淺析智慧城市建設(shè)中公園智慧系統(tǒng)的設(shè)計
——以福州晉安湖公園為例

林龍生

（福州市規(guī)劃設(shè)計研究院集團有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

隨著各類通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善，智慧公園建設(shè)不斷走向成熟[1]。智慧公園是指在傳統(tǒng)公園的基礎(chǔ)上融入數(shù)字化、智慧化的設(shè)施，并聯(lián)合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，提高公園的服務(wù)能力，豐富公園的娛樂體驗，提升公園管理和養(yǎng)護效率。多數(shù)傳統(tǒng)公園存在基礎(chǔ)設(shè)施有限、難以全面監(jiān)管等問題，較為保守的傳統(tǒng)公園建設(shè)已無法滿足智慧城市背景下公園的可持續(xù)發(fā)展的需求，而智慧公園能通過更高效的管理系統(tǒng)和豐富的信息設(shè)備填補這些不足。

利用各種智能化管理模塊組成的智慧系統(tǒng)在今后公園維護中可以減少對環(huán)境的影響,對管理維護進度、質(zhì)量、成本等方面起到積極作用[2]。在國家提出建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強國、數(shù)字中國、智慧社會的戰(zhàn)略背景下，2018 年首屆數(shù)字中國建設(shè)峰會落戶福州，自此福州進入建設(shè)智慧城市的快車道。同時，福州作為全國首個生態(tài)文明試驗區(qū)，公園建設(shè)是福州市城市建設(shè)的關(guān)鍵部分。近年來，福州市持續(xù)關(guān)注公園建設(shè)，提升公園品質(zhì)，緊跟智慧公園話題。本文以晉安湖公園智慧化建設(shè)為例，探討智慧系統(tǒng)的設(shè)計，以供參考。

1 智慧公園系統(tǒng)框架

公園的智慧系統(tǒng)通過多樣化的組網(wǎng)將公園智慧機房的指令傳達至末端設(shè)備[3]。末端設(shè)備是感知與服務(wù)一體的智慧設(shè)施，末端的感知與服務(wù)一體智慧設(shè)施既可以執(zhí)行公園智能機房指令，同時可將周邊環(huán)境的反饋數(shù)據(jù)發(fā)送回智慧機房。通過數(shù)據(jù)的反饋，實現(xiàn)公園功能管理和服務(wù)的不斷優(yōu)化，形成可持續(xù)的、“智慧”的公園。

公園智慧系統(tǒng)框架分為3 層，即：第1 層——智慧平臺層，主要包括管理平臺、應(yīng)用接口平臺、控制平臺、展示服務(wù)平臺等。其中，管理平臺作為全園的“智慧大腦”，可以對采集的環(huán)境數(shù)據(jù)、人流量數(shù)據(jù)、動植物數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)進行分析，并反饋給公園中的前端智能感知層，如智慧信息發(fā)布、智慧照明、智能安防等，進行智能管理與聯(lián)動[4]。第2 層——物聯(lián)網(wǎng)層，包含各種類型、形式多樣的組網(wǎng)，例如有線通信光纜、WIFI、NBIoT 等。第3 層——智能感知層，主要包括各類信息采集反饋設(shè)備，例如攝像頭、報警按鈕、單燈控制器、LED大屏、智慧井蓋等[5]。

2 晉安湖公園智慧系統(tǒng)設(shè)計

2.1 項目概況

晉安湖公園是一個綜合性城市公園，在湖邊有福州少兒圖書館、群眾藝術(shù)館、摩天輪等，與公園融為一體。公園管理處對公園有很高的服務(wù)與管理水平要求。同時晉安湖還是一個兼具滯洪防澇功能的景觀湖，在調(diào)控水位、調(diào)控水動力、維持水環(huán)境等方面，也對管理控制水平提出了很高的要求。這些都需要智慧化設(shè)計為此提供有力的技術(shù)支撐。

2.2 設(shè)計目的

晉安湖公園的智慧系統(tǒng)個性化設(shè)計主要體現(xiàn)在智能感知層的設(shè)計上。通過合理配置智能感知層設(shè)備，在有限的造價下，保障游客游園安全、節(jié)能減排、數(shù)據(jù)數(shù)字化處理、合理配置資源、提高公園管理人員效率。引入新型智能感知設(shè)備吸引游客數(shù)量，提升游園體驗感。

2.3 智慧平臺層設(shè)計

含有單個或多個智能感知功能的成套設(shè)施稱為智慧設(shè)施。晉安湖公園主要智慧設(shè)施布置平面圖見圖1。智慧平臺設(shè)置于機房內(nèi)，智慧平臺所在機房，引入高精密空調(diào)、UPS 及蓄電池組。高精密空調(diào)可以確保平臺保持在適宜的溫、濕度下穩(wěn)定運行，UPS 及蓄電池組，保障平臺數(shù)據(jù)安全可靠。管理人員可通過機房內(nèi)拼接屏與平臺搭載的GIS 系統(tǒng)，直觀查看并統(tǒng)籌全園所有智慧設(shè)施。高集成度、高開放度管理平臺為今后系統(tǒng)升級提供可能性、便捷性。

圖1 主要智慧設(shè)施布置平面圖

2.4 物聯(lián)網(wǎng)層設(shè)計

采用六芯單模光纜由機房呈放射狀連接至11 臺室外弱電柜，每臺室外弱電柜采用四芯單模光纜呈放射狀連接至各智慧燈桿、智慧導(dǎo)覽屏等智慧設(shè)施。智慧燈桿、智慧導(dǎo)覽屏等智慧設(shè)施搭載支持邊緣計算的智慧網(wǎng)關(guān)設(shè)備，設(shè)備含自適應(yīng)百/千兆網(wǎng)線接口，且支持WIFI 等多種無線通信協(xié)議，可遠程升級。邊緣計算是在臨近物或數(shù)據(jù)源的網(wǎng)絡(luò)邊緣端，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)計算、開放存儲核心功能的應(yīng)用平臺，就近為邊緣端用戶提供相關(guān)智能服務(wù)，并滿足各領(lǐng)域在實時處理、數(shù)據(jù)優(yōu)化、協(xié)同聯(lián)接、智能應(yīng)用、安全與隱私保護等數(shù)字化方面的需求保障。邊緣計算旨在分擔云端處理數(shù)據(jù)的壓力[6]。

2.5 智能感知層設(shè)計

公園在引入常規(guī)的智慧無線網(wǎng)絡(luò)、智慧廣播、智慧一鍵呼救、智慧信息發(fā)布等常用智慧系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對晉安湖是湖體公園的特殊性，加入智慧安全防范、智慧安全用電、智慧節(jié)能、智慧旅游、智慧水務(wù)等模塊。其中智慧無線網(wǎng)絡(luò)、智慧廣播、智慧一鍵呼救、智慧安全防范集成于智慧燈桿上。主園路及景觀節(jié)點共設(shè)置89 根智慧燈桿，力求可能發(fā)生危險區(qū)域監(jiān)控全覆蓋。智慧信息發(fā)布包括智慧燈桿上小屏、LED 大屏、信息導(dǎo)視屏、智慧導(dǎo)覽屏，除智慧燈桿上小屏，其余屏幕均位于公園主要出入口、重要景觀節(jié)點。智慧安全用電結(jié)合室外配電箱設(shè)置。智慧節(jié)能、智慧旅游、智慧水務(wù)則根據(jù)上游專業(yè)提資設(shè)置點位。

2.5.1 智慧安全防范

晉安湖公園以其長岸線和高親水性屬性成為公園亮點，但也因此存在著較大的安全隱患，而對這類安全隱患的防范集中在溺水事故的預(yù)防。公園內(nèi)部約有1250 口井蓋，部分暗井深度可達2m 以上，一旦井蓋發(fā)生位移，容易發(fā)生墜落事故。由于園路臨湖而建，路基易沉降，若沒有及時修復(fù)，可能造成游客跌倒。晉安湖公園的智慧安全防范設(shè)計，采用不同于單純進行錄像操作的傳統(tǒng)監(jiān)控攝像頭，借助人工智能AI 攝像機設(shè)備，采用深度學習硬件及算法，設(shè)置周界防范邊界線，一旦監(jiān)控設(shè)備捕捉到越線情況，便能聯(lián)動智慧廣播系統(tǒng)提醒游客注意安全，并同步發(fā)送警情至管理中心。人工智能AI 攝像機可同時監(jiān)控井蓋位置、路面沉降，通過自主學習對比分析，確保公園游覽安全。

2.5.2 智慧安全用電

晉安湖公園的湖體在福州市中起著重要的調(diào)蓄防洪的作用。晉安湖湖體是匯集城市雨水的主要場所之一，尤其在雨季、汛期，湖體水位上漲較快，甚至接近或超過主園路標高，將帶來不小的用電安全隱患。保證調(diào)蓄防洪的同時，如何保障園區(qū)用電安全是公園設(shè)計與建設(shè)的一大難點。園區(qū)內(nèi)所有夜景照明箱均可接收來自湖體岸邊液位信號反饋，當湖水上升至高水位時，智慧安全用電系統(tǒng)將切斷所有夜景照明箱的饋線回路，以保障園區(qū)用電安全不受湖體水位變化影響。同時，晉安湖公園所采取的智慧安全用電可實時監(jiān)測所有夜景箱饋線回路泄漏電流值，工作電壓、電流一旦發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)將及時切斷電源，并報警至管理中心。

2.5.3 智慧節(jié)能

晉安湖公園智慧節(jié)能系統(tǒng)包含節(jié)電與節(jié)水兩個部分。工程實例顯示智慧照明可平均減少功能照明用電時長1h 以上、夜景照明用電時長0.5h 以上。晉安湖公園功能照明設(shè)計容量為150kW,夜景照明設(shè)計容量為165kW,通過智慧節(jié)電系統(tǒng)的控制，僅照明部分較傳統(tǒng)控制方式節(jié)約日用電量232.5kW·h,節(jié)電率達10%以上。節(jié)電的同時，晉安湖公園引入綠色清潔能源設(shè)備—光伏廊架，將碲化鎘發(fā)電玻璃鋪設(shè)于廊架頂面，采用環(huán)保蓄電池、高轉(zhuǎn)換逆變器、先進的控制器，盡可能高效收集、存儲并利用太陽能。福州市日均日照時間為3.46h，廊架頂面積約100m2，可布置250W 光伏板52片，碲化鎘光伏轉(zhuǎn)換效率為15.8%，可日產(chǎn)7.1kWh 電量。

智慧節(jié)水部分，晉安湖公園通過土壤濕度傳感器配合自動噴灌系統(tǒng)，在保證灌溉質(zhì)量不變的情況下，達到節(jié)水效果。有資料顯示，噴灌比地面漫灌要省水約30%～50%，微灌(包括滴灌、微噴灌、涌流灌和地下滲灌)比地面漫灌省水約50%～70%[7]。晉安湖公園綠化面積250000m2，若采用地面漫灌方式，單位面積最高日用水定額3/L/(m2·d)，日最高用水量為750t；通過智慧節(jié)水設(shè)備的綠化澆灌，僅按30%節(jié)水率，每日可節(jié)約澆灌用水225t以上。

2.5.4 智慧旅游

智慧旅游包含智慧步道、智慧廁所、智慧游船。智慧步道是晉安湖公園智慧化設(shè)計中的亮點之一。智慧步道通過手機端、公園智慧監(jiān)控端及公園智慧顯示屏的聯(lián)動，以公園環(huán)湖步道為載體，實現(xiàn)晉安湖智慧環(huán)湖步道建設(shè)。游客可通過手機app 小程序或步道大屏注冊用戶，在獲取用戶同意的情況下，環(huán)湖步道上設(shè)置的智能攝像頭將自動采集游客運動情況，并將參與用戶的運動排名顯示在環(huán)湖步道和公園重要節(jié)點的智慧互動屏幕上，吸引更多游客參與健身和互動，在豐富游園體驗的同時，引導(dǎo)良好的運動氛圍，推動健康城市發(fā)展。智慧廁所通過一些列傳感器、感應(yīng)裝置（如煙感、溫感、氨氣檢測、硫化氫檢測、遠傳水表、遠傳電表、監(jiān)控球機、流量傳感器、自動除臭器、呼救按鈕等）采集數(shù)據(jù)，生成列表，為提升入廁環(huán)境及服務(wù)提供數(shù)據(jù)依托。智慧游船通過GPS 定位每艘游船點位，監(jiān)測游船運行速度、路線，確保游客游湖安全。

2.5.5 智慧水務(wù)

晉安湖公園作為一個湖體公園，在為城市調(diào)蓄防洪的同時，把控湖體水質(zhì)也至關(guān)重要。公園智慧水務(wù)系統(tǒng)是通過水質(zhì)檢測站點監(jiān)控水質(zhì)，并將監(jiān)控數(shù)據(jù)實時上報至管理中心.管理中心接受數(shù)據(jù)后，可根據(jù)監(jiān)控的水質(zhì)情況遠程控制水閘、泵站，通過調(diào)控湖體的進出水保證晉安湖湖體水質(zhì)良好。同時，智慧水務(wù)管理中心也將更新的水質(zhì)情況儲存至歷史湖體水質(zhì)記錄中，以便后期湖體管理治理中提供支持。

3 結(jié)束語

綜上所述，為了完成晉安湖公園的智慧系統(tǒng)個性化設(shè)計，引入新型智能感知設(shè)備，搭建智慧平臺層和物聯(lián)網(wǎng)層。在引入常規(guī)的智慧無線網(wǎng)絡(luò)、智慧廣播、智慧一鍵呼救、智慧信息發(fā)布等常用智慧系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對晉安湖是湖體公園的特殊性，加入智慧安全防范、智慧安全用電、智慧節(jié)能、智慧旅游、智慧水務(wù)等模塊。該設(shè)計不僅可以提升公園管理效率，還能提升游園體驗感。

公園建設(shè)與管理是一個持續(xù)性的過程，后期管理中，需要對公園各類設(shè)施、設(shè)備等進行階段性更新以維持和提升公園的服務(wù)功能。筆者建議設(shè)計階段應(yīng)盡可能多考慮后期管養(yǎng)問題。

（1）智慧網(wǎng)關(guān)設(shè)備應(yīng)支持盡可能多制式的無線信號。

（2）在主園路適當預(yù)留強弱電排管，可避免中后期大量重復(fù)開挖土方，影響公園的正常使用。

（3）智慧平臺層建設(shè)時也應(yīng)考慮盡可能易拓展，方便今后升級。

（4）在工程造價允許的情況下，應(yīng)引入更多的智慧互動設(shè)施，提升游客體驗感，亦可增加公園收入，以供公園設(shè)施更新，有利于公園可持續(xù)發(fā)展。

伴隨著日新月異的技術(shù)革新，將來會出現(xiàn)更多信息通信技術(shù)推動著智慧系統(tǒng)不斷發(fā)展，推動智慧公園由發(fā)展進入成熟階段，成為智慧城市建設(shè)中必不可少的一環(huán)。