基于多業(yè)務(wù)需求整合的新型智慧燈桿規(guī)劃研究

郭 瑋，應(yīng)仲乾

（中國鐵塔股份有限公司廣東省分公司，廣州 510630）

1 智慧燈桿的現(xiàn)狀及規(guī)劃的必要性

當下，城市道路基礎(chǔ)設(shè)施、安裝載體以及相關(guān)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)均以“孤島”的形式存在，市政路燈桿、視頻監(jiān)控桿和交通指示牌等桿體，電力、通信電纜和綜合管道等基礎(chǔ)設(shè)施獨立建設(shè)，各業(yè)務(wù)部門的系統(tǒng)獨立運行。城市道路基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)情況從側(cè)面反映出城市管理水平，未進行需求整合的規(guī)劃會產(chǎn)生建設(shè)成本高、各業(yè)務(wù)部門系統(tǒng)信息孤立、城市市容市貌差等問題。

新型智慧燈桿搭載的業(yè)務(wù)類型眾多，同時各業(yè)務(wù)類型規(guī)劃原則、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)收集方式、布點距離都有著較大的差異，每根智慧燈桿均搭載相同業(yè)務(wù)類型的設(shè)備將造成造價過高、業(yè)務(wù)設(shè)備重復建設(shè)等問題，反之每根智慧燈桿均搭載業(yè)務(wù)設(shè)備不足，將造成業(yè)務(wù)需求無法滿足的問題。因此，形成一種新型智慧燈桿規(guī)劃方法對智慧燈桿業(yè)務(wù)需求方設(shè)及投資建設(shè)方?jīng)Q策尤為重要。

2 智慧燈桿的多業(yè)務(wù)需求規(guī)劃原則

整合新型智慧燈桿多業(yè)務(wù)需求，將提高城市智能服務(wù)水平。從行業(yè)性質(zhì)來看，智慧燈桿可分為通信、市政和電力三大類別，如圖1所示。需要結(jié)合業(yè)務(wù)類型、信息化標準及規(guī)劃目標進行規(guī)劃。

3 智慧燈桿規(guī)劃方法

根據(jù)各行業(yè)業(yè)務(wù)需求規(guī)劃原則可得，各類可搭載在智慧燈桿上的業(yè)務(wù)需求要求在道路布放的高度、布點距離或者覆蓋面積。在實際規(guī)劃當中，單單了解各個業(yè)務(wù)需求的布點距離等信息或許無法得心應(yīng)手，不能達到合理規(guī)劃的效果。本文提出一種依據(jù)冒泡排序（BubbleSort）算法總結(jié)得出的規(guī)劃方法，假設(shè)記道路為L0，搭載在智慧燈桿上的多業(yè)務(wù)以道路雙側(cè)的形式布放，那么，各業(yè)務(wù)需求分別可用以下方式呈現(xiàn)出來。

3.1 智能照明

智能照明作為基礎(chǔ)燈桿的需求，其規(guī)劃燈桿其間距、燈桿高度、路面有效寬度之間的關(guān)系按不同燈具的配光類型，通常采用雙側(cè)道路平均間距的方式布放。

假設(shè)智能照明的總需求數(shù)記為L1，道路A、B 兩側(cè)的需求數(shù)分別記為L11和L12，則：

L1=A1+B1+…+A（n-1）+B（n-1）

其中，道路A 側(cè)需求數(shù)L11=A1+A2+…+A（n-1）+An

道路B 側(cè)需求數(shù)L12=B1+B2+…+B（n-1）+Bn

若兩燈之間間隔記為S1米，那么道路兩側(cè)所需的燈桿數(shù)L1可表示為：

L1=（L0/S1+1）×2

3.2 4G/5G/Wi-Fi（通信基站）和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

考慮到通信基站和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)具有有效覆蓋半徑的特性，故采用道路兩側(cè)交叉布放的方式，將通信基站和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的需求數(shù)分別記為L2和L3，那么對應(yīng)道路A、B 兩側(cè)的通信基站布點距離可分別記為L21和L22，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)布點距離可分別記為L31和L32。

4G/5G/Wi-Fi 總需求數(shù)為

L2=A1+B2+A3+…+B（n-1）+An

其中，道路A 側(cè)需求數(shù)L21=A1+A3+…+An

道路B 側(cè)需求數(shù)L22=B2+B4+…+B（n-1）

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)總需求數(shù)為：

L3=A1+B2+A3+…+B（n-1）+An

其中，道路A 側(cè)需求數(shù)L31=A1+A3+…+An

道路B 側(cè)需求數(shù)L32=B2+B4+…+B（n-1）

若將通信基站和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對應(yīng)布點間隔分別記為S2和S3，則道路兩側(cè)通信基站總需求數(shù)L2可表示為：

L2=2L0/S2+1

道路A、B 兩側(cè)的通信基站需求數(shù)L21和L22為：

L21=L22=L2/2=（2L0/S2+1）/2

道路兩側(cè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)總需求數(shù)L3可表示為：

L3=2L0/S3+1

道路A、B 兩側(cè)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)需求數(shù)L31和L32為：

L31=L32=L3/2=（2L0/S3+1）/2

3.3 視頻監(jiān)控和一鍵救助

視頻監(jiān)控和一鍵救助這兩種屬于捆綁的業(yè)務(wù)需求，并且視頻監(jiān)控主要特性為監(jiān)控關(guān)鍵區(qū)域，原則上來看，同一道路上兩個視頻監(jiān)控頭一般采用兩種指標來衡量視頻監(jiān)控布點的科學合理性，包括基于監(jiān)控面積的覆蓋度和基于監(jiān)控目標的覆蓋度，因此視頻監(jiān)控和一鍵救助均采用道路雙側(cè)交叉布放的方式。

若將視頻監(jiān)控頭的需求數(shù)記為L4，則道路A、B 兩側(cè)各自的布點需求數(shù)記為L41和L42，對應(yīng)需求數(shù)可表示為：

L4=A1+B2+A3+…+B（n-1）+An

其中，道路A 側(cè)需求數(shù)L41=A1+A3+…+An

道路B 側(cè)需求數(shù)L42=B2+B4+…+B（n-1）

若將視頻監(jiān)控頭到監(jiān)視目標的布點距離記為S4，則：

那么道路兩側(cè)的視頻監(jiān)控頭也可表示為：

L4=2L0/S4+1

L41=L42=L4/2=（2L0/S4+1）/2

由于視頻監(jiān)控和一鍵救助兩種業(yè)務(wù)是要求按1:1的比例配置的，若將道路兩側(cè)的一鍵救助業(yè)務(wù)需求數(shù)記為L51和L52，那么

L51=L52=L41=L42=1：1

3.4 LED 屏

LED 屏布放的間隔主要與LED 屏掛高有關(guān)，按合理布局、分區(qū)分級、突出重點的原則規(guī)劃。LED 顯示屏可采用“軸線、節(jié)點、片區(qū)”的方法進行規(guī)劃。一般采用道路雙側(cè)均勻布放的方式。

可將道路兩側(cè)LED 屏的總需求數(shù)記為L6，道路A、B 雙側(cè)的LED 屏布放需求數(shù)可記為L61、L62，那么

L6=A1+B1+…+A（n-1）+B（n-1）

其中，道路A 側(cè)需求數(shù)L61=A1+A2+…+A（n-1）+An

道路B 側(cè)需求數(shù)L62=B1+B2+…+B（n-1）+Bn

若把LED 屏的布點間隔記為S6，則

S6=30×H（H 為LED 屏掛高）

那么道路兩側(cè)的LED 屏需求數(shù)也可表示為：

L6=（L0/S6+1）×2

L61=L62=L6/2=L0/S6+1

3.5 廣播系統(tǒng)

規(guī)劃廣播業(yè)務(wù)的時候要充分考慮傳輸線路要求，廣播揚聲器應(yīng)根據(jù)分片覆蓋的原則，在廣播服務(wù)區(qū)內(nèi)分散配置，對于廣場以及面積較大且高度大于4米的廳堂等塊狀廣播服務(wù)區(qū)，要根據(jù)具體條件選用集中式或集中分散相結(jié)合的方式配置，保證廣播揚聲器在一定區(qū)域內(nèi)的信噪比不小于15dB，廣播系統(tǒng)具有在一定區(qū)域內(nèi)傳播應(yīng)急信息的特點，故采用道路雙側(cè)交叉布放的方式。廣播系統(tǒng)的擴散角α 可表示為

（H 為廣播設(shè)備的安裝高度，h 為人耳水平高度，S7為廣播布點間隔距離）

由上式可得，廣播布點間隔距離為：

將道路布放廣播業(yè)務(wù)的總需求數(shù)記為L7，道路A、B 兩側(cè)交叉布放廣播業(yè)務(wù)的需求數(shù)記為L71和L72，那么

L7=2L0/S7+1

L71=L72=L7/2=（2L0/S7+1）/2

道路兩側(cè)的廣播系統(tǒng)需求數(shù)也可表示為：

L7=A1+B2+A3+…+B（n-1）+An

其中，道路A 側(cè)需求數(shù)L71=A1+A3+…+An

道路B 側(cè)需求數(shù)L72=B2+B4+…+B（n-1）

3.6 環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測不同于其他業(yè)務(wù)需求，城市道路交通噪音布點設(shè)在兩路口之間的路邊人行道上，距離車行道的路沿0.2米處，距離路口應(yīng)大于50米，垂直道路按噪聲傳播由近及遠方向設(shè)置測點，城市道路路邊空氣監(jiān)測布點距離道路邊緣應(yīng)小于20米，距離地面的高度H 應(yīng)保證在2米＜H＜5米的范圍內(nèi)，同一道路上無須進行多布點。若將環(huán)境監(jiān)測布點總需求數(shù)記為L8，環(huán)境監(jiān)測距離路口的布點間隔記為S8，那么，對于道路環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)布點要求S8≥50米，且需要保證距離車行道0.2米。

3.7 充電樁

基于道路交通的條件限制，干道或主要支道的充電樁充電方式均規(guī)劃為快充模式，一般來說，快速充電樁充電時間為20分鐘到60分鐘之間，根據(jù)不同的車輛電池、環(huán)境溫度，充電樁和電動汽車充放電功率等，充電時間各不相同。而對于絕大多數(shù)品牌的電動汽車和混合動力汽車，快充可以在30-40分鐘充滿80%。

若充電樁規(guī)劃數(shù)量為L9，充電樁規(guī)劃間距為S9，采用雙側(cè)交叉的方式布放，日車流量為P（輛/次），t0=1（天）則有如下關(guān)系：

L9=（2L0/S9+1）；p（xi（t0）=k）=（λt0）k*e（-λt0）/k！；k=1，2，3…

道路兩側(cè)充電樁的需求數(shù)也可表示為

L9=A1+B2+A3+…+B（n-1）+An

以第二章節(jié)道路距離L0=1000m 為例，快速充電時間在（h/2，2h/3）之間，不考慮排隊等待時間和閑時時間（23：00-7：00），則一天時間內(nèi)，可以滿足的充電汽車流量為24～32輛/次，按最大車流量值考慮，取λ=Pmax=32，則當時，關(guān)于單調(diào)遞增，當時，k=31。取先驗概率δ=0.35，則L9≈11，可以得出S9=200m。

……

通過對m 種需求類型進行m-1次的序列更新，可以得出實際需求序列的排序規(guī)劃方法：

……

最終得到一個m 維的m-1步的多步規(guī)劃矩陣：

4 結(jié)束語

通過對于多種需求的智慧燈桿進行序列化并排序，對于多種需求序列進行m-1次更新和迭代，最終得到需求規(guī)劃矩陣