基于應用場景分析的智慧桿塔發展研究

□ 文 韓 鏑 劉曉娟 王文躍

一、引言

設備、集成了多類ICT技術的綜合體；在共享方面，不僅實現了跨行業領域以及跨部門間的物理資源共享，如桿址、點位、網絡、動力等，也實現了數據層面的共享。其中，數據共享表現尤為搶眼，在已經落地項目實踐中，衍生出了數據的多種創新應用；在智慧方面，智慧桿塔一方面使傳統的感知設備具備了網聯化和智能化的條件，另一方面也推動了多種設備的融合集成。此外，基于采集的海量數據分析，也為政府管理的精準決策提供了強有力的支撐；在和諧方面，智慧桿塔對于改善城鎮面貌、保護生態環境、促進社會和諧等多方面起到了極大的推動作用。

圖1 智慧桿塔功能示意圖

一般觀點認為，智慧桿塔是布局于城市或鄉村，基于通信網絡，承載包括移動通信基站在內的多種信息通信服務設備、便民服務設備、傳感設備、感知設備等各類設備設施，具備支撐多種智慧應用能力的桿型、塔型設施的總稱，包括但不限于通信塔、電力塔、路燈桿、監控桿、標識桿等。智慧桿塔的功能由所搭載的設備決定，如實現通信接入、智慧照明、無線城市、氣象監測、環境保護、智慧安防、充電功能、信息發布、應急廣播、車路協同、一鍵報警等功能。由于智慧桿塔的融合功能多與信息通信技術相關，因此也被看作是ICT技術與傳統公共基礎設施深度融合的經典范例，如圖1所示。

根據智慧桿塔的功能和應用場景分析，它具有“綜合、共享、智慧、和諧”四大典型特征。如在綜合方面，搭載了多種信息通信

二、智慧桿塔形成路徑和發展情況分析

2.1 智慧桿塔形成路徑解析

從國內外諸多智慧桿塔落地項目的實踐分析，智慧桿塔主要分為兩種路徑演進形成。

一是由傳統普通路燈桿演進形成具有多種拓展功能的微型鐵塔。最初的城市“智慧桿塔”主要是為了解決傳統路燈存在的能源利用率低、運維復雜等各種弊端。城市市政管理部門期待通過對城市照明路燈的改造，實現對路燈的遠程控制和單燈控制等，以達到節能和高效管理的目的。如陜西渭南城區部署的24盞智慧照明路燈，已實現了對路燈亮度和照明時間的實時調控。隨著智慧城市的快速發展，為了更加合理、有序使用城市空間美化城市環境，以及滿足各垂直行業對感知設備設施的掛載點位需求，各城市開始嘗試對道路沿線的路燈桿、交通設施桿、路名牌、導向牌等各類桿型資源進行整合，同時推動路燈桿朝著智能化、交互化、信息化、科技化方向發展。如深圳僑香路的智慧燈桿集成了照明、監控、5G基站等多種功能，成為了該路數據采集入口的重要新型基礎設施。由以上分析可知，推動傳統普通路燈桿向智慧桿塔演進是實現政府降本增效的有效路徑，因此廣受推崇。

二是由通信、電力等垂直行業部門的塔型資源，演進形成具有“通信”+“智慧”應用功能的智慧桿塔。眾所周知，傳統2G/3G/4G基站占地大且基站等設備集成化程度低，但隨著通信基站等設備集成化、模塊化、小型化技術的不斷成熟，通信塔的點位空間開始出現富裕，富裕資源開始面向公安、市政、交通、氣象、環保等其他垂直行業部門開放共享。此外，在國家新基建政策的推動下，各垂直行業部門所屬各類社會桿塔資源也開始面向5G基站建設開放。總體來看，通信塔與各類社會桿塔資源整合、雙向開放已經成為發展主流，通過搭載通信基站以及各類感知設備，通信塔與各類社會桿塔資源最終形成了智慧桿塔，如圖2所示。

圖2 智慧桿塔形成路徑

2.2 智慧桿塔建設現狀及未來發展趨勢

據不完全統計，全國各地智慧桿塔招標采購項目從2015年208個、2016年376個、2017年440個，快速發展至2018年的718個，復合增長率高達51%。2019年是智慧桿塔建設發展的關鍵一年，采購招標量達到多年來的峰值，僅上半年項目招標量就突破了500個。此外，有關數據顯示，2020初，智慧桿塔建設進度在一定程度上受到新冠肺炎疫情的影響，但隨著國內疫情好轉，2020年上半年依然保持了良好發展態勢。截至2020年6月，中標項目約100個，投資總規模達到246.5億元。根據近年來招投標項目分析，目前我國智慧桿塔主要為配合智慧城市典型應用建設，如配合智慧城市的智慧產業園、雙創基地、城市道路智慧改造、城市環境品質提升、公園景區等建設。同時，在國家相關政策的驅動下，項目大多為未來5G建設預留了點位等資源。

在新基建快速發展的大背景下，2020年，住建部、工信部，以及天津、重慶、廣東、福建、江蘇、湖南、河南、湖北、山東等多地政府均出臺相關政策鼓勵推進智慧桿塔建設，以配合各部門、各地區開展職責范圍內的中心工作。如2020年1月3日，住建部印發《關于開展人行道凈化和自行車專用道建設工作的意見》，提出“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”；2020年3月24日，工信部印發《關于推動 5G 加快發展的通知》，提出要進一步深化鐵塔、室內分布系統、桿路、管道及配套設施共建共享。可以預見，未來在國家相關政策的驅動下，智慧桿塔作為5G建設和創新應用的集約高效、綠色環保硬件平臺，以及作為新型智慧城市的主要載體，協同建設成為大勢所趨，將進入全新發展階段。

三、面向兩大應用場景建設發展的思考

3.1 協同5G建設和創新應用的發展分析

（1）5G建設離不開智慧桿塔的支撐

從技術層面看，5 G 技術和創新應用的不斷發展，將推動二者進一步融合。一方面，3GPP對5G基站類型劃分為宏基站、微基站、皮基站和飛基站四類。其中，宏基站覆蓋半徑為200m以上，微基站覆蓋半徑為50-200m。此外，隨著5G 毫米波技術的成熟，將帶來數倍的可用帶寬資源，但覆蓋范圍將進一步縮小。因此，在5G宏基站覆蓋無法滿足現實覆蓋需求的情況下，利用各類桿塔資源搭載5G微基站，在宏站覆蓋的盲點地區和熱點地區進行補盲、補熱成為必然。另一方面，2020年7月3日， 3GPP宣布5G R16版本標準凍結，實現了5G從“能用”到“好用”，增強了垂直行業服務能力，成為了5 G商用進程中的重要里程碑。此外，5G R17計劃將于2021年底完成，這將對物聯網等業務的支持能力進一步增強。利用桿塔資源位置、動力、高度等優勢，滿足各垂直行業領域大連接低功耗的海量機器類通信需求，將是未來發展方向之一。

（2）協同5G發展需重點關注的方向

一是需充分理解5G建設對傳統桿塔建設運維帶來的挑戰。對于新建或改造的智慧桿塔項目，引入5G基站后，系統的融合度、復雜度均大幅度提高，由此可能對桿塔本身引發能力超載的潛在風險。此外，還需考慮如何保障所承載通信系統和其他功能系統的長期運行的穩定性。一方面，要充分理解新建或改造的桿塔在功能上不再是“桿”，在本質上已經屬于具有通信、感知等拓展功能的微型鐵塔，因此在新建或改建桿塔的過程中，需充分考慮5G配套的需求。如在供電保障方面，需滿足7×24h穩定供電能力，同時配備后備電源、直流配電等；在傳輸資源方面，需要預留5G所需的光纖等資源，同時要做好線路運維工作；在物理承載方面，需要考慮引入5G基站后的桿塔的承重、抗震、防風、IP防護等性能指標變化；在防雷安全方面，需具備隔離式防雷設計等。此外，要正確認識5G基站對其他設備的影響，如多設備間電磁兼容問題如何解決，不同設備對供電、安全的指標需求如何均衡等。

二是需預留5G創新應用所需的配套資源。由于5G的價值在于應用，因此需考慮5G創新應用對桿塔的新需求。本文以車聯網為例進行說明，車聯網是5G重要的應用場景之一，在車聯網領域，車路協同是汽車自動駕駛的前提，因此，在智慧桿建設方案中，需要預留擴容車路協同基礎設施的空間，包括但不限于路側感知設施、路側控制設施、路側算力設施等點位資源，以滿足未來5G創新應用的發展需求。

圖3 傳統智慧桿塔總體架構示意圖

3.2 智慧桿塔協同新型智慧城市建設分析

（1）協同建設尚存在三大問題

根據智慧城市智慧桿塔試點項目實踐分析，逐批、分散是當前建設主流模式，大多沿用了傳統的物聯網網絡架構，各道路、各使用部門之間的智慧桿塔項目依然是垂直、閉環的應用系統，如圖3所示。

從城市發展訴求來看，業界對智慧桿塔這種“煙囪式”信息化應用弊端的認識開始逐步統一。一是各自為政，條塊分割。一方面，智慧桿塔搭載的各類設備由各部門租用桿塔點位獨立部署，形成的也是相互獨立應用系統。另一方面，城市各道路之間智慧桿塔也多為分批、獨立建設，各管理平臺之間尚未打通。當前建設模式導致各街道、各部門之間數據共享與業務協同效應欠佳。二是出于商業利益考慮，底層設備提供商、系統集成商等一般會設置技術壁壘，導致各使用部門容易被單一供應商“綁定”，導致智慧桿塔項目在運行維護、擴展功能方面存在較大不確定性。三是跨部門間數據資產流轉過程不明晰，智慧桿塔數據分析應用目前也只是停留在較淺層面，跨領域大數據分析應用難以實現，給商業模式創新造成障礙。

（2） 潛在的解決路徑分析

在當前新型智慧城市、數字孿生城市理念的推動下，建設城市級智慧桿塔接入管理與數據匯聚平臺，推動感知設備統一接入、集中管理，以及推動部門間數據共享和業務協同已成為業界共識，智慧桿塔的總體架構開始由垂直閉環向水平整合方向發展，如圖4所示。

從技術發展角度看，以智慧桿塔水平架構解決當前三大棘手的難題，還需要做好以下三方面工作。

一是建立智慧桿塔及其掛載設備設施資源的統一編碼體系，以此打破城市各部門間各自為政，條塊分割的局面。具體操作層面，可以借鑒工業互聯網標識解析體系對“物”確定“唯一身份”的理念，運用工業互聯網標識預先形成統一的桿體、掛載設備設施的標識體系，進而為構建面向城市全局乃至全國的城市數據資源管理平臺做好準備。

二是構建面向全城通用的主流設備/業務平臺的標準化接口庫，實現設備設施自適應對接。一方面，標準化接口庫應能覆蓋市面上智慧桿塔主流設備/業務平臺接口協議，推動實現自適應即插即用。另一方面，標準化接口庫應易于移植復制，在降低燈桿平臺成本的同時，也可容易形成互聯互通解決方案。此外，建立接口庫可有效避免被單一設備供應商、系統集成商等綁定，進而解決智慧城市智慧桿塔運維的難題。

三是充分利用標識體系和區塊鏈等技術，形成智慧桿塔數據資源確權和流通的解決方案，推動實現數據共享。一方面，標識體系解決可以解決“誰”是“誰”的身份確認問題。另一方面，區塊鏈解決記錄“誰”做了什么事情的問題。標識體系+區塊鏈技術二者疊加，可使得智慧桿塔數據資產轉化為應用價值成為可能，進而為智慧桿塔數據資源的創新應用奠定基礎。

圖4 智慧桿塔總體架構演進方向示意圖

四、結語

在新基建推動下，國家和各地方對智慧桿塔建設的支持力度不斷加大，我國智慧桿塔產業呈現熱度持續提升、產品及商業模式日趨多元化、市場規模指數級增長的發展態勢。但發展依然面臨著缺乏主動創造應用場景的動能以及對數據應用能力不足等多個待解決的難題，需產學研用各方進一步凝聚共識，協同推動探索破解之道，提升智慧桿塔工程化和實用化水平，促進產業健康有序發展。