“5G+智慧燈桿” 在核電智慧園區的應用研究

陶嶺，許立輝，王志堅，張琰，高凱

（中核智能安防科技（西安）有限公司，陜西 西安 710061）

智慧園區建設的目標是充分運用信息和通信技術手段感測、分析、整合園區運作核心系統的各項關鍵信息，實現園區管理和服務的信息與精細化。智慧燈桿是智慧園區建設中一個重要信息入口，承擔著信息采集、發布、傳輸的重要任務。隨著5G 發展，智慧燈桿作為5G 微基站的一個最佳載體，通過“5G+智慧燈桿” 的多種終端相融合，加速園區運行數據的采集和傳遞[1]。智慧化園區作為新的應用領域，通過在特制路燈燈桿上安裝環境、監控、核輻射監測等傳感設備，能夠獲取園區內分布式區域的各項環境和空間數據，實時分析計算處理，將核電園區安全防護方面的數據信息可視化，從而實現核電智慧園區各個站點數據融合處理，及時有效地進行核電園區的智慧化管理[2]。

1 核電園區智慧化的現狀和未來發展趨勢

1.1 核電市場規模不斷擴大

核電作為一種安全、清潔和高效的能源，是中國構建清潔低碳、安全高效能源體系的重要組成部分。推動核能高質量發展，是中國優化能源結構、保障能源供給安全、實現“雙碳” 目標、應對氣候變化的重要手段。從中國核電站類型來看，截至2020 年末，全國在運行的核電站均為沿海核電站，內陸核電站的數量為0；目前中國已建造的核電站有22 座，在建的有3 座。據統計，2021 年裝機量5 464.7 萬kW，預計2023 年中國核電設備裝機容量將達6 390.67 萬kW。由于碳中和以及用電需求的增加，“十四五” 期間核電發電占比提升空間較大，預計到2025 年，中國在運核電裝機達到7 000 萬kW 左右，到2030 年，核電在運裝機容量達到1.2 億kW。中國在推進碳達峰、碳中和工作上，堅定不移走綠色低碳、創新發展之路，為保障國家能源安全和推動經濟社會高質量發展作出積極貢獻，未來核電站規模將不斷擴大。

1.2 核電智慧園區現狀

目前核電站園區內除了有單獨的道路照明燈桿和保護圍欄照明燈桿之外，還有應急廣播桿體、環境監測桿體、信息發布桿體，將來還會增加5G 基站和智能充電樁。園區內各種桿體林立，資源利用率低，后期還會增加施工時間、投資成本、設備布設和管線鋪設復雜難度，影響園區建設容貌，加上應用管理平臺較多，導致人工管理和維護成本增加。園區在這些安全防護、環境檢測、設施服務、能源、數據等提升方面未能進行綜合的智慧化管理。

1.3 核電智慧園區發展建設思路

信息化發展。智慧園區建設前期依舊是以信息基礎設施建設、智慧政務為突破口。一方面，智慧園區信息基礎設施建設關鍵要朝著“寬帶網絡、結合、泛在、安全性” 方向發展，不斷強化網絡寬帶建設；另一方面，智慧園區建設中十分注重公共性服務管理，以人為本，重點圍繞園區建設者和管理者、高端人才、人員的需求建設，如圖1 所示，加速建設面對普通用戶的社會信息服務體系，創建造福每個人的電子政務網和服務體系。

圖1 智慧園區建設服務需求

互動交流發展趨勢。一方面，智慧園區朝向創新化、生態性發展趨勢，未來園區建設更加重視高新科技、安防、環境節能型等產業發展，融入到低碳環保管理模式，將新技術、管理方法、管理系統與園區創新結合在一起；另一方面，智慧園區建設與園區產業發展規劃緊密結合，引進一批發展前景大、行業前景好的科技產業，逐步完善“智慧制造” 到“智慧服務”一條龍園區產業格局。

管理方法結合。核電園區產業鏈主要通過和關聯產業的集聚，實現產業鏈規模效益；人才和專業知識集聚，實現生產力提高，供應鏈管理效率提高。

核電智慧園區建設圍繞著安全、環保、智能化方向發展，目前園區在視頻監控、環境監測、核輻射監測等重要信息采集方面仍然采用傳統的建設和交互方式，點對點地進行數據采集和傳遞，管理平臺單一，未能將這些數據全部融合起來。而在核電園區道路燈桿分布最廣、節點最多，智慧園區的建設采用以燈桿為節點對整個園區進行 “5G+智慧燈桿” 的升級，作為智慧園區的一張通信和數據采集傳輸網，具有通電、聯網、分布廣泛、可滲入到園區各個角落等特點。通過園區建筑內外部網絡，將園區采集的數據進行融合處理，可以加快提升整個園區智慧化、數字化的運營管理，也是整個核電園區走向信息化、數字化的必經之路。

2 核電智慧園區智慧燈桿綜合服務系統功能的應用

2.1 運行可靠性

中國核電站的建設一般多以沿海建設為主，沿海高濕高熱、鹽霧大、海風大，對智慧燈桿設備結構強度和設備運行可靠性要求高，所有設備均需具有抗高熱高濕、抗鹽霧腐蝕、抗風載等能力；其次是設備運行穩定性和數據采集及傳遞準確性，這些設備數據是做好核電園區安防工作的有力保障；安防照明設施的配電方面，每個智慧燈桿配備正常電源和應急電源供電，發生電力故障或者電源問題會自動接通應急電源，應急啟動照明、監控等安防設施，以保證園區的照明和安防監控等得到實時保障。

2.2 智慧燈桿綜合服務系統平臺

2.2.1 平臺分層

智慧燈桿綜合服務系統平臺一般分為終端層、網絡層、數據層和應用層4 個層次，如圖2 所示。4 個層次配合運作，終端層將外部數據通過網絡層實時傳遞給應用層，通過數據計算判斷其應用范圍，然后相關部門通過應用范圍展開活動。

圖2 智慧燈桿綜合服務系統構架

2.2.2 平臺框架

一網——感知互聯：建立泛在互聯、智能感知的融合網絡體系，以視頻+AⅠ為核心，利用新一代信息等通信技術手段智能感知、檢測園區物理空間和虛擬空間的社會生產生活運動態勢。

一平臺——整合共享：搭建園區 “域見” 架構的統一ⅠOT 平臺，提供信息基礎設施、數據交換共享、智能分析挖掘、信息安全和運行維護保障等服務。

一中心——洞察全局：建成時空信息一張圖，滿足園區運動、檢測、管理、指揮和決策的可視化、智能化、一體化需求。

多應用：公共安全應用、園區運營應用、民生生活應用、產業服務應用。

2.2.3 智慧園區將要解決問題

智慧園區將解決的問題如圖3 所示。從圖3 可見，智慧園區平臺建設主要解決的問題逐漸在安全→智慧安全、設施→智慧設施、能源→智慧能源、環境→智慧環境、服務→智慧服務、數據→智慧數據等方面得到全面升級。

圖3 智慧園區將解決的問題

2.3 “5G+智慧燈桿” 各子系統功能

智慧燈桿系統是由一個數據平臺下N個業務應用構成，除了智慧照明，還集合了微基站、視頻監控、環境檢測、信息發布、應急廣播、可視化一鍵報警、核輻射監測、環境監測等功能；各部分以模塊化方式集成，桿體為后期其他系統設備輸入布置預留安裝接口，可根據不同需求靈活選配；各功能高度集成，支持遠程操控、多維度數據分析決策，大大減少了建設和運維成本，促進節能減排，助力智慧園區的發展。

2.3.1 5G 微基站

5G 頻譜更高、波長更短，需要更密集的基站部署來實現全面、穩定網絡覆蓋。依托智慧燈桿進行微基站建設，智慧燈桿的布設本身就有光纖通信，天然帶電和數據通信的載體，確保園區數據的準確快捷通信。5G 網絡使用的是高頻，其覆蓋范圍小于4G 網絡覆蓋范圍，因此5G 網絡建設需要配套更多的站點[3]。在核電系統則可根據園區智能化建設規劃布局5G 網絡，5G微基站+智慧燈桿為最佳的結合布設方式[4]。

2.3.2 智慧照明

智慧照明是對園區照明設施進行全資產、全生命周期的管理，并實時監控路燈的運行狀態，實現故障的自動監測與報警，用戶可根據不同場景制定不同的控制方案，同時結合多種傳感器，可感知外在的天氣、光照度、人流等信息，針對不同的情況，自動調整燈具亮度，可以最大限度地節約電耗，提高照明質量。通過單燈控制器等設備，實現對照明的靈活、智能、科學控制。通過照明系統的設備安裝管理、GⅠS 地圖定位、故障預警通知和工單派送跟蹤，節省成本。

2.3.3 環境監測

通過環境監測器實時監控園區、道路、生活區周邊的多種環境因素監測，如溫度、濕度、噪聲、PM2.5、PM10等，可以對危險區域提出預警，方便工作人員對周邊進行危險源治理調控。

2.3.4 信息發布

LED 信息屏中的顯示內容非常多，其中包括重要客戶及領導接待、環境質量天氣等數據、圖片、視頻、核輻射數據等，遠程發布在顯示屏、運營平臺，會產生更大的效益和實現長遠的發展。

2.3.5 視頻監控

通過攝像頭實時監控覆蓋區域的具體態勢，可實現多維化、立體化、實時監控的預測預警，如人臉識別（走失人口、在逃嫌疑犯等）判斷、停車監測判斷、群體異常事件預警、火災等災害報警、區域入侵報警、防破壞報警、刑事案件報警等功能，還可以實現智能化、精準化和綜合研判的可視指揮，數據融合、深度學習、全局認知的智能輔助。指揮中心通過大數據技術匯聚園區狀態數據，實現整個園區的運行檢測、分析預警和指揮控制，對所有視頻、音頻信息以及文字、圖像信息進行顯示、控制和管理，結合GⅠS 和BⅠM 應用，實現全局化統籌應用和管控及決策高效化、精準化和科學化。

2.3.6 一鍵報警

一鍵報警設備帶防刺戳保護裝置和專用螺絲，防范人為破壞，燈桿下方安裝一鍵報警按鈕，當發生緊急情況時，人們可以立刻按動按鈕，觸發燈桿警報系統，將現場視頻圖像、位置等信息實時上傳至管控中心及相關部門，并可進行語音呼救，第一時間得到營救，避免危險的發生。

2.3.7 應急廣播

園區的ⅠP 音柱可以配合宣傳視頻，安防系統聯動提供音頻輸出，可組播，也可以單播。一些突發事件可以通過ⅠP 音柱廣播出去，第一事件告知園區人員如何防范，起到宣傳、警示、安撫的作用。

2.3.8 核輻射監測

可以監測道路環境中α、β和γ射線，可以實時檢測核電站的定點測量區域輻射對人體的危險等級。危險來臨時，進行數據分析處理，然后通過語音或者視頻播放提供園區最安全的交通通道。

2.3.9 智能網關

5G+智慧燈桿網關組網綜合桿除視頻監控外，可接入照明、安全監控、廣播、信息發布、環境氣象監測、應急報警等信息采集傳感器及傳感設備的電源遠程監控及能耗監控，具有速度快、功能強、支持邊緣計算的特點。還可以快速接入高速互聯網，實現安全可靠的數據傳輸。通過層次化網絡結構，智慧控制平臺下發任務，智能網關之間依據建立的工作狀態模型進行任務調度并執行任務，當智能網關發生故障時，相鄰網關能夠承接其任務，無需智慧平臺控制，保障智慧燈桿系統的高效和穩定[5]。

3 “5G+智慧燈桿” 建設在核電智慧園區重要意義

3.1 優化園區公共基礎設施建設

智慧燈桿可大幅度減少園區地面設施的繁雜度，更好地體現園區美化特色；可通過共享和智能化，大幅度降低能源消耗，促進綠色協調發展；可提供安全保障和便捷的服務，使核電園區生活更具人文氣息。

3.2 奠定智慧園區建設的關鍵基礎

智慧燈桿可將多套功能系統的承載、供電、通信等配套資源進行整合，優化園區安防建設，減少重復建設及資源浪費，尤其是智慧燈桿分布廣、位置合理的優勢，使其成為5G 基站的良好載體和眾多5G+創新應用的基礎，提供了智慧園區數據入口，奠定了智慧園區建設的關鍵基礎。

3.3 建設核電電網強大的重要載體

建設核電電網和5G 網絡融合，加快構建核電事業管理高速、移動、安全的新一代信息基礎設施，推進信息網絡技術廣泛應用，形成萬物互聯、人機交互、天地一體的網絡空間，是核電園區智慧化發展建設的戰略定位之一。而智慧燈桿網絡通過各類傳感器感知整個園區，為園區收集和處理各類信息，是物聯網深度部署的首選方案，是園區各類智能化、高端化運營管理發展不可缺少的一條高速通道網絡，也是智慧園區建設的最佳路徑。

3.4 產業升級的加速引擎

“5G+智慧燈桿” 基礎建設，不僅依靠5G 技術的優勢，還可通過扶持高新技術企業創新、引進先進項目建設，促進傳統產業園的轉型升級，精準地布局規劃，這樣才能進一步邁進新時代道路。

4 結束語

綜上所述，以路燈燈桿為載體的智慧燈桿搭載了燈具、攝像頭、5G 基站、信息發布屏、廣播音柱、應急呼叫、環境監測、核輻射檢測等多個設備、系統，全面感知整個園區，將信息數據傳輸到云端，實現智慧燈桿立體空間功能價值的最大化共享利用，基于人工智能化、云端計算等，處理并分析大數據和信息，精準地讓“5G+智慧燈桿” 為智慧公共服務、智慧園區管理、智慧交通、智慧安防安控等提供服務。核電智慧園區智慧燈桿的建設僅是智慧園區建設的一小部分，為核電園區其他工業智慧化的建設和發展奠定了一定基礎，使核能產業發展更全面、更安全、更環保。