任敏 田准

摘 要：从建设智慧城市的角度，分析已建成的地下车库和未建成的地下车库的特点，研究一种5G+轨道式的智慧充电桩的设计方案。方法：通过对充电桩的功能和结构两方面进行设计，实现智慧充电桩的施行。结论：借助于互联网+、大数据等技术手段，促进信息的开放共享、互联互通，让车辆和充电桩网络更加匹配，组织推动国家级充电服务平台建设，共同推动充电基础设施健康可持续发展，使新能源汽车成为安全、快捷、绿色的交通工具。与此同时，通过充电桩的加入5G网络，解决5G点、线、面的覆盖问题，解决热点地区的深度覆盖问题。未来“5G+智慧充电桩”将形成一个闭环，满足互联网、物联网及车联网等的发展需求，更好地服务智慧城市建设。

关键词：智慧城市;地下停车场;5G网络;智能汽车充电桩;轨道式

自2008年国际商业机器公司（IBM）提出“智慧地球”概念后，全球进入“智慧城市” 的建设热潮。2018年4项智慧城市相关国家标准发布，如《智慧城市顶层设计指南》，进一步完善了我国智慧城市的建设和评价标准。随着我国从“移动互联”向“万物互联”转型，尤其是物联网、车联网、人工智能、大数据等新兴产业的崛起，对未来的信息传输网络性能提出更高的要求。城市基础建设是建设智慧城市的重中之重，而在建设大潮中，电动汽车充电基础设施作为城市基建之一，可作为智慧城市电动汽车信息平台，遍布城市的各个角落。而智能汽车充电桩位于地下停车场，以充电桩为载体，通过5G 网络，成为集合各种信息数据、复合创新技术的新型产品，还可拓展智慧城市的各种功能，如智慧照明、智慧安防、环境（气象/消防/污染）监测、公共WiFi、智慧交通、智慧停车、信息交互、一键报警等，是智慧城市信息采集终端和便民服务终端。

一、“5G+轨道式智慧汽车充电桩”功能设计

智慧充电桩与传统充电桩最大的差别在于除了有以上三个功能之外，更是添加了5G基站，利用5G网络，实现智慧功能的拓展。国际电信联盟描绘了至少三个可以预见的5G应用场景。一是增强的移动宽带（eMBB），简单说就是5G的下行峰值20 Gbit/s的速度可以满足很多应用，比如AR增强现实、VR虚拟现实等;二是大规模机器通信（mMTC），就是物联网应用;三是高可靠、低延时通信，这就包括了人工智能、自动驾驶、交通控制、工业自动化等。从而发展智慧城市，为智慧充电桩的发展带来了新契机。

（一）智慧功能

智慧城市技术参考模型自下而上包括物联感知层、网络通信层、计算与存储层、数据及服务融合层、智慧应用层。智慧充电桩作为智慧城市的信息中转站之一，在每一层中都体现出重要作用。

（1）物联感知层，主要针对外部环境的进行智能监测。通过摄像头、传感器，实时对车辆、驾驶人员进行智能识别以及所处环境进行安全、环境监测。

（2）网络通信层，包括大容量高带宽的光网络和全城覆盖的无线网络。以智慧充电桩作为一个安装在地下室的5G基站载体，实现地下室的网络信号全面覆盖，解决基站的部署需求。

（3）计算与存储层，包括软件资源、计算资源和存储资源。随着物联网、人工智能和大数据技术的发展，实时空气质量监测、照明控制、智能视频分析等应用包括无人驾驶应用的许多数据将在网络边缘处理，智慧充电桩能够加载多种传感器，且可以供电，成为智慧城市的重要边缘计算节点。

（4）智慧应用层，基于各种行业或领域的智慧应用或应用整合。通过5G，与汽车相关的横向纵向平台乃至国家级平台形成互为依赖、互为合作、互为加强的紧密关系。该平台可以实现用户参与用电管理、有序充电、合理用电，降低用户的时间成本，提高用户体验度，除了提供基本充电服务以外，预约停车位、预约充电、引领汽车至停车位、费用结算、车况检测等服务，甚至拓展到汽车维修、保养、租用、清洗、代驾，与家中、公司中智能电器之间互联等其他服务。

在以上诸多的智慧服务功能中，汽车自检智慧服务功能是当下亟需开发的一项功能，本文设定的汽车自检智慧服务功能的实施步骤是：当充电时，通过人脸识别，确定司机身份，使用控制端可选择是否进行全车体检或是分系统体检。当客户选择汽车体检时，车机自动导入智能网联汽车质量监督检验中心（该中心是在智能网联汽车整车测试领域首家通过资质认定授权的国家质检中心，授权能力范围涵盖了智能网联汽车实车道路测试、仿真测试、功能安全测试、V2X网联与信息安全测试等方面）。充电桩被赋予了另一种身份——汽车状态检验信息采集终端。充电桩利用5G网络下的物联网、大带宽、低延时的特性，实现汽车隐患数据与数据库中信息匹配，快速识别汽车隐患，与其同时将隐患信息实时自动上传至智慧维修系统，最终实现实时维修的目的。使用该系统可共同推进智能网联汽车的发展，带动智慧城市的创建，以各车企、各车型为基础，推动产业再振兴，形成智能汽车、智慧交通产业的聚集效应。

二、“5G+轨道式智慧汽车充电桩”充电结构设计

在智慧城市建设深入开展的背景下，传统充电基础设施的一直存在着占用场地需求量大、对于停车场中停车位的规划限制要求多、安装成本高等问题。充电基础设施不完善，不够人性化，不能合理利用现有的场地进行最大程度的合理使用充电桩和停车位。因此，本文针对已建成或是未建的地下停车场，设计了一种人性化、轨道式的充电桩，为充电基础设施发展拓宽了一条新途径。

（一）充电桩运行系统设计

本文设计的充电桩运行系统由供电系统、数据处理系统、结构及轨道系统和充电和信息显示系统组成。各系统作用如下：

供电系统：为充电桩运行系统供电。

数据系统：数据系统包括分散于整个充电桩运行系统中的数据采集传感器和数据发送设备、充电桩运行系统唯一的数据处理中心、分散于执行各种指令的执行机构中的数据接收设备，数据系统的工作流程是數据采集传感器采集车辆信息和充电桩设备信息，发送至的数据处理中心，由数据处理中心将信息处理后，统一发出工作指令至对应的执行机构，由执行机构完成对应动作。

结构及轨道系统：结构及轨道系统中，结构系统由轨道、支撑梁、固定及连接结构构成，主要为充电桩的运行提供轨道和结构支撑，以保证充电桩能够稳定、准确地到达指定位置，详细结构见下图1。

如图1所示，结构及轨道系统的轨道间分布大致呈“丰”字型排列，其中，丰字的笔画“竖”纵贯上下，这正是充电桩运行轨道的中的公共轨道部分，丰字的笔画数“横”横穿左右，这正是充电桩运行轨道的中位于车位上方的支线轨道部分。

充电桩在公共轨道上的运行方式是：公共轨道两端分别于充电桩仓库的入口和出口相连，在充电桩仓库的出口处，充电桩进入公共轨道运行，充电桩在公共轨道上运行时，系统设置不做停留，故该公共轨道为单行道，即充电桩在此公共轨道上运行时，只能单向运动，所有从充电桩仓库驶来的充电桩都直接进入预定车位上方的轨道支线，所有完成充电工作的充电桩都直接从充电车位上方的轨道驶入公共轨道，最后进入充电桩仓库的入口。

充电桩在轨道支线上的运行方式是：当充电桩运行至对应车位上方的轨道支线，在轨道支线上任意位置均可停留，以方便充电操作人员根据车身长短和充电口的位置自由选择充电桩相对于汽车的前后相对位置，在设置好充电位置后，充电桩利用和轨道相连的伸缩杆（见图2），实现充电桩的高度调节，方便操作人员抓取和放回充电插头、操作充电桩显示屏。

充电和信息显示系统：包括手持式充电插头和组成，为充电桩和车辆直接连接的设备，负责采集车辆和操作人的指令信息，发送信息至数据处理中心，接收数据中心的信息反馈，将信息处理后在显示屏上的显示，供操作人员查阅，大致外形见下图：

充电桩仓储和维修系统：主要包括充电桩仓库和位于仓库内的检修系统。充电桩仓库主要存储备用充电桩和待执行充电命令的充电桩;仓库内的检修系统包括供检修人员和检修设备，检修人员和检修设备的工作室做日常充电桩的检修和突发系统故障排查。

本文加装轨道的创新设计，是以“人-车-机”为分析基础，这种分析三要素对智能造型设计的影响，明确人与充电桩、车与充电桩、停车位与充电桩之间的配合。通过人性化的方式，实现让停车位不受固定充电桩的限制，停车位可任意停置燃油汽车或是电动汽车，以达到最大限度的合理使用停车位、充电桩的目的。而在不使用充电桩的情况下，所有充电桩停置在指定仓库内，便于安装、维修、管理，不占用其他空间。

（二）充电桩外观造型设计

造型设计是人们对于产品最直接的感受方式，必须通过一定的造型符号而得以实际化和具体化。造型除了具有重要的象征符号作用外，重点要体现的是产品通过造型传递出来的功能特征，设计师主要需要从“好拿，好放和好用”3个维度出发进行设计，是造型为产品的功能服务。

（1）此款充电桩为轨道悬挂式，可根据车型大小停置可随意停置在轨道的支线上，通过升降杆实现充电桩的上升下降，充分考虑到人体工程学，高度适宜。人们在操作时，充电桩角度可上下左右调节至最为舒适的状态。当充电桩运作时，根据人身高不同，下降位置不同，一般停置与人体胸口上下，便于人脸扫描。

（2）智慧充电桩可根据不同情况下，进行整机外壳和显示屏整体缩小或是整体放大或是变形。

（3）充电枪摆放区别的一般充电枪，插于充电桩上方。

（4）充电结束后，充电枪放回充电插座后，充电连接线会随着充电桩里的感应轴承自动归纳到充电桩内，方便快捷，防止充电线被损坏。

（5）颜色设计识别。充电桩外圈显示红色为故障，显示黄色为引路或是空闲，显示蓝色为充电中，显示绿色为充电结束。便于用户识别充电桩的状态。（见图4）

三、结语

以现阶段来看，在地下停车场加装充电桩相对容易的，最大的问题是如何将5G引入充电基础设施以及如何将“5G+轨道式智慧充电桩”与智慧城市建设进行深度融合，不仅是5G技术的问题，还涉及到各职能部门的配合、调控和管理，是一个复杂的系统工程。智慧城市的建设还处于刚起步阶段，构建成本、体系都过于庞大且复杂，推动进行的阻力也不容小觑。若从技术标准化，应用多样化、智能化，管理网络化的方向发展，借助于互联网+、大数据等技术手段，促进信息的开放共享、互聯互通，让车辆和充电桩网络更加匹配，组织推动国家级充电服务平台建设，共同推动充电基础设施健康可持续发展，使新能源汽车成为安全、快捷、绿色的交通工具。与此同时，通过充电桩的加入5G网络，解决5G点、线、面的覆盖问题，解决热点地区的深度覆盖问题。我们认为，未来“5G+智慧充电桩”将形成一个闭环，满足互联网、物联网及车联网等的发展需求，更好地服务智慧城市建设。

参考文献

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