□ 文 韓 鏑 劉曉娟 王文躍

一、引言

設備、集成了多類ICT技術的綜合體；在共享方面，不僅實現(xiàn)了跨行業(yè)領域以及跨部門間的物理資源共享，如桿址、點位、網(wǎng)絡、動力等，也實現(xiàn)了數(shù)據(jù)層面的共享。其中，數(shù)據(jù)共享表現(xiàn)尤為搶眼，在已經(jīng)落地項目實踐中，衍生出了數(shù)據(jù)的多種創(chuàng)新應用；在智慧方面，智慧桿塔一方面使傳統(tǒng)的感知設備具備了網(wǎng)聯(lián)化和智能化的條件，另一方面也推動了多種設備的融合集成。此外，基于采集的海量數(shù)據(jù)分析，也為政府管理的精準決策提供了強有力的支撐；在和諧方面，智慧桿塔對于改善城鎮(zhèn)面貌、保護生態(tài)環(huán)境、促進社會和諧等多方面起到了極大的推動作用。

圖1 智慧桿塔功能示意圖

一般觀點認為，智慧桿塔是布局于城市或鄉(xiāng)村，基于通信網(wǎng)絡，承載包括移動通信基站在內(nèi)的多種信息通信服務設備、便民服務設備、傳感設備、感知設備等各類設備設施，具備支撐多種智慧應用能力的桿型、塔型設施的總稱，包括但不限于通信塔、電力塔、路燈桿、監(jiān)控桿、標識桿等。智慧桿塔的功能由所搭載的設備決定，如實現(xiàn)通信接入、智慧照明、無線城市、氣象監(jiān)測、環(huán)境保護、智慧安防、充電功能、信息發(fā)布、應急廣播、車路協(xié)同、一鍵報警等功能。由于智慧桿塔的融合功能多與信息通信技術相關，因此也被看作是ICT技術與傳統(tǒng)公共基礎設施深度融合的經(jīng)典范例，如圖1所示。

根據(jù)智慧桿塔的功能和應用場景分析，它具有“綜合、共享、智慧、和諧”四大典型特征。如在綜合方面，搭載了多種信息通信

二、智慧桿塔形成路徑和發(fā)展情況分析

2.1 智慧桿塔形成路徑解析

從國內(nèi)外諸多智慧桿塔落地項目的實踐分析，智慧桿塔主要分為兩種路徑演進形成。

一是由傳統(tǒng)普通路燈桿演進形成具有多種拓展功能的微型鐵塔。最初的城市“智慧桿塔”主要是為了解決傳統(tǒng)路燈存在的能源利用率低、運維復雜等各種弊端。城市市政管理部門期待通過對城市照明路燈的改造，實現(xiàn)對路燈的遠程控制和單燈控制等，以達到節(jié)能和高效管理的目的。如陜西渭南城區(qū)部署的24盞智慧照明路燈，已實現(xiàn)了對路燈亮度和照明時間的實時調(diào)控。隨著智慧城市的快速發(fā)展，為了更加合理、有序使用城市空間美化城市環(huán)境，以及滿足各垂直行業(yè)對感知設備設施的掛載點位需求，各城市開始嘗試對道路沿線的路燈桿、交通設施桿、路名牌、導向牌等各類桿型資源進行整合，同時推動路燈桿朝著智能化、交互化、信息化、科技化方向發(fā)展。如深圳僑香路的智慧燈桿集成了照明、監(jiān)控、5G基站等多種功能，成為了該路數(shù)據(jù)采集入口的重要新型基礎設施。由以上分析可知，推動傳統(tǒng)普通路燈桿向智慧桿塔演進是實現(xiàn)政府降本增效的有效路徑，因此廣受推崇。

二是由通信、電力等垂直行業(yè)部門的塔型資源，演進形成具有“通信”+“智慧”應用功能的智慧桿塔。眾所周知，傳統(tǒng)2G/3G/4G基站占地大且基站等設備集成化程度低，但隨著通信基站等設備集成化、模塊化、小型化技術的不斷成熟，通信塔的點位空間開始出現(xiàn)富裕，富裕資源開始面向公安、市政、交通、氣象、環(huán)保等其他垂直行業(yè)部門開放共享。此外，在國家新基建政策的推動下，各垂直行業(yè)部門所屬各類社會桿塔資源也開始面向5G基站建設開放。總體來看，通信塔與各類社會桿塔資源整合、雙向開放已經(jīng)成為發(fā)展主流，通過搭載通信基站以及各類感知設備，通信塔與各類社會桿塔資源最終形成了智慧桿塔，如圖2所示。

圖2 智慧桿塔形成路徑

2.2 智慧桿塔建設現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢

據(jù)不完全統(tǒng)計，全國各地智慧桿塔招標采購項目從2015年208個、2016年376個、2017年440個，快速發(fā)展至2018年的718個，復合增長率高達51%。2019年是智慧桿塔建設發(fā)展的關鍵一年，采購招標量達到多年來的峰值，僅上半年項目招標量就突破了500個。此外，有關數(shù)據(jù)顯示，2020初，智慧桿塔建設進度在一定程度上受到新冠肺炎疫情的影響，但隨著國內(nèi)疫情好轉，2020年上半年依然保持了良好發(fā)展態(tài)勢。截至2020年6月，中標項目約100個，投資總規(guī)模達到246.5億元。根據(jù)近年來招投標項目分析，目前我國智慧桿塔主要為配合智慧城市典型應用建設，如配合智慧城市的智慧產(chǎn)業(yè)園、雙創(chuàng)基地、城市道路智慧改造、城市環(huán)境品質(zhì)提升、公園景區(qū)等建設。同時，在國家相關政策的驅動下，項目大多為未來5G建設預留了點位等資源。

在新基建快速發(fā)展的大背景下，2020年，住建部、工信部，以及天津、重慶、廣東、福建、江蘇、湖南、河南、湖北、山東等多地政府均出臺相關政策鼓勵推進智慧桿塔建設，以配合各部門、各地區(qū)開展職責范圍內(nèi)的中心工作。如2020年1月3日，住建部印發(fā)《關于開展人行道凈化和自行車專用道建設工作的意見》，提出“推行‘多桿合一’‘多箱合一’‘多井合一’，集約設置人行道上各類桿體、箱體、地下管線等”；2020年3月24日，工信部印發(fā)《關于推動 5G 加快發(fā)展的通知》，提出要進一步深化鐵塔、室內(nèi)分布系統(tǒng)、桿路、管道及配套設施共建共享?？梢灶A見，未來在國家相關政策的驅動下，智慧桿塔作為5G建設和創(chuàng)新應用的集約高效、綠色環(huán)保硬件平臺，以及作為新型智慧城市的主要載體，協(xié)同建設成為大勢所趨，將進入全新發(fā)展階段。

三、面向兩大應用場景建設發(fā)展的思考

3.1 協(xié)同5G建設和創(chuàng)新應用的發(fā)展分析

（1）5G建設離不開智慧桿塔的支撐

從技術層面看，5 G 技術和創(chuàng)新應用的不斷發(fā)展，將推動二者進一步融合。一方面，3GPP對5G基站類型劃分為宏基站、微基站、皮基站和飛基站四類。其中，宏基站覆蓋半徑為200m以上，微基站覆蓋半徑為50-200m。此外，隨著5G 毫米波技術的成熟，將帶來數(shù)倍的可用帶寬資源，但覆蓋范圍將進一步縮小。因此，在5G宏基站覆蓋無法滿足現(xiàn)實覆蓋需求的情況下，利用各類桿塔資源搭載5G微基站，在宏站覆蓋的盲點地區(qū)和熱點地區(qū)進行補盲、補熱成為必然。另一方面，2020年7月3日， 3GPP宣布5G R16版本標準凍結，實現(xiàn)了5G從“能用”到“好用”，增強了垂直行業(yè)服務能力，成為了5 G商用進程中的重要里程碑。此外，5G R17計劃將于2021年底完成，這將對物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務的支持能力進一步增強。利用桿塔資源位置、動力、高度等優(yōu)勢，滿足各垂直行業(yè)領域大連接低功耗的海量機器類通信需求，將是未來發(fā)展方向之一。

（2）協(xié)同5G發(fā)展需重點關注的方向

一是需充分理解5G建設對傳統(tǒng)桿塔建設運維帶來的挑戰(zhàn)。對于新建或改造的智慧桿塔項目，引入5G基站后，系統(tǒng)的融合度、復雜度均大幅度提高，由此可能對桿塔本身引發(fā)能力超載的潛在風險。此外，還需考慮如何保障所承載通信系統(tǒng)和其他功能系統(tǒng)的長期運行的穩(wěn)定性。一方面，要充分理解新建或改造的桿塔在功能上不再是“桿”，在本質(zhì)上已經(jīng)屬于具有通信、感知等拓展功能的微型鐵塔，因此在新建或改建桿塔的過程中，需充分考慮5G配套的需求。如在供電保障方面，需滿足7×24h穩(wěn)定供電能力，同時配備后備電源、直流配電等；在傳輸資源方面，需要預留5G所需的光纖等資源，同時要做好線路運維工作；在物理承載方面，需要考慮引入5G基站后的桿塔的承重、抗震、防風、IP防護等性能指標變化；在防雷安全方面，需具備隔離式防雷設計等。此外，要正確認識5G基站對其他設備的影響，如多設備間電磁兼容問題如何解決，不同設備對供電、安全的指標需求如何均衡等。

二是需預留5G創(chuàng)新應用所需的配套資源。由于5G的價值在于應用，因此需考慮5G創(chuàng)新應用對桿塔的新需求。本文以車聯(lián)網(wǎng)為例進行說明，車聯(lián)網(wǎng)是5G重要的應用場景之一，在車聯(lián)網(wǎng)領域，車路協(xié)同是汽車自動駕駛的前提，因此，在智慧桿建設方案中，需要預留擴容車路協(xié)同基礎設施的空間，包括但不限于路側感知設施、路側控制設施、路側算力設施等點位資源，以滿足未來5G創(chuàng)新應用的發(fā)展需求。

圖3 傳統(tǒng)智慧桿塔總體架構示意圖

3.2 智慧桿塔協(xié)同新型智慧城市建設分析

（1）協(xié)同建設尚存在三大問題

根據(jù)智慧城市智慧桿塔試點項目實踐分析，逐批、分散是當前建設主流模式，大多沿用了傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡架構，各道路、各使用部門之間的智慧桿塔項目依然是垂直、閉環(huán)的應用系統(tǒng)，如圖3所示。

從城市發(fā)展訴求來看，業(yè)界對智慧桿塔這種“煙囪式”信息化應用弊端的認識開始逐步統(tǒng)一。一是各自為政，條塊分割。一方面，智慧桿塔搭載的各類設備由各部門租用桿塔點位獨立部署，形成的也是相互獨立應用系統(tǒng)。另一方面，城市各道路之間智慧桿塔也多為分批、獨立建設，各管理平臺之間尚未打通。當前建設模式導致各街道、各部門之間數(shù)據(jù)共享與業(yè)務協(xié)同效應欠佳。二是出于商業(yè)利益考慮，底層設備提供商、系統(tǒng)集成商等一般會設置技術壁壘，導致各使用部門容易被單一供應商“綁定”，導致智慧桿塔項目在運行維護、擴展功能方面存在較大不確定性。三是跨部門間數(shù)據(jù)資產(chǎn)流轉過程不明晰，智慧桿塔數(shù)據(jù)分析應用目前也只是停留在較淺層面，跨領域大數(shù)據(jù)分析應用難以實現(xiàn)，給商業(yè)模式創(chuàng)新造成障礙。

（2） 潛在的解決路徑分析

在當前新型智慧城市、數(shù)字孿生城市理念的推動下，建設城市級智慧桿塔接入管理與數(shù)據(jù)匯聚平臺，推動感知設備統(tǒng)一接入、集中管理，以及推動部門間數(shù)據(jù)共享和業(yè)務協(xié)同已成為業(yè)界共識，智慧桿塔的總體架構開始由垂直閉環(huán)向水平整合方向發(fā)展，如圖4所示。

從技術發(fā)展角度看，以智慧桿塔水平架構解決當前三大棘手的難題，還需要做好以下三方面工作。

一是建立智慧桿塔及其掛載設備設施資源的統(tǒng)一編碼體系，以此打破城市各部門間各自為政，條塊分割的局面。具體操作層面，可以借鑒工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析體系對“物”確定“唯一身份”的理念，運用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識預先形成統(tǒng)一的桿體、掛載設備設施的標識體系，進而為構建面向城市全局乃至全國的城市數(shù)據(jù)資源管理平臺做好準備。

二是構建面向全城通用的主流設備/業(yè)務平臺的標準化接口庫，實現(xiàn)設備設施自適應對接。一方面，標準化接口庫應能覆蓋市面上智慧桿塔主流設備/業(yè)務平臺接口協(xié)議，推動實現(xiàn)自適應即插即用。另一方面，標準化接口庫應易于移植復制，在降低燈桿平臺成本的同時，也可容易形成互聯(lián)互通解決方案。此外，建立接口庫可有效避免被單一設備供應商、系統(tǒng)集成商等綁定，進而解決智慧城市智慧桿塔運維的難題。

三是充分利用標識體系和區(qū)塊鏈等技術，形成智慧桿塔數(shù)據(jù)資源確權和流通的解決方案，推動實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。一方面，標識體系解決可以解決“誰”是“誰”的身份確認問題。另一方面，區(qū)塊鏈解決記錄“誰”做了什么事情的問題。標識體系+區(qū)塊鏈技術二者疊加，可使得智慧桿塔數(shù)據(jù)資產(chǎn)轉化為應用價值成為可能，進而為智慧桿塔數(shù)據(jù)資源的創(chuàng)新應用奠定基礎。

圖4 智慧桿塔總體架構演進方向示意圖

四、結語

在新基建推動下，國家和各地方對智慧桿塔建設的支持力度不斷加大，我國智慧桿塔產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)熱度持續(xù)提升、產(chǎn)品及商業(yè)模式日趨多元化、市場規(guī)模指數(shù)級增長的發(fā)展態(tài)勢。但發(fā)展依然面臨著缺乏主動創(chuàng)造應用場景的動能以及對數(shù)據(jù)應用能力不足等多個待解決的難題，需產(chǎn)學研用各方進一步凝聚共識，協(xié)同推動探索破解之道，提升智慧桿塔工程化和實用化水平，促進產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。