智慧灯杆一体化平台在智慧园区中的应用

仝姗 陈大海 张冰 黄伟国

一、引言

当前，我们正面临着云计算、物联网、大数据、人工智能等新一轮信息技术的变革，信息资源已成为日益重要的生产要素，信息化在经济社会发展中的引领和支撑作用进一步凸显，智慧城市已经成为城市信息化建设的发展趋势。

“智慧园区”作为“智慧城市”的先行军，逐渐受到國家及各地政府的重视。越来越多的园区引入了以智能化、信息化为主的智慧化建设，各地已掀起“智慧园区”建设热潮。

智慧园区是指融合新一代信息与通信技术，具备快速信息采集、高速信息传输、高度信息集中、深度信息服务能力，实现园区内实时、交互、融合的信息感知、传递和处理，以提高园区企业经济竞争、产业聚集、可持续发展为目标的园区发展新理念。

二、智慧园区建设存在的问题

在国家大力推进信息化建设的背景下，智慧园区建设仍然存在信息化管理体系不成熟、信息化意识不强等问题。智慧园区管理水平参差不齐、条块分割、缺乏统筹规划，具体总结为以下三点：

（一）尚未形成信息化全覆盖

各类工业及物流园区，占地面积较大，产业结构复杂，造成信息化基础设施建设困难，导致园区底层信息无法全面、及时收集，为数据分析和上层决策工作带来不便。

（二）尚未形成信息化强支撑

园区的安防保障、环境监控、物业管理等数据大部分依赖于人工方式采集汇总，时效性和准确性不能保证，无法为园区管理及资源保护工作提供支撑。

（三）尚未形成信息化大联通

部分园区管理部门，已经通过自建业务系统，积累了大量园区管理数据资源，但由于数据标准不一、结构各异，无法实现有效的关联融合和数据共享，数据统一管理存在壁垒。

三、智慧园区建设需求分析

智慧园区建设的主要目标可分为直接与间接两个层面。直接为园区管理部门服务，进一步提升智慧园区内部的政务管理水平和安防保障实力，增强智慧园区在推动企业发展上的服务能力；间接为园区内的企业服务，通过信息化手段为企业提供优质的创新环境，为企业做好推广宣传，并为企业提供更高层次的管理决策支撑。最终达到园区和企业共赢的效果。

四、以智慧灯杆为智慧园区信息化建设新载体

智慧灯杆以无处不在的公共道路照明灯具为基础，内嵌传感器、摄像头、WIFI基站、电子显示屏、充电桩等功能模块，基本实现智慧园区信息化基础设施载体的构建。五大功能模块具体描述见下表：

智慧灯杆基于内嵌的五大功能模块实现智能照明、通迅保障、交通监控、人员信息采集、天气环境监测、信息发布、智能充电和应急报警等应用，并可根据场景需求，延伸扩展各种服务系统。同时，灯杆预留标准硬件接口和传输带宽，增强可扩展性，避免重复建设。

五、智慧灯杆一体化平台架构设计

孤立的智慧灯杆可以承载基础信息的采集，但是无法支撑园区整体运行情况分析和决策管理。因此，建设智慧灯杆一体化平台，提供关联数据分析，构建专题化应用系统，显得尤为重要。智慧灯杆一体化平台，提供从物联感知到业务服务的全架构设计，通过基础设施层、数据处理层、应用支撑层和应用系统层的逐层次推进，实现智慧园区的建设目标。智慧灯杆一体化平台架构详见图2。

基础设施层构建全面覆盖的网络和物联设施，采集各类监控信息，完成底层数据资源的统筹与集约，实现园区基础信息互联互通，是智慧园区信息化管理的基础。

数据处理层实现各类型数据的梳理整合，完成数据资源池的构建，通过数据采集、编目、治理、分析等处理流程，实现数据共享与数据开放，提供数据服务能力。

应用支撑层提供统一架构，完成各级解耦设计，打造微服务组件，使应用系统开发部署规范化，实现应用系统一站式开发、部署、运行和维护，优化自动化及管理能力。

应用系统层是智慧灯杆一体化平台在智慧园区中应用的具体表现形式。根据智慧园区的建设需求，本文设计了贴合智慧园区的应用系统。应用层提供通用接口，并支持应用系统按需裁剪。

（一）基础设施层

智慧灯杆一体化平台基础设施层，实现园区网络构建、信息采集等功能。基础设施层包括网络基础设施和物联基础设施。逻辑架构图如图3所示。

网络基础设施利用智慧灯杆的管道及主体灯杆，构建园区高速泛在的通信网络，支撑园区信息的互联互通，提供园区设备设施、智能化系统运营的基础网络。安全通畅的基础网络，为园区提供良好的信息应用环境，让各种监控视频、环境生态等数据不受约束地完成高效传输。高效可靠的基础网络，在支持信息广泛收集的同时，也为园区的信息安全提供保障。目前智慧园区使用较多的网络类型包括：光网络，5G微基站、WIFI设备等有线及无线网络。

物联基础设施采集各类结构化及非结构化的监控信息，实现底层数据资源的统筹与集约，是智慧园区信息化管理的基础，最终达到智慧园区科学管理的目的。以智慧灯杆为基础构建的全面覆盖、集约共享的智慧灯杆物联网，通过传感器、射频传输等多种方式采集园区内实时数据，为上层智能应用系统提供监控数据、环境参数、视频图像等多种类型的信息。

（二）数据处理层

数据处理层打造大数据基础支撑系统，完成数据资源池的构建，实现包含数据集成、数据治理、数据编目、数据共享交换及数据分析挖掘在内的数据全生命周期处理流程。如图4所示。

构建智慧灯杆一体化平台的数据资源池，健全完善包括视频、图像、物联网等数据资源采集渠道，采用信息资源规划（IRP）方法，对各类监测信息全面梳理，理顺数据的静态及动态关系，建立统一的资源信息框架模型、数据组织规范和整体数据模型（数据库设计）。

数据集成是数据处理层的核心功能，是数据汇聚融合共享的关键。在数据汇聚阶段，支撑不同类型的数据采集；在数据融合阶段，支撑多源数据比对，配合建立基础数据库和专题数据库；在数据共享阶段，将监测数据、分析数据分别集成到数据共享区、数据开放区，实现数据安全有序的共享开放。

数据治理建设五大工具，包括元数据管理、数据标准管理、数据模型管理、数据质量管理和基础数据管理，打造全链条数据治理体系，实现数据标准化，确保数据高品质。

数据服务包括数据资源目录、数据共享交换和数据全生命周期管理三个模块。数据资源目录系统建立动态更新的信息资源目录体系，确保信息有序共享开放，满足资源目录柔性与开放性的要求。数据共享交换实现信息资源跨部门、跨层级的共享，及信息资源的开放管理。数据全生命周期管理系统，实现数据资源集成、治理、共享、服務全流程的可视化监控和分析。

（三）应用支撑层

应用支撑层实现业务数据与业务逻辑解耦，平台与应用解耦，技术架构纵向解耦，产品各模块间横向解耦，产品与公共特性（监控、日志等）解耦，构建可拆可合、开放灵活的平台架构体系。采用一站式服务的思想，逐步叠加各专题能力模块，围绕应用和微服务打造一站式开发、运行、维护全生命周期管理平台，致力于数字化转型的服务治理，实现统一标准开发框架，优化管理能力及自动化能力。

（四）应用系统层

应用系统层涵盖面向智慧园区管理和服务的各类业务应用系统。本文设计的智慧灯杆一体化平台应用系统层由九大应用系统组成，分别是：智能照明系统、无线WIFI系统、交通监控系统、安防监控系统、积水监测系统、天气环境监测系统、多媒体信息发布系统、智能充电桩系统和应急报警系统，各应用系统根据实际需求关联运作。应用系统层提供可扩展接口，支持园区根据实际情况选择不同的应用系统，进行组合应用。以下具体介绍各应用系统：

智能照明系统的主要目的是分场景和时段控制路灯照明状态，实现智能节能。综合考虑园区需求，对主入口、主干道、辅路、引导路等不同区域分别设计，做到“一路一设计”，并配置单灯控制开关，最大程度实现园区智能照明节能化。

无线WIFI系统提高了园区通信覆盖度，手机搜索到附近的WIFI信号，系统便自动跳转到“手机注册页面”，用户只需要在“用户登录区”输入手机号码，再点击“短信获取密码”，手机便可收到系统动态生成的密码，输入该密码，进入该区域的无线网页面，便可正常使用。

交通监控系统由视频摄像头、来车视频分析仪、数据传输系统、数据分析处理等部分组成。路口视频采集单元通过光纤LAN或4G/5G无线路由器与后台系统相连接，完成数据传输，后台管理系统收到检测到的视频数据后，执行相应的来车感应策略。

安防监控系统既可以在天气晴朗、能见度良好的状况下完成监控，也具备优良的夜视性能和较高的视频分辨能力，支持全天24小时监控。系统引入云计算、边缘计算、人脸识别等先进技术，实现安防监控，并通过对园区内不同位置的差异分析，如周界防范、门禁检测等，及时预警园区安防隐患。

积水监测系统通过对园区积水的实时监控，根据积水数据分析园区积水问题所在，为园区排水系统的规划改造提供数据依据和方案建议。系统提供有效的、客观的积水监测信息，实现对重点通行路段、重点场所积水预警，对通常发生积水告警的地段进行汇总输出并进行工作建议提示，如提醒有关部门定期巡查这些区域的清淤情况等。

天气环境监测系统利用各类气象监测设备实现对区域内的温湿度、噪声、风速、风向、雨量、气压、路面温度、积涝等信息实时监测。所有监测模块支持远程集中管理、控制，满足各监测模块运行状态的监测、查询及定位等功能。并通过对所监测数据的分析处理，联动报警、消防、绿化维护等基础设施，实现园区生态环境安全保障。

多媒体信息发布系统支持商业广告、公益宣传、公共信息、紧急情况警告、区域地图、周边环境空气污染状况等信息的展示，信息发布屏展示功能通过远程集中管控，满足显示屏设备运行状态的监测、查询及定位等功能。

智能充电桩系统利用灯杆所在位置安装路灯充电桩一体化设备，在不占用额外土地资源的前提下，建设电动汽车充电一体化设备，比传统的充电站、充电桩具备显著优势。在智慧灯杆杆体集成充电模块，实现智能充电桩功能；采用大数据技术，构建智能充电桩网络，满足智能化、清洁化等高层次的运营和管理需求。

应急报警系统通过在智慧灯杆杆体集成一键呼叫按钮模块、一键呼叫处理模块和可视对讲模块，实现应急呼叫及应答，利用智慧灯杆预留的安装插口灵活安装一键呼叫设备，实现远程集中管理、控制。当发生应急报警时，园区指挥中心的平台上会即刻弹出报警位置信息，协助管理部门做到快速响应、联网援助、就近出警。

六、结语

智慧灯杆作为智慧园区的重要组成部分，在物联网接入点的数量上有着先天优势，是智慧园区建设的极佳切入点，也是对智慧园区和智慧城市很好的贯彻与实施。

智慧灯杆一体化平台为园区赋予更多的智慧功能，协助园区进行感知、监测、整合、分析、控制各关键环节资源，在此基础上对各种需求做出智慧响应，使园区整体的运行具备自我组织、自我运行、自我优化的能力，同时为园区企业创造绿色、和谐的发展环境，提供高效、便捷、个性化的发展空间。

作者单位：中通服咨询设计研究院有限公司