【導讀】智慧路燈是智慧城市的重要組成部分，傳統路燈僅承載著道路照明的任務，新一代的智慧路燈則對提高道路通行效率意義重大。ABI Research的預測顯示，全球對“智能燈桿”和“智能街道照明”技術的投資，將從2022年的108億美元增長至2030年的1,320億美元以上。
智慧路燈
智慧路燈是智慧城市的重要組成部分，傳統路燈僅承載著道路照明的任務，新一代的智慧路燈則對提高道路通行效率意義重大。ABI Research的預測顯示，全球對“智能燈桿”和“智能街道照明”技術的投資，將從2022年的108億美元增長至2030年的1,320億美元以上。
透過數據我們可以看到，智慧城市對于智慧路燈應用的需求旺盛。智慧路燈將為城市搭建一個智能的照明和感知網絡，通過收集豐富的多模環境信息，為城市智慧大腦提供更好的決策支持。
智慧路燈
照亮汽車駛入全自動駕駛時代
智慧路燈是指在傳統的路燈系統上進行升級改造，通過感知、計算和連接等多種技術加成，讓其具備自行的控制能力，并且能與其它智慧交通設施集成，形成智慧交通系統，從而達到更高效的城市交通管理。
圖1：S.M.N.D.的智慧路燈方案
（圖源：syawalengineering.com）
借助AI智能攝像機模塊，智慧路燈能夠對城市道路中的車、人、物等元素進行數據采集，預測車輛密度、行車和行人軌跡。
有了這些信息之后，智慧路燈就可以根據交通流量變化，自主調整燈光亮度和時間，為司機提供更好的道路照明，保障夜間行車安全。交管部門則能夠及時掌握道路情況并提前采取對應措施，主動進行路網管理部署及管控。有了智慧路燈網絡之后，我們對于一些緊急事件響應也會更為迅速，例如路面坍塌、道路積水和道路結冰等。智慧路燈可以及時向城市管理部門發出警報并提供一線道路狀況，為緊急事件的處理和應對提供重要支持。
在停車問題上，智慧路燈也能為駕駛員提供更好的提示。傳感器實時檢測停車位占用情況，將這些信息發送到中央控制系統。基于這些數據，中央控制系統可以快速識別出停車位的位置和可用性，并向駕駛員提供實時的、準確的停車指引。
例如
當一輛汽車進入某個區域時，智慧路燈可以通過無線網絡自動向該駕駛員的手機或車載設備發送停車位信息，并為其提供導航指引，從而避免了在路上尋找停車位的煩惱。在美國圣地亞哥，這種智慧路燈已經開始試點，不僅能夠幫助引導司機前往空置停車位，還能提醒交通執法人員注意非法停放的汽車。
圖2：智慧路燈的引導泊車系統
（圖源：DOI:10.3390/app10031079）
上面所描述的僅是對于目前城市交通狀況的改善，讓我們把目光放得更長遠一些，在未來的全自動駕駛時代，智慧路燈更成為了車聯網的“V2I”環節中必不可少的路側單元（RSU）。透過智慧路燈感知能力的分享，自動駕駛汽車可以突破自己車的硬件局限，進一步將感知范圍擴大到幾十米甚至幾百米；而且密集的智慧路燈作為連接熱點，也降低了車輛的網路延遲，提高了車輛從中央控制平臺獲取信息的同步性。智慧路燈正在照亮智能汽車，駛向全面自動駕駛的未來。
解析智慧路燈背后技術
傳感、計算和連接
作為自動駕駛新時代的重要基建設施之一，智慧路燈不僅是一個照明工具，更是包含了多種關鍵技術的智慧終端。根據不同的安裝位置和場景，智慧路燈的產品形態和功能也有相應的變化，每一部分功能也都包含了差異化的技術路線。
從照明層面來看
需要LED光源和驅動器；不同類型驅動器可以用數字、模擬和PWM等方式，實現對LED的亮度和色溫等參數的調節。
從感知層面來看
智慧路燈上包含了多種傳感技術，設計者可以按照實際需求進行選擇，并且通過傳感器融合來提高檢測結果的準確性。攝像頭可以進行視頻信息采集；紅外傳感器可以感知溫度和人體紅外輻射；光敏元件可以感知環境亮度變化；而聲音傳感器用來檢測環境聲音。
從計算層面來看
智慧路燈需要MCU等計算單元的參與。根據其本地計算需求，設計者可以選擇不同資源的MCU型號。在連接層面上，可以選擇電力線通信、LoRaWAN、NB-IoT、蜂窩網絡等多種不同的技術來與中央控制平臺進行連接；而與附近智能設備的連接，則可以選擇像Wi-Fi和藍牙等短距離的連接技術。
在電源系統設計方面，需要考慮到路燈高功率的供電需求，選擇支持高壓轉換的電源芯片，如一些搭載了光伏發電板的路燈，還要考慮到AC/AC的轉換和儲能的設計。
圖3：智慧路燈框圖
（圖源：DOI:10.1109/COBEP.2009.5347642）
要將智慧路燈構成城市的智慧感知網絡，只有最底層燈桿上的端側感知計算連接技術是不夠的，還需要中間層的邊緣計算節點和最頂層的云平臺參與。
中間層包括交換機、路由器、服務器等設備，負責對從終端設備收集的數據進行處理和分析，同時也可以向終端設備下發控制指令，實現對路燈和其他設備的遠程管理和控制。云平臺則是整個系統的核心，負責數據的匯總、存儲和分析。云平臺提供了數據可視化和預警功能，通過大數據和人工智能技術對海量數據進行挖掘和分析，幫助城市管理部門做出更加科學和準確的決策。
圖4：華為智慧路燈拓撲
（圖源：華為官網）
高效可靠的智慧路燈驅動方案分享
回到照明本身，要實現一切智能化的前提，是將傳統高壓鈉燈更新為LED照明方案，這樣才能提高能效，并使其具備更為豐富的調光功能。智慧路燈的設計者們需要設計出高能效且可靠的LED驅動方案，這遠比普通的低壓LED驅動設計要復雜得多，要在驅動功能實現的同時兼顧穩定、安全性和EMC性能。
在此為大家推薦一款來自STMicroelectronics的PFC和LLC諧振組合控制器，該產品非常適用于高壓LED驅動方案，在貿澤電子的具體料號為“STCMB1”。
這款控制器是一款具有X-cap放電的TM PFC和LLC的諧振組合控制器，支持耐壓800V的高壓線路以及控制管理線路。STMicroelectronics還同步提供了基于此芯片的150W/1A LED驅動器方案，電氣規格適用于高功率街道照明應用。該方案的空載功耗小于0.5W，滿負載效率高于90%，能夠顯著提高能效。此外該方案還提供了模擬、電阻和PWM三種調光方式，以及豐富的LED電路保護功能。
圖5：集成STCMB1的LED路燈驅動方案
（圖源：STMicroelectronics）
要實現智能化，互連必不可少。選擇STEVAL-LLL006V1這一款具備低功耗遠距離連接功能的智能LED驅動方案，就能夠加速智慧路燈的整體方案開發。該電路板集成了基于HVLED001A高壓LED驅動器的智能電源轉換級、一個STM32L071KZ微控制器，以及嵌入式SPSGRFC收發器模塊。SPSGRFC是一個sub-1 GHz收發器模塊，能夠配置實現6LoWPAN Mesh網絡，接收遠程開、關和調光命令。
STMicroelectronics還為此方案提供了配套的移動應用，支持在6LoWPAN網狀網絡中收集評估板上由微控制器和射頻模塊表示的照明節點。通過貿澤電子官網搜索“STEVAL-LLL006V1”，就可以找到這個方案了。
圖6：STEVAL-LLL006V1智慧路燈方案
（圖源：STMicroelectronics）
建設交通強國，智慧路燈不可缺席
智慧路燈造價高昂，這帶來了不小的推廣難度。當前我國的智慧燈桿滲透率較低，僅1%左右，但近年來增長態勢較好。據國家統計局數據顯示，2021年我國城市道路照明燈數量超過3,200萬盞；截止到2022年12月29日，我國智慧燈桿合計建設39.2萬盞。
圖7：中國智慧燈桿產業鏈
（圖源：前瞻產業研究院）
國務院也已經頒發了《交通強國建設綱要》，目標在2035年基本建成交通強國。智慧燈桿是我們建設交通強國的必要新基建，各省市已經投資數億元用于智慧路燈網的鋪設。
北京亦莊計劃斥資約15億，將60平方公里范圍內的傳統路燈全部升級為智慧路燈。深圳出臺了《深圳市推進新型信息基礎設施建設行動計劃（2022-2025年）》，計劃到2025年底建成4.5萬根多功能智能桿。廣州總投資32億，計劃到2025年建成智慧燈桿約8萬根。河南許昌的智慧城市基礎設施建設運營項目將建設智慧燈桿數量約1.2萬套，總投資估算為11億元。
圖8：中國智慧燈桿代表企業分布
（圖源：前瞻研究院）
作為一個具有跨界屬性的智能終端產品，智慧路燈這一藍海市場已經吸引了來自運營商、互聯網巨頭、傳統LED燈廠、AI安防領軍企業和數字化集成服務商等不同類型的參與者。像華為、中興、海康威視、歐普照明、飛利浦等廠商都推出了“端邊云”一體的解決方案。
在這場競逐中，各家都獨具優勢。雖然歐美廠商在底層技術沉淀上更具優勢，但本土廠商對于中國的應用特色更為了解；運營商在連接網絡搭建上具備天然優勢，而LED方案商在端側系統集成能力更強。未來勝負尚未可知，但可以預見的是，在城市亮化、交通強國和新基建等多種利好疊加下，中國的智慧路燈市場前景廣闊。
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