基于應(yīng)用場(chǎng)景分析的智慧桿塔發(fā)展研究

□ 文 韓 鏑 劉曉娟 王文躍

一、引言

設(shè)備、集成了多類(lèi)ICT技術(shù)的綜合體；在共享方面，不僅實(shí)現(xiàn)了跨行業(yè)領(lǐng)域以及跨部門(mén)間的物理資源共享，如桿址、點(diǎn)位、網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)力等，也實(shí)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(xiàng)目實(shí)踐中，衍生出了數(shù)據(jù)的多種創(chuàng)新應(yīng)用；在智慧方面，智慧桿塔一方面使傳統(tǒng)的感知設(shè)備具備了網(wǎng)聯(lián)化和智能化的條件，另一方面也推動(dòng)了多種設(shè)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(zhǔn)決策提供了強(qiáng)有力的支撐；在和諧方面，智慧桿塔對(duì)于改善城鎮(zhèn)面貌、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)社會(huì)和諧等多方面起到了極大的推動(dòng)作用。

圖1 智慧桿塔功能示意圖

一般觀點(diǎn)認(rèn)為，智慧桿塔是布局于城市或鄉(xiāng)村，基于通信網(wǎng)絡(luò)，承載包括移動(dòng)通信基站在內(nèi)的多種信息通信服務(wù)設(shè)備、便民服務(wù)設(shè)備、傳感設(shè)備、感知設(shè)備等各類(lèi)設(shè)備設(shè)施，具備支撐多種智慧應(yīng)用能力的桿型、塔型設(shè)施的總稱(chēng)，包括但不限于通信塔、電力塔、路燈桿、監(jiān)控桿、標(biāo)識(shí)桿等。智慧桿塔的功能由所搭載的設(shè)備決定，如實(shí)現(xiàn)通信接入、智慧照明、無(wú)線城市、氣象監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、智慧安防、充電功能、信息發(fā)布、應(yīng)急廣播、車(chē)路協(xié)同、一鍵報(bào)警等功能。由于智慧桿塔的融合功能多與信息通信技術(shù)相關(guān)，因此也被看作是ICT技術(shù)與傳統(tǒng)公共基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)用場(chǎng)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(guó)內(nèi)外諸多智慧桿塔落地項(xiàng)目的實(shí)踐分析，智慧桿塔主要分為兩種路徑演進(jìn)形成。

一是由傳統(tǒng)普通路燈桿演進(jìn)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(yùn)維復(fù)雜等各種弊端。城市市政管理部門(mén)期待通過(guò)對(duì)城市照明路燈的改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的遠(yuǎn)程控制和單燈控制等，以達(dá)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(shí)現(xiàn)了對(duì)路燈亮度和照明時(shí)間的實(shí)時(shí)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(duì)感知設(shè)備設(shè)施的掛載點(diǎn)位需求，各城市開(kāi)始嘗試對(duì)道路沿線的路燈桿、交通設(shè)施桿、路名牌、導(dǎo)向牌等各類(lèi)桿型資源進(jìn)行整合，同時(shí)推動(dòng)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(chǔ)設(shè)施。由以上分析可知，推動(dòng)傳統(tǒng)普通路燈桿向智慧桿塔演進(jìn)是實(shí)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(mén)的塔型資源，演進(jìn)形成具有“通信”+“智慧”應(yīng)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(shè)備集成化程度低，但隨著通信基站等設(shè)備集成化、模塊化、小型化技術(shù)的不斷成熟，通信塔的點(diǎn)位空間開(kāi)始出現(xiàn)富裕，富裕資源開(kāi)始面向公安、市政、交通、氣象、環(huán)保等其他垂直行業(yè)部門(mén)開(kāi)放共享。此外，在國(guó)家新基建政策的推動(dòng)下，各垂直行業(yè)部門(mén)所屬各類(lèi)社會(huì)桿塔資源也開(kāi)始面向5G基站建設(shè)開(kāi)放?？傮w來(lái)看，通信塔與各類(lèi)社會(huì)桿塔資源整合、雙向開(kāi)放已經(jīng)成為發(fā)展主流，通過(guò)搭載通信基站以及各類(lèi)感知設(shè)備，通信塔與各類(lèi)社會(huì)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(shè)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)各地智慧桿塔招標(biāo)采購(gòu)項(xiàng)目從2015年208個(gè)、2016年376個(gè)、2017年440個(gè)，快速發(fā)展至2018年的718個(gè)，復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)51%。2019年是智慧桿塔建設(shè)發(fā)展的關(guān)鍵一年，采購(gòu)招標(biāo)量達(dá)到多年來(lái)的峰值，僅上半年項(xiàng)目招標(biāo)量就突破了500個(gè)。此外，有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020初，智慧桿塔建設(shè)進(jìn)度在一定程度上受到新冠肺炎疫情的影響，但隨著國(guó)內(nèi)疫情好轉(zhuǎn)，2020年上半年依然保持了良好發(fā)展態(tài)勢(shì)。截至2020年6月，中標(biāo)項(xiàng)目約100個(gè)，投資總規(guī)模達(dá)到246.5億元。根據(jù)近年來(lái)招投標(biāo)項(xiàng)目分析，目前我國(guó)智慧桿塔主要為配合智慧城市典型應(yīng)用建設(shè)，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(shè)。同時(shí)，在國(guó)家相關(guān)政策的驅(qū)動(dòng)下，項(xiàng)目大多為未來(lái)5G建設(shè)預(yù)留了點(diǎn)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(tái)相關(guān)政策鼓勵(lì)推進(jìn)智慧桿塔建設(shè)，以配合各部門(mén)、各地區(qū)開(kāi)展職責(zé)范圍內(nèi)的中心工作。如2020年1月3日，住建部印發(fā)《關(guān)于開(kāi)展人行道凈化和自行車(chē)專(zhuān)用道建設(shè)工作的意見(jiàn)》，提出“推行‘多桿合一’‘多箱合一’‘多井合一’，集約設(shè)置人行道上各類(lèi)桿體、箱體、地下管線等”；2020年3月24日，工信部印發(fā)《關(guān)于推動(dòng) 5G 加快發(fā)展的通知》，提出要進(jìn)一步深化鐵塔、室內(nèi)分布系統(tǒng)、桿路、管道及配套設(shè)施共建共享?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)在國(guó)家相關(guān)政策的驅(qū)動(dòng)下，智慧桿塔作為5G建設(shè)和創(chuàng)新應(yīng)用的集約高效、綠色環(huán)保硬件平臺(tái)，以及作為新型智慧城市的主要載體，協(xié)同建設(shè)成為大勢(shì)所趨，將進(jìn)入全新發(fā)展階段。

三、面向兩大應(yīng)用場(chǎng)景建設(shè)發(fā)展的思考

3.1 協(xié)同5G建設(shè)和創(chuàng)新應(yīng)用的發(fā)展分析

（1）5G建設(shè)離不開(kāi)智慧桿塔的支撐

從技術(shù)層面看，5 G 技術(shù)和創(chuàng)新應(yīng)用的不斷發(fā)展，將推動(dòng)二者進(jìn)一步融合。一方面，3GPP對(duì)5G基站類(lèi)型劃分為宏基站、微基站、皮基站和飛基站四類(lèi)。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(shù)的成熟，將帶來(lái)數(shù)倍的可用帶寬資源，但覆蓋范圍將進(jìn)一步縮小。因此，在5G宏基站覆蓋無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)覆蓋需求的情況下，利用各類(lèi)桿塔資源搭載5G微基站，在宏站覆蓋的盲點(diǎn)地區(qū)和熱點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行補(bǔ)盲、補(bǔ)熱成為必然。另一方面，2020年7月3日， 3GPP宣布5G R16版本標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，實(shí)現(xiàn)了5G從“能用”到“好用”，增強(qiáng)了垂直行業(yè)服務(wù)能力，成為了5 G商用進(jìn)程中的重要里程碑。此外，5G R17計(jì)劃將于2021年底完成，這將對(duì)物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的支持能力進(jìn)一步增強(qiáng)。利用桿塔資源位置、動(dòng)力、高度等優(yōu)勢(shì)，滿足各垂直行業(yè)領(lǐng)域大連接低功耗的海量機(jī)器類(lèi)通信需求，將是未來(lái)發(fā)展方向之一。

（2）協(xié)同5G發(fā)展需重點(diǎn)關(guān)注的方向

一是需充分理解5G建設(shè)對(duì)傳統(tǒng)桿塔建設(shè)運(yùn)維帶來(lái)的挑戰(zhàn)。對(duì)于新建或改造的智慧桿塔項(xiàng)目，引入5G基站后，系統(tǒng)的融合度、復(fù)雜度均大幅度提高，由此可能對(duì)桿塔本身引發(fā)能力超載的潛在風(fēng)險(xiǎn)。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(zhǎng)期運(yùn)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(guò)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(shí)配備后備電源、直流配電等；在傳輸資源方面，需要預(yù)留5G所需的光纖等資源，同時(shí)要做好線路運(yùn)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(fēng)、IP防護(hù)等性能指標(biāo)變化；在防雷安全方面，需具備隔離式防雷設(shè)計(jì)等。此外，要正確認(rèn)識(shí)5G基站對(duì)其他設(shè)備的影響，如多設(shè)備間電磁兼容問(wèn)題如何解決，不同設(shè)備對(duì)供電、安全的指標(biāo)需求如何均衡等。

二是需預(yù)留5G創(chuàng)新應(yīng)用所需的配套資源。由于5G的價(jià)值在于應(yīng)用，因此需考慮5G創(chuàng)新應(yīng)用對(duì)桿塔的新需求。本文以車(chē)聯(lián)網(wǎng)為例進(jìn)行說(shuō)明，車(chē)聯(lián)網(wǎng)是5G重要的應(yīng)用場(chǎng)景之一，在車(chē)聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，車(chē)路協(xié)同是汽車(chē)自動(dòng)駕駛的前提，因此，在智慧桿建設(shè)方案中，需要預(yù)留擴(kuò)容車(chē)路協(xié)同基礎(chǔ)設(shè)施的空間，包括但不限于路側(cè)感知設(shè)施、路側(cè)控制設(shè)施、路側(cè)算力設(shè)施等點(diǎn)位資源，以滿足未來(lái)5G創(chuàng)新應(yīng)用的發(fā)展需求。

圖3 傳統(tǒng)智慧桿塔總體架構(gòu)示意圖

3.2 智慧桿塔協(xié)同新型智慧城市建設(shè)分析

（1）協(xié)同建設(shè)尚存在三大問(wèn)題

根據(jù)智慧城市智慧桿塔試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)踐分析，逐批、分散是當(dāng)前建設(shè)主流模式，大多沿用了傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，各道路、各使用部門(mén)之間的智慧桿塔項(xiàng)目依然是垂直、閉環(huán)的應(yīng)用系統(tǒng)，如圖3所示。

從城市發(fā)展訴求來(lái)看，業(yè)界對(duì)智慧桿塔這種“煙囪式”信息化應(yīng)用弊端的認(rèn)識(shí)開(kāi)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(lèi)設(shè)備由各部門(mén)租用桿塔點(diǎn)位獨(dú)立部署，形成的也是相互獨(dú)立應(yīng)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(dú)立建設(shè)，各管理平臺(tái)之間尚未打通。當(dāng)前建設(shè)模式導(dǎo)致各街道、各部門(mén)之間數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)協(xié)同效應(yīng)欠佳。二是出于商業(yè)利益考慮，底層設(shè)備提供商、系統(tǒng)集成商等一般會(huì)設(shè)置技術(shù)壁壘，導(dǎo)致各使用部門(mén)容易被單一供應(yīng)商“綁定”，導(dǎo)致智慧桿塔項(xiàng)目在運(yùn)行維護(hù)、擴(kuò)展功能方面存在較大不確定性。三是跨部門(mén)間數(shù)據(jù)資產(chǎn)流轉(zhuǎn)過(guò)程不明晰，智慧桿塔數(shù)據(jù)分析應(yīng)用目前也只是停留在較淺層面，跨領(lǐng)域大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用難以實(shí)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(dāng)前新型智慧城市、數(shù)字孿生城市理念的推動(dòng)下，建設(shè)城市級(jí)智慧桿塔接入管理與數(shù)據(jù)匯聚平臺(tái)，推動(dòng)感知設(shè)備統(tǒng)一接入、集中管理，以及推動(dòng)部門(mén)間數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同已成為業(yè)界共識(shí)，智慧桿塔的總體架構(gòu)開(kāi)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(shù)發(fā)展角度看，以智慧桿塔水平架構(gòu)解決當(dāng)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(shè)備設(shè)施資源的統(tǒng)一編碼體系，以此打破城市各部門(mén)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(biāo)識(shí)解析體系對(duì)“物”確定“唯一身份”的理念，運(yùn)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)預(yù)先形成統(tǒng)一的桿體、掛載設(shè)備設(shè)施的標(biāo)識(shí)體系，進(jìn)而為構(gòu)建面向城市全局乃至全國(guó)的城市數(shù)據(jù)資源管理平臺(tái)做好準(zhǔn)備。

二是構(gòu)建面向全城通用的主流設(shè)備/業(yè)務(wù)平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化接口庫(kù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施自適應(yīng)對(duì)接。一方面，標(biāo)準(zhǔn)化接口庫(kù)應(yīng)能覆蓋市面上智慧桿塔主流設(shè)備/業(yè)務(wù)平臺(tái)接口協(xié)議，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)即插即用。另一方面，標(biāo)準(zhǔn)化接口庫(kù)應(yīng)易于移植復(fù)制，在降低燈桿平臺(tái)成本的同時(shí)，也可容易形成互聯(lián)互通解決方案。此外，建立接口庫(kù)可有效避免被單一設(shè)備供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商等綁定，進(jìn)而解決智慧城市智慧桿塔運(yùn)維的難題。

三是充分利用標(biāo)識(shí)體系和區(qū)塊鏈等技術(shù)，形成智慧桿塔數(shù)據(jù)資源確權(quán)和流通的解決方案，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。一方面，標(biāo)識(shí)體系解決可以解決“誰(shuí)”是“誰(shuí)”的身份確認(rèn)問(wèn)題。另一方面，區(qū)塊鏈解決記錄“誰(shuí)”做了什么事情的問(wèn)題。標(biāo)識(shí)體系+區(qū)塊鏈技術(shù)二者疊加，可使得智慧桿塔數(shù)據(jù)資產(chǎn)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用價(jià)值成為可能，進(jìn)而為智慧桿塔數(shù)據(jù)資源的創(chuàng)新應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

圖4 智慧桿塔總體架構(gòu)演進(jìn)方向示意圖

四、結(jié)語(yǔ)

在新基建推動(dòng)下，國(guó)家和各地方對(duì)智慧桿塔建設(shè)的支持力度不斷加大，我國(guó)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(chǎng)規(guī)模指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。但發(fā)展依然面臨著缺乏主動(dòng)創(chuàng)造應(yīng)用場(chǎng)景的動(dòng)能以及對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用能力不足等多個(gè)待解決的難題，需產(chǎn)學(xué)研用各方進(jìn)一步凝聚共識(shí)，協(xié)同推動(dòng)探索破解之道，提升智慧桿塔工程化和實(shí)用化水平，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。