核心提示：隨著智慧城市的建設與發展，特別是5G基站站址資源等在燈桿、產業方面提出了更多要求。該文基于智慧燈桿系統的應用現狀探究子系統的選址模型，提出了多功能智慧燈桿系統建設要采取的措施，推動了智慧城市的建設與發展。基于合理有效的布局設計，使各個方面能夠實現協同發展，以避免由于智慧燈桿系統應用頻率不足而產生資源浪費問題。
對單個路燈進行管控，讓道路照明實現高效節能的目標，同時能夠搭載更多現代化的技術系統，變成智慧城市發展中信息數據采集、發布、傳輸的載體。同時國家提倡燈桿共享，一桿多用與多桿合一的舉措，積極建設多功能燈桿，開展智慧城市的建設與發展。
1、多功能型智慧燈桿的應用現狀
在全球范圍內，已經有很多國家開始著手改造、重建智慧路燈桿了，這樣做的目標就是要達到節能降耗和強化提升監控安防的目標，同時其還搭載了傳感器與充電樁等。國內當前絕大多數城市也在建設多功能的智慧燈桿，很多城市的道路燈桿都已經逐漸改建、新建成為多功能的智慧燈桿系統了，并且已經投入實際應用中。國家城市道路的照明逐漸實現智能化發展，多功能合成桿、智慧路燈與多功能的智慧燈桿系統是較為突出的組成內容。
2、多功能型智慧燈桿的選址模型
在考量多功能型智慧燈桿系統的地址選擇時，基于燈桿把其他子系統同燈桿系統進行交叉選址，選擇所有子系統能夠集成至燈桿設備的地址，需要進行單獨立桿的地址，并且將所有選址方案統一，之后再把能夠集成到燈桿中的設備地址進行合并，獲得輸入、輸出效益最大化的智慧型燈桿系統選址方案，并以信息效用最大化為目標函數的智慧路燈宏觀選址模型。
目標函數是選定路網當中所有配備LED交通誘導屏指揮路燈信息效用的總和，以車流量、信息量、信息衰減系數、信息有效比例和信息獲取率為主要元素。目標函數表達式如下：
智慧城市中多功能智慧燈桿系統目標函數模型式中：E為路網區域智慧路燈信息效用總和，maxE是信息總效用的最大值，Q是路網中路段構成的集合；Zk 是一個0—1的變量，如路段k上設有該功能的智慧電燈，Zk 取1；如未設置該功能的智慧路燈，則取值為0。Ek 為路段在k位置智慧路燈的信息效用，ξk 代表了信息獲取率，直接顯示在k路段智慧路燈屏上；fk 表示k路段智慧路燈上獲取的統計流量的平均值；Sk 則表示監控路段所有路段的集合信息，重點涵蓋交通路段和誘導設備路段的信息內容；Pi指的是f路段內顯示的信息量情況；Wi則是智慧路燈安裝路段到顯示屏路段內的車流量比值參數，eki是i路段信息量與k路段信息的衰減系數。
該模型在應用過程中，通過合理路段的選擇，將原本較為抽象的路網實施分段、分節點處理，這樣可以有效地解決選址問題，避免離散化情況的出現。在模型路段選擇中，對于路段的規劃，直接將長度適中，且沒有多余岔路影響的單向道路作為一個路段，選取的每個路段盡可能保持長度相近，以免獲取的數據存在偏差。這樣將原本連續問題轉變成較短的問題，即使模型離散化，也不會發生較大問題，到時只需要對短路徑比例參數展開收集和分析即可。而在模型計算過程中，為了避免偏差的產生，降低計算難度，可以直接選擇暢通條件的最短路徑比值，以維持結果的準確性。
結合實際，目標函數式主要有2個約束條件。模型離散化后即最短路徑約束，指安裝路段k處智慧路燈屏上所顯示的路段滿足最短路徑約束。即：1）短路徑約束。模型離散化后形成的約束就是最短路徑約束。其主要是指安裝路段k處智慧路燈屏幕上顯示的路段所滿足的最短路徑約束條件，公式為：
智慧路燈屏幕上顯示的路段所滿足的最短路徑約束條件式中： Qk 是基于路段k為起始路段的最短路徑集合。連通圖約束主要是指智慧路燈屏幕上展示的路段構成的有向連通圖。對于以上智慧路燈選址規劃模型，要選擇搜索法得出目標函數最大值，即先得出目標函數表達式當中的每一個物理量。
路段信息量Pi，可基于交通事件發生率，根據信息論中的信息熵獲取，同時也可以基于路段的通行能力與路段的實際流量合理估測。在保持暢通和最短路徑的前提下，以每個節點流向下一個節點的平均統計車輛，在節點總車流流出量的占比合理評估此節點到以下多個節點的分流比例，以此為基礎，確定安裝路段到多個顯示路段的信息有效比例Wi（k） 。
此外，可以信息衰減系數安裝路段到顯示路段的最短路徑需要經過的節點數（交叉口的倒數）表示。以路段k處智慧路燈屏幕上的顯示值估測信息獲取率。以下筆者就以顯示路段目標函數的倒數表示。目標函數當中包括變量Zk，智慧路燈屏幕上顯示與變量Zk的變化范圍相同，所以在求解的過程中，可以采取遺傳算法，屏的信息效用函數與適應度函數相同。
但是在系統綜合建設過程中，往往不會只考慮一個目標函數，例如建設成本、社會服務水平、設施能力平衡利用率等多種目標綜合考慮，進而構成多目標的燈桿選址問題，因此該文建議采用線性加權法將多目標問題轉化為單目標問題，對于權重采用變權系數法求出非劣解組．然后進行模糊決策，從而使選址結果更貼近客觀合理。
假設Z為具備多個子系統的智慧燈桿建設選址后綜合目標效益，d為各子系統的權重，設定K個目標，L個優先級，則選址模型為
智慧路燈屏幕上顯示的路段所滿足的最短路徑約束條件式中：Z表示智慧燈桿建設選址后綜合目標效益值，d為各個子系統的權重，包括紅綠燈系統、綜合引路系統等，L為優先級個數，∑LPL表示各個權重的比例，di表示各個子系統（i從1開始），Ui表示權重系數（i從1開始），Eai表示交通信號燈影響因子，Abi表示智能交通引導影響因子，Dci表示攝像頭監控郵箱因子。
另外，還要考慮到既有的交通信號燈、指示牌和攝像頭等設施選址原則已經實現標準化，在兼顧多系統合并的過程當中，要對既有國家選址標準進行參考，紀檢建設的LED信息屏、5G基站與充電樁等，對其進行逐一優化，并且獲得整體、統一的方案。
2.1子系統的信息屏 LED信息屏中的顯示內容非常多，其中包括交通、天氣和廣告等。智慧路燈信息屏的子系統建設目標是為了信息發布。在對其實際應用情況進行考量的時候，要對諸多信息實施分類，兼顧信息發揮的效用，同時對其實施量化。
例如交通信息發布的LED信息屏，要安裝在交通流量大的路段當中，信息屏的分布不能太過密集。所以，基于分級分類相關措施，構建信息效用的選址模型，明確智慧路燈實際安裝的路段、具體 位置等，獲得合理有效的信息屏子系統選址方案，保證選址的合理性與有效性。
2.2子系統充電樁
當前，我國正在大力推動綠色交通與減排降耗發展，而充電中是新能源汽車實際推廣與應用中極為關鍵的環節、基礎設施，當前充電樁基礎設施的建設較為遲滯。對其覆蓋深度進行強化。基于合理有效的布局設計，讓郊縣、企業與個人私密區域實現協同發展，以免由于充電樁應用頻率不足產生資源浪費問題。將充電樁集成至路燈桿中，基于智慧路燈的管理平臺手機和交互信息數據，讓充電設施實現互聯與互通，基于智慧路燈當中的傳感器實時監測充電樁的狀態，并且及時進行反饋，減少充電樁的檢測、維護成本，對其進行日常維護。
2.3子系統5G基站的選址
穩定的路燈供電系統能夠對5G基站訴求進行滿足，不需要對供電系統進行單獨部署。如果多功能燈桿系統中搭載了5G基站，避免其單獨布置中產生的空間浪費，就減少了站址獲取、建設中產生的成本，能夠提升城市美化程度。基于同一形式的智慧路燈管理工作平臺，對信息進行采集與交互，對大數據進行有效應用，在智慧燈桿系統中的傳感裝置，能夠檢測SG基站的溫度以及狀態等，同時從智慧路燈的管理平臺中傳輸到云端，減少監測工作中投入的成本，有助于維護、管理工作的實際開展。多功能型燈桿系統屬于SG基站的重要搭載平臺。需安置方案的基本原則包括4點。
基本需求。遵照5G基站覆蓋范圍的要求，配合宏基站進行全覆蓋，同時提升熱點區域位置的覆蓋強度。
最少的建設數量。因為5G基站的總建設成本降耗，因此要求建設總數最少的5G基站。
優先合桿。基于最少的基站數量，在實際選址規劃的過程當中要優先考慮把5G基站安裝在路燈桿上，這樣能夠達到節省空間、城市美化的目標，更能夠降低重新立桿產生的成本，實現多桿合一、一桿多用的目標。
最 佳的覆蓋效果；在上述幾種原則都滿足的前提下，基于對重復覆蓋率、覆蓋面積方面的衡量，選擇使用整體覆蓋成效最為理想的方案。
3、結語
綜上所述，基于頂層設計與分級、分類舉措對智慧燈桿相關系統進行選址，基于搭載與綜合利用交通桿、應急救助、環境傳感器、信息屏以及5G基站等多個設備、系統，全 面感知整個城市，同時把獲得的數據信息傳輸到城市云端，達到互聯、互通與共享的目標，對城市基礎設施與諸多部門間的存在的重難點問題進行有效的解決。基于人工智能化、云端計算等，處理并分析大數據與信息，精 準地為智慧交通、安防和醫療等提供服務，奠定智慧城市建設與發展的基礎。
