摘要：為更好地促進(jìn)集照明、監(jiān)控、信息交互和通信等功能于一體的多功能信息桿柱系統(tǒng)發(fā)展與建設(shè)，構(gòu)建“新基建”驅(qū)動下的智慧城市和智慧道路物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，本文針對多功能信息桿柱系統(tǒng)建設(shè)方案展開研究討論，闡述了多功能信息桿柱布設(shè)原則、桿柱分類、設(shè)備部署、系統(tǒng)架構(gòu)以及其在大數(shù)據(jù)交互環(huán)境下的多重增值服務(wù)，同時結(jié)合工程實(shí)際案例，對現(xiàn)階段多功能信息桿柱主流建設(shè)方案、創(chuàng)新元素和未來發(fā)展方向進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：道路工程；系統(tǒng)建設(shè)；分析探究；多功能信息桿柱；新基建；智慧交通

中圖分類號：U495"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號：1673?6478（2023）06?0071?05

Research on the Construction of Multifunctional Information Pole System and Its Value?added Service

DAI Chen， YANG Dongrui

（CCCC First Highway Consultants Co.， Ltd.， Xi'an Shaanxi 710075， China）

Abstract： In order to better promote the development and construction of multi?functional information pole system integrating lighting， monitoring， information interaction and communication functions， and build the internet of things architecture of smart cities and smart roads driven by \"New Infrastructure\"， this paper conducts research and discussion on the construction plan of multi?functional information pole system， and expounds the layout principle， pole classification， equipment deployment， system architecture and its multiple value?added services in the big data interactive environment. Combined with the actual project cases， the current mainstream construction plans， innovative elements， and future development directions of multi?functional information poles are analyzed.

Key words： road engineering; system construction; analysis and inquiry; multifunctional information pole; new infrastructure; intelligent city

0 引 言

我國近年來高度重視新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，5G基站、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心等新領(lǐng)域的建設(shè)布局不斷加快和完善。以新基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，夯實(shí)基礎(chǔ)，對引燃“十四五”產(chǎn)業(yè)動力新引擎、助力數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展、構(gòu)建智慧和諧社會具有重要意義。

我國工業(yè)和信息化部、國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會于2019年4月聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于2019年推進(jìn)電信基礎(chǔ)設(shè)施共建共享的實(shí)施意見》，要求基礎(chǔ)電信企業(yè)、鐵塔公司等要利用路燈、監(jiān)控、交通指示等社會桿塔資源、充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，按照市場化原則開展微基（?。┱窘ㄔO(shè)；集約利用現(xiàn)有基站站址和路燈、監(jiān)控桿等公共設(shè)施以儲備基站站址資源。2020年3月4日，中央政治局常委召開會議，強(qiáng)調(diào)“加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度”。與此同時，各省市也陸續(xù)出臺相關(guān)政策，推動當(dāng)?shù)氐亩喙δ苄畔U柱建設(shè)和發(fā)展，引導(dǎo)各類桿塔“多桿合一”“一桿多用”，積極推動智慧多功能桿建設(shè)，鼓勵利用桿塔資源實(shí)現(xiàn)5G基站的集約部署和站址儲備。據(jù)不完全統(tǒng)計，2019—2021年全國各省市已發(fā)布超過340份關(guān)于多功能桿、多桿合一、5G智慧桿塔等的相關(guān)政策和規(guī)劃。

在此形勢下，作為城市新型公共基礎(chǔ)設(shè)施，多功能信息桿柱涉及了“新基建”中的多個領(lǐng)域，也因此具有更多的建設(shè)需求，成為“新基建”建設(shè)和發(fā)展的最佳著力點(diǎn)。本文在上述背景下，依托石家莊市北部片區(qū)城市基礎(chǔ)設(shè)施提升改造工程設(shè)計實(shí)例對多功能信息桿柱的建設(shè)及其增值、拓展進(jìn)行探討，旨在為智慧城市建設(shè)提供一定的解決思路，并促進(jìn)“新基建”產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 多功能信息桿柱概念

多功能信息桿柱，是指在道路、庭院、場館等區(qū)域，根據(jù)場景需求配備智能照明、視頻安全、移動通信、智能交通、信息交互、市民服務(wù)、環(huán)境監(jiān)測管理、綠色能源、海量數(shù)據(jù)采集等功能，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)計算和物聯(lián)網(wǎng)信息化的標(biāo)準(zhǔn)桿塔。多功能信息桿柱又稱信息桿柱、智慧桿柱，是城市智能設(shè)備便捷化搭載、集成化傳輸、集中化管理的載體。

1.1 布設(shè)原則

遵循“充足、全面、提前”的原則，各種設(shè)施盡量合并桿體設(shè)置，做到“能合則合”“應(yīng)并盡并”，在實(shí)現(xiàn)各類功能需求的前提下科學(xué)、合理地減少多余桿件，并為后期擴(kuò)展預(yù)留條件。信息桿柱與其他公共設(shè)施的間距和位置應(yīng)統(tǒng)籌合理布局，在空間上規(guī)范、有序，數(shù)量上精簡、集約。

1.2 桿柱分類

針對不同應(yīng)用場景和設(shè)備掛載需求，桿柱結(jié)構(gòu)一般分為5類，如表"1所示。

1.3 設(shè)備部署

信息桿柱通過掛載設(shè)備實(shí)現(xiàn)功能，掛載設(shè)備根據(jù)其功能進(jìn)行具體部署。信息桿柱通常采用三層設(shè)計，具體如圖"1所示。

第1層（底層）：配置人行信號燈、緊急呼叫、多媒體交互設(shè)備、防盜傳感器、充電樁等，綜合設(shè)備艙宜內(nèi)嵌于桿體底座，并配置檢修門。

第2層（中層）：配置視頻安防設(shè)備、信息發(fā)布屏、機(jī)動車信號燈、道路交通標(biāo)志、公共廣播設(shè)備等。根據(jù)需要設(shè)置挑臂用于安裝視頻安防、交通信號燈等設(shè)備。

第3層（上層）：配置照明設(shè)施、5G基站、氣象及環(huán)境檢測設(shè)備等。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

信息桿柱通過傳統(tǒng)光纖網(wǎng)絡(luò)或者新型無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接入監(jiān)控中心綜合管理平臺，實(shí)現(xiàn)對信息桿柱的管理、控制、運(yùn)行監(jiān)測、數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)行維護(hù)等功能。平臺能夠?qū)λ袟U柱進(jìn)行資產(chǎn)管理、運(yùn)行管理和控制，可兼容所采用的系統(tǒng)和設(shè)備的通信和傳輸協(xié)議，公安、交通、市政、城管等平臺也可通過互聯(lián)網(wǎng)連接云平臺，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息、交通信息、市政信息、能源信息等數(shù)據(jù)獲取和城市智慧控制。

信息桿柱的網(wǎng)關(guān)使用智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備，集合光端機(jī)、路由器、交換機(jī)、協(xié)議棧和安全芯片、邊緣計算單元等功能，實(shí)現(xiàn)信息采集/輸入、信息輸出、集中控制、遠(yuǎn)程控制、聯(lián)動控制和安全管理控制，具備感知網(wǎng)絡(luò)接入、異常網(wǎng)絡(luò)互通及通信與數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化的功能。

信息桿柱上的所有搭載設(shè)備，可通過智能網(wǎng)關(guān)一站式接入，無須再擴(kuò)展交換機(jī)，不僅簡化項(xiàng)目組網(wǎng)，同時極大提升設(shè)備連接與通信的穩(wěn)定性。

智能網(wǎng)關(guān)支持通信協(xié)議包括回傳網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和感知設(shè)備接入通信協(xié)議，分為有線網(wǎng)絡(luò)回傳和無線網(wǎng)絡(luò)回傳兩種方式。感知設(shè)備接入通信協(xié)議應(yīng)支持不同接口類型的掛載設(shè)備接入，具有豐富的通信接口，宜支持RS232、RS485串口、以太網(wǎng)接口、USB、WiFi、NB?IOT、Zigbee、BlueTooth等。回傳網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議支持光纖網(wǎng)絡(luò)回傳，可根據(jù)需要配置包括5G/4G、WiFi等多種通信方式。

3 增值及拓展服務(wù)

路燈作為城市和道路的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其特點(diǎn)為覆蓋面廣、布設(shè)量大，是云網(wǎng)一體化建設(shè)中邊緣云的天然載體。信息桿柱在加載多數(shù)據(jù)采集設(shè)施后，可作為智慧城市信息的采集入口，對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；其集成的多功能服務(wù)模塊，則可為智慧城市提供大數(shù)據(jù)交互環(huán)境下的多重增值服務(wù)。

3.1 智能照明

道路照明是信息桿柱最重要的功能，因此，照明智慧化也是信息桿柱系統(tǒng)的基礎(chǔ)要求。對照明設(shè)施實(shí)施智能控制，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能應(yīng)用，是當(dāng)前智能照明發(fā)展的主要方向。

信息桿柱通過智能化設(shè)計與精細(xì)化管控，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程集中管理、開關(guān)控制，根據(jù)經(jīng)緯度、時區(qū)等設(shè)置定時任務(wù)，控制所有路燈或指定路燈的開燈、關(guān)燈、調(diào)光、接收故障警告，并支持照明運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、照明用電監(jiān)測，以及便捷的查詢、定位等功能。

3.2 視頻安防

視頻監(jiān)控通過搭載攝像機(jī)，遠(yuǎn)程控制查看現(xiàn)場情況，可存儲一定量的視頻數(shù)據(jù)供事后回溯。具備視頻采集功能，滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需要，并與緊急呼叫和報警設(shè)備融合互通。

緊急呼叫可實(shí)現(xiàn)一鍵呼叫，呼叫信息直接傳達(dá)至求助中心；可與視頻安防設(shè)備協(xié)調(diào)聯(lián)動，并可調(diào)用附近的視頻監(jiān)控設(shè)備獲取現(xiàn)場實(shí)時視頻。

3.3 無線通信

通過信息桿柱組建公共WiFi網(wǎng)絡(luò)，通過遠(yuǎn)程集中管理、控制，滿足AP（無線接入點(diǎn)）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、WiFi網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，以及便捷的AP設(shè)備查詢、定位等功能。同時，可采用多元化的Web認(rèn)證方式，用戶通過手機(jī)驗(yàn)證、微信/QQ/微博賬號登錄等方式進(jìn)行認(rèn)證后登錄互聯(lián)網(wǎng)。管理人員可在線管理用戶的網(wǎng)絡(luò)流量使用情況，并以圖表形式記錄上網(wǎng)客流高低峰時間點(diǎn)、興趣搜索記錄等審計信息。方便用戶快捷上網(wǎng)，提升顧客上網(wǎng)體驗(yàn)，帶來潛在收益。

3.4 智能交通

除集成交通信號燈、交通指示設(shè)備、交通監(jiān)測設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)交通、環(huán)境、人群等不同維度的數(shù)據(jù)采集和信息傳遞外，還可搭載車路協(xié)同設(shè)備，利用智慧網(wǎng)關(guān)的5G通信能力、海量設(shè)備接入能力、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集傳輸能力，以及邊緣計算感知能力，實(shí)現(xiàn)對車輛、人、道路等環(huán)境數(shù)據(jù)的集中傳輸和處理，建立車輛與智慧路燈、人、道路以及平臺之間的交互體驗(yàn)。

3.5 多媒體信息發(fā)布及交互

信息桿柱以多媒體顯示屏作為信息交互平臺，具備本地存儲和播放、圖片和動態(tài)信息展示等功能，可發(fā)布商業(yè)廣告、公益宣傳、公眾信息、突發(fā)事件預(yù)警、區(qū)域地圖展示、周邊環(huán)境空氣質(zhì)量、路段管制引導(dǎo)提示、節(jié)日信息等內(nèi)容；公共廣播具有噪聲抑制、回聲消除和聲音檢測功能，支持遠(yuǎn)程實(shí)時調(diào)節(jié)音量；多媒體顯示屏可以與廣播形成系統(tǒng)的信息交互體系；多媒體互動查詢屏具備獲取電動車充電、地理位置、信息查詢等交互功能；一鍵呼叫采用可視對講報警終端，在遇到危險或突發(fā)狀況時，用戶可通過該終端進(jìn)行報警以及與后端管理人員的可視語音對講，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程執(zhí)法或救援。

3.6 環(huán)境監(jiān)測

信息桿柱搭載了可檢測風(fēng)速風(fēng)向、溫濕度、氣壓、雨量、紫外線輻射、噪聲、有害氣體等多種環(huán)境要素的智能監(jiān)測傳感器，并通過以計算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)為核心的環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)，管理環(huán)境監(jiān)測信息和數(shù)據(jù)儲存信息。環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)將環(huán)境數(shù)據(jù)信息實(shí)時同步至后臺中心系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理和儲存；通過與信息桿柱多媒體信息對接，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)可投放在戶外信息發(fā)布屏，實(shí)時面向公眾發(fā)布環(huán)境質(zhì)量信息，為城市環(huán)保、交通、民生等提供一手信息和數(shù)據(jù)。

3.7 5G微基站

5G網(wǎng)絡(luò)由于頻率快、衰減快，其基站密度遠(yuǎn)大于4G，因此具備便捷供電、智能管理、密集覆蓋、節(jié)省空間、覆蓋盲點(diǎn)等多重優(yōu)勢的小型基站則成了5G時代密集組網(wǎng)的基礎(chǔ)要素。由于微基站可基于路燈等桿體進(jìn)行安裝，使得信息桿柱成為5G微基站的天然選擇，滿足超密集網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)選址要求，可實(shí)現(xiàn)5G信號的無縫覆蓋。將信息桿柱作為5G基站的載體，一方面可節(jié)約初期建設(shè)投資；另一方面可降低后期人工管理、巡檢和維護(hù)成本，節(jié)省空間資源、美化道路環(huán)境，使得“一桿多用”的應(yīng)用價值真正凸顯。

3.8 智能充電

信息桿柱底部集成充電裝置及計量設(shè)備，同時連接蓄電池及市電供電系統(tǒng)，可為具備車載充電機(jī)的電動汽車提供電能，無須額外占用土地資源，節(jié)省空間，而且可解決電動汽車充電及時性和分布廣泛性問題，若輔以光伏或風(fēng)能等綠色能源，將更環(huán)保、高效，投入商業(yè)運(yùn)營中也可產(chǎn)生較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4 案例分析

4.1 工程概況

2021年9月28日，石家莊市繞城高速內(nèi)高速公路取消收費(fèi)，開放通行，石家莊東、南、西、北4座端口收費(fèi)站正式啟用，繞城高速內(nèi)9座匝道收費(fèi)站停止收費(fèi)、開放通行，并將石太高速公路、黃石高速公路三環(huán)內(nèi)部分命名為“北三環(huán)”。石家莊市委、市政府為深入貫徹落實(shí)河北省推進(jìn)省會建設(shè)發(fā)展工作會議精神和河北省委、省政府《關(guān)于大力支持省會建設(shè)和高質(zhì)量發(fā)展的意見》，統(tǒng)籌推進(jìn)對外交通和市政交通建設(shè)，決定對含北三環(huán)在內(nèi)的繞城高速以內(nèi)高速路段進(jìn)行城市化改造。

石家莊市北部片區(qū)城市基礎(chǔ)設(shè)施提升改造工程（北三環(huán)）總里程約35.5km，按城市快速路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，主路設(shè)計速度100km/h，雙向8車道；輔路設(shè)計速度50km/h，雙向4車道。全線結(jié)合建設(shè)條件，采用不同斷面設(shè)計，西三環(huán)至東三環(huán)路段，30km的雙向12車道市政道路（主路雙向8車道、輔路雙向4車道），東三環(huán)至東收費(fèi)站段5.5km 8車道城市快速路。

4.2 建設(shè)方案

（１）建設(shè)內(nèi)容及規(guī)模

全線范圍內(nèi)路段建設(shè)多功能信息桿柱，包括與其相配套的桿柱控制器、照明監(jiān)控終端、照明通信網(wǎng)關(guān)等配套設(shè)備以及信息桿柱基礎(chǔ)，并與全線照明、交通標(biāo)識標(biāo)牌、監(jiān)控、智慧交通等設(shè)施實(shí)現(xiàn)合桿，同時為5G、車路協(xié)同、環(huán)境監(jiān)測等其他智慧設(shè)備預(yù)留接口。

全線共設(shè)置A類桿273套、B類桿1"590套、C類桿84套。

（２）管理模式

本項(xiàng)目信息桿柱接入石家莊市復(fù)興大街智慧交通管理平臺（不在本項(xiàng)目建設(shè)范圍）進(jìn)行統(tǒng)一管理，該平臺采用數(shù)據(jù)挖掘/分析、云存儲、BIM、GIS、分布式計算等技術(shù)體系，通過對信息桿柱的數(shù)據(jù)采集和分析處理、展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)信息的管理與發(fā)布等綜合功能，可針對各種場景進(jìn)行定制化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)全線設(shè)施資產(chǎn)和數(shù)據(jù)的智能化管理。管理平臺構(gòu)成如圖"2所示。

（３）系統(tǒng)功能

智能照明：單燈/多燈控制、群組控制、單回路控制等；實(shí)時監(jiān)測路燈數(shù)據(jù)；通過與環(huán)境監(jiān)測、交通管控等子系統(tǒng)對接，可實(shí)現(xiàn)光感智控、路況聯(lián)動。

智慧宣傳：集成Led信息屏，實(shí)現(xiàn)地區(qū)公共信息、廣告投放、緊急信息的發(fā)布，提高城市服務(wù)水平。

交通和環(huán)境監(jiān)測：集成各類傳感器，對交通和環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，主要內(nèi)容包括：交通車流、噪聲、空氣質(zhì)量、道路照度及灰度、一氧化碳濃度、PM2.5濃度等的監(jiān)測。

WiFi覆蓋：在各信息桿柱上集成WiFi熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋。

改善通信質(zhì)量：預(yù)留通信基站桿件荷載、用電功率及管道。

信息采集：集成RFID閱讀頭，配備RFID標(biāo)簽卡，實(shí)現(xiàn)對工作人員、游客的實(shí)時監(jiān)測；配備資產(chǎn)標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)對各類市政設(shè)施的實(shí)時監(jiān)測。

緊急呼叫、廣播：可根據(jù)項(xiàng)目需要集成對外廣播引導(dǎo)信息、警示信息、緊急信息等；集成戶外緊急呼救按鈕，可以和呼叫監(jiān)控中心進(jìn)行通話，搭建本區(qū)域的緊急救援系統(tǒng)。

車路協(xié)同：為車路協(xié)同設(shè)備預(yù)留安裝條件和用電條件。

5 結(jié) 語

雖然我國智慧城市建設(shè)目前尚處于起步階段，但隨著5G技術(shù)應(yīng)用和建設(shè)的加快，立足于5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的大量鋪設(shè)將是我國智慧城市建設(shè)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)追趕超越的關(guān)鍵因素。伴隨“新基建”發(fā)展大趨勢，未來將成就智慧應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的全新業(yè)態(tài)，為5G建設(shè)、智慧城市建造、信息化普及等領(lǐng)域帶來了更多的機(jī)會。而在當(dāng)下，多功能信息桿柱的智慧應(yīng)用模式正在全國各地得到復(fù)制，發(fā)展藍(lán)圖輪廓日漸明朗，智慧應(yīng)用體系必將更加豐富；但同時，技術(shù)改進(jìn)、易于維護(hù)、成本下降也是當(dāng)前需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，如何實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，如何進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)模塊標(biāo)準(zhǔn)化、樣式多樣化、配置專業(yè)化，則是決定多功能信息桿柱產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向的重要因素。

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