“5G+智慧灯杆” 在核电智慧园区的应用研究

陶岭，许立辉，王志坚，张琰，高凯

（中核智能安防科技（西安）有限公司，陕西 西安 710061）

智慧园区建设的目标是充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合园区运作核心系统的各项关键信息，实现园区管理和服务的信息与精细化。智慧灯杆是智慧园区建设中一个重要信息入口，承担着信息采集、发布、传输的重要任务。随着5G 发展，智慧灯杆作为5G 微基站的一个最佳载体，通过“5G+智慧灯杆” 的多种终端相融合，加速园区运行数据的采集和传递[1]。智慧化园区作为新的应用领域，通过在特制路灯灯杆上安装环境、监控、核辐射监测等传感设备，能够获取园区内分布式区域的各项环境和空间数据，实时分析计算处理，将核电园区安全防护方面的数据信息可视化，从而实现核电智慧园区各个站点数据融合处理，及时有效地进行核电园区的智慧化管理[2]。

1 核电园区智慧化的现状和未来发展趋势

1.1 核电市场规模不断扩大

核电作为一种安全、清洁和高效的能源，是中国构建清洁低碳、安全高效能源体系的重要组成部分。推动核能高质量发展，是中国优化能源结构、保障能源供给安全、实现“双碳” 目标、应对气候变化的重要手段。从中国核电站类型来看，截至2020 年末，全国在运行的核电站均为沿海核电站，内陆核电站的数量为0；目前中国已建造的核电站有22 座，在建的有3 座。据统计，2021 年装机量5 464.7 万kW，预计2023 年中国核电设备装机容量将达6 390.67 万kW。由于碳中和以及用电需求的增加，“十四五” 期间核电发电占比提升空间较大，预计到2025 年，中国在运核电装机达到7 000 万kW 左右，到2030 年，核电在运装机容量达到1.2 亿kW。中国在推进碳达峰、碳中和工作上，坚定不移走绿色低碳、创新发展之路，为保障国家能源安全和推动经济社会高质量发展作出积极贡献，未来核电站规模将不断扩大。

1.2 核电智慧园区现状

目前核电站园区内除了有单独的道路照明灯杆和保护围栏照明灯杆之外，还有应急广播杆体、环境监测杆体、信息发布杆体，将来还会增加5G 基站和智能充电桩。园区内各种杆体林立，资源利用率低，后期还会增加施工时间、投资成本、设备布设和管线铺设复杂难度，影响园区建设容貌，加上应用管理平台较多，导致人工管理和维护成本增加。园区在这些安全防护、环境检测、设施服务、能源、数据等提升方面未能进行综合的智慧化管理。

1.3 核电智慧园区发展建设思路

信息化发展。智慧园区建设前期依旧是以信息基础设施建设、智慧政务为突破口。一方面，智慧园区信息基础设施建设关键要朝着“宽带网络、结合、泛在、安全性” 方向发展，不断强化网络宽带建设；另一方面，智慧园区建设中十分注重公共性服务管理，以人为本，重点围绕园区建设者和管理者、高端人才、人员的需求建设，如图1 所示，加速建设面对普通用户的社会信息服务体系，创建造福每个人的电子政务网和服务体系。

图1 智慧园区建设服务需求

互动交流发展趋势。一方面，智慧园区朝向创新化、生态性发展趋势，未来园区建设更加重视高新科技、安防、环境节能型等产业发展，融入到低碳环保管理模式，将新技术、管理方法、管理系统与园区创新结合在一起；另一方面，智慧园区建设与园区产业发展规划紧密结合，引进一批发展前景大、行业前景好的科技产业，逐步完善“智慧制造” 到“智慧服务”一条龙园区产业格局。

管理方法结合。核电园区产业链主要通过和关联产业的集聚，实现产业链规模效益；人才和专业知识集聚，实现生产力提高，供应链管理效率提高。

核电智慧园区建设围绕着安全、环保、智能化方向发展，目前园区在视频监控、环境监测、核辐射监测等重要信息采集方面仍然采用传统的建设和交互方式，点对点地进行数据采集和传递，管理平台单一，未能将这些数据全部融合起来。而在核电园区道路灯杆分布最广、节点最多，智慧园区的建设采用以灯杆为节点对整个园区进行 “5G+智慧灯杆” 的升级，作为智慧园区的一张通信和数据采集传输网，具有通电、联网、分布广泛、可渗入到园区各个角落等特点。通过园区建筑内外部网络，将园区采集的数据进行融合处理，可以加快提升整个园区智慧化、数字化的运营管理，也是整个核电园区走向信息化、数字化的必经之路。

2 核电智慧园区智慧灯杆综合服务系统功能的应用

2.1 运行可靠性

中国核电站的建设一般多以沿海建设为主，沿海高湿高热、盐雾大、海风大，对智慧灯杆设备结构强度和设备运行可靠性要求高，所有设备均需具有抗高热高湿、抗盐雾腐蚀、抗风载等能力；其次是设备运行稳定性和数据采集及传递准确性，这些设备数据是做好核电园区安防工作的有力保障；安防照明设施的配电方面，每个智慧灯杆配备正常电源和应急电源供电，发生电力故障或者电源问题会自动接通应急电源，应急启动照明、监控等安防设施，以保证园区的照明和安防监控等得到实时保障。

2.2 智慧灯杆综合服务系统平台

2.2.1 平台分层

智慧灯杆综合服务系统平台一般分为终端层、网络层、数据层和应用层4 个层次，如图2 所示。4 个层次配合运作，终端层将外部数据通过网络层实时传递给应用层，通过数据计算判断其应用范围，然后相关部门通过应用范围展开活动。

图2 智慧灯杆综合服务系统构架

2.2.2 平台框架

一网——感知互联：建立泛在互联、智能感知的融合网络体系，以视频+AⅠ为核心，利用新一代信息等通信技术手段智能感知、检测园区物理空间和虚拟空间的社会生产生活运动态势。

一平台——整合共享：搭建园区 “域见” 架构的统一ⅠOT 平台，提供信息基础设施、数据交换共享、智能分析挖掘、信息安全和运行维护保障等服务。

一中心——洞察全局：建成时空信息一张图，满足园区运动、检测、管理、指挥和决策的可视化、智能化、一体化需求。

多应用：公共安全应用、园区运营应用、民生生活应用、产业服务应用。

2.2.3 智慧园区将要解决问题

智慧园区将解决的问题如图3 所示。从图3 可见，智慧园区平台建设主要解决的问题逐渐在安全→智慧安全、设施→智慧设施、能源→智慧能源、环境→智慧环境、服务→智慧服务、数据→智慧数据等方面得到全面升级。

图3 智慧园区将解决的问题

2.3 “5G+智慧灯杆” 各子系统功能

智慧灯杆系统是由一个数据平台下N个业务应用构成，除了智慧照明，还集合了微基站、视频监控、环境检测、信息发布、应急广播、可视化一键报警、核辐射监测、环境监测等功能；各部分以模块化方式集成，杆体为后期其他系统设备输入布置预留安装接口，可根据不同需求灵活选配；各功能高度集成，支持远程操控、多维度数据分析决策，大大减少了建设和运维成本，促进节能减排，助力智慧园区的发展。

2.3.1 5G 微基站

5G 频谱更高、波长更短，需要更密集的基站部署来实现全面、稳定网络覆盖。依托智慧灯杆进行微基站建设，智慧灯杆的布设本身就有光纤通信，天然带电和数据通信的载体，确保园区数据的准确快捷通信。5G 网络使用的是高频，其覆盖范围小于4G 网络覆盖范围，因此5G 网络建设需要配套更多的站点[3]。在核电系统则可根据园区智能化建设规划布局5G 网络，5G微基站+智慧灯杆为最佳的结合布设方式[4]。

2.3.2 智慧照明

智慧照明是对园区照明设施进行全资产、全生命周期的管理，并实时监控路灯的运行状态，实现故障的自动监测与报警，用户可根据不同场景制定不同的控制方案，同时结合多种传感器，可感知外在的天气、光照度、人流等信息，针对不同的情况，自动调整灯具亮度，可以最大限度地节约电耗，提高照明质量。通过单灯控制器等设备，实现对照明的灵活、智能、科学控制。通过照明系统的设备安装管理、GⅠS 地图定位、故障预警通知和工单派送跟踪，节省成本。

2.3.3 环境监测

通过环境监测器实时监控园区、道路、生活区周边的多种环境因素监测，如温度、湿度、噪声、PM2.5、PM10等，可以对危险区域提出预警，方便工作人员对周边进行危险源治理调控。

2.3.4 信息发布

LED 信息屏中的显示内容非常多，其中包括重要客户及领导接待、环境质量天气等数据、图片、视频、核辐射数据等，远程发布在显示屏、运营平台，会产生更大的效益和实现长远的发展。

2.3.5 视频监控

通过摄像头实时监控覆盖区域的具体态势，可实现多维化、立体化、实时监控的预测预警，如人脸识别（走失人口、在逃嫌疑犯等）判断、停车监测判断、群体异常事件预警、火灾等灾害报警、区域入侵报警、防破坏报警、刑事案件报警等功能，还可以实现智能化、精准化和综合研判的可视指挥，数据融合、深度学习、全局认知的智能辅助。指挥中心通过大数据技术汇聚园区状态数据，实现整个园区的运行检测、分析预警和指挥控制，对所有视频、音频信息以及文字、图像信息进行显示、控制和管理，结合GⅠS 和BⅠM 应用，实现全局化统筹应用和管控及决策高效化、精准化和科学化。

2.3.6 一键报警

一键报警设备带防刺戳保护装置和专用螺丝，防范人为破坏，灯杆下方安装一键报警按钮，当发生紧急情况时，人们可以立刻按动按钮，触发灯杆警报系统，将现场视频图像、位置等信息实时上传至管控中心及相关部门，并可进行语音呼救，第一时间得到营救，避免危险的发生。

2.3.7 应急广播

园区的ⅠP 音柱可以配合宣传视频，安防系统联动提供音频输出，可组播，也可以单播。一些突发事件可以通过ⅠP 音柱广播出去，第一事件告知园区人员如何防范，起到宣传、警示、安抚的作用。

2.3.8 核辐射监测

可以监测道路环境中α、β和γ射线，可以实时检测核电站的定点测量区域辐射对人体的危险等级。危险来临时，进行数据分析处理，然后通过语音或者视频播放提供园区最安全的交通通道。

2.3.9 智能网关

5G+智慧灯杆网关组网综合杆除视频监控外，可接入照明、安全监控、广播、信息发布、环境气象监测、应急报警等信息采集传感器及传感设备的电源远程监控及能耗监控，具有速度快、功能强、支持边缘计算的特点。还可以快速接入高速互联网，实现安全可靠的数据传输。通过层次化网络结构，智慧控制平台下发任务，智能网关之间依据建立的工作状态模型进行任务调度并执行任务，当智能网关发生故障时，相邻网关能够承接其任务，无需智慧平台控制，保障智慧灯杆系统的高效和稳定[5]。

3 “5G+智慧灯杆” 建设在核电智慧园区重要意义

3.1 优化园区公共基础设施建设

智慧灯杆可大幅度减少园区地面设施的繁杂度，更好地体现园区美化特色；可通过共享和智能化，大幅度降低能源消耗，促进绿色协调发展；可提供安全保障和便捷的服务，使核电园区生活更具人文气息。

3.2 奠定智慧园区建设的关键基础

智慧灯杆可将多套功能系统的承载、供电、通信等配套资源进行整合，优化园区安防建设，减少重复建设及资源浪费，尤其是智慧灯杆分布广、位置合理的优势，使其成为5G 基站的良好载体和众多5G+创新应用的基础，提供了智慧园区数据入口，奠定了智慧园区建设的关键基础。

3.3 建设核电电网强大的重要载体

建设核电电网和5G 网络融合，加快构建核电事业管理高速、移动、安全的新一代信息基础设施，推进信息网络技术广泛应用，形成万物互联、人机交互、天地一体的网络空间，是核电园区智慧化发展建设的战略定位之一。而智慧灯杆网络通过各类传感器感知整个园区，为园区收集和处理各类信息，是物联网深度部署的首选方案，是园区各类智能化、高端化运营管理发展不可缺少的一条高速通道网络，也是智慧园区建设的最佳路径。

3.4 产业升级的加速引擎

“5G+智慧灯杆” 基础建设，不仅依靠5G 技术的优势，还可通过扶持高新技术企业创新、引进先进项目建设，促进传统产业园的转型升级，精准地布局规划，这样才能进一步迈进新时代道路。

4 结束语

综上所述，以路灯灯杆为载体的智慧灯杆搭载了灯具、摄像头、5G 基站、信息发布屏、广播音柱、应急呼叫、环境监测、核辐射检测等多个设备、系统，全面感知整个园区，将信息数据传输到云端，实现智慧灯杆立体空间功能价值的最大化共享利用，基于人工智能化、云端计算等，处理并分析大数据和信息，精准地让“5G+智慧灯杆” 为智慧公共服务、智慧园区管理、智慧交通、智慧安防安控等提供服务。核电智慧园区智慧灯杆的建设仅是智慧园区建设的一小部分，为核电园区其他工业智慧化的建设和发展奠定了一定基础，使核能产业发展更全面、更安全、更环保。