依托智慧燈桿推進城市生命線安全工程的思考與建議

臧 鋒，陳 荃，邱鈺真

(南京城市照明建設運營集團有限公司，江蘇 南京 210019)

引言

隨著城市建設的快速推進，城市運行系統愈加復雜，城市生命線不斷經歷著改建、擴建和新建，基礎設施種類不斷增加，數量不斷增多，規模不斷增大。城市生命線是由城市中的水力、電力、燃氣、熱力、交通等基礎設施系統組成的，是保障公眾日常生產生活和生命安全的基礎防線。目前我國城市生命線基數大、增長速度快，市政管網總長超過200萬km[1]。城市生命線具有基礎性、公共性、系統性、關聯性、專業性、復雜性和脆弱性的顯著特征[2]。

城市生命線系統與各類自然災害、重特大安全事故等公共安全事件，防控不當易引發耦合、疊加、連鎖反應造成人員大量傷亡。2000年以來全國重特大事故發生在城市的比率約為53.4%，2010年以來全國一次死亡100人以上的重特大事故發生在城市的比例為75%。據應急管理部數據和公告，統計自2020年以來全國各地發生的重大安全事故見表1。多地重大安全事故相繼發生，暴露出城市的安全風險防控意識淡薄、安全監測預警系統不完善、重救援輕預防、重預案輕預警等問題。研發科學的城市安全風險識別技術，建立高效的城市安全風險預警體系，建立完備的城市生命線安全監測體系，用以提升城市風險的感知與防控能力勢在必行。

表1 2020—2023年城市生命線安全工程代表性事故Table 1 Representative incidents of urbam lifehine safety projects，2020—2013

1 城市生命線安全工程的建設依據

2018年1月國務院辦公廳印發的《關于推進城市安全發展的意見》中明確提出：城市的發展需深入推進城市生命線安全工程建設，積極研發、推廣和應用先進的安全技術和產品。城市現代化程度越來越高，城市規模不斷擴大，城市的正常運轉對生命線系統的依賴程度也越來越高，城市生命線系統安全的重要性日益凸顯。

全國各省市也相繼出臺相關政策并開展城市生命線建設工作。安徽省出臺的《關于推進城市安全發展的實施意見》中提出：深入推進城市生命線工程建設，建立集數據采集、管理、更新、分析于一體的城市地下管網地理信息系統，建設城市生命線工程安全運行監測系統，實現重大安全事件及時預警和快速響應；2019年，北京市人民政府辦公廳印發的《關于推進城市安全發展的實施意見》(京政辦發〔2019〕17號)中提出：強化供氣、供電、供熱、給水、排水、通信、交通等城市運行領域安全監測，推進城市生命線系統預警控制自動化；2021年，上海市頒布《上海市人民政府關于進一步加強城市安全風險防控的意見》。2022年，江蘇省形成《城市生命線安全工程—城市基礎設施安全運行智慧監管系統數據標準》(以下簡稱《數據標準》)，用以提升城市基礎設施規范化、智慧化管理水平和智慧城市的建設水平?！稊祿藴省酚袡C融合了空間數據與非空間數據，建立了跨區域、跨層級數據匯聚組織體系，實現了城市基礎設施安全運行基礎數據、監管數據和監測數據的系統化融合，統一了行業監管協同和數據共享共用等方面的技術要求，填補了現有標準空白；對打造城市生命線安全工程建設“江蘇范式”具有重要的引領作用。

2 城市生命線安全工程的建設成果和局限

2.1 城市生命線在國內城市及行業取得的成果

2.1.1 城市生命線安全工程的城市經驗

在國內城市生命線安全工程的建設中，合肥市具有代表性。合肥成立了由市長任組長的城市基礎設施安全工程建設推進工作領導小組，統籌推進城市生命線工程安全運行監測系統建設，初步實現前端傳感器精準感知、監測系統精準分析、監測中心精準推送、多方聯動精準處置“全鏈條”管理，保障城市安全有序運行[3]。

合肥城市生命線安全工程以公共安全科技為核心，以物聯網、云計算、大數據等信息技術為支撐，針對城市基礎設施的安全運行狀態搭建監測物聯網，建立監測運營體系，形成常態化監測、動態化預警、精準化溯源、協同化處置等核心能力，科學預防燃氣爆炸、橋梁坍塌、城市內澇、管網泄漏及路面塌陷等重大安全風險。形成了城市生命線系統風險的及時感知、早期預測預警和高效處置應對的“合肥模式”。

2.1.2 城市生命線安全工程的行業成果

國內安防、智能物聯領域的頭部企業——?？低曇蕴嵘鞘猩€管理的科學化、精細化、智能化水平為導向，針對城市預警與研判系統，開發了基于攝像機的智能感知聯網平臺，構建了統一的物聯標準規范體系，融合新建的物聯監測數據，對接多部門業務數據進行多維度融合研判；充分整合現有應急通信手段，構建了應急指揮信息化基礎支撐體系；圍繞“體系化匯聚整合的感知監測、多維度融合研判的預警分析、跨行業協同調度的決策處置”，構建了城市生命線預警監測系統。漢威科技依托物聯傳感器，在燃氣安全、城市管網、城市排澇、橋梁安全等城市生命線領域均有相應的專用傳感器產品和物聯網方案，構建了從感知層到數據層、平臺層再到應用層的軟硬件全面覆蓋的“城市生命線”整體解決方案。

2.2 城市生命線安全工程的局限性

2.2.1 “感知智能化”整體水平不高

總的來說，目前在國內城市生命線安全工程的建設中，由于缺乏目標導向的建設規劃和科學合理的智能化體系架構，導致各專業之間的數據交互不能有效實現，無法實現多模態綜合感知能力，因此整體的感知系統運維效能偏低，不能滿足城域級城市生命線發展。而且城市生命線的運維保障體系目前尚處于信息化的初級階段，設備“在線率”、報警“準確率”等關鍵指標普遍偏低，設施運維投入費用過高，制約了城市生命線體系規模發展。

2.2.2 “認知智能化”缺乏數據支撐體系

在各地城市生命線安全工程建設中，受限于安裝加載、產品設備、能源供給、通信網絡、維護水平等條件，普遍存在著數據采集能力不足、數據豐富程度不夠、數據回傳速率偏低等問題，導致后臺對于信息的認知與現場實際狀況存在偏差。同時由于數字化發展的背景下，數據標準不統一，技術“七國八制”等問題，城域級感知系統的全鏈路閉環模式尚未打通。

2.2.3 “決策智能化”尚無實踐應用場景

更重要的是，由于上文所述問題，如信息傳達不及時、準確率不高、點位不精準、覆蓋面不全等問題，決策端無法做出正確有效的反應。城市生命線安全工程目前完全不具備“決策智能化”的水平，更是缺乏其應用場景，需要通過全域性、復用性、數字化、數智化感知體系的進一步建設，最終實現城市生命線全體系、全過程的“決策智能化”。

3 依托智慧燈桿架構城市生命線安全工程研究工作方向的思考

3.1 智慧燈桿的定義與用途

智慧燈桿是一種集成各種信息設備技術創新復合應用的智慧燈桿產品，具備智慧照明、Wi-Fi熱點、環境信息采集、安防及道路智慧監控、信息發布、應急可視報警以及智能充電樁等多種功能[4]。智慧燈桿以其優秀的點位、廣泛的分布成為智慧城市感知體系建設的良好載體，在各類 信息與通信技術(Information and Communications Technology，ICT)技術的賦能下，可以高效集約地提供城管、市政、交通、安防、環保等多領域的新型公共服務。同時，合理布局的智慧燈桿網絡，可以為智慧城市大腦實時提供海量城市運行數據，并實時將城市管理決策精準傳達到城市各處，是構建數字孿生城市及其交互體系的重要基礎[5]。

3.2 智慧路燈的國內外應用介紹

國外智慧路燈迅速發展，新加坡基于智慧路燈，利用智能化路燈升級組網，實行“智能化+LED”的升級方案，搭建智能化城市共享基礎設施。芝加哥在路燈燈桿上安裝傳感器，對城市數據進行深度挖掘，“燈柱傳感器”用以收集路面的各類信息，以及檢測空氣質量、噪音水平、溫度、濕度、風速等環境數據，且不會侵犯個人隱私。荷蘭海牙市的海灘上也建起“智能”燈柱，并搭載攝像頭、傳感儀等設備，用于傳輸數據傳輸，從而實現調節燈光亮度、檢測空氣和噪音、控制交通、尋找空余的停車位等服務。

國內智慧路燈多用于旅游景區，海南三亞天涯海角景區內安裝智慧燈桿，集風力發電、一鍵報警、環境監測、視頻監控、手機充電等功能供旅客的應急需求。常州淹城景區兼顧市政道路多桿合一的建設要求，同時搭載5G微基站、智能節能照明、無線Wi-Fi、廣播、視頻監控、環境監測等設施。廣州融創文旅城的智慧燈桿除了照明功能之外，還將5G基站、LED廣告、氣象監測、環保監測、充電樁、手機充電等應用搭載在智慧燈桿上，實現“一桿多用”。

3.3 基于智慧路燈的城市生命線安全工程思考和建議

依托智慧燈桿布局城市生命線安全工程，對城市區域內災情防控狀況進行監測，為該區域內的市政設施提供感知、分析與決策功能，可以有效提高城市生命線系統的安全保障能力，實現城市安全和城市智慧化同步發展。

3.3.1 以智慧燈桿為載體，建立城市生命線綜合感知平臺，提高“感知智能化”水平

以智慧燈桿為主體，加載人防、物防、無人機搭載等硬件設施與網絡通信、通感算一體技術等數字設施建立構建形成城市生命線安全的生態網絡，從“數字化”的整體架構、“實時在線”的感知、“動態生長”的場景、“智能研判”的數據處理、“開放性”技術升級五個方向打造城市生命線綜合感知平臺，通過分析和處理各種來源的傳感器數據流和數據量，評估和預測城市生命線風險存在的問題和挑戰，從而建立起城市重點場景下安全風險識別數據集，實現多源信息的融合分析預警和推演，共同構建一套具備全域感知能力的數據資源體系和動態監測與監管的風險評估體系，建立數字化、數智化水平的城市生命線系統。

3.3.2 以ICT技術為支撐，建立智能研判的數據處理系統，為“認知智能化”提供數據支撐

建立城市生命線標準化數據庫，分析不同場景下城市生命線的運行特性，建立城市生命線運行特性機制、異常情況等規律監測模型。以數據沉淀、規律研判為依據，以達到面向城市生命線各類應用場景的“可預警”、“自適應”水平，有效提升對城市生命線數據管理的掌控、整合和使用能力，從而將城市生命線風險降到最低直至消解。如，在監測橋梁坍塌應用場景下，依據智能感知設備監測數據與模型分析結果和預設的閾值，形成對風險識別和預警研判的智能化認知，直觀地顯示系統是否運營正常、各傳感器采集的數據是否有效、各監測項目是否有超閾值報警。

3.3.3 以優化人機交互方式為手段，完善信息可視化界面設計，提升“決策智能化”水平

運用認知心理學、人因工程學等理論，具體分析城市生命線風險檢測環節中的使用者的認知行為，從人因角度針對具體場景，提出相應的基于認知機制的“認知—出錯”風險識別模型，以此為基礎將數字信息可視化，設計出科學的仿真人機界面來減輕用戶的認知負荷，提升人機交互效率、用戶感知決策水平和系統整體綜合效能。例如，在火情監測場景下，“一網統管”的復雜信息顯示火災范圍、蔓延速度等實時態勢的界面中，可以通過改變大小、色彩、狀態等界面信息對數據進行可視化表達，提高決策的準確性和效率。

4 結語

目前城市生命線亟需數字化、智能化的升級和賦能，提升管理維護效率，保障其服役安全性和抗災害韌性。而大數據、人工智能等先進技術的出現，為解決城市生命線安全問題提供了新的機遇和方法。傳統的城市生命線體系正在進行從線下到線上，從分散到集中、從粗放到集約的迭代升級，嘗試依托智慧路燈推進城市生命線安全監測工程成為最值得嘗試、最具潛力的建設路徑。通過充分發揮其作為數字底座的特性和優勢，可以逐步實現對城市基礎設施生命線運行數據的全面感知、自動采集、監測分析、預警上報。實現城市生命線安全運行管理“從人防向技防、從看不見向看得見、從事后調查處理向事前事中預警、從被動應對向主動防控”的轉變，有效提升城市的安全韌性[6]。