基于“多桿合一”智慧燈桿的建設研究

摘? 要：依托市政設施中數量最多、覆蓋最廣的路燈燈桿特性，通過新建和改造城市現有的燈桿設施，“多桿合一”將傳統功能單一的路燈燈桿升級為集供電、網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，結合對重慶市渝中區解放碑至朝天門步行大道桿體現狀進行的調查，對以“多桿合一”方式建設的智慧燈桿在功能、網絡、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，加強管養維護;確保人行道通行舒適，規范路面設施，改善步行環境。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，工信部發布《關于推動5G加快發展的通知》，提出進一步深化鐵塔、室內分布系統、桿路、管道及配套設施共建共享，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，在城市發展的探索中，成為信息通信技術與傳統城市公共基礎設施融合的典范，被認為是最有發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]。智慧燈桿行業在國內由于資產歸屬、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、新一代技術的需求和新型基礎設施建設的推動下，相關政策導向陸續出臺，“多桿合一”迎來發展機遇。

1? 問題目標分析

目前我國基礎設施建設管理職權分散，智慧燈桿所支持的主要業務運營主體涉及多部門，數據源也分散在各個管理部門，如何打通“多極管理”、消除“數據孤島”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，真正實現數據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利器，將會以更快、更好的方式連接數十億物聯網設備，不斷創新城市應用，豐富智慧城市的內涵[2]。

智慧燈桿作為新型智慧城市建設重要的神經末梢，規劃建設立足點要求高。基于新型智慧城市基礎設施建設一盤棋，統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域建筑風格、街道空間和產業布局等深度融合的一體化規劃與設計，從而打造出具有強烈未來城市特征的城市形態與空間品質，同時為智慧城市數據采集和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，前期調研需明確桿體現狀數量、資產歸屬權和現有設備情況，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，以區分桿體結構、土建基礎等實施要求。針對城市更新中的“多桿合一”，可結合實際路面情況，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，智慧燈桿示范項目的落地，推動洪崖洞“智慧景區”乃至整個重慶智慧旅游產業發展的一項重要舉措，但在重慶市范圍內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。隨著渝中區生態空間品質提升項目（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，現存市政照明燈桿、交通分道牌桿、交通指示牌桿、交通監控桿、公安監控桿、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

平臺總體架構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、數據采集和感知監測，后端平臺包含網頁平臺與移動APP，通過對智慧燈桿內部的燈聯網組件、視頻監控組件、公共廣播組件、充電樁組件等進行監管、數據提取和數據分析，實現各組件的綜合利用。

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，包含設備監控、報警推送、服務監控等運維管理服務，以及GIS地圖、對外標準化接口等支撐能力，資產管理子系統和工單派發子系統統一進行幾處數據信息的維護和流轉。傳輸層結合以太網技術和協議網關的部署，實現端到端連接。感知層包含照明、視頻監控、環境監測、Wi-Fi、緊急求助、RFID、LED顯示屏、公共廣播、井蓋監控、RFID等感知設備，實現數據采集和感知監測。平臺總體架構圖如圖2所示。

智慧燈桿綜合管理平臺采用B/S架構，采用一體化、開放化、網絡化、智能化的理念，解決智慧燈桿各子系統集中管理、多級聯網、信息共享、互聯互通、多業務融合等問題：

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

（2）開放化：系統預留標準化API接口，以通用協議實現平臺互聯、縱橫貫通。

（3）網絡化：系統支持多級網絡結構組網，采用以太網和光網絡，實現端到端傳輸。

（4）智能化：系統流程自動化，提高系統數據分析和智能研判能力，有效提升各子系統間的實時聯動。

平臺界面如圖3所示。

4? 智慧燈桿網絡拓撲

“多桿合一”網絡拓撲主要為前端采集+網絡傳輸+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，智能網關解決信號傳輸。前端桿體采集端通過有線傳輸、窄帶物聯網方式進行回傳，主要依靠互聯網+VPN方式或者電子政務外網進行承載，最終與智慧燈桿綜合管理平臺實現互聯互通。智慧燈桿網絡拓撲如圖4所示。

智慧城市需要建立很多的智能系統，每個智能系統都需要安裝傳感器和智能設備，這些設備必須與智能系統連接起來才能正常發揮作用[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、數據采集、開關量輸入輸出監測、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、設備倉環境監測等功能。

具體實現功能：

（1）數據采集。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;支持桿體艙內溫濕度采集、燈桿姿態角度采集、桿體艙內積水深度采集。

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

（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。可通過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

統籌規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。作為城市管理者轉變觀念，深刻認識統籌規劃城市建設的重要意義，以前瞻性的思維，超前性的規劃，避免頻繁改擴建，優化城市空間結構和管理格局，提升城市綜合品質。智慧燈桿建設將充分結合城市總體建設規劃，融合城市空間部件整合、市政管線入地建設，實現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、視頻監控、信息發布、市政設施監測、人流量車流量統計、應急指揮等智慧化管理服務。在政策允許的前提下，還可為企業提供廣告發布等高效化商業服務，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，結合不同終端設備掛高的要求、道路環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，結合商業街歐式風格，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。“多桿合一”改造后，從路口處能夠發現街景有明顯提升。

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，將實現城市生態空間品質的總體提升。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? 論

智慧燈桿在智慧城市中扮演著“末梢神經元”的重要角色，是集合多種設備設施和技術的綜合桿體，隨著智慧燈桿的逐步成熟與推廣，作為新一代信息技術實現的核心載體，未來實現“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據信息化管理手段，進一步提高大數據管理水平，提升數據管理效能，解決桿體林立、數據共享的現實問題，實現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、規范化整合與創新應用：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。