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基于城市綜合桿件的物聯感知網絡及交互體系

2019-04-11    

來源:《照明工程學報》

   作者:臧鋒,黃李奔,王鵬展 南京市路燈管理處  

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導語: 作為物聯網時代的重要應用領域之一,智慧城市助力“十三五”中國經濟從高速增長轉向高質量發展,為建設網絡強國、實施“一帶一路”宏偉藍圖注入了新動能。在此背景下,江蘇省提出了《“十三五”智慧江蘇建設發展規劃》,南京市也提出了以“整合、智慧、創新”為期望的智慧城市建設要求。而城市照明燈桿以其高密度、廣覆蓋等先天優勢,成為未來智慧城市建設不可或缺的重要載體。

  引言

  作為物聯網時代的重要應用領域之一,智慧城市助力“十三五”中國經濟從高速增長轉向高質量發展,為建設網絡強國、實施“一帶一路”宏偉藍圖注入了新動能[1]。在此背景下,江蘇省提出了《“十三五”智慧江蘇建設發展規劃》,南京市也提出了以“整合、智慧、創新”為期望的智慧城市建設要求。而城市照明燈桿以其高密度、廣覆蓋等先天優勢,成為未來智慧城市建設不可或缺的重要載體。因此,新型智慧城市的建設要求,必然推動智慧燈桿產業的迅速發展。近幾年全國在路燈智慧化方面進行了諸多有益的探索和實踐[2-7],涉及多個專業,結合各類場景,呈現多種形態,有照明行業的智慧照明,有運營商的路燈基站,有新能源行業的路燈充電樁,有廣告行業的顯示屏廣告,有人工智能(AI)行業的基于邊緣計算的路燈感知機器人,還有集合十幾、二十種功能的“變形金剛”。目前,上海市政府確定了智慧燈桿建設的相關制度,進入大規模實施階段;而北京、杭州、香港特別行政區等地智慧燈桿項目也已加快試點。

  因此,智慧燈桿將成為未來一段時間內重要的城市基礎設施,我們需要通過頂層規劃、科學實踐、反復驗證、持續改進等過程,找到解決現存問題的最優路徑,最終建立一套與智慧燈桿、智慧城市發展戰略目標相匹配的建管養體系。

  1、智慧城市建設存在的問題分析

  1)城市基礎設施建設缺乏統籌性,智慧城市普遍存在重復投資的現象。從實操出發,新型智慧城市建設應與城市基礎建設同步實施,但由于缺乏頂層設計,在大多數情況下兩者難以統籌,當前城市綜合桿件物聯感知網絡及交互體系建設普遍存在硬件建設不同步、功能應用考慮不到位、實際應用不貫通、制度安排不明晰等現實問題。由于是兩個建設體系的融合,發包方式、監管體系、驗收移交流程、財政體系劃撥等需要全面統籌設計,才能保證整體項目實施有序。要考慮到信息產業和傳統產業在作業習慣、關注目標等方面的區別,制度建設才能夠把準著力點,從而有的放矢。

  2)缺乏準確的概念與定位,阻礙智慧燈桿可持續發展進程。一直以來,行業內外都將路燈的智慧化建設統稱為“智慧路燈”,對于“智慧路燈”的討論也從未間斷:燈具+基站+攝像頭就是智慧路燈?疊加多種功能就是智慧路燈?智慧路燈怎樣才能服務智慧城市?智慧化的路燈作為一個高度集成的項目,作為智慧城市在城市公共空間的落地載體,應該是一個自上而下的體系,有外延,能拓展,適配智慧城市建設要求,而不是簡單的多專業集合,更不是某一專業的單兵突進。

  3)智慧燈桿功能缺乏長遠規劃,影響應用場景迭代升級。目前來看,桿件上的主功能、邊際功能、擴展功能缺乏長遠結合的解決方案,必然導致應用難落地,項目難持續。近年來,杭州、南京、上海先后提出了城市建設合并桿的要求,尤其是上海以中國國際進口博覽會為契機,對合并桿的建設進行了更為細致成熟的思考與部署,《上海市道路合桿整治技術導則》中提出了路燈分層的概念,實現了硬件端可加載可復制的定制,形成了行業模板,為后續涉及交通安防、環境管理、城市服務、通訊服務、廣告加載等提供了想象空間。

  4)智慧燈桿建設、運營、收益方式不明確,缺乏持續源動力。綜合桿件涉及大量具體城市服務項目,這些領域由不同的政府部門、運營商、廣告商負責,同時牽涉大量技術與產品供應企業,運營模式應針對各專業進行區分定制設計,也可在建設初期,根據投資收益統籌明確運營方式。因此綜合桿件的設計建設不但要關注終端產品的銷售體驗,也要關注建設運營過程中的制度權益安排、技術優化升級及相關方體驗改善,從“路燈”中來到“路燈”中去,以利于項目落地和產品推廣。

  5)城市照明行業發展定位不明確,面臨新的重大抉擇。在城市綜合桿件的落地實施過程中,作為照明管理單位,由于在體制政策、作業模式、技術方案、操作體驗上存在較多的問題,難以落地執行。舉例來說,由于桿件權屬、決策機制、利益分配方式及具體實施過程中的諸多體制障礙,造成照明單位不敢干、不能干、不愿干的現實情況。此外,綜合桿件的技術方案、作業模式、操作體驗等仍需不斷優化,例如5G的推廣中利用路燈部署基站,構建網絡,極易變成對燈桿的直接掛裝,且存在如傳輸、電力、設施連接、結構穩定、設施美觀等諸多問題。與此同時,在政府主導下,通信行業、物聯網行業、照明行業三者之間,必然將經歷沖突、博弈,最終走向融合的新過程,如何正確安放照明行業的位置,使其獲得新的生機,是我們目前需要進行深入思考的問題。

  2、智慧城市建設的解決路徑

  2.1確立以智慧燈桿為核心的智慧城市統籌建設新模式

  1)分析智慧城市建設的最優路徑。要加快推進智慧城市進程,則應充分發揮路燈桿件資源的優勢,將各項功能與服務落地載體從松散的現狀,向高度集中的城市照明燈桿轉型,這是目前解決智慧城市重復投資的最優路徑。

  2)分析以智慧燈桿推進智慧城市的可行性。實踐表明,以智慧燈桿為核心建立智慧城市統籌建設新模式,具有可行性。新型智慧城市建設在室外公共空間中的應用,必須以同時具備傳輸通道網絡、設備部署載體、外接電源引入、應用落地部件等條件的基礎設施為載體,而路燈以其廣泛均勻分布、精確定位及傳輸電力網絡等天然屬性,成為新型智慧城市落地的優先選擇。同時,基于路燈的共建共享,也符合新型智慧城市頂層設計中共用一張基礎網絡的整體要求。

  2.2確立“基于城市綜合桿件的物聯感知網絡及交互體系”新概念

  1)科學認知“智慧燈桿”。在確定建立以智慧燈桿為核心的智慧城市體系的總體路線之后,則應從對智慧燈桿的全面、科學的定義,做到承上啟下。我們認知智慧燈桿,不應是狹義的而是廣義的,他不僅包括加載于燈桿上的某一類設備或者某一項功能,而是包括從數據采集、數據分析,最終轉化為服務的全過程體系。

  2)科學定義“智慧燈桿”。應稱之為“基于城市綜合桿件的物聯感知網絡及交互體系”,它由“綜合桿件”和“物聯感知網絡及交互”兩個基本元素組成,綜合桿件泛指城市公共空間的各類載體,物聯感知網絡及交互泛指整個空間網絡構建、感知布設、信息采集、數據處理和交互應用。其核心功能為通過綜合桿件建設和桿件設備加載,實現組建通訊及感知網絡、采集傳輸數據、反饋落地應用。并基于此,城市綜合桿件的物聯感知網絡及交互體系的產業生態,則可形成政府引領,資本介入,多方融合,跨界協同的生態系統,以城市綜合桿件為載體,以物聯感知網絡及交互體系的建設運營落地,最終與服務智慧城市無縫對接。

  2.3頂層規劃、制度先行、定制服務,形成與智慧燈桿定義相匹配的建設體系

  1)對智慧城市體系形成全面認知。在新型智慧城市的頂層設計中,其模式為“1+2+N”,即共用1張基礎網絡,打造大數據和城市運營2個中心,落地N個應用。在這個體系下,首先要實現結構化數據的共享,比如“智慧政務”,實現工商、民政、教育、醫療等數據共享,進而擴大應用,實現多種類、非結構化數據共享,為公安、交通、城管等部門服務。智慧燈桿則應服務與“1+2+N”各層次需求。

  2)基于智慧城市需求,進行智慧燈桿“云、管、端”三個層次的頂層設計。圍繞智慧城市數據收集、分析、存儲、應用全過程,建立“云管端”建設規劃。即智慧燈桿“端”建設,即加載于智慧燈桿側的各類功能應用設備終端,由各專業企業具體實施;智慧燈桿“管”建設,即供電網絡、數據傳輸網絡的實施,由屬地化的城市照明管理部門負責實施;智慧燈桿“云”,則為數據存儲企業。與此同時,由于“管”這一層級承上啟下,屬地化的城市照明管理部門還應承擔對“云”、“端”兩個層級的管理工作。

  3)以政府文件形式,保障智慧桿件推進方案實施。應形成地方性或行業性的智慧桿件設施導則,將智慧燈桿作為城市基礎設施標準配置,規定桿件??榛杓?、管道預留設計,在新建、改造過程中,逐步完成傳統燈桿向智慧燈桿的轉型升級;并應同步明確“云、管、端”各企業職責,建立“管”企業為主的協調機制,加快項目落地。

  4)以??榛?、定制化服務,加速應用智慧城市應用場景落地。依托城市綜合桿件,構建自主網絡,并基于自主網絡落地服務政府部門,針對客戶需求定制產品形態,形成示范引領,支撐業態健康發展。如主專業的高效能、低成本運維;服務環境檢測的數據服務;面向城市管理的停車、環衛、特種車輛、城管千分制的考核管理等;配合5G站點的部署,提供配套服務等,基礎搭建完整,定制設計合理,以單促產明確,運營收益穩妥。

  2.4建立各方收益的智慧燈桿商業模式,形成職責明確的建管養體系

  1)分析各類投資方式,以“多方收益”為衡量標準,確定最優路線。一是“政府投資直接投資”方式,且簡單易行,推進落地便利,財政監管清晰,投入產出閉環;但財政開支較大,難以形成體量,激發企業活力不夠,關切創新應用不足。二是“單專業投入”方式。4G、5G基站的部署、充電樁的設置等,其優點是單專業短期內形成規模優勢,有相應的商業模式支撐,小而美,也易閉環;缺點是缺乏統籌考慮,與行政管理體制難以調和,極易對后續其他專業加載使用形成阻礙或形成沉沒成本。三是“政府牽頭引領,社會資本參與”。統籌多個專業,定制頂層規劃,以綜合桿件為載體,服務多專業應用。例如結合智慧城管、公安雪亮、基站建設、廣告運營、合同能源管理(EMC)節能改造進行的整體商業構想,暫稱其為“南京模式”,其優點是基礎建設投資保障有力,邊際成本遞減,一次投資,多方受益,分段營收,投資能夠覆蓋當期收益且具有較強的商業生命力;缺點是頂層設計須細致嚴密,決策流程較長,政府購買方式尚處于摸索階段,仍有大量環節需要打通。因此,“政府牽頭引領,社會資本參與”契合新型智慧城市建設發展要求,其建設模式清晰,可以較好地統籌各方權益,便于復制推廣。

  2)基于多方收益的商業模式,構建嚴謹的智慧桿件實施組織。新型智慧城市建設是一個涉及多環節、多領域、跨部門的復雜系統工程,這也決定了新型智慧城市建設不可能由單一的政府部門或企業來完成,只有在政府、智慧城市廠商等主體的共同參與和努力下,構建新型智慧城市產業鏈和生態圈,通過強強聯合,才能共同推進新型智慧城市建設和發展,最終讓城市變得更智慧,并且讓智慧惠及所有受眾。其中,政府部門是頂層規劃的總設計師,應制定規則秩序,從政策法規到技術規范以及金融體系為生態系統建設提供支撐保障;屬地的照明管理企業,既是國資代表,也是載體的主要管理者;引入產業資本,組建強勢專業的企業(如云處理、5G、物聯網企業等),形成專業分工明確、產業結構合理的建設運營團隊,推進綜合桿件立體感知系統的建設、使用、運營。

  2.5主動轉型、迭代升級,建立以城市照明行業為主導的智慧燈桿新興產業

  1)以信息化建設為驅動,推進照明本專業的提檔升級。南京市城市照明信息化建設目前經歷了兩個階段,照明主業隨之提檔升級。第一階段為“信息路燈”:通過制度重塑、設施普查、單燈監控為途徑,以全流程業務體系、全過程設施管理從線下至線上的全面切換為核心目標,建立以數據為主線的信息化管理平臺。第二階段為“智慧路燈”:以物聯網思維、大數據分析指導管理為核心,建立貫穿于全產業鏈的、設施全生命周期的、深度感知和回饋的、以問題為導向的動態智能管控體系,以低成本、高效能、高品質創造產業發展新的源動能。

  2)加快照明主業社會化、網絡化,逐步接軌智慧燈桿新商業模式。近年來,南京一方面注重做大存量設施,提高覆蓋廣度與密度,擴大運營區域;另一方面通過建設城市級的照明控制系統,構建全市照明設施“一張網、一塊表、一個閘”的管理格局;同時通過單燈管理體系建設,降低運營成本,提升管理能效。逐步實現基礎作業社會化、設施養護網絡化、管理運營市場化的產業升級目標。

  3)加快智慧桿件建設,高密度、廣覆蓋,實現城市綜合桿件的統籌進階。南京市自2016年啟動共桿建設,編制發布了《城市道路并桿導則》和《城市道路桿件管理辦法》,路燈轉型成為桿件專業大總包,對公安交管等進行專業分包,更好推進項目的集成和開展;近三年來涉及到綜合桿的道路共50條,總長達90 km,新建改造桿件數量7082桿,其中綜合桿件數量1904桿,相信再經過三年桿件的新建和改造,可以構建起城市級規模的桿件應用體系,支撐智慧城市應用。

  4)新建項目實施智慧城市管道預留,提前部署網絡資源。結合主功能的實施,由企業出資,結合單燈的使用,試點三張網的建設,即結合新建道路部署地下光纖網絡,基于LoRa等傳輸技術組建空中無線網絡,新建道路同步敷設24 h供電網絡,存量設施通過單燈控制系統改造形成24 h供電網絡。南京智慧燈桿試點項目不僅合并公安交管等設施,還涵蓋雪亮工程、網絡5G、智能公交、充電樁、亮化工程、環保檢測、新區控制平臺等12家產權單位、17項功能的綜合管道工程,一個橫斷面上可預留64根管道。

  5)成立專業子公司,建立智慧燈桿“云管端”全體系運營管理?;誄鞘兇酆細思奈锪兄緙敖換ヌ逑?,既是城市基礎建設的一部分,也是智慧城市建設的一部分,最終一定是要打通數據壁壘為智慧城市服務的,所以屬地的照明管理單位,不是這個產品或者這個項目的終端客戶,而是共同推進這個產品或這個項目落地的優質合作伙伴。屬地照明管理單位是項目建設落地的推動者,更是城市綜合桿件的運營商。因此,南京市成立了江蘇未來城市公共空間開發運營有限公司,以專業化促產業化,是智慧燈桿落地生根的優選形式。

  3結語

  隨著5G、物聯網時代的到來,作為智慧城市重要承載之一的智慧燈桿必將為城市照明行業帶來新的機遇與挑戰。與此同時,城市智慧燈桿帶來的衍生產品及附加值目前還是一片“藍?!?,還有很多可以想象的空間。屬地的照明管理企業應主動轉型,夯實本業,形成堅定的牢固可靠的屬地渠道,抓住機遇,積極迎接物聯網(internet of things,IoT)浪潮的到來。

  參考文獻

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  [6] 莊曉波,李文鵬,楊樾.智慧路燈標準體系框架研究[J].照明工程學報,2016,27(4):12-20.

  [7] 資雙飛,林煒嵐.基于長鏈狀傳感網的智慧路燈控制系統[J].照明工程學報,2015,26(5):48-56.

  ▌本文作者:臧鋒,黃李奔,王鵬展(南京市路燈管理處)




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