0.引言
作為新型智慧城市的基礎載體和感知終端,智慧桿是以“美麗中國、數(shù)字中國、智慧社會”為導向,以建設“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會和新型智慧城市為要求,以節(jié)約土地、能源和原材料消耗,保護城市環(huán)境和生態(tài)景觀,減少重復建設,提高基礎設施利用率為基本目的,以立桿共桿為核心和載體,在實現(xiàn)智慧照明、綠色照明的基礎上,選擇性地集成通信、市政、環(huán)保、公安、交通、城管等諸多領域的智能感知設備,實現(xiàn)充電樁、無線通信、視頻監(jiān)控、流媒體、應急報警、環(huán)境監(jiān)測、停車檢測、井蓋及積水監(jiān)測、公共廣播和信息交互等多種功能的一體化整合,是將工業(yè)設計與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合,滿足功能需要的同時注重生態(tài)環(huán)境的和諧,具有小型化、美觀化、隱蔽性和強大的復合功能,從而提高資源利用率,為城市提供健康適用、高效便捷、和諧共存的基礎設施,全面支撐新型智慧城市建設。
1.智慧燈桿作為5G基站載體的先天優(yōu)勢
智慧燈桿是在路燈桿的基礎上集成無線基站、Wi-Fi設備、傳感器、視頻監(jiān)控、RFID、公共廣播、信息發(fā)布等多類感知設備,如同城市的神經(jīng)末梢充分對信息進行采集、發(fā)布、傳輸形成一張智慧感知的網(wǎng)絡,可實現(xiàn)智能照明、智能安防、無線城市、智能感知、智慧交通、智慧市政等諸多應用。
對于未來5G網(wǎng)絡架構(gòu)業(yè)界已形成共識:5G必然是異構(gòu)多層網(wǎng)絡,超密集組網(wǎng)(UDN)成為5G組網(wǎng)的必然發(fā)展趨勢。超密集組網(wǎng)的本質(zhì)是通過單位面積內(nèi)部署的微基站密度的量變來實現(xiàn)頻率復用效率的成倍提升,進而滿足5G千倍容量增長的需求,因此5G微基站的應用將更加普遍,預計微站數(shù)量將達到4G網(wǎng)絡的10倍以上,這將是5G網(wǎng)絡部署的巨大挑戰(zhàn)。
綜觀全球,在智慧城市的規(guī)劃建設中,智慧燈桿因具備通電、聯(lián)網(wǎng)、廣布的優(yōu)勢而成為物聯(lián)網(wǎng)在城市中的重點應用領域,且在滿足應用功能的同時注重外型的美觀性,這些特點恰恰與5G微站建設配套需求不謀而合。
2.全封閉高速公路場景下智慧燈桿的規(guī)劃解決方案
城市道路照明是城市公共設施的重要組成部分,而隨著城鎮(zhèn)化建設的推進,城市道路照明路燈的數(shù)量越來越多,同時,在全封閉高速公路上也開始安置智慧燈桿并搭載智慧照明、視頻監(jiān)控、5G基站、WIFI、應急廣播等智能通信及感知設備系統(tǒng),實現(xiàn)多桿合一,融合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)對交通路況、安全隱患、天氣災害等信息進行實時監(jiān)測與發(fā)布,建設智慧高速公路。
2.1高速公路場景下智慧燈桿的規(guī)劃需注意問題
(1)道路照明的“陰影”問題
1)縱向路燈之間照明的“陰影”
由于設計的不合理,燈的間距太大或燈具的配光曲線沿道路縱向的最大照度角度太小,導致燈與燈之間照度太低。這樣路面就會“一明一暗”,這給行車帶來了很大的視覺疲勞。
2)橫向路燈之間的“陰影”
由于設計的不合理,燈桿的高度、燈具的仰角不夠,或燈具的配光曲線沿道路橫向的最大照度角度太小,導致路面中心部分照度太低,這也會給行車帶來諸多的不便。
解決以上這幾種照明“陰影”問題的辦法主要還是依據(jù)道路照明設計中,燈距與燈高、路寬與燈高的基本規(guī)律,再結(jié)合燈具配光曲線進行燈具的布局。
(2)全封閉高速公路照度問題
高速公路照明主要需要解決的是當汽車夜間高速行駛時,如何讓駕駛員能迅速準確的接受必要的視覺信息(如路上有無障礙物,前后車輛的相對位置、速度、路面亮度和線形等),使其及時做出反應,以事先防止由于視距不足而發(fā)生的交通事故,增加夜間行車的安全感和舒適感。但是在通常的照明設計中存在一個重要問題,就是照度過高造成資源的浪費。我們知道,高速公路是全封閉的道路,無行人及非機動車等,除了重點路段及橋梁可適當提高照度外,其他位置不需太高的照度就可以滿足安全行車的需求。
解決以上照度問題最好的辦法就是選用搭載智能照明系統(tǒng)并具備動態(tài)調(diào)整照度功能的智慧燈桿。
(3)智慧燈桿5G微基站選址規(guī)劃
智慧燈桿作為分布最廣、最密集的市政設施可以滿足5G超密集組網(wǎng)的站址需求。路燈桿間距一般在20~30米之間,5G微站站址距要求在100~200米之間,按每根燈桿集成一套5G系統(tǒng),路燈桿的數(shù)量完全可以滿足三家電信運營商建站需求。
智慧燈桿5G基站建設需結(jié)合周邊基站布局情況,綜合考慮運營商的需求情況,合理規(guī)劃布局。建議每隔200米預留一根智慧燈桿供電信企業(yè)使用,由于通信運營商擁有自己獨立的通信網(wǎng)絡,所以只需要提供光纖通至綜合機房,供電則用智慧燈桿提供的電源端子。
(4)“多規(guī)合一”規(guī)劃問題
智慧燈桿規(guī)劃涉及政府部門的城鄉(xiāng)控制性規(guī)劃、國土空間規(guī)劃等,伴隨當前“十四五”規(guī)劃的編制以及其他城市規(guī)劃文件的調(diào)整,需要系統(tǒng)性、多層次考慮智慧燈桿規(guī)劃部署,規(guī)避城市規(guī)劃風險。此外,由于智慧燈桿包含諸多跨領域、跨專業(yè)的功能模塊,涉及5G、視頻監(jiān)控、智慧交通等功能模塊的規(guī)劃,需要綜合考慮不同功能模塊的技術(shù)特點和標準,結(jié)合城市區(qū)域差異和發(fā)展特點,具備一定超前意識,使之融入城市規(guī)劃體系。
(5)基礎數(shù)據(jù)的獲取
智慧燈桿規(guī)劃需要處理的數(shù)據(jù)涉及面廣,不僅包含城市地理現(xiàn)狀地圖布局、規(guī)劃布局、城市建筑物布局、管廊分布現(xiàn)狀和規(guī)劃等基礎數(shù)據(jù)庫,還涉及到不同部門或企業(yè)建設項目的信息、各功能模塊建設標準和技術(shù)指標、信息安全等。因此,編制單位在規(guī)劃開啟階段就需要與規(guī)劃牽頭部門深入溝通,在法律允許范圍內(nèi),更多的獲取基礎數(shù)據(jù),并得到規(guī)劃牽頭部門的認可,避免后期因基礎數(shù)據(jù)的因素導致規(guī)劃項目的延期。
2.2全封閉高速公路場景下智慧燈桿的設計難點
(1)天面設計
基站設備一般安裝在智慧燈桿的上部,桿體承重負荷計算需要考慮設備尺寸、安裝空間、迎風面積及設備具體安裝形式等。為了環(huán)境和諧美觀,一般要對5G設備進行必要的偽裝,大部分會采用增加美化罩的方式實現(xiàn),桿體荷載計算則主要考慮美化罩的迎風面積。
智慧桿的風荷載計算應符合現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的要求,風荷載的計算應考慮桿塔構(gòu)件、天線設備、照明設備及功能設備等其他附屬物的擋風面積,并應根據(jù)桿塔所在地區(qū)確定地面粗糙度。
常用設備的迎風面積及重量見下表:
表2.1 常用設備的迎風面積及重量
同時,具體還需要結(jié)合項目所在地的氣象情況、地質(zhì)情況,依據(jù)《高聳結(jié)構(gòu)設計標準》《建筑地基基礎設計規(guī)范》《鋼結(jié)構(gòu)設計標準》等標準規(guī)范進行計算設計。
(2)布線設計
基站設備的走線應從智慧燈桿桿體內(nèi)部布放。桿頂端設備罩內(nèi)設備需要連接的線纜類型有電源線、光纖、MON接口線、接地線等,線纜數(shù)量根據(jù)部署設備的數(shù)量而確定,同時,需在桿頂端接口法蘭處預留走線孔。
(3)供電設計
基站設備需要全天候24小時供電,由于基站設備供電時間和負載容量與其他桿體掛載設備不同,所以應為基站設備單獨提供一路供電電源且供電容量不應小于2000W。目前比較成熟的基站設備供電方案有兩種:一種是集中拉遠供電,主要適用于交流基站設備的供電;一種是-48V本地供電,主要適用于直流基站設備的供電。兩種供電方式各有優(yōu)缺點,集中拉遠供電便于市電的集中獲取,減少電源系統(tǒng)數(shù)量,便于統(tǒng)一建設管理,但線路損耗較大,增加運營成本;-48V本地供電需要引入室外-48V電源,設備體積小,安裝靈活,但每個基站需要獨立引入市電,引電費用高,電源設備分散化,初期建設成本高,日常維護管理繁瑣。
(4)傳輸設計
傳輸分有線傳輸和無線傳輸。有線傳輸信號穩(wěn)定、但使用中會存在線路的限制,靈活性相對較差。無線傳輸靈活性較強,有一定的便捷性,但使用中易受到其他因素的干擾。
當智慧燈桿采用有線傳輸時,每根燈桿下部需配置一個熔纖盒。部署在智慧路燈上的5G設備引入光纜光纖需求一般為2芯~6芯,考慮到其他業(yè)務預留,建議布放12芯或24芯引入光纜。當智慧路燈采用無線傳輸時,傳輸設備一般部署在5G設備上方。此時智慧燈桿還要考慮無線傳輸設備安裝帶來的負載增加問題,結(jié)合項目所在地氣象情況、地質(zhì)情況,依據(jù)桿體設計相關標準規(guī)范進行計算設計。
(5)防雷接地設計
每根智慧燈桿都需設有防雷接地系統(tǒng),桿體接地系統(tǒng)設計可參照《通信局(站)防雷與接地工程設計規(guī)范》相關標準規(guī)范執(zhí)行。設備與桿體可共用接地系統(tǒng),桿頂端設備美化罩內(nèi)設置接地排。
2.3.全封閉高速公路場景下智慧燈桿的施工重點
(1)由于高速公路大多處于封閉獨立的高架橋路段,所以智慧燈桿施工需滿足高處作業(yè)的相關要求,如施工中所用的物料,均要堆放平穩(wěn),不妨礙通行和裝卸。工具要隨手放入工具袋;作業(yè)中的走道、通道板和登高用具,要隨時清掃干凈;拆卸下的物件及余料和廢料均要及時清理運走,不得任意亂置或向下丟棄。傳遞物件禁止拋擲等。
(2)施工過程中要執(zhí)行公路有關施工規(guī)定,進行經(jīng)常性的施工安全教育,完善“標速示意圖”,即前方施工500米、1000米、1600米、告示牌、通行帶、道路大變小、施工標志汽車、繞路警示柱子。同時,施工必須在紅線內(nèi)進行,并作好警戒與公路警示標語和標志,鄰路邊必須搭設封閉通道標志牌及封閉路速標志牌方能施工。
(3)進入施工現(xiàn)場所有人員戴好安全帽、夜光服,凡從事H>2米以上的無法采取可靠防護設施的高處作業(yè)人員必須系好安全帶,從事電氣焊作業(yè)人員要使用面罩或護目鏡,特殊作業(yè)人員持證上崗,并佩戴相應的勞動保護用品。
3.結(jié)束語
作為智慧城市的新型基礎設施之一,智慧燈桿正處于加速建設時期,應充分發(fā)揮規(guī)劃在的智慧城市建設中的指導作用,抓住新一代信息化技術(shù)革命的浪潮,完成具有前瞻性、科學性、可操作性的規(guī)劃,滿足“數(shù)字中國、智慧社會”的時代需求,提高城市規(guī)劃建設能力和現(xiàn)代化治理能力。
參考文獻
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