摘 要：以城市路灯杆作为信息化基础，通过在路灯杆上搭建城市网络，实现无处不在的通信和传感网络，打造智慧城市通信互联已成为行业新趋势。智慧路灯杆的信息化应用系统可结合有线和无线的解决方案，实现灯杆感知终端与智慧城市服务应用的通信，从网络基础建设角度出发，实现智慧城市运营管理。
1 背景
目前全国尽管已有多个城市宣布开展智慧城市，在交通、城管、医疗、社区方方面面都有提案、试点和值得借鉴之处，但普遍缺乏全面感知、缺乏大数据支撑，也致使至今未见一处完整、统筹且落地的有序发展的智慧城市建设。在城市照明路灯杆上运用信息化方式，建立接入规范，实现环境监测、无线WiFi、视频监控、电动汽车充电桩以及各类传感设施的接入，为城市管理的互联网应用提供网络通道，可以为智慧城市其他项目的落地打好物联网基础，有效解决了城市资源整合的难题。
基于路灯杆的信息化建设具有分布面广、布局均匀、易取电等特点，是智慧城市建设中最佳的可实施方案之一，涉及市政设施、城市规划、亮灯、道路等与民生息息相关的各个方面，具有明显的社会公益特性。
2 系统整体设计
2.1 系统框架
城市智慧路灯杆信息化应用系统主要由以下部分组成：智能灯杆、城市WiFI网络、灯杆物联网、智慧城市信息与服务云平台、智慧城市信息服务中心和智慧城市云平台运维中心。具体见图1。
图1 城市路灯杆信息化应用系统组成
智慧灯杆是整个路灯杆综合信息化利用的物质基础。是灯杆智能化网络的基本节点，用来实现灯杆的对外通信联系、数据转存和路灯照明的智能化控制。
城市WiFI网络是依智能灯杆打造的城市专用WiFi网络。该网络提供三个最基本的服务：1、对民众开放，提供免费WiFi上网和市政信息查询；2、对城市管理工作人员开放，提供城市管理专网服务；3、对灯杆相关设备开放，提供数据传输服务（物联网），如监控摄像头的联网服务等。
路灯杆物联网是整个方案的网络感知层，包括灯杆基础传感设备、单灯、开关箱、充电桩等设施，运用大数据分析电源、照明信息、充电信息等，通过建设数据仓库，进行数据挖掘、数据转换。路灯杆物联网充分利用有线和无线的一切可能获得的通信网络资源实现灯杆感知器与上层应用的通信。有线主要是电力载波、光纤通讯，无线主要是通过城市WiFi网络。第一步将物联网感知层的数据通过通信网传至对应的应用服务器上，服务器将对应数据推送至对应部署的子应用服务端，运用公网通讯方式，将相关数据信息进行数据分类，传输到灯杆信息化的上层使用对象。
2.2 网络及信息安全设计
智慧城市建设涉及到市政、民众、宣传等人们日常生活相关的各个层面的信息采集和共享。因此，网络和信息的安全是智慧城市网络建设过程中的首要保障。
2.3 网络安全
在网络安全设计的总体考虑如图2所示，遵循下列设计原则：
1）网络的接入部分必须设计成私有网络。即路灯杆之间的互联，路灯杆与外设之间的互联（物联网）都必须使用私有网络。
2）城市WiFi的接入部分必须设计成私有网络。即城市WiFi网络必须通过云计算中心才能与互联网连接，保证网络接口物理隔离。
3）城市WiFi与公共传输网络的接口必须受到物理安全保护。
4）网络管理和应用终端必须受到网络保护，如通过DMZ、防火墙隔离，保证互联网连接安全。
2.4 信息安全
系统的信息安全总体方案如图3所示。
设计遵循如下原则：
1）信息处理按固定域划分：灯杆私网接入域、云计算安全域和办公安全域。域内信息处理受物理网络范围限制。
图2 网络安全总体设计
图3 信息安全总体设计
2）域和域之间的信息交流必须通过VPN或移动专用APN服务。
3）所有通过网页实现的网络管理活动必须使用SSL加密保护。
4）手机APP的开发必须遵循数据“沙坑”隔离开发原则，保证移动APP服务之间信息隔离。
3.1 智慧城市信息与服务云平台
智慧城市信息与服务云平台采用通用计算机服务器和虚拟机实现。根据实际建设环境，该云平台可通过阿里云、华为云等云服务实现，也可通过企业或政府自己的云服务数据中心实现。根据实际物理资源和IT人力资源条件，方案中的云平台也可根据业务采用混合实现手段，如网络服务放在服务云中实现但把视频推送服务平台放在当地的数据中心中。
3.2 智慧城市网络运维中心
智慧城市网络运维中心是整个网络基础设施的一部分，是网络运维的技术保障部门。该中心独立于智慧城市信息服务中心。该中心的核心任务是保障智慧城市WiFi网络的安全、可靠、稳定地运行。
3.3 智慧城市信息服务中心
智慧城市信息服务中心是智慧城市系统的对外服务部门，对外服务的窗口，负责各个分系统的使用和信息发布，如城市路灯照明的管理，经济效益评估等。该中心也负责新业务的需求开发，促进智慧城市网络的发展等。
4 路灯杆综合利用信息化网络系统试点成效
2015年，杭州市城管委牵头，在杭州市黄姑山路，利用现有路灯管网，进行路灯杆综合利用试点。共计安装了1套快充充电桩，2套慢充充电桩，2套视频探头，3个免费WIFI热点，2套信息推送屏以及改造了18盏路灯（光源更换为LED）。
利用该试点，对路灯杆综合利用信息化网络系统进行了实测，实测结果如下：用户在智慧灯杆300米范围内，可进行无线WiFi体验，网络较为稳定。快充（仅白天使用）平均每天达次0.526次，高峰期达5次，慢充平均每天达次2.86次，高峰期达7次；市民免费WIFI热点上网达人次1.5次/天；推送“五水共治”“垃圾分类”等公益宣传片24时/天；更换LED路灯18盏，节电率达到52％。
综上所述，智慧路灯信息化网络系统设计通过实际的试点，已证明它能够在智慧城市的建设中取得实际成效，具备了应用推广的条件。
《摘自 2017中国道路照明论坛论文集》