基于多业务需求整合的新型智慧灯杆规划研究

2019-10-14应仲乾

数字通信世界 2019年9期

郭玮，应仲乾

（中国铁塔股份有限公司广东省分公司，广州 510630）

1 智慧灯杆的现状及规划的必要性

当下，城市道路基础设施、安装载体以及相关的数据系统均以“孤岛”的形式存在，市政路灯杆、视频监控杆和交通指示牌等杆体，电力、通信电缆和综合管道等基础设施独立建设，各业务部门的系统独立运行。城市道路基础设施的建设情况从侧面反映出城市管理水平，未进行需求整合的规划会产生建设成本高、各业务部门系统信息孤立、城市市容市貌差等问题。

新型智慧灯杆搭载的业务类型众多，同时各业务类型规划原则、业务数据收集方式、布点距离都有着较大的差异，每根智慧灯杆均搭载相同业务类型的设备将造成造价过高、业务设备重复建设等问题，反之每根智慧灯杆均搭载业务设备不足，将造成业务需求无法满足的问题。因此，形成一种新型智慧灯杆规划方法对智慧灯杆业务需求方设及投资建设方决策尤为重要。

2 智慧灯杆的多业务需求规划原则

整合新型智慧灯杆多业务需求，将提高城市智能服务水平。从行业性质来看，智慧灯杆可分为通信、市政和电力三大类别，如图1所示。需要结合业务类型、信息化标准及规划目标进行规划。

3 智慧灯杆规划方法

根据各行业业务需求规划原则可得，各类可搭载在智慧灯杆上的业务需求要求在道路布放的高度、布点距离或者覆盖面积。在实际规划当中，单单了解各个业务需求的布点距离等信息或许无法得心应手，不能达到合理规划的效果。本文提出一种依据冒泡排序（BubbleSort）算法总结得出的规划方法，假设记道路为L0，搭载在智慧灯杆上的多业务以道路双侧的形式布放，那么，各业务需求分别可用以下方式呈现出来。

3.1 智能照明

智能照明作为基础灯杆的需求，其规划灯杆其间距、灯杆高度、路面有效宽度之间的关系按不同灯具的配光类型，通常采用双侧道路平均间距的方式布放。

假设智能照明的总需求数记为L1，道路A、B 两侧的需求数分别记为L11和L12，则：

L1=A1+B1+…+A（n-1）+B（n-1）

其中，道路A 侧需求数L11=A1+A2+…+A（n-1）+An

道路B 侧需求数L12=B1+B2+…+B（n-1）+Bn

若两灯之间间隔记为S1米，那么道路两侧所需的灯杆数L1可表示为：

L1=（L0/S1+1）×2

3.2 4G/5G/Wi-Fi（通信基站）和物联网网关

考虑到通信基站和物联网网关具有有效覆盖半径的特性，故采用道路两侧交叉布放的方式，将通信基站和物联网网关的需求数分别记为L2和L3，那么对应道路A、B 两侧的通信基站布点距离可分别记为L21和L22，物联网网关布点距离可分别记为L31和L32。

4G/5G/Wi-Fi 总需求数为

L2=A1+B2+A3+…+B（n-1）+An

其中，道路A 侧需求数L21=A1+A3+…+An

道路B 侧需求数L22=B2+B4+…+B（n-1）

物联网网关总需求数为：

L3=A1+B2+A3+…+B（n-1）+An

其中，道路A 侧需求数L31=A1+A3+…+An

道路B 侧需求数L32=B2+B4+…+B（n-1）

若将通信基站和物联网网关对应布点间隔分别记为S2和S3，则道路两侧通信基站总需求数L2可表示为：

L2=2L0/S2+1

道路A、B 两侧的通信基站需求数L21和L22为：

L21=L22=L2/2=（2L0/S2+1）/2

道路两侧物联网网关总需求数L3可表示为：

L3=2L0/S3+1

道路A、B 两侧的物联网网关需求数L31和L32为：

L31=L32=L3/2=（2L0/S3+1）/2

3.3 视频监控和一键救助

视频监控和一键救助这两种属于捆绑的业务需求，并且视频监控主要特性为监控关键区域，原则上来看，同一道路上两个视频监控头一般采用两种指标来衡量视频监控布点的科学合理性，包括基于监控面积的覆盖度和基于监控目标的覆盖度，因此视频监控和一键救助均采用道路双侧交叉布放的方式。

若将视频监控头的需求数记为L4，则道路A、B 两侧各自的布点需求数记为L41和L42，对应需求数可表示为：

L4=A1+B2+A3+…+B（n-1）+An

其中，道路A 侧需求数L41=A1+A3+…+An

道路B 侧需求数L42=B2+B4+…+B（n-1）

若将视频监控头到监视目标的布点距离记为S4，则：

那么道路两侧的视频监控头也可表示为：

L4=2L0/S4+1

L41=L42=L4/2=（2L0/S4+1）/2

由于视频监控和一键救助两种业务是要求按1:1的比例配置的，若将道路两侧的一键救助业务需求数记为L51和L52，那么

L51=L52=L41=L42=1：1

3.4 LED 屏

LED 屏布放的间隔主要与LED 屏挂高有关，按合理布局、分区分级、突出重点的原则规划。LED 显示屏可采用“轴线、节点、片区”的方法进行规划。一般采用道路双侧均匀布放的方式。

可将道路两侧LED 屏的总需求数记为L6，道路A、B 双侧的LED 屏布放需求数可记为L61、L62，那么

L6=A1+B1+…+A（n-1）+B（n-1）

其中，道路A 侧需求数L61=A1+A2+…+A（n-1）+An

道路B 侧需求数L62=B1+B2+…+B（n-1）+Bn

若把LED 屏的布点间隔记为S6，则

S6=30×H（H 为LED 屏挂高）

那么道路两侧的LED 屏需求数也可表示为：

L6=（L0/S6+1）×2

L61=L62=L6/2=L0/S6+1

3.5 广播系统

规划广播业务的时候要充分考虑传输线路要求，广播扬声器应根据分片覆盖的原则，在广播服务区内分散配置，对于广场以及面积较大且高度大于4米的厅堂等块状广播服务区，要根据具体条件选用集中式或集中分散相结合的方式配置，保证广播扬声器在一定区域内的信噪比不小于15dB，广播系统具有在一定区域内传播应急信息的特点，故采用道路双侧交叉布放的方式。广播系统的扩散角α 可表示为

（H 为广播设备的安装高度，h 为人耳水平高度，S7为广播布点间隔距离）

由上式可得，广播布点间隔距离为：

将道路布放广播业务的总需求数记为L7，道路A、B 两侧交叉布放广播业务的需求数记为L71和L72，那么

L7=2L0/S7+1

L71=L72=L7/2=（2L0/S7+1）/2

道路两侧的广播系统需求数也可表示为：

L7=A1+B2+A3+…+B（n-1）+An

其中，道路A 侧需求数L71=A1+A3+…+An

道路B 侧需求数L72=B2+B4+…+B（n-1）

3.6 环境监测

环境监测不同于其他业务需求，城市道路交通噪音布点设在两路口之间的路边人行道上，距离车行道的路沿0.2米处，距离路口应大于50米，垂直道路按噪声传播由近及远方向设置测点，城市道路路边空气监测布点距离道路边缘应小于20米，距离地面的高度H 应保证在2米＜H＜5米的范围内，同一道路上无须进行多布点。若将环境监测布点总需求数记为L8，环境监测距离路口的布点间隔记为S8，那么，对于道路环境监测业务布点要求S8≥50米，且需要保证距离车行道0.2米。

3.7 充电桩

基于道路交通的条件限制，干道或主要支道的充电桩充电方式均规划为快充模式，一般来说，快速充电桩充电时间为20分钟到60分钟之间，根据不同的车辆电池、环境温度，充电桩和电动汽车充放电功率等，充电时间各不相同。而对于绝大多数品牌的电动汽车和混合动力汽车，快充可以在30-40分钟充满80%。

若充电桩规划数量为L9，充电桩规划间距为S9，采用双侧交叉的方式布放，日车流量为P（辆/次），t0=1（天）则有如下关系：

L9=（2L0/S9+1）；p（xi（t0）=k）=（λt0）k*e（-λt0）/k！；k=1，2，3…

道路两侧充电桩的需求数也可表示为

L9=A1+B2+A3+…+B（n-1）+An

以第二章节道路距离L0=1000m 为例，快速充电时间在（h/2，2h/3）之间，不考虑排队等待时间和闲时时间（23：00-7：00），则一天时间内，可以满足的充电汽车流量为24～32辆/次，按最大车流量值考虑，取λ=Pmax=32，则当时，关于单调递增，当时，k=31。取先验概率δ=0.35，则L9≈11，可以得出S9=200m。