智慧路灯推动城市物联网

智慧路灯基本上是由LED灯、LTE小型蜂巢式基地台、可选的灯具控制系统以及用于监控电线杆功率使用情况的智慧电表所组成的灯杆。截至目前为止，飞利浦(Philips)永续照明部门行销经理Bill McShane已经在美国洛杉矶和圣荷西部署了约150个这样的灯杆。McShane一直在销售智慧路灯，他相信在今后三年内将在全美城市中售出数千盏这样的智慧路灯。

飞利浦(Philips)把这些路灯称为“联网城市初体验”。这种产品拥有很多的潜在客户和供应商。虽然还未能发展出具体的产品蓝图，但已吸引了有关其发展潜力的各种遐想。仅有蜂巢式功能的灯杆是在城市扩展市内Wi-Fi网路并考虑广泛部署未来各种类型感测器网路时就一并到位的。


圣荷西正部署50支与Fairmont Hote附近一样的智慧灯杆
（来源：Philips）

飞利浦的LED照明部门提出了智慧路灯的想法，也开发出这样的产品。这家荷兰公司与爱立信(Ericsson)建立了一项全球合作关系，由爱立信作为灯杆内部的LTE基地台转包商。其他公司则提供圣荷西等城市需要的可选智慧电表。

无线通讯营运商是主要的客户，他们指定并向爱立信支付基地台的费用，并确定基地台的安装位置。他们还付钱给飞利浦，然后由飞利浦与市政府洽谈交易，并向城市支付安装费用和少量的续用租金。

举例来说，洛杉矶向飞利浦收取约1万美元的灯杆安装费用以及每个网站一年40美元的租金。圣荷西则允许飞利浦向无线者处收取十年的费用，十年后再改由圣荷西市向无线业者收取费用。

重大但极具挑战性的业务

城市为经常由不同实体拥有和服务的灯杆建立了一个简化的认可过程。McShane表示，“我们设法将各方聚集在一起。这是一个很有趣的挑战，但当他们全部聚齐洽谈计划时，就变成了一项有力的提议。”

最终，每一方都能获利，McShane指出，“这是居民、商业单位和城市三方共赢的局面。”


Bill McShane
由于面对每个城市不同的业者和规则，这项业务其实并不轻松。例如，圣荷西在2011年2月份就为转换到LED起草了共48页的路灯设计指南。这本指南中充斥着各种有关灯光亮度与品质问题的表格和数学公式，并提到了许多国家和国际标准。

McShane的同事们先在全球开展了灯杆的先导计划。佛罗里达州的公共电力事业以及哥本哈根等城市目前正测试这个概念，据市调公司Navigant Research透露。该公司统计全球LED路灯数量已经超过1,300万个，预计到2023年还将增加到1.16亿个。

据说中国的华为(Huawei)也开发出智慧路灯的原型和样机，但尚未正式发布产品，预计还有其他公司也可将浮出?面。“我认为我们正处于智慧路灯普及的开端。”Navigant研究总监Eric Woods表示。

虽然实际数字很难掌握，但McShane估计单单美国就有2,600万盏路灯。洛杉矶表示拥有第二大的数量，约21万支供电的灯杆，其中超过14万支灯杆已经转换成LED了。圣荷西拥有约6.3万支灯杆，其中约有2万支是LED灯，其它灯杆正开放给任何类型提案的转换计划招标中。

智慧路灯内部结构

飞利浦智慧灯杆的内部技术相当简单，并且有很明确的定义。但当城市预算较紧但以创新的方式思考物联网时，这种灯杆的未来会是什么样子就不得而知了。

当今的智慧灯杆有两种配置——安装三个大型爱立信RU-11或RU-12 60W LTE无线电装置的高功率灯杆，以及安装六个5~10W无线电装置(覆盖约1000英尺短距离)的低功率版本。高功率版本中，无线电装置安装在灯杆的扩展基座中，而低功率版本的无线电装置则安装于灯杆内部，天线位于LED灯附近的天线罩中。

大多数灯杆都有电子设备，用于处理无线电讯号和数位基频讯号。营运商只使用灯杆中的无线电装置，并将其连接到云端的无线接取网路，再由无线接取网路处理数位基频任务，爱立信北美企业夥伴与联盟负责人Sridhar Vadlamudi表示。

洛杉矶还要求灯杆内安装备用电池，预防断电发生。圣荷西要求安装智慧电表来支付电费，但这在洛杉矶并不需要，因为洛杉矶对于电力方面有一整套的协议。

截至目前为止所安装的灯杆数量超过了50个。第一支灯杆在2015年7月进行测试，并在9月份首次正式实施。

智慧路灯还没有明确的发展蓝图。“我们想把重点放在LTE上，一旦成功后，就很容易再整合Wi-Fi或其它功能。”Vadlamudi指出，“我们正在考虑枪声、污染和交通感测器，目前还没有专为部署这些感测器的相关申请，但既然我们有足够的空间就能做下去。”


包括洛杉矶市长在内的多位城市官员及其于去年底安装的首支智慧灯杆
（来源：City of L.A.）
智慧城市考虑感测器网路

城市物联网网路的概念仍在发展初期，并且引发了许多棘手的问题，飞利浦的McShane指出，“部署城市物联网的资本支出非常庞大，而且我们必须知道资料如何流至哪个中枢，以及如何进行分析——而且还有许多公众政策也必须同时制订。”

圣荷西资讯长Vijay Sammeta对此表示同意。他认为智慧城市具有‘蛮荒西部’(wild West)的特性，而今正是时候从展示计划转型至更加困难的实际部署工作了。

Sammeta认为，“智慧城市再次唤醒了政府部门的研发思维，但这些事情都需要花时间、金钱和精力，因此必须遵循我们的优先顺序逐步进行。”。

举例来说，圣荷西刚刚与英特尔共同完成了一个为期一年的先导计划，这项计划涉及在市内安装10个空气品质感测器。他表示，“我们确实想多看看其他相关计划……但我想像中的路灯杆还有许多东西要加进来。”

截至目前为止，政府和供应商都不知道城市需要什么样的感测器、应该如何认证这些感测器以及如何建立、支付和执行涵盖多个资料组合的中央资料库。多个资料组合通常比只有一种资料更有趣，但“当供应商越来越多时，资料也会变得日益复杂。”Sammeta指出。


圣荷西市LED路灯设计指南中的一些数学公式
（来源：City of San Jose）

在展示另一种方法的先导计划中，圣荷西正在制作有关交通讯号相位的即时资料并提供给汽车制造商。汽车厂家将有机会创造补充GPS地图的服务，而城市和驾驶人也能找到减少交通拥塞的方法。

洛杉矶最终计画安装400至600支智慧灯杆，并正考虑可以含有什么样的其它感测器。该城市还在考虑在一些灯杆中增加为电动车充电的充电桩。

“我们正与多家制造商合作，讨论诸如温度、二氧化碳感测器等任何感测器或甚至是地震感测器等用于监控犯罪或停车的摄像机等各种想法。”洛杉矶路灯处负责人Ed Ebrahimian表示，”我可能只需要200到300个感测器，因为它们不必须安装在每个灯杆上，大约每三到五个街区装一个就行了——好消息是我们已经有可用的通讯技术到位了。”

圣荷西市市民创新管理人员Teri Killgore也表示同意。”对于智慧城市应用来说，这是下一个重要的发展前线。”她指出。

首要步骤—智慧电表、LED监视器

灯杆中的智慧电表是确保证未来功能扩展的关键，圣荷西的Killgore认为。当地的公用事业委员会已经明确定义什么功能可以安装到路灯上，以确保协力厂商公平地以跟城市相同的低费率获得电力。

圣荷西的灯杆目前使用公共电力公司现有的外接智慧电表。但当地的公共电力公司PG&E正考虑采用可安装于灯杆的版本，这样可以防止受到骇客的破坏。

Killgore表示，“而且，当我们想要增加环境感测器或摄影机时，就能够更轻松地进行安装，而无需重新进行电路布线。”


圣荷西市目前安装了63,000盏路灯，其中三分之二正公开招标新的LED计划
（来源：City of San Jose）

Navigant研究总监Woods指出，“基于节能理念的LED路灯转换商用模型已经成熟了，但连网的好处(监控交通流量或空气品质感测器等)还未能有效地奠定基础，更复杂的是经常得牵扯到多个城市部门。”

“对于从照明灯具到通讯网路的一切来说，标准都是至关重要的，”Woods认为，“这个产业月前已经取得了一些进展，但让人更感兴趣的是目前正进行的多个智慧城市标准制订计划会有什么样的结果——他们在制订相关技术标准的同时，某种程度上也是在确定城市的需求。”

Woods表示，“有些城市管理人员对于使用先进照明控制技术仍十分谨慎，像是主动式调光，以避免被认为是在降低城市道路的安全性。”

尽管如此，洛杉矶的Ebrahimian对于LED路灯的远端监控产品仍然怀有满腔热情。洛杉矶目前正准备安装带有嵌入式GPS的第二代产品。

“在我们的办公室中，我们可以选择灯杆的蜂巢式无线讯号，并为其指定位置资讯——如果我们以后必须移动它的话，也没问题——当灯光熄灭时我们马上就能知道。”他表示。

同步发展Wi-Fi计画

当飞利浦致力于协助营运商搭建其蜂巢式无线基础设施时，洛杉矶和圣荷西也同时扩展城市中的Wi-Fi网路。

洛杉矶希望在三月份确定承包商，负责搭建覆盖整个城市约469平方英哩的网路计划。这项计划的目标是连接估计约超过30%缺少家庭宽频的居民。

洛杉矶资讯长Ted Ross透露，洛杉矶市决定不参与拥有和执行该市网路的业务。相反地，它透过公开招标让私人供应商接取至城市资产(如路灯杆和光纤链路)，只要他们能够混合提供速率达Gbps的免费和付费服务。

该市目前正评估三份提案，每份提案的目的都在连接整个城市。洛杉矶要求所有的提案都必须相容于目前的802.11g/n装置，并建议投标方考虑支援蜂巢式无线网路、700MHz和900MHz频段的未来LTE-Unlicensed以及.11af与.11ah等功能。

圣荷西则在2014年扩展其免费的城市Wi-Fi网路，将会议中心和机场都纳入其中，使用由Ruckus Wireless提供的.11n和.11ac装置获得10~20Mbits/s的传输速率。