基于物联网技术的智能充换电安全运营新模式

中国铁塔股份有限公司上海市分公司 陈晶晶

电动自行车是以蓄电池为辅助能源的交通工具，修订后的《电动自行车安全技术规范》于2018 年5 月批准发布。常见的电动自行车充换电设施，包括充电桩、充电柜、换电柜等。文章基于实践，先简要阐述关于物联网技术、5G 及充换电、安全运营等核心概念的内涵，以“基于5G+智能充换电安全运营平台”为优秀案例研究，探究基于物联网技术构建智能充换电安全运营模式的要素。

电动自行车是常见的城市交通工具，为人们生活及工作学习提供便利。充电桩作为城市的基础设施之一，其需求量大，应用广泛。传统的电动自行车的充电系统中常存在不足，首先是操作繁琐，需要用现金或充值后使用，一定程度上会加大用户的成本支出；其次则是运营管理困难，存在安全风险。此类充电设施往往要管理者定期维护巡视，若未及时发现损害，还可能埋下安全隐患；最后则是充电状态混乱，管理困难。现经试验提出可基于物联网技术（IoT）构建智能充换电运营模式及平台，以提升智能充换电运营的安全性。

1 核心概念界定

1.1 物联网技术及5G

物联网（Internet of Things，IoT）起源于传媒领域，是信息科技产业的第三次革命，其核心为“万物互联”。IoT 包含了三大关键层次，分别为感知、网络传输、应用。物联网通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统等装置与技术，以实现对物体信息的采集、监控及连接。5G 即第五代通信技术，是新时期下的新型移动通信网络。5G 技术不仅能解决基础的通信问题，且还能为用户提供虚拟现实（VR）、超高清视频等体验，在车联网、工业控制、环境监测等诸多行业领域均能发挥其重要作用。关于物联网和5G 间的关联，可以理解成物联网是应用5G 的基础条件，发展5G 的目的是为了能够给我们的生产和生活带来便利，而物联网就为5G 提供可发展的平台[1]。

1.2 充换电

电动自行车充换电站是为电动自行车提供充、换电的能源站，有智能充电桩、共享充电站、智能充电柜、智能换电柜等。据有关普查资料数据显示：我国是两轮电动车保有量超3 亿，每年电动车销量在4 ～5 千万台，每年产值大概2 ～3 千亿。同时调查显示近年来我国对电动车的需求量不断提升，现有需求人次超5 亿。假设日均骑行需求7 亿，按照用户平均2 天/次电的使用习惯，每天换电的需求为2 千亿次。传统两轮电动车的充电存在着电池寿命周期较短、家庭或社区充电安全隐患、存放占用场地、充电等待时间久等常见问题，以换代充模式则是更为高效、长远的补能方式，安全性高。通过建设充换电站，进行电动车充电和电动车换电，还能引导更多居民在室外充电，为维护安全的居住环境创造条件。

1.3 安全运营

2019 年BCS 北京网络安全大会上，安全运营分论坛特围绕“安全运营”展开研究，获得广泛关注[2]。安全运营指为实现某个安全目标来提出构想并验证分析的过程。作为安全运营工程师，常需要查看各类安全设备和软件运行是否正常，各类审计系统等，并推进各类安全项目。通过开展安全运营工作，旨在能将安全服务质量维持在稳定的区间范围内，保障能提高优质化服务[3]。

2 基于物联网技术的智能充换电安全运营平台新模式

2.1 案例分析简介

2.1.1 案例名称

基于5G+智慧能源的示范场景应用——基于5G+智能充换电安全运营平台。起止日期：2021 年1 月至今（项目仍在不断优化完善中，即将规模性推广）项目所在地：上海。项目投资额：截止2022 年5 月30 日，累计投资792 万元。项目自2021 年1 月开展以来，已探索地铁站、快递站、商圈及社区小区等场景地域，目前主要以上海浦东北蔡镇、上海地铁、上海多家京东物流快递能源站、上海邮政多区域网点等为示范试点，已发生投资额近千万元，上海浦东北蔡镇区域累计发生投资额为792 万，其中铁塔能源投入492 万，主要用于能源站充电桩换电柜硬件设备投入以及现场安装、日常运维等；上铁院投入300 万，主要为前期调研、现场勘查以及起草标准等人工费用。

2.1.2 技术方案

项目创新点：（1）设备故障诊断和设备预测维护：对于换电柜自身运行状况以及每个电瓶中的每节电池的充电情况以及可用情况，通过摄像头、传感器等接入5G网络，实时了解设备运行状态实现监控；（2）人工智能技术（AI）进行数据分析，评估设备状态，并根据结果制定维护保养计划，以确保充电服务的连续、安全、高效；（3）为了减少安全隐患：相关部门严令禁止飞线充电以及户内充电，换电柜及充电桩的加速推广将有利于编织一张遍及全市的电瓶车充电服务网点地图，为城市治理提供强有力的服务保障；（4）积极响应国家的双碳政策：对换电柜及充电桩的能源供给侧做标准化改造，因地制宜地开展新能源低碳建设，所有新能源的服务供应也将采用5G 手段进行实施监测；（5）积极响应国家消防局上海消防局防火政策：通过本项目系统平台，提高社区安全管控并通过算法计算提前检测预警，大幅降低了社区火灾发生的情况，确保人民的财产安全和生命安全。

2.1.3 5G 融合性方案场景

（1）上海浦东北蔡镇。北蔡镇目前共有10 个村，电动自行车保有量近2 万辆，村民安全充电意识较弱，居家充电较常见。2021 年5 月《上海市非机动车安全管理条例》实施，为解决电瓶车充电难题，基于5G+智能电网示范场景应用落地项目技术方案针对5G+场景下城市新型电动车能源治理与服务，项目实施案例区域上海浦东北蔡镇堵疏结合，以“农村地区、居民小区、商圈商铺”三大应用场景为切入点，铁塔积极助力镇城运办，通过现场调研，推动会议部署，落实“一村一方案”要求，全覆盖解决村民集中充电场所智能充电桩建设。自新政出台以来，2 个月内共建简易8020 端口停车棚802桩，覆盖浦东14 个街道镇，其中农村2060 端口206 桩，共享站街边20 端口2 桩，240 端口24 桩，社区5700 端口570 桩，这些充电端口基本缓解了就近村民“集中停、安全充”无条件的状况。

（2）铁塔—地铁新能源换电业务合作方案。铁塔公司经过与地铁能源有限公司的多次线上及线下沟通，并且通过初次合作经验总结，其初步达成合作意向，基于双方，开放地铁公司物业红线内资源，供铁塔布放换电柜，实现联合运营，优势互补,资源共享,以合作促发展。双方合作的初步方案考虑第一批10 个点位由申通后勤部提供的基地点位，在门卫室外侧，红线控制区内进行安装。本项目模式推广后，可进一步完善电动两轮车充换电网络，带动新国标电动两轮车个人用户的销售或租赁。

（3）铁塔—京东快递能源站疫情骑手派送保供支撑。为解决疫情防控期间近期配送难、人员少的问题，京东将从外省调拨3000 名骑手支援上海，希望铁塔公司提供尽可能多的二轮电动车和电池，解决配送单量大、距离长的难题。上海分公司积极配合、倾尽全力，与京东全面开展合作。当晚上海分公司连夜敲定配送应急方案，紧急调拨公司资源，组织线下全部换电渠道商进行协调京东保供方案。三天内累计出动包括代维合作伙伴人员在内的保障人员48 人次进行勘查建设，克服施工人员少、物流搬运不畅等困难并在保障安全的前提下，缩短施工周期连夜完成13 个点位施工建设，全力做好疫情防控和京东保供换电点位建设支撑工作。

（4）疫情防控—上海最后一公里保驾护航派送骑手红色加油站。铁塔加强与政府党建合作，获取政府资源，推进换电业务发展[4]。设立骑手之家升级版，建设户外流动“红色加油站”，为骑手提供临时休息场所，并配置换电柜。浦东新区由区组织部号召，区党建服务中心牵头36 个街镇设立“红色加油站”（每个街镇不少于5 个点位，且必须配备换电设施），为外卖骑手提供户外及沿街临时休息场所。浦东铁塔作为入围换电企业积极响应新区工作，截至2022 年3 月底，主动完成22 个街镇对接，上报47 个点位至区党建服务中心。

（5）箱伴同行，骑手加油站-上海西区分公司。普陀区以万里街道为试点，推进“箱伴同行”骑手加油站工作，包括换电柜、充电桩和骑手爱心柜等一系列服务骑手的设施组成，其中铁塔公司主要负责换电柜和充电桩的建设。截至2022 年3 月低，铁塔公司配合区委组织部完成“骑手加油站”外观设计，完成试点点位“万里雅筑”小区的换电柜安装施工建设，并对万里街道范围内近20 个点位进行排摸查勘，同时已同宜川、真如等街道启动对接。2022 年3 月，西区与普陀区区委组织部对接，将对新建设的新业态群体党群服务中心进行换电柜建设运营，预计配置6 台换电柜并喷漆美化。

（6）铁塔能源走进快递网点之上海邮政。1）汽车充电桩。2020 年4 月，铁塔公司走进快递网点上海邮政，针对《汽车充电桩租赁服务框架协议》，截止目前，共建设230 个7kW 交流桩，32 个60kW 直流桩，服务了143 个网点。2021 年铁塔公司共计服务邮政新能源汽车充电5800 余次；累计通过电话、微信群等响应设备技术咨询370 余次；确需上门处理的、现场处理故障35 次，均在2h 内快速响应，并在要求时间内完成故障处理。2）低速电动车电池及充电柜合作。铁塔公司与上海邮政于2020 年3 月签订业务合作订单。截止目前，共建设完成1100 套充电柜，投放4972 组电池。2021 年至今铁塔公司充电柜累计服务邮政网点193 个；服务邮政邮递员约3500 人；累计完成充电柜设备类故障处理10 次，均在当天响应并完成故障处理；且每天提供电话技术支持服务（操作性问题、简单异常处理等）30 ～50 次，保障了邮政快递业务的正常进行。

（7）走进上海总工会。铁塔公司前期和上海市总工会合作进行充电柜、换电柜的合作，铁塔公司为上海市总工会所设立的全市户外职工爱心接力站进行充电服务升级，提供100 台充电柜的安装、维护及免费使用服务。后续铁塔公司与上海市总工会的合作通过铁塔结合自身换电业务建设容纳骑手休息、修车、换电为一体的“骑手之家”，同时“骑手之家”可作为总工会的一个爱心接力站点，工会参与到室内宣传文案制作和安装，民生服务设施提供（如常用家电、桌椅板凳等）。在寒暑、节假日开展慰问活动时由工会和铁塔共同参与慰问活动计划制定，双方共同确认慰问活动方案并赠予慰问品。以建设骑手行业综合服务体系为目的，建设出有服务、有竞争、有爱心的样板空间。后续也可以线下的“骑手之家”“爱心接力站”为载体，积极开展符合工会和铁塔特色的服务体系，如节日慰问、技能培训比赛、法律援助、娱乐活动、保险服务、体检服务等。

（8）静安老旧小区，建设智能充电桩+消防配套设施方案。经过全力排查梳理173 个小区和4620 个非机充电端口及消防配套设施的建设需求，解决电动车充电的安全隐患。

2.2 基于物联网技术的智能充换电安全运营平台要素

2.2.1 安全运营架构

（1）安全防护框架，该框架可部署安全监测系统，便于实时检测平台的运营状况；（2）安全运维框架，负责监测信息的采集，处理信息后输出告警，进入事件处理和流程[5]；（3）安全验证框架，该框架的作用主要是确保前两个框架的有效性；（4）安全度量框架，用于评定智能充换电安全运营平台的安全度量指标。

2.2.2 安全运营工具

（1）SIEM 平台：该工具可搜集运营平台的信息并存储、分析，检测异常情况[6]；（2）ITIL：该工具负责接收来自上一平台（即SIEM）的信息，并且产生工单，将其推送到安全运营工程师及相关人员手中，以及时采取处理对策；（3）安全控制自动化工具。该工具用于对SIEM 的信息实施自动化操作。例如若有外来攻击源头影响到智能充换电安全运营平台，进一步搜集该文件的样本信息。

2.2.3 安全运营资源

资源一般包括流程与机制、组织架构、人员等，是实现安全运营的保障性措施。（1）流程与机制。利用物联网技术能明确安全事件发生的级别，并及时安排人员按照特定的要求来处理。另外，基于物联网技术还可对智能充换电安全运营平台进行分析，持续改进流程；（2）组织架构，具体的安全运营人员和规模要根据实际情况配置。以大型的企业为例，负责安全运营的人员甚至超过上千人，本次案例中研究的智能充换电安全运营平台，可按照1:2:3的比例配置运营人员。其中，“1”即一个平台运维人员，“2”代表两个安全人员互备，双方协作及反馈，“3”则外包安全一线人员3 名，负责安全事件的响应和初步调查。

3 结语

综上所述，本文基于实践原则，分析了我国电动自行车的安全运营现状后，从物联网相关技术及应用的角度切入研究，以期能推动使电动自行车安全运营与物联网技术紧密结合，并推动物联网技术在该领域的产业发展，在满足社会服务需求的同时能提升经济效益。