任敏 田準(zhǔn)

摘 要：從建設(shè)智慧城市的角度，分析已建成的地下車(chē)庫(kù)和未建成的地下車(chē)庫(kù)的特點(diǎn)，研究一種5G+軌道式的智慧充電樁的設(shè)計(jì)方案。方法：通過(guò)對(duì)充電樁的功能和結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)智慧充電樁的施行。結(jié)論：借助于互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，促進(jìn)信息的開(kāi)放共享、互聯(lián)互通，讓車(chē)輛和充電樁網(wǎng)絡(luò)更加匹配，組織推動(dòng)國(guó)家級(jí)充電服務(wù)平臺(tái)建設(shè)，共同推動(dòng)充電基礎(chǔ)設(shè)施健康可持續(xù)發(fā)展，使新能源汽車(chē)成為安全、快捷、綠色的交通工具。與此同時(shí)，通過(guò)充電樁的加入5G網(wǎng)絡(luò)，解決5G點(diǎn)、線、面的覆蓋問(wèn)題，解決熱點(diǎn)地區(qū)的深度覆蓋問(wèn)題。未來(lái)“5G+智慧充電樁”將形成一個(gè)閉環(huán)，滿足互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)及車(chē)聯(lián)網(wǎng)等的發(fā)展需求，更好地服務(wù)智慧城市建設(shè)。

關(guān)鍵詞：智慧城市;地下停車(chē)場(chǎng);5G網(wǎng)絡(luò);智能汽車(chē)充電樁;軌道式

自2008年國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）提出“智慧地球”概念后，全球進(jìn)入“智慧城市” 的建設(shè)熱潮。2018年4項(xiàng)智慧城市相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，如《智慧城市頂層設(shè)計(jì)指南》，進(jìn)一步完善了我國(guó)智慧城市的建設(shè)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。隨著我國(guó)從“移動(dòng)互聯(lián)”向“萬(wàn)物互聯(lián)”轉(zhuǎn)型，尤其是物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新興產(chǎn)業(yè)的崛起，對(duì)未來(lái)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)性能提出更高的要求。城市基礎(chǔ)建設(shè)是建設(shè)智慧城市的重中之重，而在建設(shè)大潮中，電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施作為城市基建之一，可作為智慧城市電動(dòng)汽車(chē)信息平臺(tái)，遍布城市的各個(gè)角落。而智能汽車(chē)充電樁位于地下停車(chē)場(chǎng)，以充電樁為載體，通過(guò)5G 網(wǎng)絡(luò)，成為集合各種信息數(shù)據(jù)、復(fù)合創(chuàng)新技術(shù)的新型產(chǎn)品，還可拓展智慧城市的各種功能，如智慧照明、智慧安防、環(huán)境（氣象/消防/污染）監(jiān)測(cè)、公共WiFi、智慧交通、智慧停車(chē)、信息交互、一鍵報(bào)警等，是智慧城市信息采集終端和便民服務(wù)終端。

一、“5G+軌道式智慧汽車(chē)充電樁”功能設(shè)計(jì)

智慧充電樁與傳統(tǒng)充電樁最大的差別在于除了有以上三個(gè)功能之外，更是添加了5G基站，利用5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)智慧功能的拓展。國(guó)際電信聯(lián)盟描繪了至少三個(gè)可以預(yù)見(jiàn)的5G應(yīng)用場(chǎng)景。一是增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶（eMBB），簡(jiǎn)單說(shuō)就是5G的下行峰值20 Gbit/s的速度可以滿足很多應(yīng)用，比如AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)等;二是大規(guī)模機(jī)器通信（mMTC），就是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用;三是高可靠、低延時(shí)通信，這就包括了人工智能、自動(dòng)駕駛、交通控制、工業(yè)自動(dòng)化等。從而發(fā)展智慧城市，為智慧充電樁的發(fā)展帶來(lái)了新契機(jī)。

（一）智慧功能

智慧城市技術(shù)參考模型自下而上包括物聯(lián)感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層、計(jì)算與存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)及服務(wù)融合層、智慧應(yīng)用層。智慧充電樁作為智慧城市的信息中轉(zhuǎn)站之一，在每一層中都體現(xiàn)出重要作用。

（1）物聯(lián)感知層，主要針對(duì)外部環(huán)境的進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)。通過(guò)攝像頭、傳感器，實(shí)時(shí)對(duì)車(chē)輛、駕駛?cè)藛T進(jìn)行智能識(shí)別以及所處環(huán)境進(jìn)行安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)。

（2）網(wǎng)絡(luò)通信層，包括大容量高帶寬的光網(wǎng)絡(luò)和全城覆蓋的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。以智慧充電樁作為一個(gè)安裝在地下室的5G基站載體，實(shí)現(xiàn)地下室的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)全面覆蓋，解決基站的部署需求。

（3）計(jì)算與存儲(chǔ)層，包括軟件資源、計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、照明控制、智能視頻分析等應(yīng)用包括無(wú)人駕駛應(yīng)用的許多數(shù)據(jù)將在網(wǎng)絡(luò)邊緣處理，智慧充電樁能夠加載多種傳感器，且可以供電，成為智慧城市的重要邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)。

（4）智慧應(yīng)用層，基于各種行業(yè)或領(lǐng)域的智慧應(yīng)用或應(yīng)用整合。通過(guò)5G，與汽車(chē)相關(guān)的橫向縱向平臺(tái)乃至國(guó)家級(jí)平臺(tái)形成互為依賴(lài)、互為合作、互為加強(qiáng)的緊密關(guān)系。該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)參與用電管理、有序充電、合理用電，降低用戶(hù)的時(shí)間成本，提高用戶(hù)體驗(yàn)度，除了提供基本充電服務(wù)以外，預(yù)約停車(chē)位、預(yù)約充電、引領(lǐng)汽車(chē)至停車(chē)位、費(fèi)用結(jié)算、車(chē)況檢測(cè)等服務(wù)，甚至拓展到汽車(chē)維修、保養(yǎng)、租用、清洗、代駕，與家中、公司中智能電器之間互聯(lián)等其他服務(wù)。

在以上諸多的智慧服務(wù)功能中，汽車(chē)自檢智慧服務(wù)功能是當(dāng)下亟需開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)功能，本文設(shè)定的汽車(chē)自檢智慧服務(wù)功能的實(shí)施步驟是：當(dāng)充電時(shí)，通過(guò)人臉識(shí)別，確定司機(jī)身份，使用控制端可選擇是否進(jìn)行全車(chē)體檢或是分系統(tǒng)體檢。當(dāng)客戶(hù)選擇汽車(chē)體檢時(shí)，車(chē)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)入智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（該中心是在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)整車(chē)測(cè)試領(lǐng)域首家通過(guò)資質(zhì)認(rèn)定授權(quán)的國(guó)家質(zhì)檢中心，授權(quán)能力范圍涵蓋了智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)實(shí)車(chē)道路測(cè)試、仿真測(cè)試、功能安全測(cè)試、V2X網(wǎng)聯(lián)與信息安全測(cè)試等方面）。充電樁被賦予了另一種身份——汽車(chē)狀態(tài)檢驗(yàn)信息采集終端。充電樁利用5G網(wǎng)絡(luò)下的物聯(lián)網(wǎng)、大帶寬、低延時(shí)的特性，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)隱患數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中信息匹配，快速識(shí)別汽車(chē)隱患，與其同時(shí)將隱患信息實(shí)時(shí)自動(dòng)上傳至智慧維修系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)維修的目的。使用該系統(tǒng)可共同推進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的發(fā)展，帶動(dòng)智慧城市的創(chuàng)建，以各車(chē)企、各車(chē)型為基礎(chǔ)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)再振興，形成智能汽車(chē)、智慧交通產(chǎn)業(yè)的聚集效應(yīng)。

二、“5G+軌道式智慧汽車(chē)充電樁”充電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在智慧城市建設(shè)深入開(kāi)展的背景下，傳統(tǒng)充電基礎(chǔ)設(shè)施的一直存在著占用場(chǎng)地需求量大、對(duì)于停車(chē)場(chǎng)中停車(chē)位的規(guī)劃限制要求多、安裝成本高等問(wèn)題。充電基礎(chǔ)設(shè)施不完善，不夠人性化，不能合理利用現(xiàn)有的場(chǎng)地進(jìn)行最大程度的合理使用充電樁和停車(chē)位。因此，本文針對(duì)已建成或是未建的地下停車(chē)場(chǎng)，設(shè)計(jì)了一種人性化、軌道式的充電樁，為充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展拓寬了一條新途徑。

（一）充電樁運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的充電樁運(yùn)行系統(tǒng)由供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)及軌道系統(tǒng)和充電和信息顯示系統(tǒng)組成。各系統(tǒng)作用如下：

供電系統(tǒng)：為充電樁運(yùn)行系統(tǒng)供電。

數(shù)據(jù)系統(tǒng)：數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括分散于整個(gè)充電樁運(yùn)行系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集傳感器和數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備、充電樁運(yùn)行系統(tǒng)唯一的數(shù)據(jù)處理中心、分散于執(zhí)行各種指令的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的數(shù)據(jù)接收設(shè)備，數(shù)據(jù)系統(tǒng)的工作流程是數(shù)據(jù)采集傳感器采集車(chē)輛信息和充電樁設(shè)備信息，發(fā)送至的數(shù)據(jù)處理中心，由數(shù)據(jù)處理中心將信息處理后，統(tǒng)一發(fā)出工作指令至對(duì)應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對(duì)應(yīng)動(dòng)作。

結(jié)構(gòu)及軌道系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)及軌道系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由軌道、支撐梁、固定及連接結(jié)構(gòu)構(gòu)成，主要為充電樁的運(yùn)行提供軌道和結(jié)構(gòu)支撐，以保證充電樁能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確地到達(dá)指定位置，詳細(xì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖1。

如圖1所示，結(jié)構(gòu)及軌道系統(tǒng)的軌道間分布大致呈“豐”字型排列，其中，豐字的筆畫(huà)“豎”縱貫上下，這正是充電樁運(yùn)行軌道的中的公共軌道部分，豐字的筆畫(huà)數(shù)“橫”橫穿左右，這正是充電樁運(yùn)行軌道的中位于車(chē)位上方的支線軌道部分。

充電樁在公共軌道上的運(yùn)行方式是：公共軌道兩端分別于充電樁倉(cāng)庫(kù)的入口和出口相連，在充電樁倉(cāng)庫(kù)的出口處，充電樁進(jìn)入公共軌道運(yùn)行，充電樁在公共軌道上運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)設(shè)置不做停留，故該公共軌道為單行道，即充電樁在此公共軌道上運(yùn)行時(shí)，只能單向運(yùn)動(dòng)，所有從充電樁倉(cāng)庫(kù)駛來(lái)的充電樁都直接進(jìn)入預(yù)定車(chē)位上方的軌道支線，所有完成充電工作的充電樁都直接從充電車(chē)位上方的軌道駛?cè)牍曹壍?，最后進(jìn)入充電樁倉(cāng)庫(kù)的入口。

充電樁在軌道支線上的運(yùn)行方式是：當(dāng)充電樁運(yùn)行至對(duì)應(yīng)車(chē)位上方的軌道支線，在軌道支線上任意位置均可停留，以方便充電操作人員根據(jù)車(chē)身長(zhǎng)短和充電口的位置自由選擇充電樁相對(duì)于汽車(chē)的前后相對(duì)位置，在設(shè)置好充電位置后，充電樁利用和軌道相連的伸縮桿（見(jiàn)圖2），實(shí)現(xiàn)充電樁的高度調(diào)節(jié)，方便操作人員抓取和放回充電插頭、操作充電樁顯示屏。

充電和信息顯示系統(tǒng)：包括手持式充電插頭和組成，為充電樁和車(chē)輛直接連接的設(shè)備，負(fù)責(zé)采集車(chē)輛和操作人的指令信息，發(fā)送信息至數(shù)據(jù)處理中心，接收數(shù)據(jù)中心的信息反饋，將信息處理后在顯示屏上的顯示，供操作人員查閱，大致外形見(jiàn)下圖：

充電樁倉(cāng)儲(chǔ)和維修系統(tǒng)：主要包括充電樁倉(cāng)庫(kù)和位于倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的檢修系統(tǒng)。充電樁倉(cāng)庫(kù)主要存儲(chǔ)備用充電樁和待執(zhí)行充電命令的充電樁;倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的檢修系統(tǒng)包括供檢修人員和檢修設(shè)備，檢修人員和檢修設(shè)備的工作室做日常充電樁的檢修和突發(fā)系統(tǒng)故障排查。

本文加裝軌道的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，是以“人-車(chē)-機(jī)”為分析基礎(chǔ)，這種分析三要素對(duì)智能造型設(shè)計(jì)的影響，明確人與充電樁、車(chē)與充電樁、停車(chē)位與充電樁之間的配合。通過(guò)人性化的方式，實(shí)現(xiàn)讓停車(chē)位不受固定充電樁的限制，停車(chē)位可任意停置燃油汽車(chē)或是電動(dòng)汽車(chē)，以達(dá)到最大限度的合理使用停車(chē)位、充電樁的目的。而在不使用充電樁的情況下，所有充電樁停置在指定倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，便于安裝、維修、管理，不占用其他空間。

（二）充電樁外觀造型設(shè)計(jì)

造型設(shè)計(jì)是人們對(duì)于產(chǎn)品最直接的感受方式，必須通過(guò)一定的造型符號(hào)而得以實(shí)際化和具體化。造型除了具有重要的象征符號(hào)作用外，重點(diǎn)要體現(xiàn)的是產(chǎn)品通過(guò)造型傳遞出來(lái)的功能特征，設(shè)計(jì)師主要需要從“好拿，好放和好用”3個(gè)維度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是造型為產(chǎn)品的功能服務(wù)。

（1）此款充電樁為軌道懸掛式，可根據(jù)車(chē)型大小停置可隨意停置在軌道的支線上，通過(guò)升降桿實(shí)現(xiàn)充電樁的上升下降，充分考慮到人體工程學(xué)，高度適宜。人們?cè)诓僮鲿r(shí)，充電樁角度可上下左右調(diào)節(jié)至最為舒適的狀態(tài)。當(dāng)充電樁運(yùn)作時(shí)，根據(jù)人身高不同，下降位置不同，一般停置與人體胸口上下，便于人臉掃描。

（2）智慧充電樁可根據(jù)不同情況下，進(jìn)行整機(jī)外殼和顯示屏整體縮小或是整體放大或是變形。

（3）充電槍擺放區(qū)別的一般充電槍?zhuān)逵诔潆姌渡戏健?/p>

（4）充電結(jié)束后，充電槍放回充電插座后，充電連接線會(huì)隨著充電樁里的感應(yīng)軸承自動(dòng)歸納到充電樁內(nèi)，方便快捷，防止充電線被損壞。

（5）顏色設(shè)計(jì)識(shí)別。充電樁外圈顯示紅色為故障，顯示黃色為引路或是空閑，顯示藍(lán)色為充電中，顯示綠色為充電結(jié)束。便于用戶(hù)識(shí)別充電樁的狀態(tài)。（見(jiàn)圖4）

三、結(jié)語(yǔ)

以現(xiàn)階段來(lái)看，在地下停車(chē)場(chǎng)加裝充電樁相對(duì)容易的，最大的問(wèn)題是如何將5G引入充電基礎(chǔ)設(shè)施以及如何將“5G+軌道式智慧充電樁”與智慧城市建設(shè)進(jìn)行深度融合，不僅是5G技術(shù)的問(wèn)題，還涉及到各職能部門(mén)的配合、調(diào)控和管理，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。智慧城市的建設(shè)還處于剛起步階段，構(gòu)建成本、體系都過(guò)于龐大且復(fù)雜，推動(dòng)進(jìn)行的阻力也不容小覷。若從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)用多樣化、智能化，管理網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，借助于互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，促進(jìn)信息的開(kāi)放共享、互聯(lián)互通，讓車(chē)輛和充電樁網(wǎng)絡(luò)更加匹配，組織推動(dòng)國(guó)家級(jí)充電服務(wù)平臺(tái)建設(shè)，共同推動(dòng)充電基礎(chǔ)設(shè)施健康可持續(xù)發(fā)展，使新能源汽車(chē)成為安全、快捷、綠色的交通工具。與此同時(shí)，通過(guò)充電樁的加入5G網(wǎng)絡(luò)，解決5G點(diǎn)、線、面的覆蓋問(wèn)題，解決熱點(diǎn)地區(qū)的深度覆蓋問(wèn)題。我們認(rèn)為，未來(lái)“5G+智慧充電樁”將形成一個(gè)閉環(huán)，滿足互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)及車(chē)聯(lián)網(wǎng)等的發(fā)展需求，更好地服務(wù)智慧城市建設(shè)。

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