2022年智慧杆塔科技前沿报告.pdf

智慧杆塔科技前沿报告智慧杆塔科技前沿报告（2022年）年）中国通信学会中国通信学会2022年年12月月前言前言智慧杆塔是以共建共享模式集成多种信息通信服务设备及感知终端设备并具备智慧能力的杆、塔形态设施总称。作为典型的“新基建”融合基础设施，智慧杆塔建设符合国家加快数字化发展，推动绿色发展，提升城镇化发展质量的规划要求。三年前，智慧杆塔建设进入起步试点阶段，中国铁塔股份有限公司、中国信息通信研究院和华为技术有限公司共同编写了中国智慧杆塔白皮书（2019），探讨了智慧杆塔的概念、价值与意义，梳理了典型业务应用和技术要点，给出了发展建议。当前，我国智慧杆塔建设总体开始从起步试点阶段向稳步发展阶段过渡，部分省市提出了明确的建设目标，一些大中城市开始分期开展规模化建设。在智慧杆塔的建设实践中，产业协同水平不断提升，标准体系趋于完善，知识产权已初具规模，与此同时相关产业的前沿技术不断发展，创新引领作用逐渐凸显。在此背景下，三家单位研究编写智慧杆塔科技前沿报告（2022），研判智慧杆塔当前的发展态势，从融合共享、集成技术等方面归纳十大前沿技术发展趋势，旨在指明进一步技术创新的方向，促进智慧杆塔高质量健康发展。本次报告编写中得到了多家不同行业背景的产业界企业和新媒体单位的支持，在此表示由衷感谢！中国通信学会智慧杆塔委员会主任委员：2022 年 12 月38目录一、智慧杆塔发展态势.1（一）政策支持持续加强.1（二）建设定位日趋明确.3（三）建管模式逐渐清晰.4（四）产业生态健康发展.5（五）标准体系趋于完善.6（六）知识产权规模初现.8（七）问题挑战仍需关注.11二、智慧杆塔前沿技术十大发展趋势.12（一）深化共建共享加快数字基建发展.13（二）集成水平提升扩展杆塔设施功能.15（三）杆体设施创新巩固物理支撑基础.18（四）绿色节能技术助力碳达峰碳中和.20（五）计算体系优化夯实智慧应用底座.22（六）新型通信技术支持设备灵活部署.24（七）协同控制策略强化设施服务效能.27（八）感知深度融合构建数字孪生根柢.29（九）数字化智能化重塑运营管理模式.32（十）网络信息安全筑牢数字空间防线.34三、总结与发展建议.36附件：智慧杆塔相关标准（部分）一览表.381一、智慧杆塔发展态势一、智慧杆塔发展态势（一）政策支持持续加强（一）政策支持持续加强国家“十四五”规划部署为智慧杆塔营造良好的发展环境。中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要 部署“加快建设新型基础设施”，要求“加快交通、能源、市政等传统基础设施数字化改造，加强泛在感知、终端联网、智能调度体系建设”；部署“建设智慧城市和数字乡村”，要求“推进市政公用设施、建筑等物联网应用和智能化改造”。2021 年 9 月，国务院常务会议审议通过“十四五”新型基础设施建设规划，提出“十四五”时期科学布局和推进建设新型基础设施的具体举措。2022 年 1月，国务院印发“十四五”数字经济发展规划，要求有序推进基础设施智能升级，推动新型城市基础设施建设，提升市政公用设施和建筑智能化水平，并要求加快城市智能设施向乡村延伸覆盖。行业政策为智慧杆塔发展提供重要动力。2021 年 9 月，工信部等八部委联合印发物联网新型基础设施建设三年行动计划（2021-2023 年），明确提出推进基于数字化、网络化、智能化的新型城市基础设施建设，推动智慧灯杆等感知终端的建设和规模化应用部署。2021 年 11 月，工信部印发“十四五”信息通信行业发展规划，分别从积极发展高效协同的融合基础设施和深化基础设施跨行业共建共享两个角度明确要求推动智慧多功能杆柱建设和统筹布局。2022年7 月，住建部、发改委印发 “十四五”全国城市基础设施建设规划，把“开展智慧多功能灯杆系统建设”纳入城市基础设施智能化建设行动，要求促进杆塔资源的共建共享，采用“多杆合一、多牌合一、多2管合一、多井合一、多箱合一”的技术手段，对城市道路空间内各类系统的场外设施进行系统性整合，预留扩展空间和接口，并同步加强智慧多功能灯杆的信息管理。该规划以专栏的形式部署了城市基础设施智能化建设工程，预计建设智慧多功能灯杆 13 万基以上。多省市明确“十四五”期间智慧杆塔建设的发展目标。智慧杆塔建设是深化新型智慧城市建设、加快 5G 网络建设和规模化应用、推进社会数字化转型发展的重要措施。目前，多省市在推动智慧城市、数字政府、数字经济、5G 等建设和发展的相关规划、指导意见、工作方案中明确提出要推动智慧杆塔建设。其中，上海市、山东省、广州市、深圳市、武汉市、成都市等均提出了“十四五”期间或当年的智慧杆塔建设规模目标。表 1 部分省、市智慧杆塔发展目标序号序号省份/城市省份/城市文件或来源文件或来源发展目标发展目标1上海市媒体：新民晚报计划在 2022 年底前再建 2 万根智慧灯杆，总量达到 3.5 万杆2山东省关于山东省数字基础设施建设的指导意见到 2022 年年底，全省新建智慧杆柱 3 万个以上3广州市广州市智慧灯杆建设管理工作方案到 2025 年，全市建成智慧灯杆约8 万根，其中市中心区约 4.2 万根，提供 5G 微站站址约 3.2 万个，为中心城区提供保障 5G 网络深度覆盖所需站址资源4深圳市深圳市推进新型信息基础设施建设行动计划（2022-2025年）深圳市信息基础设施发展指标（到 2025 年）：多功能智能杆数4.5 万（预期性）5武汉市媒体：湖北日报2022 年武汉市新建智慧灯杆 1.2万根，每年可节约电力 150 万千瓦时6成都市媒体：腾讯新闻“十四五”期间完成 3 万根智慧多功能杆建设3（二）建设定位日趋明确（二）建设定位日趋明确我国智慧杆塔建设总体开始从起步试点阶段向稳步发展阶段过渡。我国智慧杆塔理念起源于智慧城市概念的兴起，建设可以追溯至2016 年。此后，2016 年至 2018 年期间多地积极推动“多杆合一”“多箱合一”“多塔合一”的集约建设模式，为市政基础设施“做减法”进行探索。2019 年至 2021 年，在加快建设 5G 等新基建的政策引导和带动下，各省市开始积极在局部城市道路、公园、热点商区、工业园区等区域性场景试点建设智慧杆塔，建设项目呈多点开花、突破式增长的态势。当前，随着起步试点阶段的经验不断积累，智慧杆塔的建设定位日趋明确，技术方案和投资运营模式趋于成熟，智慧杆塔建设总体开始向稳步发展阶段过渡。建设理念走向成熟，大中城市项目建设趋于规模化，试点项目建设持续向中小城市、乡镇下沉。经过试点探索，智慧杆塔建设需求开始去伪存真、脱虚向实，短期商业化运营收益预期降低，基础设施属性逐渐明确。部分大型城市将智慧杆塔建设定位为面向城乡数字化发展的基础底座，依托智慧杆塔构建全域感知体系，支撑 5G 应用、车路协同等新业态发展，已经开始分期开展面向规模化、全域化部署的智慧杆塔建设，如上海、深圳、广州、北京等一线城市大力推动智慧杆塔的全局部署。上海已累计完成超 4 万根智慧综合杆建设，挂载 5G基站超过 2000 个；北京经济技术开发区基于智慧杆塔在 60 平方公里范围内建成三百多个“双智”全息路口。部分二、三线城市也经过试点找到了适合自身经济水平、管理治理需求的建设运营模式，以“因地制宜、适度超前”的理念部署新项目建设。智慧杆塔建设项目体量扩大，部分单项目体量从早期的百万级、千万级发展到数亿乃至十亿4以上的投资规模。与此同时，智慧杆塔的建设试点也仍然在从大中城市向中小城市下沉，从城市市区向乡镇下沉，“数字乡村”相关建设案例也不断涌现，整体建设范围持续扩展。（三）建管模式逐渐清晰（三）建管模式逐渐清晰面向较为封闭的场景，如居民社区、产业园区、景区景点、学校、医院等，智慧杆塔的功能、应用需求明确，通常由社区、园区管理者自建、自管、自用，建设、使用与运维部门相对单一，较少涉及外部协调工作，项目推进较为顺畅。面向相对开放的场景，如城市开放道路等，智慧杆塔的应用需求多样，承载的功能涉及管理部门众多，协调沟通较为复杂，长期以来是影响智慧杆塔充分发挥集约共享作用、面向全局化建设部署的核心障碍。多地在明确智慧杆塔作为公共基础设施的本质属性和定位的基础上，从管理制度、协调机制、建管主体三个层面明确智慧杆塔建管模式，推动落地建设。管理制度层面，出台专门意见、办法保证智慧杆塔共建共享。如上海、深圳、北京经济技术开发区分别出台了关于开展本市架空线入地和合杆整治工作的实施意见 深圳市多功能智能杆基础设施管理办法 北京经济技术开发区多功能综合杆及配套设施管理办法（试行）等。协调机制层面，建立统筹协调部门和常态化沟通机制。如上海成立架空线整治和管理工作联席会议，下设市架空线入地和合杆整治指挥部，各区成立相应的联席会议和区指挥部，统筹本区域架空线入地和合杆整治工作；深圳在市新型智慧城市建设领导小组的领导下，建立多功能智能杆建设和管理联席会议制度，统筹全市多功能智能杆基础设施建设和管理工作。建管主体层面，以政府和国有资本投资为主，由国资城投公司等管理运营。一些城市由5政府或国有企业投资成立具有属地和国资性质的智慧杆塔及配套设施建设运营主体，如深圳市信息基础设施投资发展有限公司、北京亦庄智能城市研究院集团有限公司、江苏未来城市公共空间开发运营有限公司、眉山环天智慧科技有限公司等承担属地城市智慧杆塔的投建运营。（四）产业生态健康发展（四）产业生态健康发展市场环境持续优化，技术、质量和成本将成为关键竞争要素。当前我国坚持以推动高质量发展为主题，把实施扩大内需战略同深化供给侧结构性改革有机结合，着力增强国内大循环内生动力。随着中共中央、国务院 关于加快建设全国统一大市场的意见 的发布和实施，以及各地逐渐明确智慧杆塔的建设定位，市场环境向着高效规范、公平竞争、充分开放、持续优化的方向发展，技术、质量和成本控制能力将逐渐成为决定市场竞争的关键要素。企业找准生态定位，产业协同水平提升。智慧杆塔产业是跨行业融合产业，市政照明杆塔、灯具制造企业，通信设备、设施制造企业，专业终端设备制造企业，ICT 技术创新企业，系统集成方案提供商，投资建设运营主体，以及众多各行业研究院所、咨询规划设计单位和施工建设单位积极参与智慧杆塔建设，产业生态不断走向融合。随着技术方案的不断成熟和建设实践的加深，各企业基于自身技术、资源特点逐渐找准了在产业生态中的定位，在各自生态位上深耕细作并加强生态合作。产业生态呈现出企业间优势互补，协同共赢的发展态势。项目建设要求提升，企业能力不断拓展。一方面，智慧杆塔建设是集杆塔和配套物理设施、各类终端设备、通信网络、信息系统和新型信息通信技术为一体的系统建设，对集成能力要求高。贯通上下游6的生态整合能力和自成体系的生态导入能力，能够有效提高系统的可用性和可靠性，同时降低成本，是产业竞争的关键能力。另一方面，智慧杆塔项目通常捆绑于智慧城市、智慧园区等整体性项目，建设项目对企业资质能力范围和质量、管理水平有较高的要求。如 2022 年相关项目通常要求投标单位具备市政工程、通信工程、机电工程、电子与智能化工程、城市及道路照明工程等多种相关资质。企业需要不断拓展、提高自身能力以满足项目需求。（五）标准体系趋于完善（五）标准体系趋于完善智慧杆塔建设面向集成与融合，对标准化工作有着强烈的需求。我国智慧杆塔建设发展迅速，本着标准先行的原则，各级政府、行业主管部门、地方和行业团体、产业链相关企业和研究机构纷纷投入标准化工作，标准化工作已现成效。整体来看，我国智慧杆塔标准化工作正在从早期的团体、地方标准多点开花，朝着国标整体统领、行标专业细化、地标落地实施、团标多元发展的协同体系发展，趋于完善。国家标准整体统领作用开始显现。2022 年 3 月 1 日，首个智慧杆塔相关国家标准 GB/T 40994-2021智慧城市 智慧多功能杆 服务功能与运行管理规范正式实施，为基于智慧杆塔的挂载点位租赁业务提供总体依据。此外，国家标准智慧城市 智慧多功能杆 系统总体要求 和国家建筑标准设计图集 多功能智慧灯杆系统设计与安装正在加紧研究编制中，前者从智慧多功能杆系统架构、系统功能和安全方面给出总体要求，后者给出多功能智慧灯杆设计与安装过程中各节点的标准图集，便于设计施工行业使用、减少设计人员的重复劳动。行业标准聚焦专业技术领域细化。目前，信息通信行业依托中国通信标准化协会、中国通信企业协会通信工程建设分会等标准化平台，7正在组织跨行业力量，着力推进智慧杆塔相关行标的研究编制。一方面，信息通信技术的应用是杆塔设备设施网联化、智能化必不可少的要素。另一方面，智慧杆塔也是 5G 等新一代通信网络建设的优良载体和泛在物联感知的重要入口。信息通信相关行业标准的编制旨在从ICT 专业技术和通信设施建设需求等角度给出详细的标准规范，供产业链直接应用或地方标准等引用。相关项目涵盖工程建设、通信系统、边缘计算、管理平台及测试方法等，其中，通信建设标准 YD/T 5248-2021微型通信基站多功能钢杆塔工程技术规范已于 2021 年发布并实施。地方标准面向落地建设先发先行。智慧杆塔需要因地制宜建设落地，在智慧杆塔建设的起步试点阶段，上海市、广东省、江苏省、贵州省、湖南省、浙江省、江西省、安徽省、河北省等多个省（市）均已发布省级标准规范，广州市、深圳市、杭州市、青岛市、济南市、南京市、襄阳市等多地市出台了相关地方标准。总体来看智慧杆塔相关地方标准以指导本地工程建设落地为主。随着各地深化和启动智慧杆塔建设部署，地方标准的编制也持续开展。例如，安徽省研究编制多功能路灯杆系统设计规范；深圳市研究编制多功能智能杆 管理系统编码技术规范 多功能智能杆 管理与运维技术规范以完善地方标准体系；北京市经济开发区基于智慧城市基础设施和智能网联汽车协同发展建设经验，研究编制智慧综合杆网联化系统技术与工程建设导则；厦门市研究编制智慧杆建设技术导则等。团体标准持续多元化发展。智慧杆塔领域的团体标准编制长期呈现百花齐放、百家争鸣的景象。截至 2022 年 10 月，我国已发布超 30项智慧杆塔相关团体标准，企业积极参与，标准化工作活跃。已开展8智慧杆塔团体标准制定工作的团体组织主要包括智慧杆塔相关行业的团体组织和建设项目所在地的地方性团体组织。其中，行业性团体组织主要包括中国照明电器协会、国家半导体照明工程研发及产业联盟、中国通信企业协会、中国照明学会、中国城市科学研究会等；地方性团体组织主要有深圳市智慧杆产业促进会、广州市标准化促进会、北京电信技术发展产业协会、云南省智慧城市集成服务商协会、浙江省品牌建设联合会、江苏省市政工程协会等。（六）知识产权规模初现（六）知识产权规模初现智慧杆塔的技术进步和产业发展驱动业界开展知识产权布局。近年来，相关的企业、高校、研究院、创新中心等技术研发机构纷纷加快知识产权申请步伐，旨在推动智慧杆塔的技术创新和应用推广。整体来看，智慧杆塔的知识产权已初具规模。数量趋势方面，智慧杆塔相关知识产权申请态势与产业发展进程基本吻合。2015 年，美国通信巨头 AT&T 和通用电气两家公司携手推出全球首款真正意义上的智慧灯杆，相关知识产权工作同时起步。2019 年，智慧杆塔进入起步试点阶段，技术探索进程加快，知识产权申请也进入快速上升期。当前，满足现阶段需求的智慧杆塔技术发展已相对成熟，并形成了一定的知识产权规模，预期知识产权申请也将进入稳步发展阶段。如图 1-1 所示，截至 2022 年 10 月，全球智慧杆塔知识产权（含发明、实用新型和外观设计）申请数量约 2300 件，在 2019 年-2021 年期间呈现逐年快速攀升的态势。同时，2021 年与2020 年相比，发明专利和实用新型的申请数量基本持平，外观设计专利发展较快，与起步试点阶段集成设备的不断增加引起杆塔外观变化，以及试点城市较为重视智慧杆塔的特色性且与其城市风貌的融合有9关，见图 1-2。图 1-1 智慧杆塔知识产权发展趋势（数据截至 2022 年 10 月）图 1-2 智慧杆塔知识产权类型分布（数据截至 2022 年 10 月）地域分布方面，我国知识产权数量在全球占主体地位，东部发达省市较为突出。世界多个国家和地区如美国、澳大利亚、欧盟、印度等均开展了智慧杆塔方面的技术研究和知识产权布局。在发展理念和网络强国、数字中国、智慧社会等战略部署牵引下，我国智慧杆塔建10设快速发展，技术探索和实践经验等处于世界领先水平，知识产权方面成为全球规模主体，申请数量超过全球的 91%。从国内看，东部发达省市如广东、浙江、江苏、上海等，具备创新意识强、战略部署早、产业基础好、建设投入大的优势，在智慧杆塔相关知识产权的申请中也名列前茅，见图 1-3。其中，广东省依托广州、深圳等地的创新企业以及试点项目起步早、建设规模大的先发优势，相关知识产权数量占国内申请数量的 37%，全国智慧杆塔申请数量前十位的相关企业有七家来自广东。图 1-3 我国智慧杆塔知识产权地域分布（数据截至 2022 年 10 月）创新领域方面，智慧杆塔知识产权申请涉及多种技术领域，集成技术是重点方向。作为融合基础设施，智慧杆塔涉及技术领域多样、应用行业广泛，知识产权创新布局也反应了这些特点。从智慧杆塔相关的知识产权关键词（见图 1-4）可见，智慧杆塔的知识产权体系呈现出多维度、宽领域、重集成化和智能化的发展态势。其中，将路灯杆等与各类设备设施融合的集成技术、杆体及配套设施的机械结构及系统应用等相关知识产权申请数量最为突出，是试点阶段技术探索的11重要创新方向，见图 1-5。图 1-4 智慧杆塔知识产权关键词（数据截至 2022 年 10 月）图 1-5 智慧杆塔知识产权热点技术领域（数据截至 2022 年 10 月）（七）问题挑战仍需关注（七）问题挑战仍需关注面向高质量发展，当前智慧杆塔建设仍然面临亟待解决的问题和挑战：一是需进一步提升对智慧杆塔公共基础设施属性和定位的认识。一方面，被一些商业宣传所引导，仍存在智慧杆塔项目的短期商业运营收益被过度关注的情况，其“公共基础设施”的本质属性定位以及12通过提升设施效能和数字化治理能力取得全局性收益的作用被模糊化；另一方面，对公共基础设施属性认识的缺乏，可能造成智慧杆塔运营权出让和运营过程中的监管缺位，进而引起公共资源公益性的弱化以及潜在的设施运维管理和个人、公共数据的安全风险。二是需进一步完善跨部门的统筹协调机制加强共建共享。目前多数城市在基础设施数字化改造中依然以各部门纵向垂直建设为主，建设项目相互独立，运营主体多样，缺少统一的规划和标准化，给面向全局部署的智慧杆塔建设运营埋下新的障碍，并可能导致后续的维护运营、数据资源共享流通协调难度增大。在一些集约建设的智慧杆塔项目中，各需求部门投资和权属也仍然相互独立，设备设施功能和数据难以协同联动，一些基于共享集成的融合创新应用难以实现。并且，各部门通过共建共享节约的资金支出难以有效转化为项目收益，在智慧杆塔建设运营投资循环中的主体作用难以发挥。三是面向长期高水平发展目标需持续深化技术创新。当前智慧杆塔的技术创新、标准和知识产权布局已基本适应现阶段的建设要求，但是面向智慧杆塔适度超前部署的建设布局，及其长期功能和发展定位需要，需持续加强前瞻性技术研究和专利布局力度，进一步细化、深化技术标准体系，特别是在新型 ICT 技术的应用等方面。本报告对需要着重深化创新的前沿技术方向进行了归纳梳理。二、智慧杆塔前沿技术十大发展趋势二、智慧杆塔前沿技术十大发展趋势智慧杆塔相关技术在创新引领和建设实践中不断发展，整体解决方案从早期的简单拼凑走向系统化、集成化和标准化，系统可用性、可靠性、安全性持续提升，并与新一代信息技术融合加速，应用场景向多样化扩展。13智慧杆塔技术创新方向紧密围绕其功能和发展定位。一是作为集约共享部署基础设施的有效模式，通过智慧杆塔的开放共享可加快数字基础设施建设，集成各类新型设备丰富扩展杆塔设施功能，也相应地要求物理承载能力提升保障设施安全，并且通过节能降碳技术进一步提高整体资源利用率；二是作为与城市运行和居民生活紧密结合的智能化公共设施，智慧杆塔系统是 3C（计算 Computation、通信Communication、控制 Control）技术有机融合的信息物理系统（Cyber-Physical Systems，CPS），3C 技术的发展和应用能够有效强化和扩展智慧杆塔作为基础设施的功能性，提升设施服务效能；三是作为实体物理世界向虚拟数字世界映射的泛在入口，智慧杆塔搭载多种感知设备，感知技术的发展增强实虚映射能力，在此基础上的数字化、智能化技术应用将促进管理效率提升和应用创新，网络信息安全技术为系统平稳运行和数据可靠流通保驾护航。本报告对智慧杆塔前沿技术方向进行梳理，归纳为十大前沿技术发展趋势。（一）深化共建共享加快数字基建发展（一）深化共建共享加快数字基建发展以新一代信息通信网络为代表的数字基础设施是新型基础设施的重要组成部分，是数字经济发展的基础。习近平总书记强调，要加强战略布局，加快建设高速泛在、天地一体、云网融合、智能敏捷、绿色低碳、安全可控的智能化综合性数字信息基础设施，打通经济社会发展的信息“大动脉”。智慧杆塔面向集约共享而生，基于智慧杆塔开展共建共享可有效复用杆（塔）体、管网、光纤、供电等资源和运维力量，加快数字基础设施的建设发展。开放共享市政智慧杆塔加快 5G 网络建设。在 5G 商用部署的早14期阶段，主要聚焦 5G 宏基站设备规模部署以实现全国 5G 网络的基础覆盖，但在重点、热点区域存在容量不足的情况。特别是在一二线城市核心区，由于高楼阻挡 5G 基站信号收发，问题更加突出。随着5G 规模化应用的不断推进，未来几年 5G 建设走向深度覆盖，在盲点区域与城市热点区域通过共享智慧杆塔挂载 5G 设备，与宏基站协同，可持续提供 5G 网络扩容，提升网络质量，构建最佳的 5G 用户体验网络。当前，智慧杆塔挂载通信基站已有多方面的探索和实践。5G 基站设备也正在向着性能增益更优、部署方案更加灵活、设备挂重更轻的方向发展，更加适于与智慧杆塔的共建共享。如，通信设备制造企业已开发了从单扇区到 3 扇区的杆载 5G 基站设备系列解决方案，设备支持单频 Massive MIMO、多频多制式、毫米波等不同类型选择，提供性能增益更优、更轻便小巧的射频单元，适配不同场景的智慧杆塔挂载需求。随着 C-RAN 部署模式的应用，基带单元集中部署于中心机房，与多路射频单元之间采用光纤拉远传输，简化了基站端的设备设施，有利于与智慧杆塔的共建共享。此外，智慧杆塔上的网关和传感器能起到基站动环监控系统的作用，实现杆塔与基站设施的数字化共维。图2-1 上海外滩5G与智慧杆塔共建共享开放共享通信铁塔挂载行业数字化设备。通信铁塔作为广域部署15的移动通信基站的载体，具有“点多面广、站高望远”的特点，并且无线、有线通信资源稳定，供电系统完备，运营维护体系完善，能够经济高效地支撑中高点位感知设备的部署。在通信铁塔上集成高清摄像头、传感器、边缘计算网关等设备可变“通信塔”为“数字塔”基础设施，实现视觉感知、数据采集、图像分析、信息处理、仿真推演等多种数智化功能，面向各行各业提供高点位的广域监控、风险监测、智能预警，支撑多种行业应用。目前，“数字塔”已应用于智慧景区、河道监控、智慧农业、海洋监控、地震监测、环境污染监控、森林防火监控等领域，为广域数字化管理提供基础条件，还可以对电网、油气管道、铁路、高速等基础设施进行监测，保障能源和交通安全。图 2-2“数字塔”基础设施应用示意图（二）集成水平提升扩展杆塔设施功能（二）集成水平提升扩展杆塔设施功能集成是智慧杆塔的本质属性之一，当前智慧杆塔通常集成智能照16明、摄像头、信息发布屏、环境传感器、无线 AP、移动通信基站、公共广播等设备设施。随着技术和应用的发展，提高智慧杆塔集成水平，实现对新类型设备设施的融合部署，可进一步丰富和拓展智慧杆塔的设施功能性。与车路协同基础设施协同部署。车路协同将“车-路-网-云”有机的联系在一起，是实现 L4 及以上高等级自动驾驶的重要途径。车路协同路侧基础设施包括摄像头、激光雷达、毫米波雷达等路侧感知设备，交通信号灯、指示屏等路侧交通控制设备，路侧算力设备和路侧通信设备（RSU）等，这些设备均可由路侧的智慧杆塔承载并与智慧杆塔融合部署。为了提高设施的集成度和美观性，雷视一体机等高融合度设备也应运而生。依托智慧杆塔与车路协同基础设施集成部署建设“全息路网”，可实现车、路、行人及交通事件的全面感知，可支持车辆自动驾驶并构建道路综合感知、交通态势深度研判、辅助决策、应急指挥、公众服务等核心功能，从而达到缓解城市交通拥堵、高效处置突发事件、保障行人出行安全的目的，不断提升城市交通智能化管理水平和居民出行服务体验。集成无人机应用。民用无人机在航拍、农业、快递运输、灾难救援等领域应用空间广泛。但无人机长期在外作业，在续航和应对恶劣天气方面劣势明显，需要在外场为无人机提供庇护和充电场所。可在智慧杆塔上集成部署无人机停机台，方便无人机随时停靠，还可在停机台上集成无线充电模块和红外模块，在红外模块监测到无人机停靠时，利用无线充电模块给无人机补充电能。这种集成方式可以避免无人机频繁往返维护点，提高运行效率，且由于停放位置高，可以避免损坏和丢失。此外，智慧杆塔系统还可为无人机规划飞行路线并提供17辅助巡航，指挥无人机从起点杆塔飞往终点杆塔，并将包裹送至指定位置，向用户发送取件通知。无人机配送应用可作为物流网络的“最后一公里”延伸，用于特定区域快递包裹的无人便捷投送，节省人力资源。图 2-3 智慧杆塔无人机停机台1可功能扩展的热插拔式集成。通过在杆上配备即插即用的标准热插接口，借助智慧杆塔的基础供电、通信能力，可由管理者按需选择安装功能模块，或基于“DIY”的理念由公众自主设计个性化的功能模块进行安装。这种方式可利用杆上的有限点位资源提供类型广泛的应用服务和自由创新的空间，提高公众的参与度，激发科技创意。图 2-4 热插拨接口模块示例2此外，在公园、景区、商业街等人口流量较大的区域，可在智慧1 图 2-3 由乐清市融媒体中心提供2 图 2-4 由佛山市云端容灾信息技术有限公司提供18杆塔上集成部署无线充电、自动售卖系统等商业便民设施，不同杆体可售卖不同类型产品，丰富消费选择。（三）杆体设施创新巩固物理支撑基础（三）杆体设施创新巩固物理支撑基础随着集成水平的提升，智慧杆塔需要不断在杆体和配套设施方面创新以加强物理支撑能力并提升设施安全保障。智慧杆塔的杆体及配套设施创新主要侧重于杆体及配套设施的新材料应用、可扩展性和设施物理安全。在新材料应用方面，当前智慧杆塔的杆体一般选用高强度钢材，但是钢材易受腐蚀且可塑性较差，业界一直在探索采用不锈钢、耐候钢、聚氨酯复合材料等提升杆体的耐环境腐蚀性能，以及采用可塑性较强的铝合金等材料提升杆体的美观性。此外，针对“5G+智慧杆塔”部署，高透波率、轻量化、高强度的透波天线罩材料研究备受关注，如玻璃纤维增强聚丙烯等低成本低介电常数的热塑性树脂材料、3D中空复合材料、连续玻璃纤维增强复合材料等，既可保证不同尺寸、不同频率基站的通信需求，也可保证智慧杆塔的美观性以及与周围环境的和谐性，见图 2-5。图 2-5 装有透波天线罩的杆载 5G 基站11 图 2-5 由北京纳言智联科技有限公司提供19在可扩展性提升方面，当前主要有两种技术方式。一是滑轨方式，在智慧杆塔至少一面设置 T 型横截面的纵向标准化槽口，槽内嵌设有固定件，灯具及设备通过 T 型固定件固定安装，此方式可根据功能需求、安装环境不同进行设备调整，易拆装和维护，见图 2-6（a）；二是标准化法兰方式，当前主要用于移动基站设备的安装接口，实现 5G基站按需快速部署并与杆“融为一体”，也可在法兰上部安装附杆增加杆体高度，实现智慧杆塔的功能扩展，见图 2-6（b）。此外，对于既有杆挂载设备的改造，开发出了活接链式支架等方案，见图 2-6（c）。(a)滑轨式扩展1 (b)法兰式扩展 (c)活接链式支架图 2-6 智慧杆塔扩展方式示例图在设施物理安全方面，为保障智慧杆塔的安全性与可靠性开展了多方面探索。一是通过改进设计满足防撞等需求。例如，在杆体下端固定连接保护套管，通过弧形减震板和缓冲弹簧降低外界物理撞击对杆体的伤害；二是通过物联感知手段监测物理设施状态以实现风险预警。例如，在设备舱或杆上加装热源、漏电等监测装置，有利于监测散热情况及火焰、漏电等意外情况；三是通过对杆内电子设备进行高防护等级密封，以提高环境适应性以及应对城市内涝等极端状况，如1图 2-6（a）由宁波摩尔克斯灯杆技术有限公司提供20南京理控生产的单灯控制器等设备通过内部整体灌胶达到 IP68 防护等级。此外，智慧杆塔杆内及配套实施的强弱电分离方案的优化、防雷接地等技术也是保障设施安全的热点方向。（四）绿色节能技术助力碳达峰碳中和（四）绿色节能技术助力碳达峰碳中和面向集约共享的智慧杆塔天然是绿色发展理念的体现，通过设备设施的集约部署和共建共享，可切实减少杆塔及管网等配套资源建设，降低能源消耗，助推经济社会发展的绿色转型。进一步地，通过设备节能化升级、绿色能源应用和节能管理技术等，智慧杆塔建设可有效助力国家“双碳”目标实现。在设备节能化升级方面，主要着眼于照明设备、基站设备、显示屏等高功率设备的节能化。照明设备节能化方面，一是对高压钠灯的改进，比如光大节能照明与清华大学研发的“新钠灯”，结合高压钠灯、陶瓷金卤灯技术与陶瓷技术、纳米技术、稀土技术等，实现高效节能，比传统高压钠灯综合节电近 50%；二是采用节电效果相对较好的 LED 照明灯具并不断技术改进，与传统高压钠灯相比节约用电消耗可达 60%。基站设备的节能化方面，可从模块形态、架构、工艺、材料、算法等方面提升设备能效，主要技术方向包括：一是从射频有源功率提升向射频有源联合无源口径综合功率提升演进，通过扩大天线口径，以较小的射频发射功率实现大范围的区域覆盖，降低基站能耗；二是通过智能算法提升设备的动态管理能力，通过暂时关闭或降低工作电压等方式，保证设备在不同的忙闲情况下均能达到最高比特能效。信息发布显示屏节能化方面，新辉开科技（深圳）通过扭转液晶分子偏转角度开发“阳光屏”，可在强烈的阳光照射下清晰显示全高清的视频、图片、文字，且功耗仅为普通高亮户外液晶显示屏的 1/20。21在绿色能源应用方面，一方面是太阳能、风能等的应用，基于智慧杆塔顶部的光伏面板或风光互补发电系统，将产生的电能储存到杆附近电池舱的蓄电池中，可节省市电应用，或搭配低功耗网关用于偏远地区分散式布置的智慧杆塔的独立供电。针对智慧杆塔的形态特点，可采用弧形光伏板，分散杆体载荷并减少受风面积，提面板有效面积，见图 2-7。另一方面是充放储一体化，与充电桩等用电设施融合，形成分布式储能系统的节点和接口，电能在汽车充电、市政电网、储能电池之间自由流动，推动绿色能源有效利用。图 2-7 弧形光伏面板应用1在节能管理方面，主要趋势为通过集中供电和智能用电管理，实现设备耗电和用电状态的监测，智能调控用电功率和时间段，达到节能减排目的，如对照明设备的开闭时间进行智能管理等。以 5G 基站系统的节能管理为例，华为采用多种智能管理技术降低 5G 基站功耗，如采用电源切换设备，根据需要和时间段选择市政供电或者蓄电池中储存的太阳能供电，见图 2-8；基于场景化的网络 KPI 和用户 QoS 要求，根据业务的时域、空域或频域将对应物理器件关断以节省基站能耗，实现节能和网络体验的最佳平衡；实施上下行解耦组网，根据不1 图 2-7 由江苏史福特智能科技有限公司提供22同场景需要，部署纯上行/纯下行站点；采用极简化建站方案，通过整体系统化设计提升站点供电链路能效等。此外，路灯杆基站本身可让近场网络站点更靠近用户部署，降低网络发射功率。图 2-8 基站智能用电管理示意图1（五）计算体系优化夯实智慧应用底座（五）计算体系优化夯实智慧应用底座杆塔设施“智慧”功能的实现需要计算体系的支持。基于智慧杆塔网络部署边缘算力，形成云边端协同、算网融合的优化计算体系，是杆塔设施智能化和面向数字化发展解决泛在算力需求的优选方案。随着海量终端连接和场景化应用的兴起，算力网络呈现出泛在立体分层、中心与边缘协同发展的态势，未来预计将有超过 75%的数据会在边缘侧产生和处理，边缘算力基础设施的重要性逐步凸显。随着智慧杆塔集成化水平的提高和创新应用的开发，杆载设备类型和采集的数据量将持续增加，对网络传输带宽、时延和数据分析处理能力的需求也越来越高。为解决海量数据带来的网络、计算压力，配合云端在边缘侧进行数据分析处理成为必然需求，既可保证数据处理的实时性，也可为各种场景联动规则及各类算法的实现提供便利和可能。同时，智慧杆塔网络如血管和神经一样深入城市的公路、街道和园区，特别是对人口密集处有良好的渗透，且布局均匀、密度适宜，可为泛1 图 2-8 由华为技术有限公司提供23在边缘算力的部署提供分布广、位置优、低成本的点位资源和供电、通信保障。图 2-9 基于边缘计算的烟雾火灾检测1智慧杆塔系统部署边缘算力主要有两种方式，一种是在智慧杆塔设备网关上增加硬件配置形成具有边缘计算能力的“智能网关”，另一种是在专门的设备箱中部署分立的边缘计算设备，见图 2-10。智能网关通常在每根杆上安装，分立设备则可承担多根杆的计算任务。如何优化算力、算网协同部署体系并开发基于云边协同、边边协同的功能应用是提高杆塔系统智慧水平的技术热点，当前已实现多种功能。图 2-10 智慧杆塔边缘计算网关示意图2云边协同方面，边缘侧可支持将物联终端采集的各种非标数据格式转换为规范化的物模型（如水利场景下的水文公约等），并实现不1 图 2-9 由浙江意博高科技术有限公司提供2 图 2-10 由上海顺舟智能科技股份有限公司、华为技术有限公司提供24同来源设备的互操作；边缘侧可作为云端管理平台的代理，支持管理平台对终端管理任务、策略的下发和执行，并在上行网络中断时，按照既定策略自主运行，保障业务不受影响；边缘侧可支持容器虚拟化，加载多来源的应用程序并提供安全独立的运行环境，并可由云端进行容器管理；边缘侧可对终端设备采集的数据进行清洗、筛选、压缩、初步分析、AI 模型推理识别以及加密，将轻量化的数据上传至云端，云端进行数据分析、存储、AI 训练与建模，并将任务与推理模型下发至边缘侧执行。例如，在智慧安防监控等应用场景下，高清摄像头获得的视频数据可在边缘侧进行 AI 图像识别后，将数据上传云平台进一步处理，缓解视频数据对网络和平台带来的负载、存储压力，并可在本地进行低时延的即时响应。云边协同还可实现边-云-边协同，即边缘计算设备通过云端与其他设备实现数据、策略协同。进一步地，云端可具备全局算力资源管理调度能力，将多个边缘节点组成集群，按需调度、部署边缘算力资源，并根据应用场景需求分配计算任务，满足业务对计算资源的差异化需求。边边协同方面，边缘设备在自身计算能力不足以支撑当前任务时，可将计算任务进行切分，通过边缘设备间的网络连接将计算任务分发到相邻边缘节点上，实现计算资源最优使用；边缘设备间可进行数据热备份，上行链路断开时设备间可进行自主协同的任务管理，增强智慧杆塔系统的韧性。在车路协同自动驾驶等实时交互场景中，当车辆以较高的速度跨边缘节点漫游时，通过边边协同可以快速将应用的镜像同步到下一节点进行部署，保障业务无缝衔接。（六）新型通信技术支持设备灵活部署（六）新型通信技术支持设备灵活部署通信技术是智慧杆塔系统通过网联化，实现可靠、实时、安全的25信息交互，支撑各类智慧业务的技术基础。新型通信技术的应用可提高网络性能和可靠性，支持各类设备的灵活部署。5G 移动通信技术具有大带宽、广连接、低时延、高安全性等诸多优势，且通过网络切片技术或专网部署可支持个性化的业务服务和场景化的行业应用。在网关或高清摄像头等对流量需求大的设备中加装 5G 模组使设备具备直接接入 5G 公网的能力，可使智慧杆塔的部署摆脱光缆管网设施的束缚，适用于智慧杆塔的“插花式”建设、既有杆塔的利旧改造和杆塔的扩容升级等场景，或作为有线网络的备份提高系统可靠性、可用性。通过 5G 网络切片，可为不同的业务按照时延、带宽、可靠性、安全性等业务需求分配资源，满足和保障智