基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能充換電安全運(yùn)營新模式

中國鐵塔股份有限公司上海市分公司 陳晶晶

電動(dòng)自行車是以蓄電池為輔助能源的交通工具，修訂后的《電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范》于2018 年5 月批準(zhǔn)發(fā)布。常見的電動(dòng)自行車充換電設(shè)施，包括充電樁、充電柜、換電柜等。文章基于實(shí)踐，先簡要闡述關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G 及充換電、安全運(yùn)營等核心概念的內(nèi)涵，以“基于5G+智能充換電安全運(yùn)營平臺(tái)”為優(yōu)秀案例研究，探究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能充換電安全運(yùn)營模式的要素。

電動(dòng)自行車是常見的城市交通工具，為人們生活及工作學(xué)習(xí)提供便利。充電樁作為城市的基礎(chǔ)設(shè)施之一，其需求量大，應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的電動(dòng)自行車的充電系統(tǒng)中常存在不足，首先是操作繁瑣，需要用現(xiàn)金或充值后使用，一定程度上會(huì)加大用戶的成本支出；其次則是運(yùn)營管理困難，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。此類充電設(shè)施往往要管理者定期維護(hù)巡視，若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)損害，還可能埋下安全隱患；最后則是充電狀態(tài)混亂，管理困難?，F(xiàn)經(jīng)試驗(yàn)提出可基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IoT）構(gòu)建智能充換電運(yùn)營模式及平臺(tái)，以提升智能充換電運(yùn)營的安全性。

1 核心概念界定

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及5G

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）起源于傳媒領(lǐng)域，是信息科技產(chǎn)業(yè)的第三次革命，其核心為“萬物互聯(lián)”。IoT 包含了三大關(guān)鍵層次，分別為感知、網(wǎng)絡(luò)傳輸、應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)通過各種信息傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)等裝置與技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體信息的采集、監(jiān)控及連接。5G 即第五代通信技術(shù)，是新時(shí)期下的新型移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。5G 技術(shù)不僅能解決基礎(chǔ)的通信問題，且還能為用戶提供虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、超高清視頻等體驗(yàn)，在車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)等諸多行業(yè)領(lǐng)域均能發(fā)揮其重要作用。關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)和5G 間的關(guān)聯(lián)，可以理解成物聯(lián)網(wǎng)是應(yīng)用5G 的基礎(chǔ)條件，發(fā)展5G 的目的是為了能夠給我們的生產(chǎn)和生活帶來便利，而物聯(lián)網(wǎng)就為5G 提供可發(fā)展的平臺(tái)[1]。

1.2 充換電

電動(dòng)自行車充換電站是為電動(dòng)自行車提供充、換電的能源站，有智能充電樁、共享充電站、智能充電柜、智能換電柜等。據(jù)有關(guān)普查資料數(shù)據(jù)顯示：我國是兩輪電動(dòng)車保有量超3 億，每年電動(dòng)車銷量在4 ～5 千萬臺(tái)，每年產(chǎn)值大概2 ～3 千億。同時(shí)調(diào)查顯示近年來我國對(duì)電動(dòng)車的需求量不斷提升，現(xiàn)有需求人次超5 億。假設(shè)日均騎行需求7 億，按照用戶平均2 天/次電的使用習(xí)慣，每天換電的需求為2 千億次。傳統(tǒng)兩輪電動(dòng)車的充電存在著電池壽命周期較短、家庭或社區(qū)充電安全隱患、存放占用場(chǎng)地、充電等待時(shí)間久等常見問題，以換代充模式則是更為高效、長遠(yuǎn)的補(bǔ)能方式，安全性高。通過建設(shè)充換電站，進(jìn)行電動(dòng)車充電和電動(dòng)車換電，還能引導(dǎo)更多居民在室外充電，為維護(hù)安全的居住環(huán)境創(chuàng)造條件。

1.3 安全運(yùn)營

2019 年BCS 北京網(wǎng)絡(luò)安全大會(huì)上，安全運(yùn)營分論壇特圍繞“安全運(yùn)營”展開研究，獲得廣泛關(guān)注[2]。安全運(yùn)營指為實(shí)現(xiàn)某個(gè)安全目標(biāo)來提出構(gòu)想并驗(yàn)證分析的過程。作為安全運(yùn)營工程師，常需要查看各類安全設(shè)備和軟件運(yùn)行是否正常，各類審計(jì)系統(tǒng)等，并推進(jìn)各類安全項(xiàng)目。通過開展安全運(yùn)營工作，旨在能將安全服務(wù)質(zhì)量維持在穩(wěn)定的區(qū)間范圍內(nèi)，保障能提高優(yōu)質(zhì)化服務(wù)[3]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能充換電安全運(yùn)營平臺(tái)新模式

2.1 案例分析簡介

2.1.1 案例名稱

基于5G+智慧能源的示范場(chǎng)景應(yīng)用——基于5G+智能充換電安全運(yùn)營平臺(tái)。起止日期：2021 年1 月至今（項(xiàng)目仍在不斷優(yōu)化完善中，即將規(guī)模性推廣）項(xiàng)目所在地：上海。項(xiàng)目投資額：截止2022 年5 月30 日，累計(jì)投資792 萬元。項(xiàng)目自2021 年1 月開展以來，已探索地鐵站、快遞站、商圈及社區(qū)小區(qū)等場(chǎng)景地域，目前主要以上海浦東北蔡鎮(zhèn)、上海地鐵、上海多家京東物流快遞能源站、上海郵政多區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)等為示范試點(diǎn)，已發(fā)生投資額近千萬元，上海浦東北蔡鎮(zhèn)區(qū)域累計(jì)發(fā)生投資額為792 萬，其中鐵塔能源投入492 萬，主要用于能源站充電樁換電柜硬件設(shè)備投入以及現(xiàn)場(chǎng)安裝、日常運(yùn)維等；上鐵院投入300 萬，主要為前期調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)勘查以及起草標(biāo)準(zhǔn)等人工費(fèi)用。

2.1.2 技術(shù)方案

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)：（1）設(shè)備故障診斷和設(shè)備預(yù)測(cè)維護(hù)：對(duì)于換電柜自身運(yùn)行狀況以及每個(gè)電瓶中的每節(jié)電池的充電情況以及可用情況，通過攝像頭、傳感器等接入5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控；（2）人工智能技術(shù)（AI）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，評(píng)估設(shè)備狀態(tài)，并根據(jù)結(jié)果制定維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，以確保充電服務(wù)的連續(xù)、安全、高效；（3）為了減少安全隱患：相關(guān)部門嚴(yán)令禁止飛線充電以及戶內(nèi)充電，換電柜及充電樁的加速推廣將有利于編織一張遍及全市的電瓶車充電服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)地圖，為城市治理提供強(qiáng)有力的服務(wù)保障；（4）積極響應(yīng)國家的雙碳政策：對(duì)換電柜及充電樁的能源供給側(cè)做標(biāo)準(zhǔn)化改造，因地制宜地開展新能源低碳建設(shè)，所有新能源的服務(wù)供應(yīng)也將采用5G 手段進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)；（5）積極響應(yīng)國家消防局上海消防局防火政策：通過本項(xiàng)目系統(tǒng)平臺(tái)，提高社區(qū)安全管控并通過算法計(jì)算提前檢測(cè)預(yù)警，大幅降低了社區(qū)火災(zāi)發(fā)生的情況，確保人民的財(cái)產(chǎn)安全和生命安全。

2.1.3 5G 融合性方案場(chǎng)景

（1）上海浦東北蔡鎮(zhèn)。北蔡鎮(zhèn)目前共有10 個(gè)村，電動(dòng)自行車保有量近2 萬輛，村民安全充電意識(shí)較弱，居家充電較常見。2021 年5 月《上海市非機(jī)動(dòng)車安全管理?xiàng)l例》實(shí)施，為解決電瓶車充電難題，基于5G+智能電網(wǎng)示范場(chǎng)景應(yīng)用落地項(xiàng)目技術(shù)方案針對(duì)5G+場(chǎng)景下城市新型電動(dòng)車能源治理與服務(wù)，項(xiàng)目實(shí)施案例區(qū)域上海浦東北蔡鎮(zhèn)堵疏結(jié)合，以“農(nóng)村地區(qū)、居民小區(qū)、商圈商鋪”三大應(yīng)用場(chǎng)景為切入點(diǎn)，鐵塔積極助力鎮(zhèn)城運(yùn)辦，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，推動(dòng)會(huì)議部署，落實(shí)“一村一方案”要求，全覆蓋解決村民集中充電場(chǎng)所智能充電樁建設(shè)。自新政出臺(tái)以來，2 個(gè)月內(nèi)共建簡易8020 端口停車棚802樁，覆蓋浦東14 個(gè)街道鎮(zhèn)，其中農(nóng)村2060 端口206 樁，共享站街邊20 端口2 樁，240 端口24 樁，社區(qū)5700 端口570 樁，這些充電端口基本緩解了就近村民“集中停、安全充”無條件的狀況。

（2）鐵塔—地鐵新能源換電業(yè)務(wù)合作方案。鐵塔公司經(jīng)過與地鐵能源有限公司的多次線上及線下溝通，并且通過初次合作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，其初步達(dá)成合作意向，基于雙方，開放地鐵公司物業(yè)紅線內(nèi)資源，供鐵塔布放換電柜，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合運(yùn)營，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),資源共享,以合作促發(fā)展。雙方合作的初步方案考慮第一批10 個(gè)點(diǎn)位由申通后勤部提供的基地點(diǎn)位，在門衛(wèi)室外側(cè)，紅線控制區(qū)內(nèi)進(jìn)行安裝。本項(xiàng)目模式推廣后，可進(jìn)一步完善電動(dòng)兩輪車充換電網(wǎng)絡(luò)，帶動(dòng)新國標(biāo)電動(dòng)兩輪車個(gè)人用戶的銷售或租賃。

（3）鐵塔—京東快遞能源站疫情騎手派送保供支撐。為解決疫情防控期間近期配送難、人員少的問題，京東將從外省調(diào)撥3000 名騎手支援上海，希望鐵塔公司提供盡可能多的二輪電動(dòng)車和電池，解決配送單量大、距離長的難題。上海分公司積極配合、傾盡全力，與京東全面開展合作。當(dāng)晚上海分公司連夜敲定配送應(yīng)急方案，緊急調(diào)撥公司資源，組織線下全部換電渠道商進(jìn)行協(xié)調(diào)京東保供方案。三天內(nèi)累計(jì)出動(dòng)包括代維合作伙伴人員在內(nèi)的保障人員48 人次進(jìn)行勘查建設(shè)，克服施工人員少、物流搬運(yùn)不暢等困難并在保障安全的前提下，縮短施工周期連夜完成13 個(gè)點(diǎn)位施工建設(shè)，全力做好疫情防控和京東保供換電點(diǎn)位建設(shè)支撐工作。

（4）疫情防控—上海最后一公里保駕護(hù)航派送騎手紅色加油站。鐵塔加強(qiáng)與政府黨建合作，獲取政府資源，推進(jìn)換電業(yè)務(wù)發(fā)展[4]。設(shè)立騎手之家升級(jí)版，建設(shè)戶外流動(dòng)“紅色加油站”，為騎手提供臨時(shí)休息場(chǎng)所，并配置換電柜。浦東新區(qū)由區(qū)組織部號(hào)召，區(qū)黨建服務(wù)中心牽頭36 個(gè)街鎮(zhèn)設(shè)立“紅色加油站”（每個(gè)街鎮(zhèn)不少于5 個(gè)點(diǎn)位，且必須配備換電設(shè)施），為外賣騎手提供戶外及沿街臨時(shí)休息場(chǎng)所。浦東鐵塔作為入圍換電企業(yè)積極響應(yīng)新區(qū)工作，截至2022 年3 月底，主動(dòng)完成22 個(gè)街鎮(zhèn)對(duì)接，上報(bào)47 個(gè)點(diǎn)位至區(qū)黨建服務(wù)中心。

（5）箱伴同行，騎手加油站-上海西區(qū)分公司。普陀區(qū)以萬里街道為試點(diǎn)，推進(jìn)“箱伴同行”騎手加油站工作，包括換電柜、充電樁和騎手愛心柜等一系列服務(wù)騎手的設(shè)施組成，其中鐵塔公司主要負(fù)責(zé)換電柜和充電樁的建設(shè)。截至2022 年3 月低，鐵塔公司配合區(qū)委組織部完成“騎手加油站”外觀設(shè)計(jì)，完成試點(diǎn)點(diǎn)位“萬里雅筑”小區(qū)的換電柜安裝施工建設(shè)，并對(duì)萬里街道范圍內(nèi)近20 個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行排摸查勘，同時(shí)已同宜川、真如等街道啟動(dòng)對(duì)接。2022 年3 月，西區(qū)與普陀區(qū)區(qū)委組織部對(duì)接，將對(duì)新建設(shè)的新業(yè)態(tài)群體黨群服務(wù)中心進(jìn)行換電柜建設(shè)運(yùn)營，預(yù)計(jì)配置6 臺(tái)換電柜并噴漆美化。

（6）鐵塔能源走進(jìn)快遞網(wǎng)點(diǎn)之上海郵政。1）汽車充電樁。2020 年4 月，鐵塔公司走進(jìn)快遞網(wǎng)點(diǎn)上海郵政，針對(duì)《汽車充電樁租賃服務(wù)框架協(xié)議》，截止目前，共建設(shè)230 個(gè)7kW 交流樁，32 個(gè)60kW 直流樁，服務(wù)了143 個(gè)網(wǎng)點(diǎn)。2021 年鐵塔公司共計(jì)服務(wù)郵政新能源汽車充電5800 余次；累計(jì)通過電話、微信群等響應(yīng)設(shè)備技術(shù)咨詢370 余次；確需上門處理的、現(xiàn)場(chǎng)處理故障35 次，均在2h 內(nèi)快速響應(yīng)，并在要求時(shí)間內(nèi)完成故障處理。2）低速電動(dòng)車電池及充電柜合作。鐵塔公司與上海郵政于2020 年3 月簽訂業(yè)務(wù)合作訂單。截止目前，共建設(shè)完成1100 套充電柜，投放4972 組電池。2021 年至今鐵塔公司充電柜累計(jì)服務(wù)郵政網(wǎng)點(diǎn)193 個(gè)；服務(wù)郵政郵遞員約3500 人；累計(jì)完成充電柜設(shè)備類故障處理10 次，均在當(dāng)天響應(yīng)并完成故障處理；且每天提供電話技術(shù)支持服務(wù)（操作性問題、簡單異常處理等）30 ～50 次，保障了郵政快遞業(yè)務(wù)的正常進(jìn)行。

（7）走進(jìn)上?？偣?huì)。鐵塔公司前期和上海市總工會(huì)合作進(jìn)行充電柜、換電柜的合作，鐵塔公司為上海市總工會(huì)所設(shè)立的全市戶外職工愛心接力站進(jìn)行充電服務(wù)升級(jí)，提供100 臺(tái)充電柜的安裝、維護(hù)及免費(fèi)使用服務(wù)。后續(xù)鐵塔公司與上海市總工會(huì)的合作通過鐵塔結(jié)合自身換電業(yè)務(wù)建設(shè)容納騎手休息、修車、換電為一體的“騎手之家”，同時(shí)“騎手之家”可作為總工會(huì)的一個(gè)愛心接力站點(diǎn)，工會(huì)參與到室內(nèi)宣傳文案制作和安裝，民生服務(wù)設(shè)施提供（如常用家電、桌椅板凳等）。在寒暑、節(jié)假日開展慰問活動(dòng)時(shí)由工會(huì)和鐵塔共同參與慰問活動(dòng)計(jì)劃制定，雙方共同確認(rèn)慰問活動(dòng)方案并贈(zèng)予慰問品。以建設(shè)騎手行業(yè)綜合服務(wù)體系為目的，建設(shè)出有服務(wù)、有競(jìng)爭、有愛心的樣板空間。后續(xù)也可以線下的“騎手之家”“愛心接力站”為載體，積極開展符合工會(huì)和鐵塔特色的服務(wù)體系，如節(jié)日慰問、技能培訓(xùn)比賽、法律援助、娛樂活動(dòng)、保險(xiǎn)服務(wù)、體檢服務(wù)等。

（8）靜安老舊小區(qū)，建設(shè)智能充電樁+消防配套設(shè)施方案。經(jīng)過全力排查梳理173 個(gè)小區(qū)和4620 個(gè)非機(jī)充電端口及消防配套設(shè)施的建設(shè)需求，解決電動(dòng)車充電的安全隱患。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能充換電安全運(yùn)營平臺(tái)要素

2.2.1 安全運(yùn)營架構(gòu)

（1）安全防護(hù)框架，該框架可部署安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，便于實(shí)時(shí)檢測(cè)平臺(tái)的運(yùn)營狀況；（2）安全運(yùn)維框架，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)信息的采集，處理信息后輸出告警，進(jìn)入事件處理和流程[5]；（3）安全驗(yàn)證框架，該框架的作用主要是確保前兩個(gè)框架的有效性；（4）安全度量框架，用于評(píng)定智能充換電安全運(yùn)營平臺(tái)的安全度量指標(biāo)。

2.2.2 安全運(yùn)營工具

（1）SIEM 平臺(tái)：該工具可搜集運(yùn)營平臺(tái)的信息并存儲(chǔ)、分析，檢測(cè)異常情況[6]；（2）ITIL：該工具負(fù)責(zé)接收來自上一平臺(tái)（即SIEM）的信息，并且產(chǎn)生工單，將其推送到安全運(yùn)營工程師及相關(guān)人員手中，以及時(shí)采取處理對(duì)策；（3）安全控制自動(dòng)化工具。該工具用于對(duì)SIEM 的信息實(shí)施自動(dòng)化操作。例如若有外來攻擊源頭影響到智能充換電安全運(yùn)營平臺(tái)，進(jìn)一步搜集該文件的樣本信息。

2.2.3 安全運(yùn)營資源

資源一般包括流程與機(jī)制、組織架構(gòu)、人員等，是實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)營的保障性措施。（1）流程與機(jī)制。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能明確安全事件發(fā)生的級(jí)別，并及時(shí)安排人員按照特定的要求來處理。另外，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可對(duì)智能充換電安全運(yùn)營平臺(tái)進(jìn)行分析，持續(xù)改進(jìn)流程；（2）組織架構(gòu)，具體的安全運(yùn)營人員和規(guī)模要根據(jù)實(shí)際情況配置。以大型的企業(yè)為例，負(fù)責(zé)安全運(yùn)營的人員甚至超過上千人，本次案例中研究的智能充換電安全運(yùn)營平臺(tái)，可按照1:2:3的比例配置運(yùn)營人員。其中，“1”即一個(gè)平臺(tái)運(yùn)維人員，“2”代表兩個(gè)安全人員互備，雙方協(xié)作及反饋，“3”則外包安全一線人員3 名，負(fù)責(zé)安全事件的響應(yīng)和初步調(diào)查。

3 結(jié)語

綜上所述，本文基于實(shí)踐原則，分析了我國電動(dòng)自行車的安全運(yùn)營現(xiàn)狀后，從物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用的角度切入研究，以期能推動(dòng)使電動(dòng)自行車安全運(yùn)營與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)緊密結(jié)合，并推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在該領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在滿足社會(huì)服務(wù)需求的同時(shí)能提升經(jīng)濟(jì)效益。