全封閉高速公路場景下智慧燈桿的規(guī)劃解決方案探討
引言
作為新型智慧城市的基礎(chǔ)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(dǎo)向，以建設(shè)“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(fù)建設(shè)，提高基礎(chǔ)設(shè)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(chǔ)上，選擇性地集成通信、市政、環(huán)保、公安、交通、城管等諸多領(lǐng)域的智能感知設(shè)備，實現(xiàn)充電樁、無線通信、視頻監(jiān)控、流媒體、應(yīng)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(shè)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(fù)合功能，從而最大限度地提高資源利用率，為城市提供健康適用、高效便捷、和諧共存的基礎(chǔ)設(shè)施，全面支撐新型智慧城市建設(shè)。
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(chǔ)上集成無線基站、Wi-Fi設(shè)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(shè)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(luò)，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(yīng)用。
對于未來5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)業(yè)界已形成共識：5G必然是異構(gòu)多層網(wǎng)絡(luò)，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(fù)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(yīng)用將更加普遍，預(yù)計微站數(shù)量將達到4G網(wǎng)絡(luò)的10倍以上，這將是5G網(wǎng)絡(luò)部署的巨大挑戰(zhàn)。
綜觀全球，在智慧城市的規(guī)劃建設(shè)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(yīng)用領(lǐng)域，且在滿足應(yīng)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(shè)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(shè)施的重要組成部分，而隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)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(yīng)急廣播等智能通信及感知設(shè)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(zāi)害等信息進行實時監(jiān)測與發(fā)布，建設(shè)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(shè)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(dǎo)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(shè)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(dǎo)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(shè)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(yīng)，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(shè)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(shè)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(shè)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(yù)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(luò)，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(fēng)險。此外，由于智慧燈桿包含諸多跨領(lǐng)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(chǔ)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(chǔ)數(shù)據(jù)庫，還涉及到不同部門或企業(yè)建設(shè)項目的信息、各功能模塊建設(shè)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(chǔ)數(shù)據(jù)，并得到規(guī)劃牽頭部門的認可，避免后期因基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的因素導(dǎo)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(shè)計難點
(1)天面設(shè)計
基站設(shè)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(shè)備尺寸、安裝空間、迎風(fēng)面積及設(shè)備具體安裝形式等。為了環(huán)境和諧美觀，一般要對5G設(shè)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(fēng)面積。
智慧桿的風(fēng)荷載計算應(yīng)符合現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的要求，風(fēng)荷載的計算應(yīng)考慮桿塔構(gòu)件、天線設(shè)備、照明設(shè)備及功能設(shè)備等其他附屬物的擋風(fēng)面積，并應(yīng)根據(jù)桿塔所在地區(qū)確定地面粗糙度。
常用設(shè)備的迎風(fēng)面積及重量見下表：
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(shè)計標準》《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》等標準規(guī)范進行計算設(shè)計。
(2)布線設(shè)計
基站設(shè)備的走線應(yīng)從智慧燈桿桿體內(nèi)部布放。桿頂端設(shè)備罩內(nèi)設(shè)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(shè)備的數(shù)量而確定，同時，需在桿頂端接口法蘭處預(yù)留走線孔。
(3)供電設(shè)計
基站設(shè)備需要全天候24小時供電，由于基站設(shè)備供電時間和負載容量與其他桿體掛載設(shè)備不同，所以應(yīng)為基站設(shè)備單獨提供一路供電電源且供電容量不應(yīng)小于2000W。目前比較成熟的基站設(shè)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(shè)備的供電;一種是-48V本地供電，主要適用于直流基站設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備分散化，初期建設(shè)成本高，日常維護管理繁瑣。
(4)傳輸設(shè)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(shè)備引入光纜光纖需求一般為2芯~6芯，考慮到其他業(yè)務(wù)預(yù)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(shè)備一般部署在5G設(shè)備上方。此時智慧燈桿還要考慮無線傳輸設(shè)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(shè)計相關(guān)標準規(guī)范進行計算設(shè)計。
(5)防雷接地設(shè)計
每根智慧燈桿都需設(shè)有防雷接地系統(tǒng)，桿體接地系統(tǒng)設(shè)計可參照《通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》相關(guān)標準規(guī)范執(zhí)行。設(shè)備與桿體可共用接地系統(tǒng)，桿頂端設(shè)備美化罩內(nèi)設(shè)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(guān)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(guān)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(shè)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(shè)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(yīng)的勞動保護用品。
3.結(jié)束語
作為智慧城市的新型基礎(chǔ)設(shè)施之一，智慧燈桿正處于加速建設(shè)時期，應(yīng)充分發(fā)揮規(guī)劃在的智慧城市建設(shè)中的指導(dǎo)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(xué)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(shè)能力和現(xiàn)代化治理能力。
參考文獻
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來源：廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司 作者：蘇建業(yè)、江家民