥路灯在城市建设和城市服务中的作用，相信在推广应用以后，可大大节省城市资源，降低城市建设成本，给政府、居民带来切实的效益和服务。