電氣自動化在智慧市政建設(shè)中的應(yīng)用

中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司 王星尹 宋遙 葉益昌 常晨琛

1 引言

城市化的推進(jìn)使得人口聚集效應(yīng)愈發(fā)明顯，交通、環(huán)保、公共安全等方面的問題也相繼發(fā)生，對市政管理要求更高。傳統(tǒng)市政管理模式在實(shí)踐當(dāng)中有很多不適應(yīng)，安全隱患發(fā)現(xiàn)不及時、監(jiān)測不完善情況等，這些看似微不足道的問題卻會影響正常生活的開展，甚至導(dǎo)致社會管理危機(jī)[1]。

智慧城市模式便是在新的時代背景下應(yīng)運(yùn)而生的，其能夠?qū)⒁匀藶楸镜脑瓌t貫徹其中，充分運(yùn)用各項(xiàng)數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能融合，能夠?qū)ΜF(xiàn)有的市政管理模式進(jìn)行優(yōu)化，同時也為城市可持續(xù)推進(jìn)帶來了更多的機(jī)遇。本文將重點(diǎn)關(guān)注智慧市政建設(shè)當(dāng)中電氣工程自動化技術(shù)在實(shí)踐當(dāng)中的運(yùn)用，通過優(yōu)化措施反哺于智慧市政建設(shè)[2]。

2 自動化運(yùn)行中的應(yīng)用意義

通過對智慧市政建設(shè)電氣化應(yīng)用情況的研究，可將其價值總結(jié)為兩個方面。第一，科技的進(jìn)步讓數(shù)據(jù)信息處理效率直線提升，電氣自動化在實(shí)踐當(dāng)中的運(yùn)用能夠嚴(yán)格按照統(tǒng)一性的標(biāo)準(zhǔn)要求對信息技術(shù)進(jìn)行處理，從而促進(jìn)最終質(zhì)量的提升。第二，對電氣系統(tǒng)控制效果進(jìn)行優(yōu)化，數(shù)據(jù)信息在準(zhǔn)確性和可靠性方面得到明顯增長，能夠?qū)φ`差數(shù)據(jù)進(jìn)行及時察覺，同時采取針對性的處理措施，進(jìn)一步優(yōu)化電氣系統(tǒng)控制效果。

3 智慧市政建設(shè)中使用電氣工程自動化的應(yīng)用

智慧市政是由多個部分共同組成的，其中包括智慧路燈工程、闖紅燈系統(tǒng)、公交車站違停抓拍子系統(tǒng)等，不同的系統(tǒng)承擔(dān)著不同的職能，為市政建設(shè)的智慧化發(fā)展共同努力。

3.1 智慧路燈工程

路燈是城市生活的重要組成部分，如何優(yōu)化智慧路燈工程建設(shè)是智慧市政當(dāng)中的首要難點(diǎn)。智慧路燈包括智能應(yīng)急、充電樁等不同的部分，為了發(fā)揮出智慧路燈的作用，安裝過程中需要預(yù)留相應(yīng)的位置以此滿足智慧通信等需求[3]。從安裝的角度來看，需要充分分析人口密度、設(shè)備功能覆蓋范圍、區(qū)域性質(zhì)等多種信息，并且在此基礎(chǔ)上讓智慧路燈覆蓋所有的區(qū)域，從而更好地促進(jìn)智慧路燈的科學(xué)管理。從設(shè)計的角度來看，智慧路燈的設(shè)計包含以下幾種組合。一是組合A，該組合采用單燈控制器，并且做好設(shè)備加載端口的預(yù)留工作。二是組合B，在A 組合的基礎(chǔ)之上，增加相應(yīng)的設(shè)備設(shè)施，包括智慧應(yīng)急裝置等。三是組合C，在組合B 的基礎(chǔ)之上增加智慧信息發(fā)布的裝置，例如LED 顯示屏等，在具體設(shè)置時，可以將其選擇在公交站旁邊等位置。四是組合D，組合C 再次進(jìn)行升級，將環(huán)境監(jiān)測器安裝在路口位置，具體間隔是2km。

3.2 闖紅燈系統(tǒng)

科技的發(fā)展讓闖紅燈系統(tǒng)變得更加智慧、科學(xué)，同時在城市當(dāng)中得到了全方位的運(yùn)用，作為智慧市政建設(shè)的重要組成部分，闖紅燈系統(tǒng)在設(shè)置的過程當(dāng)中必須充分滿足日常出行的需求，才能夠更好地營造安全可靠的出行環(huán)境。如果電氣自動化系統(tǒng)應(yīng)用過程當(dāng)中未能以闖紅燈系統(tǒng)作為支撐，必然影響車輛行駛安全，例如車輛大彎小轉(zhuǎn)難以按照規(guī)定車道行駛等，這不僅會影響人們出行的滿意度，同樣也會影響出行的安全，降低智慧市政建設(shè)的最終效果。為了避免以上問題，技術(shù)在實(shí)踐當(dāng)中的運(yùn)用必須連接內(nèi)部信息設(shè)備，進(jìn)而使得電氣自動化設(shè)備變得更加完善，通過數(shù)據(jù)的有效交換，進(jìn)一步優(yōu)化電氣自動化系統(tǒng)，同時也能夠?yàn)橹腔凼姓ㄔO(shè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

3.3 路口信號燈交通監(jiān)控子系統(tǒng)

科技的發(fā)展為電氣自動化注入了更多的動力，同時也讓路口信號燈交通監(jiān)控子系統(tǒng)發(fā)生了極大的變化，智能化、自動化已經(jīng)成為未來發(fā)展的必然方向。十字路口將采用路口信號燈交通監(jiān)控子系統(tǒng)，而現(xiàn)場進(jìn)行交通指揮的交警數(shù)量也會越來越少，目前，路口信號燈交通監(jiān)控子系統(tǒng)大多設(shè)置在十字路口，且人流密集，并將其放置在顯眼的位置，指示燈分為三種顏色分別是紅、黃、藍(lán)，同時設(shè)置倒計時顯示器，能夠?qū)π腥艘约败囕v穿越馬路進(jìn)行正確地引導(dǎo)[4]。從實(shí)踐運(yùn)用的角度來看，可以將系統(tǒng)優(yōu)勢總結(jié)為以下幾點(diǎn)。第一，具備強(qiáng)大的信息數(shù)據(jù)采集功能，能夠?qū)囕v行駛的平均速度、停靠時間等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。第二，具備違法行為監(jiān)測以及抓拍功能，包括違法掉頭、隨意變道等。第三，具備取證功能，能夠?qū)囕v違法行為進(jìn)行取證。

3.4 車輛違停抓拍子系統(tǒng)

取證采用視頻記錄方式，對違法行為進(jìn)行自動識別和抓拍，以此作為執(zhí)法的依據(jù)。車輛違停抓拍子系統(tǒng)在運(yùn)行過程當(dāng)中，不僅能夠通過照片和視頻的形式進(jìn)行記錄和回傳，而且還具備更多的信息數(shù)據(jù)記錄功能，例如違法車輛的顏色、型號等，如果天氣沒有異常的情況下，還可以對駕駛員的體貌特征進(jìn)行精準(zhǔn)記錄[5]。

4 智慧路燈工程在市政工程中的實(shí)例應(yīng)用

4.1 道路照明概況

某城市在整體規(guī)劃設(shè)計中高度重視智慧路燈工程在實(shí)踐當(dāng)中的運(yùn)用，以此推動智慧城市的未來發(fā)展，不僅包含道路機(jī)動車道、人行道等功能，照明設(shè)計之外還預(yù)留了相應(yīng)的位置，以此滿足后期智慧城市發(fā)展的需求。該道路屬于城市主干道，雙向8車道，全長796m。

4.2 道路照明標(biāo)準(zhǔn)

道路照明設(shè)計必須嚴(yán)格按照國際以及國家要求，同時綜合分析該路段所在的周邊環(huán)境，全面考慮醫(yī)院、學(xué)校、住宅、商業(yè)等區(qū)域人車流量的需求，同時嚴(yán)格貫徹城市主干路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 道路照明及智慧燈桿設(shè)計方案

本次道路屬于城市主干道，為瀝青材料，道路照明設(shè)計必須嚴(yán)格按照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行貫徹，采用對稱布置方式，將智慧燈桿布置在道路兩側(cè)，保證夜間的照明度，避免對駕駛者造成眩光，以免影響正常的視覺觀察。

在智慧燈桿設(shè)計時，可以根據(jù)交通標(biāo)識的規(guī)范要求執(zhí)行設(shè)計工作。目前常用的智慧燈桿類型不同，A 類桿能夠搭載相應(yīng)的設(shè)備設(shè)施，包括導(dǎo)向牌、路名牌等，B 類桿可以搭載照明和監(jiān)控，搭載照明和分道指示。燈桿在布置時，正常路段將執(zhí)行均勻布置要求，并且綜合考慮公交停靠站等相應(yīng)信息，智慧燈桿的分層設(shè)施布置如圖1所示。傳統(tǒng)路燈功能單一，容易擠占道路空間，為了美化市容市貌，提高城市資源使用效果，可以采用智慧燈桿方式保證整體的視覺效果。

圖1 智慧燈桿的分層設(shè)施布置

4.4 智慧燈桿供電系統(tǒng)

智慧燈桿由多個設(shè)備共同組成，為了滿足設(shè)備的使用要求，必須采用連續(xù)穩(wěn)定可靠的供電方式。本次工程采用一臺變壓器，為10kV/0.4kV 專用箱式變壓器，嚴(yán)格控制高壓供電以及低壓供電，確保其符合規(guī)范要求。在設(shè)計過程中做好了專用箱變低壓出線預(yù)留工作，以滿足節(jié)日彩燈等用電負(fù)荷。同時做好電源供電壓降控制工作，以此保證設(shè)備的正常運(yùn)行，保證電壓的穩(wěn)定。

4.5 智慧燈桿照明控制

環(huán)保節(jié)能是未來城市發(fā)展的主要方向，如何降低電力消耗也是城市智慧燈桿照明設(shè)計當(dāng)中必然要思考的問題，所以智能照明控制系統(tǒng)便應(yīng)用和生產(chǎn)。該系統(tǒng)在運(yùn)行時可以對區(qū)域天氣、道路亮度等相關(guān)因素進(jìn)行綜合考慮，以此實(shí)現(xiàn)智能化的控制目的。具體的實(shí)現(xiàn)方式主要包括兩個方面。第一，充分分析天氣、人車流情況，通過多重因素的共同組合對時間開關(guān)進(jìn)行有效控制，如果出現(xiàn)人車流量多，天氣陰暗的情況，可以采用全部開啟方法，增強(qiáng)整體的亮度。第二，燈具采用聯(lián)網(wǎng)方式，智能控制系統(tǒng)的運(yùn)行，能夠?qū)γ恳槐K燈或相隔的路燈進(jìn)行開啟或是調(diào)光，以此來對一定范圍內(nèi)的燈具進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，從而達(dá)成最終的節(jié)能效果。從系統(tǒng)組織架構(gòu)的實(shí)踐角度來看，首先需要完成燈聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，其次對燈具內(nèi)的LED燈進(jìn)行模組，然后根據(jù)實(shí)際運(yùn)營狀況，對系統(tǒng)組織架構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，最后采用后臺處理方式，將具體的數(shù)量傳輸?shù)竭\(yùn)營部門。

4.6 智慧燈桿線路管道敷設(shè)和遠(yuǎn)期預(yù)留

智慧燈桿系統(tǒng)在建設(shè)過程當(dāng)中需要保證美化環(huán)境的效果，可以采用埋地敷設(shè)的方式，并且嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定組織管道敷設(shè)工作。為了方便光纖以及電纜的分支連接，需要預(yù)留連接手孔井，位置在智慧燈桿的旁邊，與此同時還需要設(shè)置一定的穿管線，能夠?qū)崿F(xiàn)和配套手井之間的連通，具體數(shù)量在4～8 根，如何確定埋管的數(shù)量，必須根據(jù)設(shè)備的使用情況來進(jìn)行綜合分析。城市的建設(shè)是一個長期的過程，需要考慮到后期城市主干路次干路的預(yù)留情況，這也是管道埋設(shè)過程必須思考的一個問題，在管位設(shè)計方面不少于6 孔φ75～φ110 管道。通信管道埋深見表1。

表1 通信管道埋深（單位：m）

為了避免管道出現(xiàn)混淆的情況，可以根據(jù)權(quán)屬單位采用不同的顏色，不僅能夠提高區(qū)分的效率，而且也能夠方便后期檢修工作的開展。在此過程中需要注意保護(hù)管的承壓強(qiáng)度，需要能夠滿足機(jī)動車道和有通行車輛的路段要求，如果出現(xiàn)預(yù)埋通信管道埋深小于1m 的情況。必須采用混凝土包封的方式，嚴(yán)格按照規(guī)范要求組織管道的敷設(shè)，對于強(qiáng)電、管線和弱電管線來說，不能使用同一管道，而且管道在敷設(shè)時需要控制，兩者之間的凈距不能低于0.25m。智慧燈桿線路管道在敷設(shè)過程當(dāng)中必須綜合思考長遠(yuǎn)性需求，做好預(yù)留工作，以此保證相應(yīng)的接入服務(wù)能力。

4.7 智慧燈桿接地與防雷

接地與防雷是智慧燈桿建設(shè)當(dāng)中的重要部分，必須嚴(yán)格按照國家的規(guī)定要求執(zhí)行，以此保證各項(xiàng)參數(shù)、性能符合要求。路燈燈桿應(yīng)設(shè)置接地極，連接母線和垂直接地分別采用熱鍍鋅扁鋼和熱鍍鋅角鋼。對于箱變的低壓配電系統(tǒng)來說，接地形式為TN-S 制。金屬外殼之類應(yīng)當(dāng)可靠接地，并且做好環(huán)形接地體。對于外露可導(dǎo)電部分來說，路燈基礎(chǔ)的鋼筋可靠連接并做重復(fù)接地，嚴(yán)格控制接地電阻，保持在4Ω內(nèi)。同時觀察智慧燈桿的位置，處于橋上的時候，需要焊接基礎(chǔ)鋼筋和橋梁板筋，形成電氣通路。防雷保護(hù)方面將采用法蘭盤不小于θ12 的連接螺桿，并做好與混凝土基礎(chǔ)內(nèi)主鋼筋的連接工作，構(gòu)建自然接地裝置。防雷方面接閃器及避雷引下線可采用金屬燈桿桿體，雷電引下之后，可通過接地裝置或是接地網(wǎng)進(jìn)行泄流。

5 結(jié)語

智慧市政建設(shè)專業(yè)性系統(tǒng)性很強(qiáng)，必須秉承以人為本的原則，將技術(shù)引入到市政建設(shè)當(dāng)中，為此需高度重視電氣工程自動化技術(shù)在實(shí)踐當(dāng)中的普及，并且做好與信息技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)工作，推進(jìn)智慧市政建設(shè)的全面發(fā)展。