基于物聯網技術的智能充換電安全運營新模式

中國鐵塔股份有限公司上海市分公司 陳晶晶

電動自行車是以蓄電池為輔助能源的交通工具，修訂后的《電動自行車安全技術規范》于2018 年5 月批準發布。常見的電動自行車充換電設施，包括充電樁、充電柜、換電柜等。文章基于實踐，先簡要闡述關于物聯網技術、5G 及充換電、安全運營等核心概念的內涵，以“基于5G+智能充換電安全運營平臺”為優秀案例研究，探究基于物聯網技術構建智能充換電安全運營模式的要素。

電動自行車是常見的城市交通工具，為人們生活及工作學習提供便利。充電樁作為城市的基礎設施之一，其需求量大，應用廣泛。傳統的電動自行車的充電系統中常存在不足，首先是操作繁瑣，需要用現金或充值后使用，一定程度上會加大用戶的成本支出；其次則是運營管理困難，存在安全風險。此類充電設施往往要管理者定期維護巡視，若未及時發現損害，還可能埋下安全隱患；最后則是充電狀態混亂，管理困難。現經試驗提出可基于物聯網技術（IoT）構建智能充換電運營模式及平臺，以提升智能充換電運營的安全性。

1 核心概念界定

1.1 物聯網技術及5G

物聯網（Internet of Things，IoT）起源于傳媒領域，是信息科技產業的第三次革命，其核心為“萬物互聯”。IoT 包含了三大關鍵層次，分別為感知、網絡傳輸、應用。物聯網通過各種信息傳感器、射頻識別技術、全球定位系統等裝置與技術，以實現對物體信息的采集、監控及連接。5G 即第五代通信技術，是新時期下的新型移動通信網絡。5G 技術不僅能解決基礎的通信問題，且還能為用戶提供虛擬現實（VR）、超高清視頻等體驗，在車聯網、工業控制、環境監測等諸多行業領域均能發揮其重要作用。關于物聯網和5G 間的關聯，可以理解成物聯網是應用5G 的基礎條件，發展5G 的目的是為了能夠給我們的生產和生活帶來便利，而物聯網就為5G 提供可發展的平臺[1]。

1.2 充換電

電動自行車充換電站是為電動自行車提供充、換電的能源站，有智能充電樁、共享充電站、智能充電柜、智能換電柜等。據有關普查資料數據顯示：我國是兩輪電動車保有量超3 億，每年電動車銷量在4 ～5 千萬臺，每年產值大概2 ～3 千億。同時調查顯示近年來我國對電動車的需求量不斷提升，現有需求人次超5 億。假設日均騎行需求7 億，按照用戶平均2 天/次電的使用習慣，每天換電的需求為2 千億次。傳統兩輪電動車的充電存在著電池壽命周期較短、家庭或社區充電安全隱患、存放占用場地、充電等待時間久等常見問題，以換代充模式則是更為高效、長遠的補能方式，安全性高。通過建設充換電站，進行電動車充電和電動車換電，還能引導更多居民在室外充電，為維護安全的居住環境創造條件。

1.3 安全運營

2019 年BCS 北京網絡安全大會上，安全運營分論壇特圍繞“安全運營”展開研究，獲得廣泛關注[2]。安全運營指為實現某個安全目標來提出構想并驗證分析的過程。作為安全運營工程師，常需要查看各類安全設備和軟件運行是否正常，各類審計系統等，并推進各類安全項目。通過開展安全運營工作，旨在能將安全服務質量維持在穩定的區間范圍內，保障能提高優質化服務[3]。

2 基于物聯網技術的智能充換電安全運營平臺新模式

2.1 案例分析簡介

2.1.1 案例名稱

基于5G+智慧能源的示范場景應用——基于5G+智能充換電安全運營平臺。起止日期：2021 年1 月至今（項目仍在不斷優化完善中，即將規模性推廣）項目所在地：上海。項目投資額：截止2022 年5 月30 日，累計投資792 萬元。項目自2021 年1 月開展以來，已探索地鐵站、快遞站、商圈及社區小區等場景地域，目前主要以上海浦東北蔡鎮、上海地鐵、上海多家京東物流快遞能源站、上海郵政多區域網點等為示范試點，已發生投資額近千萬元，上海浦東北蔡鎮區域累計發生投資額為792 萬，其中鐵塔能源投入492 萬，主要用于能源站充電樁換電柜硬件設備投入以及現場安裝、日常運維等；上鐵院投入300 萬，主要為前期調研、現場勘查以及起草標準等人工費用。

2.1.2 技術方案

項目創新點：（1）設備故障診斷和設備預測維護：對于換電柜自身運行狀況以及每個電瓶中的每節電池的充電情況以及可用情況，通過攝像頭、傳感器等接入5G網絡，實時了解設備運行狀態實現監控；（2）人工智能技術（AI）進行數據分析，評估設備狀態，并根據結果制定維護保養計劃，以確保充電服務的連續、安全、高效；（3）為了減少安全隱患：相關部門嚴令禁止飛線充電以及戶內充電，換電柜及充電樁的加速推廣將有利于編織一張遍及全市的電瓶車充電服務網點地圖，為城市治理提供強有力的服務保障；（4）積極響應國家的雙碳政策：對換電柜及充電樁的能源供給側做標準化改造，因地制宜地開展新能源低碳建設，所有新能源的服務供應也將采用5G 手段進行實施監測；（5）積極響應國家消防局上海消防局防火政策：通過本項目系統平臺，提高社區安全管控并通過算法計算提前檢測預警，大幅降低了社區火災發生的情況，確保人民的財產安全和生命安全。

2.1.3 5G 融合性方案場景

（1）上海浦東北蔡鎮。北蔡鎮目前共有10 個村，電動自行車保有量近2 萬輛，村民安全充電意識較弱，居家充電較常見。2021 年5 月《上海市非機動車安全管理條例》實施，為解決電瓶車充電難題，基于5G+智能電網示范場景應用落地項目技術方案針對5G+場景下城市新型電動車能源治理與服務，項目實施案例區域上海浦東北蔡鎮堵疏結合，以“農村地區、居民小區、商圈商鋪”三大應用場景為切入點，鐵塔積極助力鎮城運辦，通過現場調研，推動會議部署，落實“一村一方案”要求，全覆蓋解決村民集中充電場所智能充電樁建設。自新政出臺以來，2 個月內共建簡易8020 端口停車棚802樁，覆蓋浦東14 個街道鎮，其中農村2060 端口206 樁，共享站街邊20 端口2 樁，240 端口24 樁，社區5700 端口570 樁，這些充電端口基本緩解了就近村民“集中停、安全充”無條件的狀況。

（2）鐵塔—地鐵新能源換電業務合作方案。鐵塔公司經過與地鐵能源有限公司的多次線上及線下溝通，并且通過初次合作經驗總結，其初步達成合作意向，基于雙方，開放地鐵公司物業紅線內資源，供鐵塔布放換電柜，實現聯合運營，優勢互補,資源共享,以合作促發展。雙方合作的初步方案考慮第一批10 個點位由申通后勤部提供的基地點位，在門衛室外側，紅線控制區內進行安裝。本項目模式推廣后，可進一步完善電動兩輪車充換電網絡，帶動新國標電動兩輪車個人用戶的銷售或租賃。

（3）鐵塔—京東快遞能源站疫情騎手派送保供支撐。為解決疫情防控期間近期配送難、人員少的問題，京東將從外省調撥3000 名騎手支援上海，希望鐵塔公司提供盡可能多的二輪電動車和電池，解決配送單量大、距離長的難題。上海分公司積極配合、傾盡全力，與京東全面開展合作。當晚上海分公司連夜敲定配送應急方案，緊急調撥公司資源，組織線下全部換電渠道商進行協調京東保供方案。三天內累計出動包括代維合作伙伴人員在內的保障人員48 人次進行勘查建設，克服施工人員少、物流搬運不暢等困難并在保障安全的前提下，縮短施工周期連夜完成13 個點位施工建設，全力做好疫情防控和京東保供換電點位建設支撐工作。

（4）疫情防控—上海最后一公里保駕護航派送騎手紅色加油站。鐵塔加強與政府黨建合作，獲取政府資源，推進換電業務發展[4]。設立騎手之家升級版，建設戶外流動“紅色加油站”，為騎手提供臨時休息場所，并配置換電柜。浦東新區由區組織部號召，區黨建服務中心牽頭36 個街鎮設立“紅色加油站”（每個街鎮不少于5 個點位，且必須配備換電設施），為外賣騎手提供戶外及沿街臨時休息場所。浦東鐵塔作為入圍換電企業積極響應新區工作，截至2022 年3 月底，主動完成22 個街鎮對接，上報47 個點位至區黨建服務中心。

（5）箱伴同行，騎手加油站-上海西區分公司。普陀區以萬里街道為試點，推進“箱伴同行”騎手加油站工作，包括換電柜、充電樁和騎手愛心柜等一系列服務騎手的設施組成，其中鐵塔公司主要負責換電柜和充電樁的建設。截至2022 年3 月低，鐵塔公司配合區委組織部完成“騎手加油站”外觀設計，完成試點點位“萬里雅筑”小區的換電柜安裝施工建設，并對萬里街道范圍內近20 個點位進行排摸查勘，同時已同宜川、真如等街道啟動對接。2022 年3 月，西區與普陀區區委組織部對接，將對新建設的新業態群體黨群服務中心進行換電柜建設運營，預計配置6 臺換電柜并噴漆美化。

（6）鐵塔能源走進快遞網點之上海郵政。1）汽車充電樁。2020 年4 月，鐵塔公司走進快遞網點上海郵政，針對《汽車充電樁租賃服務框架協議》，截止目前，共建設230 個7kW 交流樁，32 個60kW 直流樁，服務了143 個網點。2021 年鐵塔公司共計服務郵政新能源汽車充電5800 余次；累計通過電話、微信群等響應設備技術咨詢370 余次；確需上門處理的、現場處理故障35 次，均在2h 內快速響應，并在要求時間內完成故障處理。2）低速電動車電池及充電柜合作。鐵塔公司與上海郵政于2020 年3 月簽訂業務合作訂單。截止目前，共建設完成1100 套充電柜，投放4972 組電池。2021 年至今鐵塔公司充電柜累計服務郵政網點193 個；服務郵政郵遞員約3500 人；累計完成充電柜設備類故障處理10 次，均在當天響應并完成故障處理；且每天提供電話技術支持服務（操作性問題、簡單異常處理等）30 ～50 次，保障了郵政快遞業務的正常進行。

（7）走進上?？偣ｈF塔公司前期和上海市總工會合作進行充電柜、換電柜的合作，鐵塔公司為上海市總工會所設立的全市戶外職工愛心接力站進行充電服務升級，提供100 臺充電柜的安裝、維護及免費使用服務。后續鐵塔公司與上海市總工會的合作通過鐵塔結合自身換電業務建設容納騎手休息、修車、換電為一體的“騎手之家”，同時“騎手之家”可作為總工會的一個愛心接力站點，工會參與到室內宣傳文案制作和安裝，民生服務設施提供（如常用家電、桌椅板凳等）。在寒暑、節假日開展慰問活動時由工會和鐵塔共同參與慰問活動計劃制定，雙方共同確認慰問活動方案并贈予慰問品。以建設騎手行業綜合服務體系為目的，建設出有服務、有競爭、有愛心的樣板空間。后續也可以線下的“騎手之家”“愛心接力站”為載體，積極開展符合工會和鐵塔特色的服務體系，如節日慰問、技能培訓比賽、法律援助、娛樂活動、保險服務、體檢服務等。

（8）靜安老舊小區，建設智能充電樁+消防配套設施方案。經過全力排查梳理173 個小區和4620 個非機充電端口及消防配套設施的建設需求，解決電動車充電的安全隱患。

2.2 基于物聯網技術的智能充換電安全運營平臺要素

2.2.1 安全運營架構

（1）安全防護框架，該框架可部署安全監測系統，便于實時檢測平臺的運營狀況；（2）安全運維框架，負責監測信息的采集，處理信息后輸出告警，進入事件處理和流程[5]；（3）安全驗證框架，該框架的作用主要是確保前兩個框架的有效性；（4）安全度量框架，用于評定智能充換電安全運營平臺的安全度量指標。

2.2.2 安全運營工具

（1）SIEM 平臺：該工具可搜集運營平臺的信息并存儲、分析，檢測異常情況[6]；（2）ITIL：該工具負責接收來自上一平臺（即SIEM）的信息，并且產生工單，將其推送到安全運營工程師及相關人員手中，以及時采取處理對策；（3）安全控制自動化工具。該工具用于對SIEM 的信息實施自動化操作。例如若有外來攻擊源頭影響到智能充換電安全運營平臺，進一步搜集該文件的樣本信息。

2.2.3 安全運營資源

資源一般包括流程與機制、組織架構、人員等，是實現安全運營的保障性措施。（1）流程與機制。利用物聯網技術能明確安全事件發生的級別，并及時安排人員按照特定的要求來處理。另外，基于物聯網技術還可對智能充換電安全運營平臺進行分析，持續改進流程；（2）組織架構，具體的安全運營人員和規模要根據實際情況配置。以大型的企業為例，負責安全運營的人員甚至超過上千人，本次案例中研究的智能充換電安全運營平臺，可按照1:2:3的比例配置運營人員。其中，“1”即一個平臺運維人員，“2”代表兩個安全人員互備，雙方協作及反饋，“3”則外包安全一線人員3 名，負責安全事件的響應和初步調查。

3 結語

綜上所述，本文基于實踐原則，分析了我國電動自行車的安全運營現狀后，從物聯網相關技術及應用的角度切入研究，以期能推動使電動自行車安全運營與物聯網技術緊密結合，并推動物聯網技術在該領域的產業發展，在滿足社會服務需求的同時能提升經濟效益。