智慧燈桿一體化平臺(tái)在智慧園區(qū)中的應(yīng)用

仝姍 陳大海 張冰 黃偉國(guó)

一、引言

當(dāng)前，我們正面臨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一輪信息技術(shù)的變革，信息資源已成為日益重要的生產(chǎn)要素，信息化在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的引領(lǐng)和支撐作用進(jìn)一步凸顯，智慧城市已經(jīng)成為城市信息化建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。

“智慧園區(qū)”作為“智慧城市”的先行軍，逐漸受到國(guó)家及各地政府的重視。越來(lái)越多的園區(qū)引入了以智能化、信息化為主的智慧化建設(shè)，各地已掀起“智慧園區(qū)”建設(shè)熱潮。

智慧園區(qū)是指融合新一代信息與通信技術(shù)，具備快速信息采集、高速信息傳輸、高度信息集中、深度信息服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)實(shí)時(shí)、交互、融合的信息感知、傳遞和處理，以提高園區(qū)企業(yè)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)業(yè)聚集、可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的園區(qū)發(fā)展新理念。

二、智慧園區(qū)建設(shè)存在的問(wèn)題

在國(guó)家大力推進(jìn)信息化建設(shè)的背景下，智慧園區(qū)建設(shè)仍然存在信息化管理體系不成熟、信息化意識(shí)不強(qiáng)等問(wèn)題。智慧園區(qū)管理水平參差不齊、條塊分割、缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，具體總結(jié)為以下三點(diǎn)：

（一）尚未形成信息化全覆蓋

各類工業(yè)及物流園區(qū)，占地面積較大，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)困難，導(dǎo)致園區(qū)底層信息無(wú)法全面、及時(shí)收集，為數(shù)據(jù)分析和上層決策工作帶來(lái)不便。

（二）尚未形成信息化強(qiáng)支撐

園區(qū)的安防保障、環(huán)境監(jiān)控、物業(yè)管理等數(shù)據(jù)大部分依賴于人工方式采集匯總，時(shí)效性和準(zhǔn)確性不能保證，無(wú)法為園區(qū)管理及資源保護(hù)工作提供支撐。

（三）尚未形成信息化大聯(lián)通

部分園區(qū)管理部門，已經(jīng)通過(guò)自建業(yè)務(wù)系統(tǒng)，積累了大量園區(qū)管理數(shù)據(jù)資源，但由于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一、結(jié)構(gòu)各異，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的關(guān)聯(lián)融合和數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理存在壁壘。

三、智慧園區(qū)建設(shè)需求分析

智慧園區(qū)建設(shè)的主要目標(biāo)可分為直接與間接兩個(gè)層面。直接為園區(qū)管理部門服務(wù)，進(jìn)一步提升智慧園區(qū)內(nèi)部的政務(wù)管理水平和安防保障實(shí)力，增強(qiáng)智慧園區(qū)在推動(dòng)企業(yè)發(fā)展上的服務(wù)能力；間接為園區(qū)內(nèi)的企業(yè)服務(wù)，通過(guò)信息化手段為企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的創(chuàng)新環(huán)境，為企業(yè)做好推廣宣傳，并為企業(yè)提供更高層次的管理決策支撐。最終達(dá)到園區(qū)和企業(yè)共贏的效果。

四、以智慧燈桿為智慧園區(qū)信息化建設(shè)新載體

智慧燈桿以無(wú)處不在的公共道路照明燈具為基礎(chǔ)，內(nèi)嵌傳感器、攝像頭、WIFI基站、電子顯示屏、充電樁等功能模塊，基本實(shí)現(xiàn)智慧園區(qū)信息化基礎(chǔ)設(shè)施載體的構(gòu)建。五大功能模塊具體描述見下表：

智慧燈桿基于內(nèi)嵌的五大功能模塊實(shí)現(xiàn)智能照明、通迅保障、交通監(jiān)控、人員信息采集、天氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、信息發(fā)布、智能充電和應(yīng)急報(bào)警等應(yīng)用，并可根據(jù)場(chǎng)景需求，延伸擴(kuò)展各種服務(wù)系統(tǒng)。同時(shí)，燈桿預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)硬件接口和傳輸帶寬，增強(qiáng)可擴(kuò)展性，避免重復(fù)建設(shè)。

五、智慧燈桿一體化平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

孤立的智慧燈桿可以承載基礎(chǔ)信息的采集，但是無(wú)法支撐園區(qū)整體運(yùn)行情況分析和決策管理。因此，建設(shè)智慧燈桿一體化平臺(tái)，提供關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建專題化應(yīng)用系統(tǒng)，顯得尤為重要。智慧燈桿一體化平臺(tái)，提供從物聯(lián)感知到業(yè)務(wù)服務(wù)的全架構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用支撐層和應(yīng)用系統(tǒng)層的逐層次推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)智慧園區(qū)的建設(shè)目標(biāo)。智慧燈桿一體化平臺(tái)架構(gòu)詳見圖2。

基礎(chǔ)設(shè)施層構(gòu)建全面覆蓋的網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)設(shè)施，采集各類監(jiān)控信息，完成底層數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)籌與集約，實(shí)現(xiàn)園區(qū)基礎(chǔ)信息互聯(lián)互通，是智慧園區(qū)信息化管理的基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)處理層實(shí)現(xiàn)各類型數(shù)據(jù)的梳理整合，完成數(shù)據(jù)資源池的構(gòu)建，通過(guò)數(shù)據(jù)采集、編目、治理、分析等處理流程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)開放，提供數(shù)據(jù)服務(wù)能力。

應(yīng)用支撐層提供統(tǒng)一架構(gòu)，完成各級(jí)解耦設(shè)計(jì)，打造微服務(wù)組件，使應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)部署規(guī)范化，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)一站式開發(fā)、部署、運(yùn)行和維護(hù)，優(yōu)化自動(dòng)化及管理能力。

應(yīng)用系統(tǒng)層是智慧燈桿一體化平臺(tái)在智慧園區(qū)中應(yīng)用的具體表現(xiàn)形式。根據(jù)智慧園區(qū)的建設(shè)需求，本文設(shè)計(jì)了貼合智慧園區(qū)的應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用層提供通用接口，并支持應(yīng)用系統(tǒng)按需裁剪。

（一）基礎(chǔ)設(shè)施層

智慧燈桿一體化平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施層，實(shí)現(xiàn)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、信息采集等功能?；A(chǔ)設(shè)施層包括網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和物聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施。邏輯架構(gòu)圖如圖3所示。

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施利用智慧燈桿的管道及主體燈桿，構(gòu)建園區(qū)高速泛在的通信網(wǎng)絡(luò)，支撐園區(qū)信息的互聯(lián)互通，提供園區(qū)設(shè)備設(shè)施、智能化系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。安全通暢的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，為園區(qū)提供良好的信息應(yīng)用環(huán)境，讓各種監(jiān)控視頻、環(huán)境生態(tài)等數(shù)據(jù)不受約束地完成高效傳輸。高效可靠的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，在支持信息廣泛收集的同時(shí)，也為園區(qū)的信息安全提供保障。目前智慧園區(qū)使用較多的網(wǎng)絡(luò)類型包括：光網(wǎng)絡(luò)，5G微基站、WIFI設(shè)備等有線及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施采集各類結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化的監(jiān)控信息，實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)籌與集約，是智慧園區(qū)信息化管理的基礎(chǔ)，最終達(dá)到智慧園區(qū)科學(xué)管理的目的。以智慧燈桿為基礎(chǔ)構(gòu)建的全面覆蓋、集約共享的智慧燈桿物聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)傳感器、射頻傳輸?shù)榷喾N方式采集園區(qū)內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為上層智能應(yīng)用系統(tǒng)提供監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)、視頻圖像等多種類型的信息。

（二）數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層打造大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)資源池的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)包含數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)編目、數(shù)據(jù)共享交換及數(shù)據(jù)分析挖掘在內(nèi)的數(shù)據(jù)全生命周期處理流程。如圖4所示。

構(gòu)建智慧燈桿一體化平臺(tái)的數(shù)據(jù)資源池，健全完善包括視頻、圖像、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)據(jù)資源采集渠道，采用信息資源規(guī)劃（IRP）方法，對(duì)各類監(jiān)測(cè)信息全面梳理，理順數(shù)據(jù)的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)關(guān)系，建立統(tǒng)一的資源信息框架模型、數(shù)據(jù)組織規(guī)范和整體數(shù)據(jù)模型（數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)）。

數(shù)據(jù)集成是數(shù)據(jù)處理層的核心功能，是數(shù)據(jù)匯聚融合共享的關(guān)鍵。在數(shù)據(jù)匯聚階段，支撐不同類型的數(shù)據(jù)采集；在數(shù)據(jù)融合階段，支撐多源數(shù)據(jù)比對(duì)，配合建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和專題數(shù)據(jù)庫(kù)；在數(shù)據(jù)共享階段，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)分別集成到數(shù)據(jù)共享區(qū)、數(shù)據(jù)開放區(qū)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全有序的共享開放。

數(shù)據(jù)治理建設(shè)五大工具，包括元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理、數(shù)據(jù)模型管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，打造全鏈條數(shù)據(jù)治理體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，確保數(shù)據(jù)高品質(zhì)。

數(shù)據(jù)服務(wù)包括數(shù)據(jù)資源目錄、數(shù)據(jù)共享交換和數(shù)據(jù)全生命周期管理三個(gè)模塊。數(shù)據(jù)資源目錄系統(tǒng)建立動(dòng)態(tài)更新的信息資源目錄體系，確保信息有序共享開放，滿足資源目錄柔性與開放性的要求。數(shù)據(jù)共享交換實(shí)現(xiàn)信息資源跨部門、跨層級(jí)的共享，及信息資源的開放管理。數(shù)據(jù)全生命周期管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源集成、治理、共享、服務(wù)全流程的可視化監(jiān)控和分析。

（三）應(yīng)用支撐層

應(yīng)用支撐層實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)邏輯解耦，平臺(tái)與應(yīng)用解耦，技術(shù)架構(gòu)縱向解耦，產(chǎn)品各模塊間橫向解耦，產(chǎn)品與公共特性（監(jiān)控、日志等）解耦，構(gòu)建可拆可合、開放靈活的平臺(tái)架構(gòu)體系。采用一站式服務(wù)的思想，逐步疊加各專題能力模塊，圍繞應(yīng)用和微服務(wù)打造一站式開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)全生命周期管理平臺(tái)，致力于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的服務(wù)治理，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)框架，優(yōu)化管理能力及自動(dòng)化能力。

（四）應(yīng)用系統(tǒng)層

應(yīng)用系統(tǒng)層涵蓋面向智慧園區(qū)管理和服務(wù)的各類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的智慧燈桿一體化平臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)層由九大應(yīng)用系統(tǒng)組成，分別是：智能照明系統(tǒng)、無(wú)線WIFI系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、積水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、天氣環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)、智能充電樁系統(tǒng)和應(yīng)急報(bào)警系統(tǒng)，各應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需求關(guān)聯(lián)運(yùn)作。應(yīng)用系統(tǒng)層提供可擴(kuò)展接口，支持園區(qū)根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的應(yīng)用系統(tǒng)，進(jìn)行組合應(yīng)用。以下具體介紹各應(yīng)用系統(tǒng)：

智能照明系統(tǒng)的主要目的是分場(chǎng)景和時(shí)段控制路燈照明狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能節(jié)能。綜合考慮園區(qū)需求，對(duì)主入口、主干道、輔路、引導(dǎo)路等不同區(qū)域分別設(shè)計(jì)，做到“一路一設(shè)計(jì)”，并配置單燈控制開關(guān)，最大程度實(shí)現(xiàn)園區(qū)智能照明節(jié)能化。

無(wú)線WIFI系統(tǒng)提高了園區(qū)通信覆蓋度，手機(jī)搜索到附近的WIFI信號(hào)，系統(tǒng)便自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到“手機(jī)注冊(cè)頁(yè)面”，用戶只需要在“用戶登錄區(qū)”輸入手機(jī)號(hào)碼，再點(diǎn)擊“短信獲取密碼”，手機(jī)便可收到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)生成的密碼，輸入該密碼，進(jìn)入該區(qū)域的無(wú)線網(wǎng)頁(yè)面，便可正常使用。

交通監(jiān)控系統(tǒng)由視頻攝像頭、來(lái)車視頻分析儀、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析處理等部分組成。路口視頻采集單元通過(guò)光纖LAN或4G/5G無(wú)線路由器與后臺(tái)系統(tǒng)相連接，完成數(shù)據(jù)傳輸，后臺(tái)管理系統(tǒng)收到檢測(cè)到的視頻數(shù)據(jù)后，執(zhí)行相應(yīng)的來(lái)車感應(yīng)策略。

安防監(jiān)控系統(tǒng)既可以在天氣晴朗、能見度良好的狀況下完成監(jiān)控，也具備優(yōu)良的夜視性能和較高的視頻分辨能力，支持全天24小時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)引入云計(jì)算、邊緣計(jì)算、人臉識(shí)別等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)安防監(jiān)控，并通過(guò)對(duì)園區(qū)內(nèi)不同位置的差異分析，如周界防范、門禁檢測(cè)等，及時(shí)預(yù)警園區(qū)安防隱患。

積水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)園區(qū)積水的實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)積水?dāng)?shù)據(jù)分析園區(qū)積水問(wèn)題所在，為園區(qū)排水系統(tǒng)的規(guī)劃改造提供數(shù)據(jù)依據(jù)和方案建議。系統(tǒng)提供有效的、客觀的積水監(jiān)測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)通行路段、重點(diǎn)場(chǎng)所積水預(yù)警，對(duì)通常發(fā)生積水告警的地段進(jìn)行匯總輸出并進(jìn)行工作建議提示，如提醒有關(guān)部門定期巡查這些區(qū)域的清淤情況等。

天氣環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用各類氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)的溫濕度、噪聲、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、氣壓、路面溫度、積澇等信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。所有監(jiān)測(cè)模塊支持遠(yuǎn)程集中管理、控制，滿足各監(jiān)測(cè)模塊運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、查詢及定位等功能。并通過(guò)對(duì)所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理，聯(lián)動(dòng)報(bào)警、消防、綠化維護(hù)等基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)園區(qū)生態(tài)環(huán)境安全保障。

多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)支持商業(yè)廣告、公益宣傳、公共信息、緊急情況警告、區(qū)域地圖、周邊環(huán)境空氣污染狀況等信息的展示，信息發(fā)布屏展示功能通過(guò)遠(yuǎn)程集中管控，滿足顯示屏設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、查詢及定位等功能。

智能充電樁系統(tǒng)利用燈桿所在位置安裝路燈充電樁一體化設(shè)備，在不占用額外土地資源的前提下，建設(shè)電動(dòng)汽車充電一體化設(shè)備，比傳統(tǒng)的充電站、充電樁具備顯著優(yōu)勢(shì)。在智慧燈桿桿體集成充電模塊，實(shí)現(xiàn)智能充電樁功能；采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建智能充電樁網(wǎng)絡(luò)，滿足智能化、清潔化等高層次的運(yùn)營(yíng)和管理需求。

應(yīng)急報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)在智慧燈桿桿體集成一鍵呼叫按鈕模塊、一鍵呼叫處理模塊和可視對(duì)講模塊，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急呼叫及應(yīng)答，利用智慧燈桿預(yù)留的安裝插口靈活安裝一鍵呼叫設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中管理、控制。當(dāng)發(fā)生應(yīng)急報(bào)警時(shí)，園區(qū)指揮中心的平臺(tái)上會(huì)即刻彈出報(bào)警位置信息，協(xié)助管理部門做到快速響應(yīng)、聯(lián)網(wǎng)援助、就近出警。

六、結(jié)語(yǔ)

智慧燈桿作為智慧園區(qū)的重要組成部分，在物聯(lián)網(wǎng)接入點(diǎn)的數(shù)量上有著先天優(yōu)勢(shì)，是智慧園區(qū)建設(shè)的極佳切入點(diǎn)，也是對(duì)智慧園區(qū)和智慧城市很好的貫徹與實(shí)施。

智慧燈桿一體化平臺(tái)為園區(qū)賦予更多的智慧功能，協(xié)助園區(qū)進(jìn)行感知、監(jiān)測(cè)、整合、分析、控制各關(guān)鍵環(huán)節(jié)資源，在此基礎(chǔ)上對(duì)各種需求做出智慧響應(yīng)，使園區(qū)整體的運(yùn)行具備自我組織、自我運(yùn)行、自我優(yōu)化的能力，同時(shí)為園區(qū)企業(yè)創(chuàng)造綠色、和諧的發(fā)展環(huán)境，提供高效、便捷、個(gè)性化的發(fā)展空間。

作者單位：中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司