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基于城市综合杆件的物联感知网络及交互体系

2019-04-11    

来源:《照明工程学报》

   作者:臧锋,黄李奔,王鹏展 南京市路灯管理处  

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导语: 作为物联网时代的重要应用领域之一,智慧城市助力“十三五”中国经济从高速增长转向高质量发展,为建设网络强国、实施“一带一路”宏伟蓝图注入了新动能。在此背景下,江苏省提出了《“十三五”智慧江苏建设发展规划》,南京市也提出了以“整合、智慧、创新”为期望的智慧城市建设要求。而城市照明灯杆以其高密度、广覆盖等先天优势,成为未来智慧城市建设不可或缺的重要载体。

  引言

  作为物联网时代的重要应用领域之一,智慧城市助力“十三五”中国经济从高速增长转向高质量发展,为建设网络强国、实施“一带一路”宏伟蓝图注入了新动能[1]。在此背景下,江苏省提出了《“十三五”智慧江苏建设发展规划》,南京市也提出了以“整合、智慧、创新”为期望的智慧城市建设要求。而城市照明灯杆以其高密度、广覆盖等先天优势,成为未来智慧城市建设不可或缺的重要载体。因此,新型智慧城市的建设要求,必然推动智慧灯杆产业的迅速发展。近几年全国在路灯智慧化方面进行了诸多有益的探索和实践[2-7],涉及多个专业,结合各类场景,呈现多种形态,有照明行业的澳门金沙线上娱乐,有运营商的路灯基站,有新能源行业的路灯充电桩,有行业的显示屏,有人工智能(AI)行业的基于边缘计算的路灯感知机器人,还有集合十几、二十种功能的“变形金刚”。目前,上海市政府确定了智慧灯杆建设的相关制度,进入大规模实施阶段;而北京、杭州、香港特别行政区等地智慧灯杆项目也已加快试点。

  因此,智慧灯杆将成为未来一段时间内重要的城市基础设施,我们需要通过顶层规划、科学实践、反复验证、持续改进等过程,找到解决现存问题的最优路径,最终建立一套与智慧灯杆、智慧城市发展战略目标相匹配的建管养体系。

  1、智慧城市建设存在的问题分析

  1)城市基础设施建设缺乏统筹性,智慧城市普遍存在重复投资的现象。从实操出发,新型智慧城市建设应与城市基础建设同步实施,但由于缺乏顶层设计,在大多数情况下两者难以统筹,当前城市综合杆件物联感知网络及交互体系建设普遍存在硬件建设不同步、功能应用考虑不到位、实际应用不贯通、制度安排不明晰等现实问题。由于是两个建设体系的融合,发包方式、监管体系、验收移交流程、财政体系划拨等需要全面统筹设计,才能保证整体项目实施有序。要考虑到信息产业和传统产业在作业习惯、关注目标等方面的区别,制度建设才能够把准着力点,从而有的放矢。

  2)缺乏准确的概念与定位,阻碍智慧灯杆可持续发展进程。一直以来,行业内外都将路灯的智慧化建设统称为“智慧路灯”,对于“智慧路灯”的讨论也从未间断:灯具+基站+摄像头就是智慧路灯?叠加多种功能就是智慧路灯?智慧路灯怎样才能服务智慧城市?智慧化的路灯作为一个高度集成的项目,作为智慧城市在城市公共空间的落地载体,应该是一个自上而下的体系,有外延,能拓展,适配智慧城市建设要求,而不是简单的多专业集合,更不是某一专业的单兵突进。

  3)智慧灯杆功能缺乏长远规划,影响应用场景迭代升级。目前来看,杆件上的主功能、边际功能、扩展功能缺乏长远结合的解决方案,必然导致应用难落地,项目难持续。近年来,杭州、南京、上海先后提出了城市建设合并杆的要求,尤其是上海以中国国际进口博览会为契机,对合并杆的建设进行了更为细致成熟的思考与部署,《上海市道路合杆整治技术导则》中提出了路灯分层的概念,实现了硬件端可加载可复制的定制,形成了行业模板,为后续涉及交通安防、环境管理、城市服务、通讯服务、加载等提供了想象空间。

  4)智慧灯杆建设、运营、收益方式不明确,缺乏持续源动力。综合杆件涉及大量具体城市服务项目,这些领域由不同的政府部门、运营商、商负责,同时牵涉大量技术与产品供应企业,运营模式应针对各专业进行区分定制设计,也可在建设初期,根据投资收益统筹明确运营方式。因此综合杆件的设计建设不但要关注终端产品的销售体验,也要关注建设运营过程中的制度权益安排、技术优化升级及相关方体验改善,从“路灯”中来到“路灯”中去,以利于项目落地和产品。

  5)城市照明行业发展定位不明确,面临新的重大抉择。在城市综合杆件的落地实施过程中,作为照明管理单位,由于在体制政策、作业模式、技术方案、操作体验上存在较多的问题,难以落地执行。举例来说,由于杆件权属、决策机制、利益分配方式及具体实施过程中的诸多体制障碍,造成照明单位不敢干、不能干、不愿干的现实情况。此外,综合杆件的技术方案、作业模式、操作体验等仍需不断优化,例如5G的中利用路灯部署基站,构建网络,极易变成对灯杆的直接挂装,且存在如传输、电力、设施连接、结构稳定、设施美观等诸多问题。与此同时,在政府主导下,通信行业、物联网行业、照明行业三者之间,必然将经历冲突、博弈,最终走向融合的新过程,如何正确安放照明行业的位置,使其获得新的生机,是我们目前需要进行深入思考的问题。

  2、智慧城市建设的解决路径

  2.1确立以智慧灯杆为核心的智慧城市统筹建设新模式

  1)分析智慧城市建设的最优路径。要加快推进智慧城市进程,则应充分发挥路灯杆件资源的优势,将各项功能与服务落地载体从松散的现状,向高度集中的城市照明灯杆转型,这是目前解决智慧城市重复投资的最优路径。

  2)分析以智慧灯杆推进智慧城市的可行性。实践表明,以智慧灯杆为核心建立智慧城市统筹建设新模式,具有可行性。新型智慧城市建设在室外公共空间中的应用,必须以同时具备传输通道网络、设备部署载体、外接电源引入、应用落地部件等条件的基础设施为载体,而路灯以其广泛均匀分布、精确定位及传输电力网络等天然属性,成为新型智慧城市落地的优先选择。同时,基于路灯的共建共享,也符合新型智慧城市顶层设计中共用一张基础网络的整体要求。

  2.2确立“基于城市综合杆件的物联感知网络及交互体系”新概念

  1)科学认知“智慧灯杆”。在确定建立以智慧灯杆为核心的智慧城市体系的总体路线之后,则应从对智慧灯杆的全面、科学的定义,做到承上启下。我们认知智慧灯杆,不应是狭义的而是广义的,他不仅包括加载于灯杆上的某一类设备或者某一项功能,而是包括从数据采集、数据分析,最终转化为服务的全过程体系。

  2)科学定义“智慧灯杆”。应称之为“基于城市综合杆件的物联感知网络及交互体系”,它由“综合杆件”和“物联感知网络及交互”两个基本元素组成,综合杆件泛指城市公共空间的各类载体,物联感知网络及交互泛指整个空间网络构建、感知布设、信息采集、数据处理和交互应用。其核心功能为通过综合杆件建设和杆件设备加载,实现组建通讯及感知网络、采集传输数据、反馈落地应用。并基于此,城市综合杆件的物联感知网络及交互体系的产业生态,则可形成政府引领,资本介入,多方融合,跨界协同的生态系统,以城市综合杆件为载体,以物联感知网络及交互体系的建设运营落地,最终与服务智慧城市无缝对接。

  2.3顶层规划、制度先行、定制服务,形成与智慧灯杆定义相匹配的建设体系

  1)对智慧城市体系形成全面认知。在新型智慧城市的顶层设计中,其模式为“1+2+N”,即共用1张基础网络,打造大数据和城市运营2个中心,落地N个应用。在这个体系下,首先要实现结构化数据的共享,比如“智慧政务”,实现工商、民政、教育、医疗等数据共享,进而扩大应用,实现多种类、非结构化数据共享,为公安、交通、城管等部门服务。智慧灯杆则应服务与“1+2+N”各层次需求。

  2)基于智慧城市需求,进行智慧灯杆“云、管、端”三个层次的顶层设计。围绕智慧城市数据收集、分析、存储、应用全过程,建立“云管端”建设规划。即智慧灯杆“端”建设,即加载于智慧灯杆侧的各类功能应用设备终端,由各专业企业具体实施;智慧灯杆“管”建设,即供电网络、数据传输网络的实施,由属地化的城市照明管理部门负责实施;智慧灯杆“云”,则为数据存储企业。与此同时,由于“管”这一层级承上启下,属地化的城市照明管理部门还应承担对“云”、“端”两个层级的管理工作。

  3)以政府文件形式,保障智慧杆件推进方案实施。应形成地方性或行业性的智慧杆件设施导则,将智慧灯杆作为城市基础设施标准配置,规定杆件模块化设计、管道预留设计,在新建、改造过程中,逐步完成传统灯杆向智慧灯杆的转型升级;并应同步明确“云、管、端”各企业职责,建立“管”企业为主的协调机制,加快项目落地。

  4)以模块化、定制化服务,加速应用智慧城市应用场景落地。依托城市综合杆件,构建自主网络,并基于自主网络落地服务政府部门,针对客户需求定制产品形态,形成示范引领,支撑业态健康发展。如主专业的高效能、低成本运维;服务环境检测的数据服务;面向城市管理的停车、环卫、特种车辆、城管千分制的考核管理等;配合5G站点的部署,提供配套服务等,基础搭建完整,定制设计合理,以单促产明确,运营收益稳妥。

  2.4建立各方收益的智慧灯杆商业模式,形成职责明确的建管养体系

  1)分析各类投资方式,以“多方收益”为衡量标准,确定最优路线。一是“政府投资直接投资”方式,且简单易行,推进落地便利,财政监管清晰,投入产出闭环;但财政开支较大,难以形成体量,激发企业活力不够,关切创新应用不足。二是“单专业投入”方式。4G、5G基站的部署、充电桩的设置等,其优点是单专业短期内形成规模优势,有相应的商业模式支撑,小而美,也易闭环;缺点是缺乏统筹考虑,与行政管理体制难以调和,极易对后续其他专业加载使用形成阻碍或形成沉没成本。三是“政府牵头引领,社会资本参与”。统筹多个专业,定制顶层规划,以综合杆件为载体,服务多专业应用。例如结合智慧城管、公安雪亮、基站建设、运营、合同能源管理(EMC)节能改造进行的整体商业构想,暂称其为“南京模式”,其优点是基础建设投资保障有力,边际成本递减,一次投资,多方受益,分段营收,投资能够覆盖当期收益且具有较强的商业生命力;缺点是顶层设计须细致严密,决策流程较长,政府购买方式尚处于摸索阶段,仍有大量环节需要打通。因此,“政府牵头引领,社会资本参与”契合新型智慧城市建设发展要求,其建设模式清晰,可以较好地统筹各方权益,便于复制。

  2)基于多方收益的商业模式,构建严谨的智慧杆件实施组织。新型智慧城市建设是一个涉及多环节、多领域、跨部门的复杂系统工程,这也决定了新型智慧城市建设不可能由单一的政府部门或企业来完成,只有在政府、智慧城市厂商等主体的共同参与和努力下,构建新型智慧城市产业链和生态圈,通过强强联合,才能共同推进新型智慧城市建设和发展,最终让城市变得更智慧,并且让智慧惠及所有受众。其中,政府部门是顶层规划的总设计师,应制定规则秩序,从政策法规到技术规范以及金融体系为生态系统建设提供支撑保障;属地的照明管理企业,既是国资代表,也是载体的主要管理者;引入产业资本,组建强势专业的企业(如云处理、5G、物联网企业等),形成专业分工明确、产业结构合理的建设运营团队,推进综合杆件立体感知系统的建设、使用、运营。

  2.5主动转型、迭代升级,建立以城市照明行业为主导的智慧灯杆新兴产业

  1)以信息化建设为驱动,推进照明本专业的提档升级。南京市城市照明信息化建设目前经历了两个阶段,照明主业随之提档升级。第一阶段为“信息路灯”:通过制度重塑、设施普查、单灯监控为途径,以全流程业务体系、全过程设施管理从线下至线上的全面切换为核心目标,建立以数据为主线的信息化管理平台。第二阶段为“智慧路灯”:以物联网思维、大数据分析指导管理为核心,建立贯穿于全产业链的、设施全生命周期的、深度感知和回馈的、以问题为导向的动态智能管控体系,以低成本、高效能、高品质创造产业发展新的源动能。

  2)加快照明主业社会化、网络化,逐步接轨智慧灯杆新商业模式。近年来,南京一方面注重做大存量设施,提高覆盖广度与密度,扩大运营区域;另一方面通过建设城市级的照明控制系统,构建全市照明设施“一张网、一块表、一个闸”的管理格局;同时通过单灯管理体系建设,降低运营成本,提升管理能效。逐步实现基础作业社会化、设施养护网络化、管理运营市场化的产业升级目标。

  3)加快智慧杆件建设,高密度、广覆盖,实现城市综合杆件的统筹进阶。南京市自2016年启动共杆建设,编制发布了《城市道路并杆导则》和《城市道路杆件管理办法》,路灯转型成为杆件专业大总包,对公安交管等进行专业分包,更好推进项目的集成和开展;近三年来涉及到综合杆的道路共50条,总长达90 km,新建改造杆件数量7082杆,其中综合杆件数量1904杆,相信再经过三年杆件的新建和改造,可以构建起城市级规模的杆件应用体系,支撑智慧城市应用。

  4)新建项目实施智慧城市管道预留,提前部署网络资源。结合主功能的实施,由企业出资,结合单灯的使用,试点三张网的建设,即结合新建道路部署地下光纤网络,基于LoRa等传输技术组建空中无线网络,新建道路同步敷设24 h供电网络,存量设施通过单灯控制系统改造形成24 h供电网络。南京智慧灯杆试点项目不仅合并公安交管等设施,还涵盖雪亮工程、网络5G、智能公交、充电桩、亮化工程、环保检测、新区控制平台等12家产权单位、17项功能的综合管道工程,一个横断面上可预留64根管道。

  5)成立专业子公司,建立智慧灯杆“云管端”全体系运营管理。基于城市综合杆件的物联感知网络及交互体系,既是城市基础建设的一部分,也是智慧城市建设的一部分,最终一定是要打通数据壁垒为智慧城市服务的,所以属地的照明管理单位,不是这个产品或者这个项目的终端客户,而是共同推进这个产品或这个项目落地的优质合作伙伴。属地照明管理单位是项目建设落地的推动者,更是城市综合杆件的运营商。因此,南京市成立了江苏未来城市公共空间开发运营有限公司,以专业化促产业化,是智慧灯杆落地生根的优选形式。

  3结语

  随着5G、物联网时代的到来,作为智慧城市重要承载之一的智慧灯杆必将为城市照明行业带来新的机遇与挑战。与此同时,城市智慧灯杆带来的衍生产品及附加值目前还是一片“蓝海”,还有很多可以想象的空间。属地的照明管理企业应主动转型,夯实本业,形成坚定的牢固可靠的属地渠道,抓住机遇,积极迎接物联网(internet of things,IoT)浪潮的到来。

  参考文献

  [1] 中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要.

  [2] 臧锋.南京路灯在智慧灯杆领域的探索和尝试.灯杆智慧说,2019-01-17.

  [3] 刘义平,张明明,张畅,等.智慧路灯建设的实践与思考[J].照明工程学报,2017,28(5):103-105.

  [4] 鄢小虎,李康,陈凯.一种基于卷积神经网络的智慧路灯联动控制算法[J].照明工程学报,2018,29(4):72-75.

  [5] 吴春海.智慧路灯的应用探讨[J].照明工程学报,2017,28(5):24-26.

  [6] 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.

  [7] 资双飞,林炜岚.基于长链状传感网的智慧路灯控制系统[J].照明工程学报,2015,26(5):48-56.

  ▌本文作者:臧锋,黄李奔,王鹏展(南京市路灯管理处)




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