スケーラブルなスマート街路灯ネットワーク構築ガイド

Summary

スケーラブルなスマート街路灯ネットワークの構築方法を解説。1本のポールに照明制御、CCTV、EV充電、環境センサーを統合し、最大50〜200台/ゲートウェイ、照度削減で最大60％省エネ、CCTV帯域は1カメラあたり4〜8Mbpsを前提に設計する実務ポイントを示す。

Key Takeaways

PoE/AC混在配線と10Gbpsバックボーンを採用し、1ポールあたりCCTV2〜4台・環境センサー3〜5点・EV充電1〜2口を安定収容できる設計指針を策定する。
照明制御は0〜10V調光またはDALI-2対応ドライバを選定し、スケジュール＋センサー連動で年間照明エネルギーを30〜60％削減する運用ルールを整備する。
CCTVは1080p/30fps・H.265・4〜8Mbps/台を基準とし、1ゲートウェイあたり20〜40台接続、ストレージは30日保存で1カメラあたり1〜2TBを見込んで容量設計する。
EV充電はAC普通充電3.7〜22kWを標準とし、1配電回路あたり80％デマンド制御を前提に負荷平準化アルゴリズムを導入し、変圧器容量増強を最小化する。
LoRaWAN/NR+Wi-SUN/セルラー5Gを組み合わせ、街路灯制御は10〜15分周期、環境センシングは5〜10分周期の送信で通信コストと電池寿命10年を両立する。
セキュリティはTLS1.2以上、デバイス証明書、IEEE 802.1Xを必須とし、年1回のペネトレーションテストと四半期ごとのファームウェア更新を標準プロセス化する。
1ポールあたりCAPEXを40〜80万円、1kmあたり20〜40本配置と想定し、照明省エネ・広告・EV充電収入により5〜8年で投資回収するビジネスモデルを構築する。
IEC 62386（DALI-2）、IEEE 1547、OCPP1.6/2.0.1等の標準規格に準拠し、マルチベンダー構成でも10年以上運用可能な拡張性と保守性を確保する。

スマート街路灯ネットワークとは何か

都市インフラの高度化が進むなか、「1本のポールにどこまで機能を載せられるか」は、多くの自治体・デベロッパー・インフラ事業者が直面するテーマです。従来は照明だけだった街路灯ポールに、CCTV（監視カメラ）、EV充電器、環境センサー（PM2.5、騒音、温湿度など）、さらにはWi-Fi APやデジタルサイネージを統合することで、街全体をデジタル化する基盤になります。

しかし、単にデバイスを積み上げるだけでは、配電容量不足、通信帯域の逼迫、保守の複雑化、サイバーセキュリティリスクといった問題が顕在化します。特に、数十〜数千ポール規模に拡張する場合、初期設計の甘さがそのまま長期的な運用コスト増大とロックインにつながります。

本稿では、B2Bの調達・エンジニアリング担当者向けに、スケーラブルなスマート街路灯ネットワークを構築するための技術要件と設計指針を、照明制御・CCTV・EV充電・環境センシングを1本のポールに統合するケースを前提に整理します。

技術アーキテクチャとソリューション設計

全体アーキテクチャの基本構成

スマート街路灯ネットワークは、概ね以下の4レイヤーで構成されます。

フィールドレイヤー：
- LED照明器具＋調光対応ドライバ
- CCTVカメラ（固定/PTZ）
- EV充電器（AC普通充電が中心）
- 環境センサー（PM2.5、CO₂、騒音、温湿度、照度など）
エッジレイヤー：
- ポール内スイッチ／PoEインジェクタ
- エッジゲートウェイ（産業用PC/RTU）
- ローカルストレージ（CCTVバッファリング用）
通信レイヤー：
- 有線：光ファイバ（10Gbpsクラス）、Ethernet（1Gbps）
- 無線：LTE/5G、LoRaWAN、Wi-SUN、Wi-Fi 6/6E
プラットフォームレイヤー：
- 照明管理システム（CMS）
- VMS（Video Management System）
- EV充電管理（OCPPサーバ）
- IoTプラットフォーム（時系列DB、ダッシュボード、API）

電力・配線設計のポイント

1本のポールで扱う電力負荷の目安は以下の通りです。

LED街路灯：50〜150W（調光対応）
CCTVカメラ：10〜25W/台（PoE給電）
環境センサー：1〜5W/セット
EV普通充電：3.7〜22kW/口

EV充電の有無で設計思想が大きく変わります。EV充電を統合する場合は、以下を検討します。

主幹配電：
- 3相200V/400V、1ポールあたり最大負荷を計算（例：22kW×2口＋その他200W ≒ 44.2kW）
- デマンド制御で同時使用率を50〜80％に抑制
回路構成：
- EV充電器用専用ブレーカ
- 照明・CCTV・センサー用の別系統（UPS接続も検討）
配線：
- EV用太径ケーブルと、制御・通信用Cat6A/光ファイバを分離配管

通信・ネットワーク設計

帯域要件の概算

照明制御：
- データ量はごく小さい（数十バイト/ポール/回）
- 10〜15分周期のポーリングで十分
環境センサー：
- 1計測あたり数十〜数百バイト
- 5〜10分周期送信で1日あたり数百KB〜数MB/ポール
CCTV：
- 1080p/30fps・H.265・4〜8Mbps/台が目安
- 4Kの場合は12〜20Mbps/台
EV充電：
- OCPP1.6/2.0.1ベースのメッセージで数kbpsレベル

1ゲートウェイあたりCCTV20台（1080p/6Mbps）を収容する場合、上り合計は約120Mbpsとなり、1Gbps Ethernetで十分対応可能ですが、将来の4K化や台数増を見込み10Gbps光ファイババックボーンを推奨します。

プロトコルとトポロジ

照明制御：
- DALI-2（IEC 62386）または0〜10V＋ローカルコントローラ
センサー：
- LoRaWAN/Wi-SUNでポール内〜近隣センサーを収容し、ゲートウェイで集約
EV充電：
- OCPP1.6/2.0.1 over WebSocket/TLS
ネットワーク：
- リングトポロジ（RSTP/ERPS）で冗長化
- セグメント分割（VLAN）で、CCTV・運用系・来訪者Wi-Fiを論理分離

照明制御：省エネと運用効率の両立

ハードウェア選定

LEDモジュール：
- 効率130〜180lm/Wクラス
- 寿命L90 50,000〜100,000時間
ドライバ：
- DALI-2対応 or 0〜10V調光
- NEMA/ Zhagaソケット対応で将来のセンサー追加に備える

制御ロジック

スケジュール制御：
- 日没〜深夜2時：100％
- 深夜2時〜5時：30〜50％
- 5時〜日出：70〜100％
センサー連動：
- 人感・車両検知で一時的に80〜100％まで増光
- 通常は20〜40％に抑えて省エネ

これにより、従来の常時100％点灯と比較して、年間30〜60％の電力削減が現実的に見込めます（IEAの省エネポテンシャル報告とも整合）。

CCTV：セキュアな映像インフラ

カメラと設置

解像度：1080pを標準、重要箇所は4K
台数：1ポールあたり2〜4台（交差点監視、歩道・車道別）
電源：PoE+（30W）またはPoE++（60W）を採用

ストレージ・録画ポリシー

保存期間：14〜30日を標準とし、法規制・ポリシーに応じて設定
容量目安（1080p/6Mbps/30日）：
- 約2TB/カメラ
- 20カメラで40TB程度（エッジ＋クラウドのハイブリッド構成が現実的）

セキュリティ

通信：TLS1.2以上、SRTP、VPNトンネル
認証：IEEE 802.1X、証明書ベースの相互認証
運用：
- アカウントのRBAC（役割ベースアクセス制御）
- ログの長期保管とSIEM連携

EV充電：負荷制御とビジネスモデル

充電仕様

方式：AC普通充電（Mode 3）
出力：3.7kW、7.4kW、11kW、22kW
インターフェース：Type1/Type2、OCPP1.6/2.0.1対応

負荷制御

デマンドレスポンス：
- 変圧器容量の80％を上限に、ポール単位で出力制御
- 需要ピーク時に出力を50〜70％に抑制
優先度制御：
- 公用車・カーシェア・一般利用者など、ユーザ属性で優先度を設定

収益モデル

課金単価：30〜60円/kWh（地域・電力単価による）
稼働率：10〜20％（公共空間の場合の初期想定）
年間売上例：
- 7.4kW×20％稼働×24h×365日×40円/kWh ≒ 約520,000円/口

環境センサー：都市データの基盤

計測項目：
- PM2.5/PM10、NO₂、O₃
- 温度・湿度
- 騒音レベル（dB）
- 照度
送信間隔：5〜10分
通信：LoRaWAN/Wi-SUNで10年電池寿命を目標

このデータは、ヒートアイランド対策、交通量推定、騒音苦情対応、広告価値評価など、多目的に活用できます。

導入シナリオとユースケース

都市中心部：高密度・高機能ポール

前提：
- 1kmあたり40〜60本のポール
- すべてにCCTV2〜4台、環境センサー、EV充電1口を搭載
目的：
- 防犯・交通監視
- EVインフラ整備
- 歩行者快適性向上

ROIの例：

照明省エネ：
- 従来400W水銀灯→LED150W＋調光で50％削減
- 1本あたり年間約1,000〜1,500kWh削減
EV充電収入：
- 前述の試算で1口あたり約52万円/年
広告・データ提供：
- デジタルサイネージ・データAPIで追加収入

総じて5〜8年でCAPEX回収が現実的です。

住宅地・郊外：コスト最適化ポール

前提：
- 1kmあたり20〜30本
- 照明＋環境センサー＋必要箇所のみCCTV
- EV充電は集約設置

ここでは、初期投資を抑えつつ、将来の機能追加に備えたインフラ（電源容量・配管・通信）を先行整備することが重要です。

産業団地・港湾：セキュリティ重視ポール

特徴：
- 高解像度CCTV（4K）、LPR（ナンバープレート認識）
- フェンスライン監視
- 作業環境モニタリング（粉じん・ガス）

ここでは、映像分析（AI）をエッジ側に配置し、クラウドへの送信データ量を削減するアーキテクチャが有効です。

比較・選定ガイド

主要構成要素の比較表

項目	オプションA	オプションB	推奨シナリオ
照明制御方式	0〜10Vアナログ	DALI-2（IEC 62386）	大規模・高度制御はDALI-2
通信方式（センサー）	LoRaWAN	Wi-SUN	既存AMI連携はWi-SUN
CCTV解像度	1080p	4K	主要交差点のみ4K
EV充電出力	3.7/7.4kW	11/22kW	長時間駐車は低出力
バックボーン	1GbE	10GbE＋光	将来拡張は10GbE

ベンダー選定のチェックポイント

規格準拠：
- 照明：IEC 60598、IEC 62386（DALI-2）
- EV充電：IEC 61851、OCPP1.6/2.0.1
- 通信：IEEE 802.3（PoE）、3GPP（LTE/5G）
オープンAPI：
- REST/GraphQL、WebSocket
- ドキュメント整備とSDK有無
サイバーセキュリティ：
- ISO/IEC 27001認証
- セキュア開発ライフサイクル
ライフサイクルサポート：
- 10年以上の部材供給
- SLA（応答時間、復旧時間）の明確化

スケーラビリティ確保のポイント

1ゲートウェイあたりの最大収容台数を明確化（例：街路灯200台、CCTV40台、EV充電20台）
アドレス設計（IPv4/IPv6）とネーミングルールを標準化
マルチテナント対応の管理プラットフォームを選定
将来のアプリ追加（スマートパーキング、ドローンポートなど）に備えたAPI設計

FAQ

Q: スマート街路灯ネットワークとは何ですか？ A: スマート街路灯ネットワークとは、従来の照明機能に加えて、CCTV、EV充電、環境センサー、通信機能などを1本のポールまたはそのネットワーク上に統合し、集中管理するインフラです。IPネットワークとIoTプラットフォームを活用し、遠隔監視・制御、省エネ、データ活用を実現します。都市全体のデジタル基盤として、防犯・モビリティ・環境対策など複数部門で共用できる点が特徴です。

Q: どのようにスケーラブルな構成を実現しますか？ A: スケーラビリティを確保するには、まずネットワークと電源を「余裕を持った設計」にすることが重要です。具体的には、バックボーンに10Gbps光ファイバを採用し、1ゲートウェイあたり街路灯200台・CCTV40台程度を上限とする設計指針を設定します。また、DALI-2やOCPPなどのオープン規格に準拠し、マルチベンダー構成を前提としたAPIベースのアーキテクチャを採用することで、後から機能やデバイスを追加しやすくなります。

Q: スマート街路灯の主なメリットは何ですか？ A: メリットは大きく3つあります。第一に、LED化と調光制御により照明エネルギーを30〜60％削減でき、運用コストを大幅に低減できます。第二に、CCTVや環境センサーにより、防犯・交通・環境データをリアルタイムに取得し、都市運営の高度化が可能になります。第三に、EV充電や広告・データ提供を通じて新たな収益源を創出でき、5〜8年程度で投資回収を目指せる点です。

Q: 導入コストはどの程度かかりますか？ A: 構成により大きく変動しますが、目安として1本のスマート街路灯ポールあたり40〜80万円程度のCAPEXが想定されます。内訳は、LED照明と制御モジュールで10〜20万円、CCTV2〜4台で10〜30万円、環境センサーで5〜10万円、EV普通充電器1口で15〜25万円、ポール・配線・土木工事で10〜20万円程度です。さらに、ネットワーク・プラットフォーム構築費用が別途必要で、1kmあたりの総投資はポール本数にもよりますが1,000〜3,000万円規模になることが多いです。

Q: 設計時に重視すべき技術仕様は何ですか？ A: まず照明は、光束効率130lm/W以上、寿命L90 50,000時間以上、DALI-2または0〜10V調光対応を目安とします。CCTVは1080p以上、H.265対応、PoE給電、最低4〜8Mbpsで安定動作することが重要です。EV充電はIEC 61851準拠、OCPP1.6/2.0.1対応、3.7〜22kW出力から選定します。ネットワークは1Gbpsアクセス＋10Gbpsバックボーン、IEEE 802.1X認証とTLS1.2以上の暗号化を前提とし、将来拡張とセキュリティを両立させるべきです。

Q: 導入・施工のステップはどのようになりますか？ A: 一般的には、①要件定義（機能・台数・エリア・サービスモデル）②基本設計（電源・通信・ポール配置・規格選定）③詳細設計（配線図・IP設計・制御ロジック）④試験導入（数十ポール規模のパイロット）⑤本格展開（エリアごとに段階的施工）⑥運用最適化（データ分析による調整）という流れです。施工時は、電気工事・通信工事・土木工事を統合管理し、夜間作業や交通規制の計画を綿密に立てる必要があります。

Q: 運用・保守にはどのような作業が必要ですか？ A: 運用面では、照明スケジュールの季節調整、CCTV録画ポリシー管理、EV充電料金設定の見直し、アラーム監視が日常業務になります。保守面では、年1回の現地点検（ポール・配線・端末の外観・清掃）、3〜5年ごとのバッテリー交換（必要な機器）、四半期ごとのファームウェア更新、年1回のサイバーセキュリティ診断が推奨されます。また、CCTVやEV充電器の故障時に迅速に対応できるよう、SLAと予備品管理を整備することが重要です。

Q: 既存の街路灯インフラを活用できますか？ A: 多くの場合、既存ポール・配電を部分的に活用できますが、荷重・耐風・配線容量・基礎強度などを再評価する必要があります。特にCCTVやEV充電を追加する場合、ポールの強度や基礎の補強が必要になるケースが少なくありません。また、既存の配電回路が照明専用で夜間のみ通電している場合、EV充電やCCTVには常時通電系統を新設する必要があります。段階的な更新計画を立て、老朽ポールから優先的にスマート化する方法が現実的です。

Q: 他のソリューション（独立したCCTVやEV充電ネットワーク）と比べてどうですか？ A: 独立構成は初期設計がシンプルで、部門ごとに自由度が高い一方、ポール・配線・通信インフラが重複し、長期的にはCAPEX/OPEXが増大しがちです。スマート街路灯に統合する場合、インフラを共用できるため、総投資を10〜30％程度削減できるケースが多く、運用管理も一元化できます。ただし、初期の要件調整と部門間調整が必要で、ガバナンス設計が重要になります。将来の拡張性とTCOを重視するなら、統合型が有利です。

Q: 投資回収（ROI）はどのように評価すべきですか？ A: ROI評価では、照明省エネ、保守コスト削減、EV充電・広告・データ提供による収入、防犯効果・事故削減による社会的便益などを総合的に考慮します。定量化しやすいのは電力料金と保守費で、LED＋調光で30〜60％の電力削減、遠隔監視により出動回数30〜50％削減が一般的な水準です。これにEV充電収入（1口あたり数十万〜数十万円/年）を加味すると、多くのプロジェクトで5〜8年程度の投資回収期間が目安になります。

Q: 必要な認証・規格は何がありますか？ A: 照明器具はIEC 60598（照明器具安全）、IEC 62386（DALI-2）への準拠が推奨されます。EV充電器はIEC 61851（電気自動車充電システム）、OCPP1.6/2.0.1への対応が事実上の標準です。通信・インターフェースではIEEE 802.3（Ethernet/PoE）、IEEE 802.11（Wi-Fi）、IEEE 1547（分散電源の系統連系、EV V2Gを検討する場合）などが重要です。また、システム全体としてはIEC 62443（産業用オートメーションのサイバーセキュリティ）やISO/IEC 27001（情報セキュリティマネジメント）の考え方を取り入れることが望まれます。

References

NREL (2024): Solar resource data and PVWatts calculator methodology
IEC 62386 (2021): Digital addressable lighting interface – Part 101-104, DALI-2 control gear and devices
IEEE 1547 (2018): Standard for Interconnection and Interoperability of Distributed Energy Resources with Associated Electric Power Systems Interfaces
IEA PVPS (2024): Trends in Photovoltaic Applications – Global market and policy trends
IEC 61851 (2019): Electric vehicle conductive charging system – General requirements
IEC 60598 (2020): Luminaires – General requirements and tests
ISO/IEC 27001 (2022): Information security, cybersecurity and privacy protection – Information security management systems
IEC 62443 (2021): Industrial communication networks – IT security for networks and systems

SOLARTODOについて

SOLARTODOは、太陽光発電システム、エネルギー貯蔵製品、スマート街路灯・ソーラー街路灯、インテリジェントセキュリティ・IoT連携システム、送電鉄塔、通信タワー、スマート農業ソリューションを世界中のB2Bのお客様に提供するグローバル統合ソリューションプロバイダーです。