基于MEC的城镇基础设施建设研究

刘雨婷 黄婧 蔡凤珍

摘要：MEC（Mobile Edge Computing，移动边缘计算）凭借其低延时、高带宽等特点备受瞩目。为研究MEC在城镇基础设施建设方面的作用，文章基于城镇医院基础设施建设、城镇住宅基础设施建设、城镇轨道交通系统建设三方面，研究了MEC在远程实时会诊、列车运行监控、公路移动巡检、交通数据分析的应用。分析了MEC在城镇基础设施建设的不足之处和可发展性，研究结果表明MEC可为城镇基础设施建设搭建优化网络平台，并存在诸如助力降噪节能、隔震换能等多种发展可能性，研究结果可为城镇基础设施向新型基础设施发展提供参考。

[基金项目]内江师范学院土木工程一流专业建设项目（项目编号：YLZY201907）;内江师范学院大学生创新创业项目（项目编号：20210327010）

[作者简介]刘雨婷（2000—），女，本科，研究方向为建筑工程;黄婧（1986—），女，硕士，讲师，研究方向为建筑工程;蔡凤珍（1998—），女，本科，研究方向为建筑工程。

因新冠肺炎疫情而动荡的世界格局中，基础设施的匮乏导致应急延时而引起各国重视。基础设施建设已经成为一个国家的立国之基，加强基础设施建设是国家发展的大势所趋[1]。2021年，“十四五”规划提出：推动新型城镇化发展是当前的首要任务，创新核心技术是发展的必然趋势。

随着5G技术的研发和普及，越来越多的学者关注到其核心技术MEC（Mobile Edge Computing， 移动边缘计算）的优势。MEC以其定制化、个性化的特点作为5G技术的新型网络架构之一，在兼具云计算优点的同时，解决了大量终端连接和传感数据多样的问题，实现了计算资源和存储资源的合理利用[2]。MEC的适用性很广，它可以从本质上提供“能源”助力传统城镇基础设施建设，推动传统基础设施向新型基础设施发展，并从功能上发挥着降低时效，缩小延时的作用，为基础设施智能化道路打下坚实的基础。

笔者基于MEC的发展基础及相关理论研究，从医院基础设施建设、轨道交通基础设施建设、住宅基础设施建设三方面研究MEC在城镇基础设施建设的应用。

1 MEC用于城镇基础设施建设

MEC主要凭借以下几个优势助力城镇基础设施建设。①MEC以其网络高带宽、低延时的特点解决了未来科技发展中数据处理与传输的核心问题;②MEC本地化、边缘化的特点降低了运营成本，助力建筑行业数字化转型。它可以实现本地数据处理，创建网络边缘。MEC推动了服务于各行业的优化服务平台的搭建，为传统建筑向智慧建筑转型提供网络支撑[2];③边缘计算服务器相当于中央服务器的“秘书”，辅助中央服务器工作，它的运用减少了中央服务器的负载，缓解了流量压力，提高了运行速度。

1.1 MEC应用于医院基础设施建设

随着我国居民物质生活水平的提高以及老龄化的发展，城镇年轻劳动力向中心城市圈转移，老年人成为城镇医院主力军。而基于老年人行动不便的特点，医院基础设施应向智能化、便捷化方向发展。医院需要精简看病程序，提高治疗效率。城镇医院基础设施建设不应拘泥于传统基础设施的束缚，应当统筹智能化发展，从根本上增强城镇基建软实力，进而推动新型城镇化发展。

庞玉成等[1]认为医院基础设施建设属于融合基础设施建设范围。陈朝阳[3]认为随着智慧城市的发展，医院基础设施建设最重要的一个方面便是信息通信基础设施。李冬[4]认为智慧医院由3部分组成：基础设施、医院信息化以及数字化设备。

MEC是电子信息技术与医院传统基础设施建设相结合的黏合剂。医院大部分基础设施都要求做到精密化、专业化。MEC低延时、高带宽的特点可以有效贴合医院基础设施的要求，促进医院基础设施向虚而生，即形成融合基础设施。具体而言，MEC可从远程实时会诊、移动视频查房、精准患者定位等改变传统医院工作模式，实现云端智能操作，为人们健康生活提供便利。

1.1.1 远程实时会诊

以往的远程会诊必须在会诊室[5]，随着5G的应用，医生可以在任何地方实现对病人的会诊。远程实时会诊降低医疗成本的同时，也提升了医护水平。MEC 赋予5G大宽带、低延时的网络性能能够为远程实时会诊实现“零延迟”提供有利支撑，这种在线会诊方式便利了患者的出行，适应了部分老年患者出行困难的特点。

1.1.2 移动视频查房

医院是我国最重要的基础设施之一，其發展变革对居民的健康生活影响较大。解决医院基础设施及工作人员供需不足的问题中，MEC无疑发挥着至关重要的作用。MEC可以与移动视频设备相结合，通过高清的视频监控，及时的数据反馈实现对患者的实时照看[6]。此种设备与MEC的结合既减少了医护人员往返时间，也提高了工作效率。

1.1.3 精准患者定位

医院内人流量巨大，医护人员24 h追踪患者并不现实。为加强医院安全管理，实时把控患者动向，可以为患者佩戴可穿戴设备[5]。此种可穿戴设备通过MEC接入无线局域网实时传递信息，反馈患者动态。利用MEC本地化的特点实现多个边缘服务器共同工作，从多角度、多方位实现对患者的远程追踪。患者既可自由享受个人独处时光，也可以实时反馈给医护人员相应动态。可穿戴设备加强了医院的安全管理。

1.2 MEC应用于轨道交通基础设施建设

交通运输网络是新型城镇化发展的生命网络。城镇轨道交通由于地域环境的影响呈现出3个特点：

（1）高铁等交通工具深入城镇，但是由于城镇地形的复杂，高铁运行过程中会存在安全隐患。委派一人或多人实时安全监管不仅消耗劳动力，也很难达到安全监管全覆盖。

（2）部分城镇地区缺乏基础设施，尽管安装上相应的基础设施，也会因为不可抗力因素出现再次丢失。同时，再次安装并不是一件容易的事情，其受地形环境和当地政策等一系列因素影响。实现合理有效的交通基础设施监管是发展交通系统的重要方向。

（3）随着中国交通网络的不断发展，交通网络已经深入城镇的各个角落，形成错综复杂的经脉。这些交通路线尽管利于人们出行，但是由于部分居民区处于主干道或者旅游区会存在交通拥堵的情况，进而影响城镇居民的生活[6]。随着交通管理体系的不断完善，交通拥堵已经得到一定程度的改善，但此问题仍然从城市蔓延至乡镇，从乡镇回溯到城市。及时疏导交通流量，发现可替代交通路线是基础设施发展向智能化发展的动因。

《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》提出智慧交通强国的思想。交通运输部提出到2035年交通基础设施网联智能化。陈泽黎等[7]认为5G技术使得虚拟和实际相结合，是实现智慧交通的有效工具。吴探微[8]认为传统的交通模式已无法满足现代社会的发展，必须朝着智能化方向转变。

智能交通是时代所需，交通安全监测、疏导交通流量以及智能选择替代路线等对人们快捷、高效的交通出行十分重要。MEC可在列车运行状态监控、公路移动巡检、交通信息分析等改善轨道交通系统不利的现状，促使轨道交通系统向智能化转型升级。

1.2.1 列车运行监控

出于安全管理需求，列车运行的各项数据都需要实时传输到后台。8节车厢编组就需要运行安装数以千计的传感器达到传输大量数据的要求[9]。而由于带宽的限制，部分数据无法同时传输回后台，这一问题势必会造成列车运行的安全隐患。而随着MEC作为5G的核心技术被得到广泛使用，MEC能够充分发挥其高带宽的特点，列车的各项存储数据都能够得到实时上传。

1.2.2 公路移动巡检

传统的视频监控装置不能满足立体监控的要求，极易存在监控的盲区[10]。MEC赋予移动巡检设备高带宽、低延时的特点，使得移动巡检设备在原有移动性的基础上，实现其高清性、实时性。这一设备的使用极大地促进了监控人员对公路状态的掌握程度。

（1）监控人员可以通过此设备进行公路运输监控，避免大型运输车辆由于污渍过多对城镇居民区造成不必要的污染。

（2）对公路安全的实时监控，可以避免由于交通网络深入居民区而造成一系列安全问题。MEC高带宽、低延时的特点利于移动巡检设备存储和传输大量数据，实现其实时性。MEC助力了公路安全及环境管理。

1.2.3 交通信息分析

交通最大的特征便是复杂多变。复杂的交通网络以及复杂的人群流动造成的偶然性事故（诸如车祸等）如果不及时加以疏导，会导致交通堵塞。综合分析各路线交通信息才能够达到合理有效疏通交通流量的目的。因此需要MEC高带宽、低延时的特点适应交通信息体量大、复杂多变的特点。以MEC为核心的数据分析不仅是分析何处交通拥堵，还能及时为车辆寻找可替代的各种路线[11]，以此达到疏导交通流量的目的。

1.3 MEC应用于城镇住宅基础设施建设

当前，新型城镇化推动了村镇中分散、低层、不统一的建筑朝着集中、高层、统一化的方向发展。高层、密集型建筑使人们对住宅建筑提出了新的要求：绿色、自然、健康、安全。2019年，国家发改委在报告中提出，到2022年城镇居社区和绿色公共建筑覆盖率至少要达到60 %以上[12]。绿色住宅被推上时代发展的榜单。然而绿色住宅并不只是园林绿化、材料绿化，现阶段更多的应该是技术层面的绿化[13]。通过新型技术与传统基础设施相结合促使居民拥有健康、安全的居住环境是城镇住宅基础设施發展的趋势。

我国正迈向第二个一百年的新征程。居民生活水平已得到显著提高，多数居民对精神生活的需求大于对物质生活的需求。人们逐渐意识到绿色可持续发展的重要性。在新型城镇化发展的道路上，现有的建筑施工技术以及住宅管理模式并不能完全满足居民对于绿色住宅建筑的要求。主要存在几点问题：①施工中存在的烟尘会污染周围环境;②密集型住宅的安全管理方案并不完善;③住宅环境监测速度慢、体量小。而MEC可利用低延时、高带宽的优点，搭建多个数据平台，实现与BIM等多设备的互助。具体而言，MEC可从楼宇三维感知、住宅环境监测、健康实时统计3个方面体现其可行性。

1.3.1 楼宇三维感知

沙默泉等[18]设计了一个基于5G+BIM的智慧楼宇运营管理平台，此平台具备运行感知的功能。而本文提到的MEC可以为此运行感知提供网络支撑。MEC可以促使数据进行高速率传输，以此实现楼层的全方位、实时的监测。此种运营管理平台不仅可以监测外来人员，也可以监测楼宇中的构件，利于管理人员全覆盖把握楼宇整体情况，提高居民住宅使用中的安全感，满足城镇居民居住要求。

1.3.2 住宅环境监测

以MEC低延时的特点，可以实时监测住宅周围环境，包括对PM2.5、粉尘、噪声、负氧离子等实时监控[10]。此种环境监测系统可以调动中央处理器上的数据库，自动计算出环境污染指标，并传回环境监测人员的数据库。最后，环境监测人员便可基于此环境污染指标制定合理可行的环境保护方案。

1.3.3 健康实时统计

张礼庆等提出了“健康屋”的概念[15]，“健康屋”中的健康数据统计适应了新时代人们对于健康状态的需求。快节奏的生活时常使得人们无法及时发现隐藏的健康问题，或者选择性忽略已有的健康问题。MEC应用于健康数据统计系统，可以实现对居住者实时的健康状况分析，及时地给居住者发送健康警报。

2 MEC现存问题及展望

2.1 存在的问题

MEC从技术融合和平台对接等多方面助力了城镇基础设施发展。但从MEC现在的发展来看，仍存在一些不足：

（1）MEC接入5G尽管可以发挥多重优势，但是国内还没有5G专网频率，5G 技术并不成熟，非5G研究人员对5G的了解有限。

（2）5G可以凭借其核心技术MEC赋能于各行各业，但其运营商并不了解行业专网，推动此技术发展的道路任重而道远。

（3）MEC用于医院建筑基础设施建设、轨道交通系统基础设施建设、城镇住宅基础设施建设需要健全的法律法规支撑，而我国此方面的法律法规还待完善。

（4）新事物的发展通常会引起人们的质疑，新型、智能化基础设施的运用会消耗大量资金。解决这些问题需要国家政策支撑以及提高国民对于新技术发展的认知度和认同度。

2.2 展望

MEC除了在远程实时会诊、移动视频查房等方面助力城镇基础设施建设之外，笔者通过大量理论研究，提出两种MEC助力城镇基础设施发展的可行性观点：

（1）MEC可以助力铁轨降噪节能，让MEC与拱形应变传感器[16]相连接，拱形应变传感器可以感知轨道应变，而MEC可以高速率传递相应数据，当铁轨的应变达到一定程度时，由喷雾器释放喷雾，最终因喷雾效应[17]起到给轨道节能降噪的作用。

（2）在消能摇摆高位结构体系[18]的基础上，接入隔震换能系统[19]，其中，MEC可作为其传输媒介，高效率传输能量数据，让隔震换能系统能及时接收能量，避免能量损失。以此达到隔震换能的效果。

3 结论

本文基于MEC的特点，研究了MEC在城镇医院基础设施、城镇轨道交通系统基础设施、城镇住宅建筑基础设施的应用，分析了MEC发展过程中存在的问题以及适应时代的发展可能性。最终，得出结论：

（1）MEC多平台对接的特点可以推动万物互联，助力城镇基础设施向新型基础设施转型升级。

（2）MEC能够与各种新型技术相结合，建立各种情形下的融合信息机制，保障居民健康生活。

（3）MEC具有发展的潜能，在各类环境下皆具备适用性，除助力上文提到的城镇医院基础设施、城镇轨道交通基础设施、城镇住宅建筑基础设施3个方面的9种发展性之外，还可以助力城镇基础设施实现降噪节能、隔震消能。

参考文献

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