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        全封閉高速公路場景下智慧燈桿的規劃解決方案探討

        全封閉高速公路場景下智慧燈桿的規劃解決方案探討

        作者:
        蘇建業、江家民
        來源:
        廣東省電信規劃設計院有限公司
        發布時間:
        2021/01/25
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        【摘要】:

        導語: 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、視頻監控、RFID、公共廣播、信息發布等多類感知設備,如同城市的神經末梢充分對信息進行采集、發布、傳輸形成一張智慧感知的網絡,可實現智能照明、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。

        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、數字中國、智慧社會”為導向,以建設“資源節約型、環境友好型”社會和新型智慧城市為要求,以節約土地、能源和原材料消耗,保護城市環境和生態景觀,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,在實現智慧照明、綠色照明的基礎上,選擇性地集成通信、市政、環保、公安、交通、城管等諸多領域的智能感知設備,實現充電樁、無線通信、視頻監控、流媒體、應急報警、環境監測、停車檢測、井蓋及積水監測、公共廣播和信息交互等多種功能的一體化整合,是將工業設計與物聯網技術相結合,滿足功能需要的同時注重生態環境的和諧,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、視頻監控、RFID、公共廣播、信息發布等多類感知設備,如同城市的神經末梢充分對信息進行采集、發布、傳輸形成一張智慧感知的網絡,可實現智能照明、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網絡架構業界已形成共識:5G必然是異構多層網絡,超密集組網(UDN)成為5G組網的必然發展趨勢。超密集組網的本質是通過單位面積內部署的微基站密度的量變來實現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,預計微站數量將達到4G網絡的10倍以上,這將是5G網絡部署的巨大挑戰。

          綜觀全球,在智慧城市的規劃建設中,智慧燈桿因具備通電、聯網、廣布的優勢而成為物聯網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,而隨著城鎮化建設的推進,城市道路照明路燈的數量越來越多,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、視頻監控、5G基站、WIFI、應急廣播等智能通信及感知設備系統,實現多桿合一,融合大數據、物聯網、人工智能等新興技術對交通路況、安全隱患、天氣災害等信息進行實時監測與發布,建設智慧高速公路。

          2.1高速公路場景下智慧燈桿的規劃需注意問題

          (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道路照明設計中,燈距與燈高、路寬與燈高的基本規律,再結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并具備動態調整照度功能的智慧燈桿。

          (3)智慧燈桿5G微基站選址規劃

          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,路燈桿的數量完全可以滿足三家電信運營商建站需求。

          智慧燈桿5G基站建設需結合周邊基站布局情況,綜合考慮運營商的需求情況,合理規劃布局。建議每隔200米預留一根智慧燈桿供電信企業使用,由于通信運營商擁有自己獨立的通信網絡,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)“多規合一”規劃問題

          智慧燈桿規劃涉及政府部門的城鄉控制性規劃、國土空間規劃等,伴隨當前“十四五”規劃的編制以及其他城市規劃文件的調整,需要系統性、多層次考慮智慧燈桿規劃部署,規避城市規劃風險。此外,由于智慧燈桿包含諸多跨領域、跨專業的功能模塊,涉及5G、視頻監控、智慧交通等功能模塊的規劃,需要綜合考慮不同功能模塊的技術特點和標準,結合城市區域差異和發展特點,具備一定超前意識,使之融入城市規劃體系。

          (5)基礎數據的獲取

          智慧燈桿規劃需要處理的數據涉及面廣,不僅包含城市地理現狀地圖布局、規劃布局、城市建筑物布局、管廊分布現狀和規劃等基礎數據庫,還涉及到不同部門或企業建設項目的信息、各功能模塊建設標準和技術指標、信息安全等。因此,編制單位在規劃開啟階段就需要與規劃牽頭部門深入溝通,在法律允許范圍內,更多的獲取基礎數據,并得到規劃牽頭部門的認可,避免后期因基礎數據的因素導致規劃項目的延期。

          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,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行建筑結構荷載規范的要求,風荷載的計算應考慮桿塔構件、天線設備、照明設備及功能設備等其他附屬物的擋風面積,并應根據桿塔所在地區確定地面粗糙度。

          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,具體還需要結合項目所在地的氣象情況、地質情況,依據《高聳結構設計標準》《建筑地基基礎設計規范》《鋼結構設計標準》等標準規范進行計算設計。

          (2)布線設計

          基站設備的走線應從智慧燈桿桿體內部布放。桿頂端設備罩內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,線纜數量根據部署設備的數量而確定,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缺點,集中拉遠供電便于市電的集中獲取,減少電源系統數量,便于統一建設管理,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,結合項目所在地氣象情況、地質情況,依據桿體設計相關標準規范進行計算設計。

          (5)防雷接地設計

          每根智慧燈桿都需設有防雷接地系統,桿體接地系統設計可參照《通信局(站)防雷與接地工程設計規范》相關標準規范執行。設備與桿體可共用接地系統,桿頂端設備美化罩內設置接地排。

          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的相關要求,如施工中所用的物料,均要堆放平穩,不妨礙通行和裝卸。工具要隨手放入工具袋;作業中的走道、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)施工過程中要執行公路有關施工規定,進行經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人員必須系好安全帶,從事電氣焊作業人員要使用面罩或護目鏡,特殊作業人員持證上崗,并佩戴相應的勞動保護用品。

          3.結束語

          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,應充分發揮規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革命的浪潮,完成具有前瞻性、科學性、可操作性的規劃,滿足“數字中國、智慧社會”的時代需求,提高城市規劃建設能力和現代化治理能力。

          參考文獻

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