依托智慧灯杆推进城市生命线安全工程的思考与建议

臧 锋，陈 荃，邱钰真

(南京城市照明建设运营集团有限公司，江苏 南京 210019)

引言

随着城市建设的快速推进，城市运行系统愈加复杂，城市生命线不断经历着改建、扩建和新建，基础设施种类不断增加，数量不断增多，规模不断增大。城市生命线是由城市中的水力、电力、燃气、热力、交通等基础设施系统组成的，是保障公众日常生产生活和生命安全的基础防线。目前我国城市生命线基数大、增长速度快，市政管网总长超过200万km[1]。城市生命线具有基础性、公共性、系统性、关联性、专业性、复杂性和脆弱性的显著特征[2]。

城市生命线系统与各类自然灾害、重特大安全事故等公共安全事件，防控不当易引发耦合、叠加、连锁反应造成人员大量伤亡。2000年以来全国重特大事故发生在城市的比率约为53.4%，2010年以来全国一次死亡100人以上的重特大事故发生在城市的比例为75%。据应急管理部数据和公告，统计自2020年以来全国各地发生的重大安全事故见表1。多地重大安全事故相继发生，暴露出城市的安全风险防控意识淡薄、安全监测预警系统不完善、重救援轻预防、重预案轻预警等问题。研发科学的城市安全风险识别技术，建立高效的城市安全风险预警体系，建立完备的城市生命线安全监测体系，用以提升城市风险的感知与防控能力势在必行。

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

1 城市生命线安全工程的建设依据

2018年1月国务院办公厅印发的《关于推进城市安全发展的意见》中明确提出：城市的发展需深入推进城市生命线安全工程建设，积极研发、推广和应用先进的安全技术和产品。城市现代化程度越来越高，城市规模不断扩大，城市的正常运转对生命线系统的依赖程度也越来越高，城市生命线系统安全的重要性日益凸显。

全国各省市也相继出台相关政策并开展城市生命线建设工作。安徽省出台的《关于推进城市安全发展的实施意见》中提出：深入推进城市生命线工程建设，建立集数据采集、管理、更新、分析于一体的城市地下管网地理信息系统，建设城市生命线工程安全运行监测系统，实现重大安全事件及时预警和快速响应；2019年，北京市人民政府办公厅印发的《关于推进城市安全发展的实施意见》(京政办发〔2019〕17号)中提出：强化供气、供电、供热、给水、排水、通信、交通等城市运行领域安全监测，推进城市生命线系统预警控制自动化；2021年，上海市颁布《上海市人民政府关于进一步加强城市安全风险防控的意见》。2022年，江苏省形成《城市生命线安全工程—城市基础设施安全运行智慧监管系统数据标准》(以下简称《数据标准》)，用以提升城市基础设施规范化、智慧化管理水平和智慧城市的建设水平。《数据标准》有机融合了空间数据与非空间数据，建立了跨区域、跨层级数据汇聚组织体系，实现了城市基础设施安全运行基础数据、监管数据和监测数据的系统化融合，统一了行业监管协同和数据共享共用等方面的技术要求，填补了现有标准空白；对打造城市生命线安全工程建设“江苏范式”具有重要的引领作用。

2 城市生命线安全工程的建设成果和局限

2.1 城市生命线在国内城市及行业取得的成果

2.1.1 城市生命线安全工程的城市经验

在国内城市生命线安全工程的建设中，合肥市具有代表性。合肥成立了由市长任组长的城市基础设施安全工程建设推进工作领导小组，统筹推进城市生命线工程安全运行监测系统建设，初步实现前端传感器精准感知、监测系统精准分析、监测中心精准推送、多方联动精准处置“全链条”管理，保障城市安全有序运行[3]。

合肥城市生命线安全工程以公共安全科技为核心，以物联网、云计算、大数据等信息技术为支撑，针对城市基础设施的安全运行状态搭建监测物联网，建立监测运营体系，形成常态化监测、动态化预警、精准化溯源、协同化处置等核心能力，科学预防燃气爆炸、桥梁坍塌、城市内涝、管网泄漏及路面塌陷等重大安全风险。形成了城市生命线系统风险的及时感知、早期预测预警和高效处置应对的“合肥模式”。

2.1.2 城市生命线安全工程的行业成果

国内安防、智能物联领域的头部企业——海康威视以提升城市生命线管理的科学化、精细化、智能化水平为导向，针对城市预警与研判系统，开发了基于摄像机的智能感知联网平台，构建了统一的物联标准规范体系，融合新建的物联监测数据，对接多部门业务数据进行多维度融合研判；充分整合现有应急通信手段，构建了应急指挥信息化基础支撑体系；围绕“体系化汇聚整合的感知监测、多维度融合研判的预警分析、跨行业协同调度的决策处置”，构建了城市生命线预警监测系统。汉威科技依托物联传感器，在燃气安全、城市管网、城市排涝、桥梁安全等城市生命线领域均有相应的专用传感器产品和物联网方案，构建了从感知层到数据层、平台层再到应用层的软硬件全面覆盖的“城市生命线”整体解决方案。

2.2 城市生命线安全工程的局限性

2.2.1 “感知智能化”整体水平不高

总的来说，目前在国内城市生命线安全工程的建设中，由于缺乏目标导向的建设规划和科学合理的智能化体系架构，导致各专业之间的数据交互不能有效实现，无法实现多模态综合感知能力，因此整体的感知系统运维效能偏低，不能满足城域级城市生命线发展。而且城市生命线的运维保障体系目前尚处于信息化的初级阶段，设备“在线率”、报警“准确率”等关键指标普遍偏低，设施运维投入费用过高，制约了城市生命线体系规模发展。

2.2.2 “认知智能化”缺乏数据支撑体系

在各地城市生命线安全工程建设中，受限于安装加载、产品设备、能源供给、通信网络、维护水平等条件，普遍存在着数据采集能力不足、数据丰富程度不够、数据回传速率偏低等问题，导致后台对于信息的认知与现场实际状况存在偏差。同时由于数字化发展的背景下，数据标准不统一，技术“七国八制”等问题，城域级感知系统的全链路闭环模式尚未打通。

2.2.3 “决策智能化”尚无实践应用场景

更重要的是，由于上文所述问题，如信息传达不及时、准确率不高、点位不精准、覆盖面不全等问题，决策端无法做出正确有效的反应。城市生命线安全工程目前完全不具备“决策智能化”的水平，更是缺乏其应用场景，需要通过全域性、复用性、数字化、数智化感知体系的进一步建设，最终实现城市生命线全体系、全过程的“决策智能化”。

3 依托智慧灯杆架构城市生命线安全工程研究工作方向的思考

3.1 智慧灯杆的定义与用途

智慧灯杆是一种集成各种信息设备技术创新复合应用的智慧灯杆产品，具备智慧照明、Wi-Fi热点、环境信息采集、安防及道路智慧监控、信息发布、应急可视报警以及智能充电桩等多种功能[4]。智慧灯杆以其优秀的点位、广泛的分布成为智慧城市感知体系建设的良好载体，在各类 信息与通信技术(Information and Communications Technology，ICT)技术的赋能下，可以高效集约地提供城管、市政、交通、安防、环保等多领域的新型公共服务。同时，合理布局的智慧灯杆网络，可以为智慧城市大脑实时提供海量城市运行数据，并实时将城市管理决策精准传达到城市各处，是构建数字孪生城市及其交互体系的重要基础[5]。

3.2 智慧路灯的国内外应用介绍

国外智慧路灯迅速发展，新加坡基于智慧路灯，利用智能化路灯升级组网，实行“智能化+LED”的升级方案，搭建智能化城市共享基础设施。芝加哥在路灯灯杆上安装传感器，对城市数据进行深度挖掘，“灯柱传感器”用以收集路面的各类信息，以及检测空气质量、噪音水平、温度、湿度、风速等环境数据，且不会侵犯个人隐私。荷兰海牙市的海滩上也建起“智能”灯柱，并搭载摄像头、传感仪等设备，用于传输数据传输，从而实现调节灯光亮度、检测空气和噪音、控制交通、寻找空余的停车位等服务。

国内智慧路灯多用于旅游景区，海南三亚天涯海角景区内安装智慧灯杆，集风力发电、一键报警、环境监测、视频监控、手机充电等功能供旅客的应急需求。常州淹城景区兼顾市政道路多杆合一的建设要求，同时搭载5G微基站、智能节能照明、无线Wi-Fi、广播、视频监控、环境监测等设施。广州融创文旅城的智慧灯杆除了照明功能之外，还将5G基站、LED广告、气象监测、环保监测、充电桩、手机充电等应用搭载在智慧灯杆上，实现“一杆多用”。

3.3 基于智慧路灯的城市生命线安全工程思考和建议

依托智慧灯杆布局城市生命线安全工程，对城市区域内灾情防控状况进行监测，为该区域内的市政设施提供感知、分析与决策功能，可以有效提高城市生命线系统的安全保障能力，实现城市安全和城市智慧化同步发展。

3.3.1 以智慧灯杆为载体，建立城市生命线综合感知平台，提高“感知智能化”水平

以智慧灯杆为主体，加载人防、物防、无人机搭载等硬件设施与网络通信、通感算一体技术等数字设施建立构建形成城市生命线安全的生态网络，从“数字化”的整体架构、“实时在线”的感知、“动态生长”的场景、“智能研判”的数据处理、“开放性”技术升级五个方向打造城市生命线综合感知平台，通过分析和处理各种来源的传感器数据流和数据量，评估和预测城市生命线风险存在的问题和挑战，从而建立起城市重点场景下安全风险识别数据集，实现多源信息的融合分析预警和推演，共同构建一套具备全域感知能力的数据资源体系和动态监测与监管的风险评估体系，建立数字化、数智化水平的城市生命线系统。

3.3.2 以ICT技术为支撑，建立智能研判的数据处理系统，为“认知智能化”提供数据支撑

建立城市生命线标准化数据库，分析不同场景下城市生命线的运行特性，建立城市生命线运行特性机制、异常情况等规律监测模型。以数据沉淀、规律研判为依据，以达到面向城市生命线各类应用场景的“可预警”、“自适应”水平，有效提升对城市生命线数据管理的掌控、整合和使用能力，从而将城市生命线风险降到最低直至消解。如，在监测桥梁坍塌应用场景下，依据智能感知设备监测数据与模型分析结果和预设的阈值，形成对风险识别和预警研判的智能化认知，直观地显示系统是否运营正常、各传感器采集的数据是否有效、各监测项目是否有超阈值报警。

3.3.3 以优化人机交互方式为手段，完善信息可视化界面设计，提升“决策智能化”水平

运用认知心理学、人因工程学等理论，具体分析城市生命线风险检测环节中的使用者的认知行为，从人因角度针对具体场景，提出相应的基于认知机制的“认知—出错”风险识别模型，以此为基础将数字信息可视化，设计出科学的仿真人机界面来减轻用户的认知负荷，提升人机交互效率、用户感知决策水平和系统整体综合效能。例如，在火情监测场景下，“一网统管”的复杂信息显示火灾范围、蔓延速度等实时态势的界面中，可以通过改变大小、色彩、状态等界面信息对数据进行可视化表达，提高决策的准确性和效率。

4 结语

目前城市生命线亟需数字化、智能化的升级和赋能，提升管理维护效率，保障其服役安全性和抗灾害韧性。而大数据、人工智能等先进技术的出现，为解决城市生命线安全问题提供了新的机遇和方法。传统的城市生命线体系正在进行从线下到线上，从分散到集中、从粗放到集约的迭代升级，尝试依托智慧路灯推进城市生命线安全监测工程成为最值得尝试、最具潜力的建设路径。通过充分发挥其作为数字底座的特性和优势，可以逐步实现对城市基础设施生命线运行数据的全面感知、自动采集、监测分析、预警上报。实现城市生命线安全运行管理“从人防向技防、从看不见向看得见、从事后调查处理向事前事中预警、从被动应对向主动防控”的转变，有效提升城市的安全韧性[6]。