新基建浪潮中的5G与高速公路

2020-09-10高玮阳王风春王金亮王仕磊郭兴华李红涛梁潇丹

科技尚品 2020年9期

关键词：时延基站协同

高玮阳王风春王金亮王仕磊郭兴华李红涛梁潇丹

摘要：文章基于5G技术趋势与高速公路现阶段的发展现状，初步阐明了5G技术在高速公路行业的主要应用场景，将为新基建浪潮下高速公路的发展提供新一轮的科技助力。

关键词：5G;5G应用;新基建;高速公路

中图分类号：F623 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2020）09-0028-03

1 什么是5G

5G技术是对4G技术的一次全面革新，在速率、连接数、时延三个方面有巨大改善。这三个方面分别对应5G提出的三个核心应用场景：增强移动宽带（eMBB）、海量连接（mMTC）和超高可靠低时延通信（uRLLC）[1]，如图1所示。

1.1 增强移动宽带（eMBB）

增强移动宽带带来的改进主要是移动连接速率的大幅改善，峰值速率（从1Gbps提升到10Gbps～20Gbps）和用户体验速率（从10Mbps提升到100Mbps～1Gbps），在保证广覆盖和移动性的前提下为用户提供更快的数据速率。频谱效率提升3至5倍，降低了运营商提供流量的单位成本。

1.2 低功耗超大连接（mMTC）

主要针对传输速率较低、时延容忍度高、成本敏感且待机时间超长的海量机器类通讯，是当下物联网的进化版本。连接密度每平方公里超过100万，电池寿命超过10年。为今后物联网的大规模发展提供可能性。

1.3 低时延高可靠（uRLLC）

主要针对特殊的应用场景，这些场景对网络的时延和可靠性有着特殊的要求，如工业控制、车联网等。在5G的技术标准下，用户层面的时延要控制在1ms之内，这样才能满足特殊场景作业的需求。

2 趋势与政策

5G技术的发展离不开国家政策的支持和用户需求的推动，国家不仅从宏观层面明确了未来5G的发展目标和方向，同时也确定将依托国家重大专项计划等方式，积极推动5G核心技术的突破。在国务院发布的《“十三五”国家信息化规划》中，十六次提到“5G”，决策层有志于在5G网络技术上走在全球前列[4]。“十三五”期间国家对5G技术应用的部署安排如表1所示。

3 影响与机遇

3.1 高速公路建设

5G是高速公路智能化升级的重要内容，智慧交通是未来交通发展的必然趋势，对大交通基础设施建设的影响主要有新增建设设备与设施、建设规划调整、智能交通理念升级、投资性基础设施建设和提升工程项目管理效率等，进而带来的是建设成本的增加、建设难度的提升、周期的延长、公路智能化水平的提升以及投资与收益的权衡考量[5]。

3.1.1 基站的投资性建设

据权威机构预测，从全球范围内看，4G和5G网络之间的切换并不会那么快发生。全球4G的渗透率将在2030年左右达到峰值，然后由于用户转向5G，开始出现渗透率下降趋势。近两年，运营商5G基站不会出现当年4G基站大规模、短时间铺设的情况。5G基站的大规模普及迟早会出现，目前主要是重点城市的热点区域。因电力供给、通信管网等原因远离城市的5G基站建设，对运营商而言投资过大，路企可视情考虑在高速公路沿线进行特定路段5G基站投资性建设，借助新能源和万兆网络来摊薄前期基础设施投资成本，开创新基建领域市场[2]。

3.1.2 路侧车路协同设备

5G时代的到来，将极大提升路侧车路协同设备的布设密度与智能化水平，由现在“云-端”的感知模式转向“车-路-云”的模式。路侧设施为行驶车辆提供感知数据，车辆反馈给路侧行车状态，达到双方的高度车路协同，路侧协同设备种类将得到极大丰富。同时，建设成本中的机电系统部分将成倍增加。

3.1.3 收费设备的升级改造

自由流收费是5G时代的基础通行条件，取消省界收费站极大推动了国内高速公路的升级换代。5G的应用将使收费设备面临重大升级，主要表现在收费设备全部物联化、IP化进一步提升、卡口低时延高带宽设备应用以及收费节点5G基站的覆盖建设等方面。

3.2 运营

5G在大交通基础设施运营方面的影响，主要是运营成本的显著增加、道路通行方式的跳跃式升级、智能化运营水平的提升、营收方式的多样化等。这将会极大丰富高速公路的通行方式。机遇方面主要是5G数据体量将会呈指数级增长，大数据分析将带来更多价值，人工智能的应用会开拓一个新的市场，会出现多种多样创新的商业盈利模式等[4]。

3.2.1 车路协同

由现在“云-端”的感知模式转向“车-路-云”的模式，车路间的协同数据体量间接造成云计算依附的物理设备的升级改造，路网运行管理模式由人工视频监控、大数据分析向海量数据优化、高效路网自动化管控、应急调度智能化转变，5G-V2X车车间协同通信使行车安全指數提升，行车无时延预警成为车辆标配，道路突发事件次数降低，通行能力得到极大提升[3]。

3.2.2 自动驾驶、远程驾驶与货车编组

5G-V2X是自动驾驶的重要推动力量，这一应用使道路通行载体升级换代。这一景象的到来将会是一个较长的过程，不过由山东高速信息集团负责的全球首条智能网联高速公路的启动建设，为缩短5G与自动驾驶的发展提供了宝贵的机遇。

3.2.3 高清实时监控（车载视频、无人机）

5G的高带宽、低时延的特点通过车载高清视频、无人机设备，将会促进高清视频直播或监控的广泛应用。道路突发事件的现场处置调度可同应急指挥中心实时联动，甚至实现多方跨域协同指挥处置，缩短处置时长，提升事件处置效率。

3.2.4 交通事件VR/AR与多方联动协同处置

泛在现实（Ubiquitous Reality）将成为5G技术eMBB场景的核心应用之一。泛在现实在4G网络下的应用主要体现在VR（虚拟现实）和AR（增强现实），但由于现有4G网络在低时延、高速率传输等方面仍有待优化，因此还处于VR/AR本地传输阶段。随着5G eMBB场景的开发，将实现毫秒级时延及高速率传输，泛在现实的交通事件应用场景有望进一步增强。同时，全息视频会议将多方联动协同变为可能[3]。

3.3 养护

高速公路养护由5G带来的影响主要是养护手段的丰富和精准养护的提升，成本增加不大。通过技术预研为养护股份公司达到行业先进性提供一定的技术壁垒[6]。

3.3.1 路网检测与智能诊断

通过高清视频实时回传与人工智能识别技术，可实现路面监测实时化和智能化。5G极大促进了边缘计算能力，多数道路病害可由设备现场识别，人工与边缘识别的结合是精准养护的重要基础。

3.3.2 泛在实时预警（物联设备报警）

道路重大基础设施部位（如特大桥、隧）的传感器在5G时代必将得到普及。通过物联的实时预警、大数据的周期性预测，为泛在实时养护预警提供重要工具，避免重大事件发生，减少固定资产损失和社会舆论的发生。

3.4 勘察设计与工程监理

在勘察设计、工程监理板块中，5G的主要影响是实现了现场实时勘察，推動BIM普及化应用并将其作为关键性设计工具。丰富的勘察、监理手段为远程勘察与监理提供了帮助[3]。

3.4.1 无人机航测遥感勘察（激光扫描实时回传）

勘察测绘工作本身条件较为艰苦、难度较大，测绘数据处理周期较长。通过5G无人机航测可实时进行远程勘测。目前，无人机续航是最大困难，无人机与激光雷达动态扫描地形地貌，经过边缘计算处理后的点云数据同图像叠加，BIM设计中心人员可远程完成设计参数调整等工作。

3.4.2 BIM建模实时协同（跨域协同）

5G高带宽、低时延和BIM的海量数据与协同相匹配，能解决BIM当前协同不及时、多团队跨域无法实时协同问题。可较大改变大型工程的设计工作模式，基于云计算的BIM模型存储和5G低时延可降低硬件投资成本，提升共享深度。

3.5 服务区

服务区是高速公路上重要的消费场景，5G带来的影响主要是消费方式的升级和基础设施的成本投入。5G基础设施建设涉及供配电、宏基站建设、微基站建设等，较现有服务区建设难度升级，运营商投入成本加大，难以一次性投入完成全面覆盖。带来的机遇主要是，多场景消费手段会提高营业收入和消费人员的体验，对服务区品牌打造具有极大推动作用[6-7]。

3.5.1 5G基站建设与信号覆盖

5G基础设施建设涉及供配电、宏基站建设、微基站建设等，投入较大，且服务器多数处于郊区，供配电难度与施工存在问题。除基站外，室内5G信号覆盖也是必须考虑的因素，这会增加服务区的建设成本。另一方面，智能化水平的提升是智慧服务区建设的必由之路，也是拓展消费渠道、丰富消费场景的前提条件[2]。

3.5.2 消费娱乐与定制化

定制化的私人服务广泛存在于金融、交运、餐饮等服务行业。从需求端而言，消费者对高质量的定制化服务需求旺盛。但从供给端而言，高质量的定制服务成本较高，难以有大规模普及的经济基础。5G大规模普及之后，因为数据的爆发式增长，对个体行为有了更加精确的刻画，从而降低了服务区定制化服务的成本。随着物联网和人工智能的发展，消费从大规模标准化服务变为个性化或定制化精细服务，消费与娱乐多样化在5G的催化下，导致服务区生活发生根本性转变[3]。

3.6 信息科技

5G技术将带来信息科技板块的全面升级换代，主要影响数据存储规模、数据处理速度、多源感知融合、办公方式升级和信息技术革新等。表现为信息基础设施的扩容升级与换代、新基建的高额资本投入，刺激物联网、大数据、云计算、人工智能的连环研发与应用。最大的机遇是每个细分领域的换代性升级甚至颠覆的出现，危机与机遇互为一体[2]。

3.6.1 IDC数据中心机房扩容（通信网络、存储、服务器）

IDC的扩容是5G带来的显著影响，海量数据传输与处理是网络超高带宽、存储容量、服务器性能提升的必然结果，对5G匹配的服务器、网络硬件性能提出了更高要求，IDC规模设计会发生迭代升级式的变化，设计规格将提升，建设成本随着5G投资的加大逐步上升。

3.6.2 大数据升级

5G的海量数据传输给大数据带来的不仅是体量上的增加，万物互联和低延时导致的是数据类型的倾斜。大数据处理方式较多地转为实时处理，传统Hadoop平台会面临实时性升级，进而带来技术重点的偏移。

4 建议路径

4.1 2019年

仍处于5G试验、发牌照及商用初级阶段，三大运营商不会大规模铺设网络，而是率先集中于热点地区和产业创新地区进行试点。因此，整体投资规模有限，所以针对路企的示范路段可先行展开5G网络规划试点，尝试建设信号覆盖，在5G发展元年打好新一代通信网络的良好基础[2]。

4.2 2020年

进入5G商用阶段，运营商整体投资开始爬坡，将呈现渐进式的推进，对于城市热点地区高速公路覆盖路段和产业创新地区的覆盖进一步增加。新建路段的设计阶段采用BIM+5G的协同设计模式，在改扩建道路的示范路段进行5G规划建设，在精准养护方面进行远程实时养护巡检。

4.3 2021年及以后

5G是一个稳步推进的长期建设的过程，设备商和基础设施提供商会持续受益。随着下游垂直领域应用场景的不断丰富和成熟，三大运营商将受益于流量容量、速率的提升以及连接数的爆发性增长，积极拓展物联网、智慧城市等新增业务，带来收入和利润的持续增长。

5 5G风险