基于“多桿合一”智慧燈桿的建設研究

摘? 要：依托市政設施中數(shù)量最多、覆蓋最廣的路燈燈桿特性，通過新建和改造城市現(xiàn)有的燈桿設施，“多桿合一”將傳統(tǒng)功能單一的路燈燈桿升級為集供電、網(wǎng)絡和控制于一體的智慧燈桿。通過“多桿合一”工程的推進實施，結(jié)合對重慶市渝中區(qū)解放碑至朝天門步行大道桿體現(xiàn)狀進行的調(diào)查，對以“多桿合一”方式建設的智慧燈桿在功能、網(wǎng)絡、設計方面進行了研究，為智慧城市提供了新型基礎設施建設方向。

關鍵詞：多桿合一;城市發(fā)展;凈化道路;智慧城市

中圖分類號：TN929.5;TU113.666? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）18-0160-05

Abstract： Relying on the characteristics of the largest number and widest coverage of street lamp poles in municipal facilities， “Multi Pole in One” upgrades the traditional street lamp poles with single function to smart lamp poles integrating power supply， network and control by building and transforming the existing lamp pole facilities in the city. Through the promotion and implementation of the “multi pole in one” project， combined with the investigation of current situation of the pole body in pedestrian avenue from Jiefangbei to Chaotianmen in Yuzhong District， Chongqing City， this paper studies the function， network and design of the smart lamp pole constructed in the “multi pole in one” mode， which provides a new direction of infrastructure construction for the smart city.

Keywords： multi pole in one; urban development; purification road; smart city

0? 引? 言

2020年1月，住建部發(fā)布《關于開展人行道凈化和自行車專用道建設工作的意見》，意見提出開展人行道凈化專項行動，要確保人行道連續(xù)暢通，清理占道行為，保障通行空間;確保人行道通行安全，完善安全措施，加強管養(yǎng)維護;確保人行道通行舒適，規(guī)范路面設施，改善步行環(huán)境。要求推行“多桿合一”“多箱合一”“多井合一”，集約設置人行道上各類桿體、箱體、地下管線等，逐步將人行道上各類設施有序布置在設施帶中。同年3月，工信部發(fā)布《關于推動5G加快發(fā)展的通知》，提出進一步深化鐵塔、室內(nèi)分布系統(tǒng)、桿路、管道及配套設施共建共享，并要求各地政府要加快開放共享電力、交通、公安、市政、教育、醫(yī)療等公共設施和社會站址資源。

智慧燈桿集“綜合、共享、智慧、和諧”四大特點于一體，在城市發(fā)展的探索中，成為信息通信技術(shù)與傳統(tǒng)城市公共基礎設施融合的典范，被認為是最有發(fā)展前景的新型公共基礎設施，在全球多個國家受到廣泛關注并已開始落地建設。隨著中國城市快速發(fā)展，道路架空線、桿件林立、各類設施設備交叉重復設置等問題成為制約美麗城市發(fā)展的首要問題，“多桿合一”成為解決上述問題的城市精細化管理主要方法[1]。智慧燈桿行業(yè)在國內(nèi)由于資產(chǎn)歸屬、投資額大、運營模式等問題目前處于起步階段，在新型智慧城市、5G、新一代技術(shù)的需求和新型基礎設施建設的推動下，相關政策導向陸續(xù)出臺，“多桿合一”迎來發(fā)展機遇。

1? 問題目標分析

目前我國基礎設施建設管理職權(quán)分散，智慧燈桿所支持的主要業(yè)務運營主體涉及多部門，數(shù)據(jù)源也分散在各個管理部門，如何打通“多極管理”、消除“數(shù)據(jù)孤島”是目前推進智慧燈桿市場化運營的一大難點。

隨著5G的商用，高帶寬、低時延的特性結(jié)合eMBB、mMTC和uRLLC的典型應用場景，在大量5G基站部署的基礎上，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的快速交互和海量分析。因此，5G作為未來城市建設的技術(shù)利器，將會以更快、更好的方式連接數(shù)十億物聯(lián)網(wǎng)設備，不斷創(chuàng)新城市應用，豐富智慧城市的內(nèi)涵[2]。

智慧燈桿作為新型智慧城市建設重要的神經(jīng)末梢，規(guī)劃建設立足點要求高?；谛滦椭腔鄢鞘谢A設施建設一盤棋，統(tǒng)籌考慮智慧燈桿在各類場景的部署原則和實施路徑，形成智慧燈桿與城市區(qū)域建筑風格、街道空間和產(chǎn)業(yè)布局等深度融合的一體化規(guī)劃與設計，從而打造出具有強烈未來城市特征的城市形態(tài)與空間品質(zhì)，同時為智慧城市數(shù)據(jù)采集和5G新基建提供保障。

2? “多桿合一”設計思路

“多桿合一”涉及道路路面上各類桿體，前期調(diào)研需明確桿體現(xiàn)狀數(shù)量、資產(chǎn)歸屬權(quán)和現(xiàn)有設備情況，按照市政照明、交通、公安、通信等多方設計標準和要求，結(jié)合智慧燈桿應用場景及終端設備掛高、重量、功耗等指標，對“多桿合一”后的智慧燈桿進行分類，以區(qū)分桿體結(jié)構(gòu)、土建基礎等實施要求。針對城市更新中的“多桿合一”，可結(jié)合實際路面情況，梳理桿體整合率和單點位置桿體多合一情況分析。

2019年1月，重慶市在洪崖洞景區(qū)，智慧燈桿示范項目的落地，推動洪崖洞“智慧景區(qū)”乃至整個重慶智慧旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項重要舉措，但在重慶市范圍內(nèi)暫無面向市政道路批量化以“多桿合一”方式建設的智慧燈桿。隨著渝中區(qū)生態(tài)空間品質(zhì)提升項目（解放碑—朝天門步行大道）的大力推動，為“多桿合一”工程的啟動奠定了基礎。

作為重慶市渝中區(qū)核心步行大道，解放碑至朝天門段涉及民族路和下新華路兩段，1.1公里的道路上，現(xiàn)存市政照明燈桿、交通分道牌桿、交通指示牌桿、交通監(jiān)控桿、公安監(jiān)控桿、道路指示牌桿等多種桿體合計174桿，桿體林立，就近位置部署多種桿體，嚴重影響行人通行感受，城市面貌相對雜亂。“多桿合一”設計思路如圖1所示。

3? 智慧燈桿綜合管理平臺總體架構(gòu)

平臺總體架構(gòu)由兩大核心部分組成，分別為智慧燈桿前端泛在感知設備和智慧燈桿綜合管理平臺。其中前端泛在感知設備主要包含功能照明、數(shù)據(jù)采集和感知監(jiān)測，后端平臺包含網(wǎng)頁平臺與移動APP，通過對智慧燈桿內(nèi)部的燈聯(lián)網(wǎng)組件、視頻監(jiān)控組件、公共廣播組件、充電樁組件等進行監(jiān)管、數(shù)據(jù)提取和數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)各組件的綜合利用。

智慧燈桿綜合管理平臺從下至上由感知層、傳輸層、運維管理層、應用服務層和終端層構(gòu)成。

從應用場景方面看，應用服務層包含智慧照明、智慧安防、智慧市政、智慧環(huán)保、智慧生活、無線城市、智慧交通七大應用服務。運維管理層提供管理支撐能力，包含設備監(jiān)控、報警推送、服務監(jiān)控等運維管理服務，以及GIS地圖、對外標準化接口等支撐能力，資產(chǎn)管理子系統(tǒng)和工單派發(fā)子系統(tǒng)統(tǒng)一進行幾處數(shù)據(jù)信息的維護和流轉(zhuǎn)。傳輸層結(jié)合以太網(wǎng)技術(shù)和協(xié)議網(wǎng)關的部署，實現(xiàn)端到端連接。感知層包含照明、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、Wi-Fi、緊急求助、RFID、LED顯示屏、公共廣播、井蓋監(jiān)控、RFID等感知設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和感知監(jiān)測。平臺總體架構(gòu)圖如圖2所示。

智慧燈桿綜合管理平臺采用B/S架構(gòu)，采用一體化、開放化、網(wǎng)絡化、智能化的理念，解決智慧燈桿各子系統(tǒng)集中管理、多級聯(lián)網(wǎng)、信息共享、互聯(lián)互通、多業(yè)務融合等問題：

（1）一體化：系統(tǒng)采用模塊化方式，將智慧燈桿應用場景中終端設備需實現(xiàn)的功能嵌入集成到平臺，通過總線實現(xiàn)各個功能模塊之間控制信息和數(shù)據(jù)信息的交互聯(lián)動。

（2）開放化：系統(tǒng)預留標準化API接口，以通用協(xié)議實現(xiàn)平臺互聯(lián)、縱橫貫通。

（3）網(wǎng)絡化：系統(tǒng)支持多級網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，采用以太網(wǎng)和光網(wǎng)絡，實現(xiàn)端到端傳輸。

（4）智能化：系統(tǒng)流程自動化，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析和智能研判能力，有效提升各子系統(tǒng)間的實時聯(lián)動。

平臺界面如圖3所示。

4? 智慧燈桿網(wǎng)絡拓撲

“多桿合一”網(wǎng)絡拓撲主要為前端采集+網(wǎng)絡傳輸+后端平臺的方式，智慧燈桿安裝部署的智能控制器，解決桿體掛載終端引電，智能網(wǎng)關解決信號傳輸。前端桿體采集端通過有線傳輸、窄帶物聯(lián)網(wǎng)方式進行回傳，主要依靠互聯(lián)網(wǎng)+VPN方式或者電子政務外網(wǎng)進行承載，最終與智慧燈桿綜合管理平臺實現(xiàn)互聯(lián)互通。智慧燈桿網(wǎng)絡拓撲如圖4所示。

智慧城市需要建立很多的智能系統(tǒng)，每個智能系統(tǒng)都需要安裝傳感器和智能設備，這些設備必須與智能系統(tǒng)連接起來才能正常發(fā)揮作用[3]。其中，“多桿合一”的智慧燈桿中，智能控制器是前端設備控制中樞，主要實現(xiàn)智慧燈桿設備電量的分別計量，對燈桿設備提供交直流供電輸出，漏電保護，負載過載自動保護，防雷防浪涌保護。具備交直流電源供電、數(shù)據(jù)采集、開關量輸入輸出監(jiān)測、定時控制、遠程控制、電量計量、異常報警及保護、事件記錄、遠程升級、設備倉環(huán)境監(jiān)測等功能。

具體實現(xiàn)功能：

（1）數(shù)據(jù)采集。支持不少于4路交流電壓、電流、電量采集，1路交流漏電流采集，不低于2路12 V、2路48 V直流電壓、電流、電量采集;支持桿體艙內(nèi)溫濕度采集、燈桿姿態(tài)角度采集、桿體艙內(nèi)積水深度采集。

（2）開關量輸入監(jiān)測。支持不少于4路開關量輸入監(jiān)測，監(jiān)測燈桿門禁等開關狀態(tài)。

（3）遠程控制。支持不少于4路交流輸出遠程控制，不少于2路12 V、2路48 V直流電遠程控制，不少于4路開關量輸出控制。

（4）時段控制。交流、直流、開關量輸出每一路均支持分時段通斷控制。

（5）智能控制?？赏ㄟ^遠程配置智能控制策略，當滿足條件即可智能響應。例如：溫度高于45 ℃自動啟動風機等。

5? 智慧燈桿功能設計

統(tǒng)籌規(guī)劃城市公共基礎設施建設是提升城市承載能力的重要保障。作為城市管理者轉(zhuǎn)變觀念，深刻認識統(tǒng)籌規(guī)劃城市建設的重要意義，以前瞻性的思維，超前性的規(guī)劃，避免頻繁改擴建，優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)和管理格局，提升城市綜合品質(zhì)。智慧燈桿建設將充分結(jié)合城市總體建設規(guī)劃，融合城市空間部件整合、市政管線入地建設，實現(xiàn)城市公共基礎設施的一體化。

智慧燈桿作為城市基礎信息感知者，是智慧城市建設的新載體。在燈桿上架設各類檢測設備可為城市管理的諸多部門提供便利[4]。“多桿合一”建成后，為市民及游客提供免費wifi與高速網(wǎng)絡、一鍵報警與手機充電等多元化便捷服務，為政府提供路燈遠程智能控制、視頻監(jiān)控、信息發(fā)布、市政設施監(jiān)測、人流量車流量統(tǒng)計、應急指揮等智慧化管理服務。在政策允許的前提下，還可為企業(yè)提供廣告發(fā)布等高效化商業(yè)服務，有效推動市政建設集約化、基礎設施智能化、公共服務便捷化和城市管理精細化。

“多桿合一”后的智慧燈桿，在掛載功能上可進行配置選擇，具體如圖5所示。

以“多桿合一”中涉及長支臂和承重要求較高的路口紅綠燈智慧燈桿為例，結(jié)合不同終端設備掛高的要求、道路環(huán)境融合的桿體外形設計理念，該處“多桿合一”設計、實施完成情況，以及智慧燈桿終端分層掛載具體如圖6所示。

在設計過程中，結(jié)合商業(yè)街歐式風格，以及紅綠燈和5G基站安裝位置，智慧燈桿設計大樣圖如圖7所示。

按照設計大樣圖實施，在民族路和下新華路交叉口處，“多桿合一”改造前后實景對比如圖8所示?！岸鄺U合一”改造后，從路口處能夠發(fā)現(xiàn)街景有明顯提升。

市政道路實施“多桿合一”，針對解放碑至朝天門步行大道段，現(xiàn)有道路所有桿體整合率達到60%以上，在同步完成城市道路鋪裝、外立面改造、多箱合一之后，將實現(xiàn)城市生態(tài)空間品質(zhì)的總體提升。隨著城市公共服務能力與水平的不斷提升，城市智慧多功能桿（箱）必將成為未來城市的顯著特征[5]。

6? 結(jié)? 論

智慧燈桿在智慧城市中扮演著“末梢神經(jīng)元”的重要角色，是集合多種設備設施和技術(shù)的綜合桿體，隨著智慧燈桿的逐步成熟與推廣，作為新一代信息技術(shù)實現(xiàn)的核心載體，未來實現(xiàn)“多桿合一”成為必然趨勢。

“多桿合一”的建設將大大提升城市管理局信息化水平，全面提高城市管理科技手段，通過對市政設施的全方位管控，提高對終端的實時管理能力，有助于預防質(zhì)量和管理工作不及時所造成的嚴重影響，將建立起先進的大數(shù)據(jù)信息化管理手段，進一步提高大數(shù)據(jù)管理水平，提升數(shù)據(jù)管理效能，解決桿體林立、數(shù)據(jù)共享的現(xiàn)實問題，實現(xiàn)對城市各領域的精確化管理和城市資源的集約化利用。

參考文獻：

[1] 劉博，崔世華，趙倩.集約化、規(guī)范化整合與創(chuàng)新應用：上海多桿合一設計與建設研究 [J].裝飾，2019（7）：32-34.

[2] 張政寬，李奎，張輝，等.基于智慧燈桿的智慧城市建設 [J].智能城市，2021，7（5）：45-46.

[3] 王薇薇.智能燈桿將成為智慧城市的載體 [J].信息化建設，2016（11）：26-27.

[4] 郝海斌.新型智慧燈桿推廣應用研究 [J].建材與裝飾，2018（31）：219.

[5] 王黎.基于空間資源配置的城市智慧多功能桿研究 [J].智能建筑與智慧城市，2020（1）：28-30.

作者簡介：王冬（1988.12—）男，漢族，重慶江北人，中級工程師，本科，研究方向：信息通信類工作。