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“5G 智慧灯杆”在智慧城市中的应用探讨

2019-10-26  GXF360

引言

自2008年国际商业机器公司(IBM)提出“智慧地球”概念后,全球进入“智慧城市”建设新的热潮。2018年《智慧城市顶层设计指南》等4项智慧城市相关国家标准的发布,进一步完善了我国智慧城市的建设和评价标准[1]。随着我国从“移动互联”向“万物互联”新时代的转型,尤其是物联网、车联网、人工智能、大数据等新兴产业的崛起,对未来的信息传输网络性能提出更高的要求[2]。而5G作为下一代移动通信技术,5G的应用将渗透到社会生活、生产的各个领域。5G网络基础设施部署将成为是建设新型智慧城市的必备条件。而城市路灯设施数量大、覆盖范围广,是智慧城市的最佳感知终端载体。将智慧灯杆与5G基站结合是推进智慧城市基础设施融合的最佳突破口。

1 智慧灯杆

智慧城市是指利用各种信息技术或创新概念,将城市的系统和服务打通、集成,以提升资源运用的效率,优化城市管理和服务,以及改善市民生活质量。因此,智慧城市需要一个信息采集、传输和发布的有效载体。路灯在城市中具有分布广泛、带有市电等特点,在智慧城市建设的大潮中,路灯成了最佳的感知终端载体,是智慧城市落地的最佳切入点。而智慧路灯以路灯杆为载体,是集成了各种信息设备、技术创新复合应用的智能产品,具备智慧照明、环境信息采集、安防及道路智慧监控、微基站、信息发布、应急可视广播以及电动汽车智能充电桩等多种功能。

1.1 应用情况

路灯灯杆经历了从单一的照明功能型路灯杆到多功能合成杆,再到智慧灯杆的过程。路灯的控制技术也经历了“三遥”、“五遥”、单灯控制,到当前的智慧灯杆控制[3]

近年来,我国多个城市进行了智慧灯杆的试点项目,如上海、杭州、深圳、长沙、广州、天津等。从试点应用的情况来看,智慧灯杆大都从硬件上集合了智能照明、视频监控、信息发布、环境感知、紧急呼叫、无线WIFI、充电桩等各项功能,但是只是各项功能的硬件拼凑,各项功能之间的联系非常弱。如果按硬件(多功能杆)、软件(监控平台)、系统(城市智能管理)来分,目前智慧灯杆发展仅在硬件阶段,离系统级的智慧还有一段距离。同时,因为智慧灯杆各个功能分属不同的政府管理部门,如照明、交通、环境、公安、气象等,各职能部门的整合、协同困难非常大。对于封闭的街道、学校、范围明确的景区等,智慧灯杆的作用比较明显,在这些集中管理模式的区域,智慧灯杆的各项功能可以帮助管理人员处理突发状况,提高管理效率。

1.2 智慧灯杆在智慧城市建设中的作用

《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》指出:到2020年,建成一批特色鲜明的智慧城市。建设智慧城市,对提升城市可持续发展能力具有重要意义。根据GB/T 34678—2017《智慧城市技术参考模型》,智慧城市技术参考模型自下而上包括物联感知层、网络通信层、计算与存储层、数据及服务融合层、智慧应用层。智慧灯杆作为信息载体,在智慧城市技术模型不同层中都有着重要的用途。

1)物联感知层,主要提供对环境空间智能感知能力。智慧灯杆是城市覆盖广、数量多的基础设施,通过加载环境监测传感器、视频摄像头可以实现对城市范围内的环境数据、公共安全数据采集和监测控制。

2)网络通信层,包括大容量高带宽的光网络和全城覆盖的无线网络。智慧灯杆既可以作为光网络的光纤节点,又可以加挂移动通信天线成为微基站,尤其在5G时代,智慧灯杆能够解决基站密集的部署需求。

3)计算与存储层,包括软件资源、计算资源和存储资源。随着物联网、人工智能和大数据技术的发展,实时空气质量监测、照明控制、智能视频分析等应用包括无人驾驶应用的许多数据将在网络边缘处理,智慧灯杆能够加载多种传感器,且可以供电,成为智慧城市的重要边缘计算节点。

4)智慧应用层,基于各种行业或领域的智慧应用或应用整合。智慧灯杆已经普遍被认为是智慧城市多种应用中最有效的切入路径之一,是智慧城市的主要载体,可拓展智慧城市的各种功能,如智慧照明、新能源充电、智慧安防、环境(气象/消防/污染)监测、公共WiFi、智慧交通、智慧停车、信息交互、一键报警等,是智慧城市信息采集终端和便民服务终端。

文中介绍了一种基于Android平台的高血压监测预警系统设计方案,为用户提供血压、心率监测、智能预警以及健康指导等功能,对于缓解医疗资源紧张、辅助家庭监护系统、降低患者病死病残率,提高生活质量等方面具有一定的作用。同时,为高血压移动医疗软件的设计与开发提供了新的思路。

2 “5G+智慧灯杆”的应用探讨

随着5G技术的成熟,2019年5G正式步入商用。截至2019年3月底,华为5G基站出货量已经超过40000个,5G网络建设迫在眉睫。由于传统基站建设模式存在重复建设、资源浪费、成本高等诸多问题,且人们对健康、环保、市容等方面的要求越来越高,移动通信基站建设朝着“集约化”和“景观化”方向发展已经成为共识。结合我国提出的“建设资源节约型、环境友好型社会”发展战略,研究更加开放的、与智慧城市基础设施融合的5G建设模式成为当前的热点课题,其中智慧灯杆与5G基站的结合是最佳的突破口。

2.1 智慧灯杆作为5G基站载体优势明显

高频段是5G网络的主要频段,在5G的热点高容量典型场景中将采用宏微异构的超密集组网架构进行部署,以实现5G网络的高流量密度、高峰值速率性能。为了满足热点高容量场景的高流量密度、高峰值速率和用户体验速率的性能指标要求,基站间距将进一步缩小,预计5G微站数量将达到4G网络的10倍以上,这将是5G网络部署的巨大挑战。

在智慧城市的规划建设中,智慧灯杆因具备通电、联网、广布的优势而成为物联网在城市中的重点应用领域,且在满足应用功能的同时兼顾了集约性和景观性,这些特点恰恰与5G微站建设配套需求不谋而合。

1) 依靠数据员人工进行轴型和车型比对,根据车辆标准轴型进行判断。这种方法对数据员的经验和技能要求较高,工作效率较低。

1)智慧灯杆作为分布最广、最密集的市政设施可以满足5G超密集组网的站址需求。路灯杆间距一般在不超过灯杆高度的3倍,在20~30 m之间[6],5G微基站覆盖范围根据功率不同,在100~250 m之间,按每根灯杆集成一套5G系统,路灯杆的数量至少可以满足三家电信运营商建站需求。

2)智慧灯杆的供电系统可以解决5G微基站建设电缆敷设的问题。

店子几天没开门,老巴立即忙着清理货物。阿东上前帮忙说:“爸爸你要不要歇几天。你的腿磨成那样了,最好去医院上点药。”

3)智慧灯杆作为常见的市政设施,外型和谐美观,可以减少因电磁辐射、市容风貌带来的社会问题。

4)以智慧灯杆为5G基站载体,可以避免城市基础设施的重复资金投入,资源浪费等问题,同时极大地降低人工巡检、管理维护等费用开支。

育苗期的管理:出苗后到真叶出现白天温度控制在20~22℃,夜间12℃左右,到1~3片真叶时,白天温度控制在25~30℃,夜间以12~15℃为宜,定植前3~5天,夜间温度降到10℃左右。待长到3叶期准备移栽前,加大通风量,减少浇水,进行炼苗。苗期主要喷施普利克、杀毒凡等药剂,防治幼苗病害。

由以上的分析可知,智慧灯杆作为5G载体,优势明显,不仅可以解决5G建设的难题,还大幅地降低城市建设成本和提升城市运维效率,因此,我们可以说,“5G需要智慧灯杆”。一些地方政府也出台了相关政策,比如:《浙江省人民政府关于加快推进5G产业发展的实施意见》明确指出,各级政府要在土地、电力接引、能耗指标、市政设施等资源要素上给予重点保障,免费开放办公楼宇、绿地资源、杆塔等,支持5G基站建设;《广东省加快5G产业发展行动计划(2019—2022年)》明确指出,免费开放公共建筑和杆塔等资源支持5G基站建设,禁止任何单位或个人在基站建设和运行维护中违规收取额外费用。

2.2 5G基站为智慧灯杆的多功能应用提供支持

现阶段的智慧灯杆更多的是一个硬件功能的拼凑,并没有实现软件级和系统级的智慧。而要实现智慧灯杆上的智能照明、智能安防、无线城市、智能感知、智慧交通、智慧市政等诸多应用,智慧灯杆需要5G网络为其提供基本的网络保障。

国际电信联盟描绘了至少三个可以预见的5G应用场景。一是增强的移动宽带(eMBB),简单说就是5G的下行峰值20 Gbit/s的速度可以满足很多应用,比如AR增强现实、VR虚拟现实等;二是大规模机器通信(mMTC),就是物联网应用;三是高可靠、低延时通信(uRLLC),这就包括了人工智能、自动驾驶、交通控制、工业自动化等,这是目前介绍最多的5G应用场景。这三个应用场景必将加速智慧城市的发展,进一步实现智慧灯杆软件级与系统级的智慧,因此,我们可以说,“智慧灯杆需要5G”。

3 “5G+智慧灯杆”建设的相关建议

就目前的发展状况而言,智慧灯杆还没有普及,虽有多处试点,但缺乏统一的规划,具体的实施情况不理想。可以说,智慧灯杆还处于初步阶段,各项功能还处于不确定的状态。因此,“5G+智慧灯杆”的建设面临不少挑战,主要包括以下几个方面。

如果说仅仅是商界唯利是图,似乎还天经地义的话,那么,最可悲的那些从事文艺事业的也纷纷在经济大潮中奋不顾身地坠入洪流—不择手段、变本加厉地大肆攫取社会财富据为己有,其所作所为,不仅仅让自己斯文扫地、丑态百出,还把本该是“青山绿水、白云蓝天”的净境,折腾得乌烟瘴气、污浊不堪……

1)标准化方面。标准化可以有效规范智慧路灯的规划、设计、建设、运行及设备制造。虽然各项标准在不断地出现和完善[7],但是尚未形成统一的体系性标准,统一标准的缺乏,导致地方建设各自为政,无法形成规模效应。

2)数据运维管理方面。“5G+智慧灯杆”上各个应用功能,涉及到不同的政府职能管理部门,各部门之间的壁垒难以打破,利益难以协调。

3)投资建设方面。“5G+智慧灯杆”单杆投资成本高,要大规模推广应用,需消耗较大的投资建设成本,由谁建、谁来运维都是需要积极思考的问题。

针对上述挑战和存在问题,我们认为,应从多方面入手解决。首先,从标准化制定入手,通过顶层设计和规划,科学合理、成体系的编制出台相关标准,引导、促进技术提升与产业应用。同时,在标准的制定中,需要有开放性、创造性和前端性的思维。当然,标准体系的编制是动态的。随着技术的不断发展,标准也应该进行适当的调整,这样才能不断完善。其次,从管理层面考虑,高度重视数据运维、管理和利用,各政府职能部门之间需有一个统一的管控、调度和决策,甚至产生新的职能部门,通过总分的层级结构,协调各方需求。最后,在投资建设方面,需要寻找合理的建设模式,分区域、分阶段地实施,通过开放设计、开放资源和开放政策,发挥政府、运营商、设备厂商等各方的力量,积极吸纳民众意见,强化公众参与意识,从而使智慧灯杆建设产生最大的效能。

文化认同(cultural identity)指个体对于所属文化以及文化群体形成归属感(sense of belonging)及内心的承诺(commitment),从而获得保持与创新自身文化属性的社会心理过程。

4 结束语

目前智慧城市还处于初步阶段,系统构建庞大而复杂,建设阻力也非常大。智慧灯杆作为承载智慧城市感知层的基础设施平台,是智慧城市建设中至关重要的一环。“5G+智慧灯杆”如何与智慧城市进行深度的融合,还有漫长的磨合期,不仅是技术方面的问题,还涉及到政府职能部门的规划、建设和管理等方面,是一个复杂的系统工程。随着5G大规模商用的推进,5G基站建设迫在眉睫。若5G利用好智慧灯杆的发展契机,将可以节省大量人力、财力和物力。同时,“5G+智慧灯杆”通过智慧灯杆的不同使用场景,可以解决5G网络相应的点、线、面全覆盖问题,解决热点地区的深度覆盖问题。我们认为,未来“5G+智慧灯杆”将形成一个闭环,满足互联网、物联网及车联网等的发展需求,更好地服务智慧城市建设。

1.3 统计学方法 采用SPSS 16.0统计学软件对数据进行处理。计量资料用均数±标准差表示,组间比较采用t检验。计数资料用例(百分率)表示,组间比较采用χ2检验。采用直线相关分析及多元线性逐步回归分析各指标间关系。以P<0.05为差异有统计学意义。

参考文献

[1] 王飞.浅析“智慧灯杆”的发展和应用[J].智能城市,2019,5(9):17-18.

[2] 张惠乐.浅谈以“5G+智慧灯杆”推进智慧城市建设[J].计算机产品与流通,2018(5):67.

[3] 吴春海.智慧路灯的应用探讨[J].照明工程学报, 2017,28(5):37-39.

[4] 吴春海.深圳LED路灯应用及展望[C]//中国照明学会.2016年中国照明论坛——半导体照明创新应用暨智慧照明发展论坛论文集.北京:中国照明学会,2016.

[5] 方景,邴赫亮,肖辉.照明控制技术的进展[J].照明工程学报,2014,25(2):10-14.

[6] 城市道路照明设计标准[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2016.

[7] 庄晓波,李文鹏,杨樾.智慧路灯标准体系框架研究[J].照明工程学报,2016,27(4):12-20.

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