基于城市綜合桿件的物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)及交互體系

臧 鋒，黃李奔，王鵬展

(南京市路燈管理處，江蘇 南京 210013)

引言

作為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，智慧城市助力“十三五”中國經(jīng)濟(jì)從高速增長轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展，為建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、實(shí)施“一帶一路”宏偉藍(lán)圖注入了新動(dòng)能[1]。在此背景下，江蘇省提出了《“十三五”智慧江蘇建設(shè)發(fā)展規(guī)劃》，南京市也提出了以“整合、智慧、創(chuàng)新”為期望的智慧城市建設(shè)要求。而城市照明燈桿以其高密度、廣覆蓋等先天優(yōu)勢，成為未來智慧城市建設(shè)不可或缺的重要載體。因此，新型智慧城市的建設(shè)要求，必然推動(dòng)智慧燈桿產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。近幾年全國在路燈智慧化方面進(jìn)行了諸多有益的探索和實(shí)踐[2-7]，涉及多個(gè)專業(yè)，結(jié)合各類場景，呈現(xiàn)多種形態(tài)，有照明行業(yè)的智慧照明，有運(yùn)營商的路燈基站，有新能源行業(yè)的路燈充電樁，有廣告行業(yè)的顯示屏廣告，有人工智能(AI)行業(yè)的基于邊緣計(jì)算的路燈感知機(jī)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(shè)的相關(guān)制度，進(jìn)入大規(guī)模實(shí)施階段；而北京、杭州、香港特別行政區(qū)等地智慧燈桿項(xiàng)目也已加快試點(diǎn)。

因此，智慧燈桿將成為未來一段時(shí)間內(nèi)重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施，我們需要通過頂層規(guī)劃、科學(xué)實(shí)踐、反復(fù)驗(yàn)證、持續(xù)改進(jìn)等過程，找到解決現(xiàn)存問題的最優(yōu)路徑，最終建立一套與智慧燈桿、智慧城市發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)相匹配的建管養(yǎng)體系。

1 智慧城市建設(shè)存在的問題分析

1)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)缺乏統(tǒng)籌性，智慧城市普遍存在重復(fù)投資的現(xiàn)象。從實(shí)操出發(fā)，新型智慧城市建設(shè)應(yīng)與城市基礎(chǔ)建設(shè)同步實(shí)施，但由于缺乏頂層設(shè)計(jì)，在大多數(shù)情況下兩者難以統(tǒng)籌，當(dāng)前城市綜合桿件物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)及交互體系建設(shè)普遍存在硬件建設(shè)不同步、功能應(yīng)用考慮不到位、實(shí)際應(yīng)用不貫通、制度安排不明晰等現(xiàn)實(shí)問題。由于是兩個(gè)建設(shè)體系的融合，發(fā)包方式、監(jiān)管體系、驗(yàn)收移交流程、財(cái)政體系劃撥等需要全面統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，才能保證整體項(xiàng)目實(shí)施有序。要考慮到信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在作業(yè)習(xí)慣、關(guān)注目標(biāo)等方面的區(qū)別，制度建設(shè)才能夠把準(zhǔn)著力點(diǎn)，從而有的放矢。

2)缺乏準(zhǔn)確的概念與定位，阻礙智慧燈桿可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。一直以來，行業(yè)內(nèi)外都將路燈的智慧化建設(shè)統(tǒng)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(wù)智慧城市？智慧化的路燈作為一個(gè)高度集成的項(xiàng)目，作為智慧城市在城市公共空間的落地載體，應(yīng)該是一個(gè)自上而下的體系，有外延，能拓展，適配智慧城市建設(shè)要求，而不是簡單的多專業(yè)集合，更不是某一專業(yè)的單兵突進(jìn)。

3)智慧燈桿功能缺乏長遠(yuǎn)規(guī)劃，影響應(yīng)用場景迭代升級。目前來看，桿件上的主功能、邊際功能、擴(kuò)展功能缺乏長遠(yuǎn)結(jié)合的解決方案，必然導(dǎo)致應(yīng)用難落地，項(xiàng)目難持續(xù)。近年來，杭州、南京、上海先后提出了城市建設(shè)合并桿的要求，尤其是上海以中國國際進(jìn)口博覽會(huì)為契機(jī)，對合并桿的建設(shè)進(jìn)行了更為細(xì)致成熟的思考與部署，《上海市道路合桿整治技術(shù)導(dǎo)則》中提出了路燈分層的概念，實(shí)現(xiàn)了硬件端可加載可復(fù)制的定制，形成了行業(yè)模板，為后續(xù)涉及交通安防、環(huán)境管理、城市服務(wù)、通訊服務(wù)、廣告加載等提供了想象空間。

4)智慧燈桿建設(shè)、運(yùn)營、收益方式不明確，缺乏持續(xù)源動(dòng)力。綜合桿件涉及大量具體城市服務(wù)項(xiàng)目，這些領(lǐng)域由不同的政府部門、運(yùn)營商、廣告商負(fù)責(zé)，同時(shí)牽涉大量技術(shù)與產(chǎn)品供應(yīng)企業(yè)，運(yùn)營模式應(yīng)針對各專業(yè)進(jìn)行區(qū)分定制設(shè)計(jì)，也可在建設(shè)初期，根據(jù)投資收益統(tǒng)籌明確運(yùn)營方式。因此綜合桿件的設(shè)計(jì)建設(shè)不但要關(guān)注終端產(chǎn)品的銷售體驗(yàn)，也要關(guān)注建設(shè)運(yùn)營過程中的制度權(quán)益安排、技術(shù)優(yōu)化升級及相關(guān)方體驗(yàn)改善，從“路燈”中來到“路燈”中去，以利于項(xiàng)目落地和產(chǎn)品推廣。

5)城市照明行業(yè)發(fā)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(shí)施過程中，作為照明管理單位，由于在體制政策、作業(yè)模式、技術(shù)方案、操作體驗(yàn)上存在較多的問題，難以落地執(zhí)行。舉例來說，由于桿件權(quán)屬、決策機(jī)制、利益分配方式及具體實(shí)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(xiàn)實(shí)情況。此外，綜合桿件的技術(shù)方案、作業(yè)模式、操作體驗(yàn)等仍需不斷優(yōu)化，例如5G的推廣中利用路燈部署基站，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，極易變成對燈桿的直接掛裝，且存在如傳輸、電力、設(shè)施連接、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、設(shè)施美觀等諸多問題。與此同時(shí)，在政府主導(dǎo)下，通信行業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)、照明行業(yè)三者之間，必然將經(jīng)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(yè)的位置，使其獲得新的生機(jī)，是我們目前需要進(jìn)行深入思考的問題。

2 智慧城市建設(shè)的解決路徑

2.1 確立以智慧燈桿為核心的智慧城市統(tǒng)籌建設(shè)新模式

1)分析智慧城市建設(shè)的最優(yōu)路徑。要加快推進(jìn)智慧城市進(jìn)程，則應(yīng)充分發(fā)揮路燈桿件資源的優(yōu)勢，將各項(xiàng)功能與服務(wù)落地載體從松散的現(xiàn)狀，向高度集中的城市照明燈桿轉(zhuǎn)型，這是目前解決智慧城市重復(fù)投資的最優(yōu)路徑。

2)分析以智慧燈桿推進(jìn)智慧城市的可行性。實(shí)踐表明，以智慧燈桿為核心建立智慧城市統(tǒng)籌建設(shè)新模式，具有可行性。新型智慧城市建設(shè)在室外公共空間中的應(yīng)用，必須以同時(shí)具備傳輸通道網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備部署載體、外接電源引入、應(yīng)用落地部件等條件的基礎(chǔ)設(shè)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(wǎng)絡(luò)等天然屬性，成為新型智慧城市落地的優(yōu)先選擇。同時(shí)，基于路燈的共建共享，也符合新型智慧城市頂層設(shè)計(jì)中共用一張基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的整體要求。

2.2 確立“基于城市綜合桿件的物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)及交互體系”新概念

1)科學(xué)認(rèn)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(yīng)從對智慧燈桿的全面、科學(xué)的定義，做到承上啟下。我們認(rèn)知智慧燈桿，不應(yīng)是狹義的而是廣義的，它不僅包括加載于燈桿上的某一類設(shè)備或者某一項(xiàng)功能，而是包括從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析，最終轉(zhuǎn)化為服務(wù)的全過程體系。

2)科學(xué)定義“智慧燈桿”。應(yīng)稱之為“基于城市綜合桿件的物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)及交互體系”，它由“綜合桿件”和“物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)及交互”兩個(gè)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(lián)感知網(wǎng)絡(luò)及交互泛指整個(gè)空間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、感知布設(shè)、信息采集、數(shù)據(jù)處理和交互應(yīng)用。其核心功能為通過綜合桿件建設(shè)和桿件設(shè)備加載，實(shí)現(xiàn)組建通訊及感知網(wǎng)絡(luò)、采集傳輸數(shù)據(jù)、反饋落地應(yīng)用。并基于此，城市綜合桿件的物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)及交互體系的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，則可形成政府引領(lǐng)，資本介入，多方融合，跨界協(xié)同的生態(tài)系統(tǒng)，以城市綜合桿件為載體，以物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)及交互體系的建設(shè)運(yùn)營落地，最終與服務(wù)智慧城市無縫對接。

2.3 頂層規(guī)劃、制度先行、定制服務(wù)，形成與智慧燈桿定義相匹配的建設(shè)體系

1)對智慧城市體系形成全面認(rèn)知。在新型智慧城市的頂層設(shè)計(jì)中，其模式為“1+2+N”，即共用1張基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，打造大數(shù)據(jù)和城市運(yùn)營2個(gè)中心，落地N個(gè)應(yīng)用。在這個(gè)體系下，首先要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的共享，比如“智慧政務(wù)”，實(shí)現(xiàn)工商、民政、教育、醫(yī)療等數(shù)據(jù)共享，進(jìn)而擴(kuò)大應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)多種類、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共享，為公安、交通、城管等部門服務(wù)。智慧燈桿則應(yīng)服務(wù)于“1+2+N”各層次需求。

2)基于智慧城市需求，進(jìn)行智慧燈桿“云、管、端”三個(gè)層次的頂層設(shè)計(jì)。圍繞智慧城市數(shù)據(jù)收集、分析、存儲、應(yīng)用全過程，建立“云管端”建設(shè)規(guī)劃。即智慧燈桿“端”建設(shè)，即加載于智慧燈桿側(cè)的各類功能應(yīng)用設(shè)備終端，由各專業(yè)企業(yè)具體實(shí)施；智慧燈桿“管”建設(shè)，即供電網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施，由屬地化的城市照明管理部門負(fù)責(zé)實(shí)施；智慧燈桿“云”，則為數(shù)據(jù)存儲企業(yè)。與此同時(shí)，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(yīng)承擔(dān)對“云”、“端”兩個(gè)層級的管理工作。

3)以政府文件形式，保障智慧桿件推進(jìn)方案實(shí)施。應(yīng)形成地方性或行業(yè)性的智慧桿件設(shè)施導(dǎo)則，將智慧燈桿作為城市基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)配置，規(guī)定桿件模塊化設(shè)計(jì)、管道預(yù)留設(shè)計(jì)，在新建、改造過程中，逐步完成傳統(tǒng)燈桿向智慧燈桿的轉(zhuǎn)型升級；并應(yīng)同步明確“云、管、端”各企業(yè)職責(zé)，建立“管”企業(yè)為主的協(xié)調(diào)機(jī)制，加快項(xiàng)目落地。

4)以模塊化、定制化服務(wù)，加速應(yīng)用智慧城市應(yīng)用場景落地。依托城市綜合桿件，構(gòu)建自主網(wǎng)絡(luò)，并基于自主網(wǎng)絡(luò)落地服務(wù)政府部門，針對客戶需求定制產(chǎn)品形態(tài)，形成示范引領(lǐng)，支撐業(yè)態(tài)健康發(fā)展。如主專業(yè)的高效能、低成本運(yùn)維；服務(wù)環(huán)境檢測的數(shù)據(jù)服務(wù)；面向城市管理的停車、環(huán)衛(wèi)、特種車輛、城管千分制的考核管理等；配合5G站點(diǎn)的部署，提供配套服務(wù)等，基礎(chǔ)搭建完整，定制設(shè)計(jì)合理，以單促產(chǎn)明確，運(yùn)營收益穩(wěn)妥。

2.4 建立各方收益的智慧燈桿商業(yè)模式，形成職責(zé)明確的建管養(yǎng)體系

1)分析各類投資方式，以“多方收益”為衡量標(biāo)準(zhǔn)，確定最優(yōu)路線。一是“政府投資直接投資”方式，且簡單易行，推進(jìn)落地便利，財(cái)政監(jiān)管清晰，投入產(chǎn)出閉環(huán)；但財(cái)政開支較大，難以形成體量，激發(fā)企業(yè)活力不夠，關(guān)切創(chuàng)新應(yīng)用不足。二是“單專業(yè)投入”方式。4G、5G基站的部署、充電樁的設(shè)置等，其優(yōu)點(diǎn)是單專業(yè)短期內(nèi)形成規(guī)模優(yōu)勢，有相應(yīng)的商業(yè)模式支撐，小而美，也易閉環(huán)；缺點(diǎn)是缺乏統(tǒng)籌考慮，與行政管理體制難以調(diào)和，極易對后續(xù)其他專業(yè)加載使用形成阻礙或形成沉沒成本。三是“政府牽頭引領(lǐng)，社會(huì)資本參與”。統(tǒng)籌多個(gè)專業(yè)，定制頂層規(guī)劃，以綜合桿件為載體，服務(wù)多專業(yè)應(yīng)用。例如結(jié)合智慧城管、公安雪亮、基站建設(shè)、廣告運(yùn)營、合同能源管理(EMC)節(jié)能改造進(jìn)行的整體商業(yè)構(gòu)想，暫稱其為“南京模式”，其優(yōu)點(diǎn)是基礎(chǔ)建設(shè)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(dāng)期收益且具有較強(qiáng)的商業(yè)生命力；缺點(diǎn)是頂層設(shè)計(jì)須細(xì)致嚴(yán)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(huán)節(jié)需要打通。因此，“政府牽頭引領(lǐng)，社會(huì)資本參與”契合新型智慧城市建設(shè)發(fā)展要求，其建設(shè)模式清晰，可以較好地統(tǒng)籌各方權(quán)益，便于復(fù)制推廣。

2)基于多方收益的商業(yè)模式，構(gòu)建嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹腔蹢U件實(shí)施組織。新型智慧城市建設(shè)是一個(gè)涉及多環(huán)節(jié)、多領(lǐng)域、跨部門的復(fù)雜系統(tǒng)工程，這也決定了新型智慧城市建設(shè)不可能由單一的政府部門或企業(yè)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(gòu)建新型智慧城市產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)圈，通過強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，才能共同推進(jìn)新型智慧城市建設(shè)和發(fā)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(guī)劃的總設(shè)計(jì)師，應(yīng)制定規(guī)則秩序，從政策法規(guī)到技術(shù)規(guī)范以及金融體系為生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)提供支撐保障；屬地的照明管理企業(yè)，既是國資代表，也是載體的主要管理者；引入產(chǎn)業(yè)資本，組建強(qiáng)勢專業(yè)的企業(yè)(如云處理、5G、物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等)，形成專業(yè)分工明確、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理的建設(shè)運(yùn)營團(tuán)隊(duì)，推進(jìn)綜合桿件立體感知系統(tǒng)的建設(shè)、使用、運(yùn)營。

2.5 主動(dòng)轉(zhuǎn)型、迭代升級，建立以城市照明行業(yè)為主導(dǎo)的智慧燈桿新興產(chǎn)業(yè)

1)以信息化建設(shè)為驅(qū)動(dòng)，推進(jìn)照明本專業(yè)的提檔升級。南京市城市照明信息化建設(shè)目前經(jīng)歷了兩個(gè)階段，照明主業(yè)隨之提檔升級。第一階段為“信息路燈”：通過制度重塑、設(shè)施普查、單燈監(jiān)控為途徑，以全流程業(yè)務(wù)體系、全過程設(shè)施管理從線下至線上的全面切換為核心目標(biāo)，建立以數(shù)據(jù)為主線的信息化管理平臺。第二階段為“智慧路燈”：以物聯(lián)網(wǎng)思維、大數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)管理為核心，建立貫穿于全產(chǎn)業(yè)鏈的、設(shè)施全生命周期的、深度感知和回饋的、以問題為導(dǎo)向的動(dòng)態(tài)智能管控體系，以低成本、高效能、高品質(zhì)創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的源動(dòng)能。

2)加快照明主業(yè)社會(huì)化、網(wǎng)絡(luò)化，逐步接軌智慧燈桿新商業(yè)模式。近年來，南京一方面注重做大存量設(shè)施，提高覆蓋廣度與密度，擴(kuò)大運(yùn)營區(qū)域；另一方面通過建設(shè)城市級的照明控制系統(tǒng)，構(gòu)建全市照明設(shè)施“一張網(wǎng)、一塊表、一個(gè)閘”的管理格局；同時(shí)通過單燈管理體系建設(shè)，降低運(yùn)營成本，提升管理能效。逐步實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)作業(yè)社會(huì)化、設(shè)施養(yǎng)護(hù)網(wǎng)絡(luò)化、管理運(yùn)營市場化的產(chǎn)業(yè)升級目標(biāo)。

3)加快智慧桿件建設(shè)，高密度、廣覆蓋，實(shí)現(xiàn)城市綜合桿件的統(tǒng)籌進(jìn)階。南京市自2016年啟動(dòng)共桿建設(shè)，編制發(fā)布了《城市道路并桿導(dǎo)則》和《城市道路桿件管理辦法》，路燈轉(zhuǎn)型成為桿件專業(yè)大總包，對公安交管等進(jìn)行專業(yè)分包，更好推進(jìn)項(xiàng)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(dá)90 km，新建改造桿件數(shù)量7 082桿，其中綜合桿件數(shù)量1 904桿，相信再經(jīng)過三年桿件的新建和改造，可以構(gòu)建起城市級規(guī)模的桿件應(yīng)用體系，支撐智慧城市應(yīng)用。

4)新建項(xiàng)目實(shí)施智慧城市管道預(yù)留，提前部署網(wǎng)絡(luò)資源。結(jié)合主功能的實(shí)施，由企業(yè)出資，結(jié)合單燈的使用，試點(diǎn)三張網(wǎng)的建設(shè)，即結(jié)合新建道路部署地下光纖網(wǎng)絡(luò)，基于LoRa等傳輸技術(shù)組建空中無線網(wǎng)絡(luò)，新建道路同步敷設(shè)24 h供電網(wǎng)絡(luò)，存量設(shè)施通過單燈控制系統(tǒng)改造形成24 h供電網(wǎng)絡(luò)。南京智慧燈桿試點(diǎn)項(xiàng)目不僅合并公安交管等設(shè)施，還涵蓋雪亮工程、網(wǎng)絡(luò)5G、智能公交、充電樁、亮化工程、環(huán)保檢測、新區(qū)控制平臺等12家產(chǎn)權(quán)單位、17項(xiàng)功能的綜合管道工程，一個(gè)橫斷面上可預(yù)留64根管道。

5)成立專業(yè)子公司，建立智慧燈桿“云管端”全體系運(yùn)營管理。基于城市綜合桿件的物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)及交互體系，既是城市基礎(chǔ)建設(shè)的一部分，也是智慧城市建設(shè)的一部分，最終一定是要打通數(shù)據(jù)壁壘為智慧城市服務(wù)的，所以屬地的照明管理單位，不是這個(gè)產(chǎn)品或者這個(gè)項(xiàng)目的終端客戶，而是共同推進(jìn)這個(gè)產(chǎn)品或這個(gè)項(xiàng)目落地的優(yōu)質(zhì)合作伙伴。屬地照明管理單位是項(xiàng)目建設(shè)落地的推動(dòng)者，更是城市綜合桿件的運(yùn)營商。因此，南京市成立了江蘇未來城市公共空間開發(fā)運(yùn)營有限公司，以專業(yè)化促產(chǎn)業(yè)化，是智慧燈桿落地生根的優(yōu)選形式。

3 結(jié)語

隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)時(shí)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(yè)帶來新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，城市智慧燈桿帶來的衍生產(chǎn)品及附加值目前還是一片“藍(lán)?！?，還有很多可以想象的空間。屬地的照明管理企業(yè)應(yīng)主動(dòng)轉(zhuǎn)型，夯實(shí)本業(yè)，形成堅(jiān)定的牢固可靠的屬地渠道，抓住機(jī)遇，積極迎接物聯(lián)網(wǎng)(internet of things，IoT)浪潮的到來。