新基建浪潮中的5G與高速公路

高瑋陽 王風(fēng)春 王金亮 王仕磊 郭興華 李紅濤 梁瀟丹

摘 要：文章基于5G技術(shù)趨勢(shì)與高速公路現(xiàn)階段的發(fā)展現(xiàn)狀，初步闡明了5G技術(shù)在高速公路行業(yè)的主要應(yīng)用場(chǎng)景，將為新基建浪潮下高速公路的發(fā)展提供新一輪的科技助力。

關(guān)鍵詞：5G;5G應(yīng)用;新基建;高速公路

中圖分類號(hào)：F623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2020）09-0028-03

1 什么是5G

5G技術(shù)是對(duì)4G技術(shù)的一次全面革新，在速率、連接數(shù)、時(shí)延三個(gè)方面有巨大改善。這三個(gè)方面分別對(duì)應(yīng)5G提出的三個(gè)核心應(yīng)用場(chǎng)景：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、海量連接（mMTC）和超高可靠低時(shí)延通信（uRLLC）[1]，如圖1所示。

1.1 增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）

增強(qiáng)移動(dòng)寬帶帶來的改進(jìn)主要是移動(dòng)連接速率的大幅改善，峰值速率（從1Gbps提升到10Gbps～20Gbps）和用戶體驗(yàn)速率（從10Mbps提升到100Mbps～1Gbps），在保證廣覆蓋和移動(dòng)性的前提下為用戶提供更快的數(shù)據(jù)速率。頻譜效率提升3至5倍，降低了運(yùn)營(yíng)商提供流量的單位成本。

1.2 低功耗超大連接（mMTC）

主要針對(duì)傳輸速率較低、時(shí)延容忍度高、成本敏感且待機(jī)時(shí)間超長(zhǎng)的海量機(jī)器類通訊，是當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)化版本。連接密度每平方公里超過100萬，電池壽命超過10年。為今后物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模發(fā)展提供可能性。

1.3 低時(shí)延高可靠（uRLLC）

主要針對(duì)特殊的應(yīng)用場(chǎng)景，這些場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延和可靠性有著特殊的要求，如工業(yè)控制、車聯(lián)網(wǎng)等。在5G的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下，用戶層面的時(shí)延要控制在1ms之內(nèi)，這樣才能滿足特殊場(chǎng)景作業(yè)的需求。

2 趨勢(shì)與政策

5G技術(shù)的發(fā)展離不開國家政策的支持和用戶需求的推動(dòng)，國家不僅從宏觀層面明確了未來5G的發(fā)展目標(biāo)和方向，同時(shí)也確定將依托國家重大專項(xiàng)計(jì)劃等方式，積極推動(dòng)5G核心技術(shù)的突破。在國務(wù)院發(fā)布的《“十三五”國家信息化規(guī)劃》中，十六次提到“5G”，決策層有志于在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上走在全球前列[4]?！笆濉逼陂g國家對(duì)5G技術(shù)應(yīng)用的部署安排如表1所示。

3 影響與機(jī)遇

3.1 高速公路建設(shè)

5G是高速公路智能化升級(jí)的重要內(nèi)容，智慧交通是未來交通發(fā)展的必然趨勢(shì)，對(duì)大交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的影響主要有新增建設(shè)設(shè)備與設(shè)施、建設(shè)規(guī)劃調(diào)整、智能交通理念升級(jí)、投資性基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和提升工程項(xiàng)目管理效率等，進(jìn)而帶來的是建設(shè)成本的增加、建設(shè)難度的提升、周期的延長(zhǎng)、公路智能化水平的提升以及投資與收益的權(quán)衡考量[5]。

3.1.1 基站的投資性建設(shè)

據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，從全球范圍內(nèi)看，4G和5G網(wǎng)絡(luò)之間的切換并不會(huì)那么快發(fā)生。全球4G的滲透率將在2030年左右達(dá)到峰值，然后由于用戶轉(zhuǎn)向5G，開始出現(xiàn)滲透率下降趨勢(shì)。近兩年，運(yùn)營(yíng)商5G基站不會(huì)出現(xiàn)當(dāng)年4G基站大規(guī)模、短時(shí)間鋪設(shè)的情況。5G基站的大規(guī)模普及遲早會(huì)出現(xiàn)，目前主要是重點(diǎn)城市的熱點(diǎn)區(qū)域。因電力供給、通信管網(wǎng)等原因遠(yuǎn)離城市的5G基站建設(shè)，對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言投資過大，路企可視情考慮在高速公路沿線進(jìn)行特定路段5G基站投資性建設(shè)，借助新能源和萬兆網(wǎng)絡(luò)來攤薄前期基礎(chǔ)設(shè)施投資成本，開創(chuàng)新基建領(lǐng)域市場(chǎng)[2]。

3.1.2 路側(cè)車路協(xié)同設(shè)備

5G時(shí)代的到來，將極大提升路側(cè)車路協(xié)同設(shè)備的布設(shè)密度與智能化水平，由現(xiàn)在“云-端”的感知模式轉(zhuǎn)向“車-路-云”的模式。路側(cè)設(shè)施為行駛車輛提供感知數(shù)據(jù)，車輛反饋給路側(cè)行車狀態(tài)，達(dá)到雙方的高度車路協(xié)同，路側(cè)協(xié)同設(shè)備種類將得到極大豐富。同時(shí)，建設(shè)成本中的機(jī)電系統(tǒng)部分將成倍增加。

3.1.3 收費(fèi)設(shè)備的升級(jí)改造

自由流收費(fèi)是5G時(shí)代的基礎(chǔ)通行條件，取消省界收費(fèi)站極大推動(dòng)了國內(nèi)高速公路的升級(jí)換代。5G的應(yīng)用將使收費(fèi)設(shè)備面臨重大升級(jí)，主要表現(xiàn)在收費(fèi)設(shè)備全部物聯(lián)化、IP化進(jìn)一步提升、卡口低時(shí)延高帶寬設(shè)備應(yīng)用以及收費(fèi)節(jié)點(diǎn)5G基站的覆蓋建設(shè)等方面。

3.2 運(yùn)營(yíng)

5G在大交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)方面的影響，主要是運(yùn)營(yíng)成本的顯著增加、道路通行方式的跳躍式升級(jí)、智能化運(yùn)營(yíng)水平的提升、營(yíng)收方式的多樣化等。這將會(huì)極大豐富高速公路的通行方式。機(jī)遇方面主要是5G數(shù)據(jù)體量將會(huì)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，大數(shù)據(jù)分析將帶來更多價(jià)值，人工智能的應(yīng)用會(huì)開拓一個(gè)新的市場(chǎng)，會(huì)出現(xiàn)多種多樣創(chuàng)新的商業(yè)盈利模式等[4]。

3.2.1 車路協(xié)同

由現(xiàn)在“云-端”的感知模式轉(zhuǎn)向“車-路-云”的模式，車路間的協(xié)同數(shù)據(jù)體量間接造成云計(jì)算依附的物理設(shè)備的升級(jí)改造，路網(wǎng)運(yùn)行管理模式由人工視頻監(jiān)控、大數(shù)據(jù)分析向海量數(shù)據(jù)優(yōu)化、高效路網(wǎng)自動(dòng)化管控、應(yīng)急調(diào)度智能化轉(zhuǎn)變，5G-V2X車車間協(xié)同通信使行車安全指數(shù)提升，行車無時(shí)延預(yù)警成為車輛標(biāo)配，道路突發(fā)事件次數(shù)降低，通行能力得到極大提升[3]。

3.2.2 自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程駕駛與貨車編組

5G-V2X是自動(dòng)駕駛的重要推動(dòng)力量，這一應(yīng)用使道路通行載體升級(jí)換代。這一景象的到來將會(huì)是一個(gè)較長(zhǎng)的過程，不過由山東高速信息集團(tuán)負(fù)責(zé)的全球首條智能網(wǎng)聯(lián)高速公路的啟動(dòng)建設(shè)，為縮短5G與自動(dòng)駕駛的發(fā)展提供了寶貴的機(jī)遇。

3.2.3 高清實(shí)時(shí)監(jiān)控（車載視頻、無人機(jī)）

5G的高帶寬、低時(shí)延的特點(diǎn)通過車載高清視頻、無人機(jī)設(shè)備，將會(huì)促進(jìn)高清視頻直播或監(jiān)控的廣泛應(yīng)用。道路突發(fā)事件的現(xiàn)場(chǎng)處置調(diào)度可同應(yīng)急指揮中心實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，甚至實(shí)現(xiàn)多方跨域協(xié)同指揮處置，縮短處置時(shí)長(zhǎng)，提升事件處置效率。

3.2.4 交通事件VR/AR與多方聯(lián)動(dòng)協(xié)同處置

泛在現(xiàn)實(shí)（Ubiquitous Reality）將成為5G技術(shù)eMBB場(chǎng)景的核心應(yīng)用之一。泛在現(xiàn)實(shí)在4G網(wǎng)絡(luò)下的應(yīng)用主要體現(xiàn)在VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）和AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)），但由于現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)在低時(shí)延、高速率傳輸?shù)确矫嫒杂写齼?yōu)化，因此還處于VR/AR本地傳輸階段。隨著5G eMBB場(chǎng)景的開發(fā)，將實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)時(shí)延及高速率傳輸，泛在現(xiàn)實(shí)的交通事件應(yīng)用場(chǎng)景有望進(jìn)一步增強(qiáng)。同時(shí)，全息視頻會(huì)議將多方聯(lián)動(dòng)協(xié)同變?yōu)榭赡躘3]。

3.3 養(yǎng)護(hù)

高速公路養(yǎng)護(hù)由5G帶來的影響主要是養(yǎng)護(hù)手段的豐富和精準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的提升，成本增加不大。通過技術(shù)預(yù)研為養(yǎng)護(hù)股份公司達(dá)到行業(yè)先進(jìn)性提供一定的技術(shù)壁壘[6]。

3.3.1 路網(wǎng)檢測(cè)與智能診斷

通過高清視頻實(shí)時(shí)回傳與人工智能識(shí)別技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)路面監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)化和智能化。5G極大促進(jìn)了邊緣計(jì)算能力，多數(shù)道路病害可由設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別，人工與邊緣識(shí)別的結(jié)合是精準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的重要基礎(chǔ)。

3.3.2 泛在實(shí)時(shí)預(yù)警（物聯(lián)設(shè)備報(bào)警）

道路重大基礎(chǔ)設(shè)施部位（如特大橋、隧）的傳感器在5G時(shí)代必將得到普及。通過物聯(lián)的實(shí)時(shí)預(yù)警、大數(shù)據(jù)的周期性預(yù)測(cè)，為泛在實(shí)時(shí)養(yǎng)護(hù)預(yù)警提供重要工具，避免重大事件發(fā)生，減少固定資產(chǎn)損失和社會(huì)輿論的發(fā)生。

3.4 勘察設(shè)計(jì)與工程監(jiān)理

在勘察設(shè)計(jì)、工程監(jiān)理板塊中，5G的主要影響是實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)勘察，推動(dòng)BIM普及化應(yīng)用并將其作為關(guān)鍵性設(shè)計(jì)工具。豐富的勘察、監(jiān)理手段為遠(yuǎn)程勘察與監(jiān)理提供了幫助[3]。

3.4.1 無人機(jī)航測(cè)遙感勘察（激光掃描實(shí)時(shí)回傳）

勘察測(cè)繪工作本身?xiàng)l件較為艱苦、難度較大，測(cè)繪數(shù)據(jù)處理周期較長(zhǎng)。通過5G無人機(jī)航測(cè)可實(shí)時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程勘測(cè)。目前，無人機(jī)續(xù)航是最大困難，無人機(jī)與激光雷達(dá)動(dòng)態(tài)掃描地形地貌，經(jīng)過邊緣計(jì)算處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)同圖像疊加，BIM設(shè)計(jì)中心人員可遠(yuǎn)程完成設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整等工作。

3.4.2 BIM建模實(shí)時(shí)協(xié)同（跨域協(xié)同）

5G高帶寬、低時(shí)延和BIM的海量數(shù)據(jù)與協(xié)同相匹配，能解決BIM當(dāng)前協(xié)同不及時(shí)、多團(tuán)隊(duì)跨域無法實(shí)時(shí)協(xié)同問題?？奢^大改變大型工程的設(shè)計(jì)工作模式，基于云計(jì)算的BIM模型存儲(chǔ)和5G低時(shí)延可降低硬件投資成本，提升共享深度。

3.5 服務(wù)區(qū)

服務(wù)區(qū)是高速公路上重要的消費(fèi)場(chǎng)景，5G帶來的影響主要是消費(fèi)方式的升級(jí)和基礎(chǔ)設(shè)施的成本投入。5G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)涉及供配電、宏基站建設(shè)、微基站建設(shè)等，較現(xiàn)有服務(wù)區(qū)建設(shè)難度升級(jí)，運(yùn)營(yíng)商投入成本加大，難以一次性投入完成全面覆蓋。帶來的機(jī)遇主要是，多場(chǎng)景消費(fèi)手段會(huì)提高營(yíng)業(yè)收入和消費(fèi)人員的體驗(yàn)，對(duì)服務(wù)區(qū)品牌打造具有極大推動(dòng)作用[6-7]。

3.5.1 5G基站建設(shè)與信號(hào)覆蓋

5G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)涉及供配電、宏基站建設(shè)、微基站建設(shè)等，投入較大，且服務(wù)器多數(shù)處于郊區(qū)，供配電難度與施工存在問題。除基站外，室內(nèi)5G信號(hào)覆蓋也是必須考慮的因素，這會(huì)增加服務(wù)區(qū)的建設(shè)成本。另一方面，智能化水平的提升是智慧服務(wù)區(qū)建設(shè)的必由之路，也是拓展消費(fèi)渠道、豐富消費(fèi)場(chǎng)景的前提條件[2]。

3.5.2 消費(fèi)娛樂與定制化

定制化的私人服務(wù)廣泛存在于金融、交運(yùn)、餐飲等服務(wù)行業(yè)。從需求端而言，消費(fèi)者對(duì)高質(zhì)量的定制化服務(wù)需求旺盛。但從供給端而言，高質(zhì)量的定制服務(wù)成本較高，難以有大規(guī)模普及的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。5G大規(guī)模普及之后，因?yàn)閿?shù)據(jù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，對(duì)個(gè)體行為有了更加精確的刻畫，從而降低了服務(wù)區(qū)定制化服務(wù)的成本。隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的發(fā)展，消費(fèi)從大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)變?yōu)閭€(gè)性化或定制化精細(xì)服務(wù)，消費(fèi)與娛樂多樣化在5G的催化下，導(dǎo)致服務(wù)區(qū)生活發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變[3]。

3.6 信息科技

5G技術(shù)將帶來信息科技板塊的全面升級(jí)換代，主要影響數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)模、數(shù)據(jù)處理速度、多源感知融合、辦公方式升級(jí)和信息技術(shù)革新等。表現(xiàn)為信息基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)容升級(jí)與換代、新基建的高額資本投入，刺激物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能的連環(huán)研發(fā)與應(yīng)用。最大的機(jī)遇是每個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的換代性升級(jí)甚至顛覆的出現(xiàn)，危機(jī)與機(jī)遇互為一體[2]。

3.6.1 IDC數(shù)據(jù)中心機(jī)房擴(kuò)容（通信網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、服務(wù)器）

IDC的擴(kuò)容是5G帶來的顯著影響，海量數(shù)據(jù)傳輸與處理是網(wǎng)絡(luò)超高帶寬、存儲(chǔ)容量、服務(wù)器性能提升的必然結(jié)果，對(duì)5G匹配的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)硬件性能提出了更高要求，IDC規(guī)模設(shè)計(jì)會(huì)發(fā)生迭代升級(jí)式的變化，設(shè)計(jì)規(guī)格將提升，建設(shè)成本隨著5G投資的加大逐步上升。

3.6.2 大數(shù)據(jù)升級(jí)

5G的海量數(shù)據(jù)傳輸給大數(shù)據(jù)帶來的不僅是體量上的增加，萬物互聯(lián)和低延時(shí)導(dǎo)致的是數(shù)據(jù)類型的傾斜。大數(shù)據(jù)處理方式較多地轉(zhuǎn)為實(shí)時(shí)處理，傳統(tǒng)Hadoop平臺(tái)會(huì)面臨實(shí)時(shí)性升級(jí)，進(jìn)而帶來技術(shù)重點(diǎn)的偏移。

4 建議路徑

4.1 2019年

仍處于5G試驗(yàn)、發(fā)牌照及商用初級(jí)階段，三大運(yùn)營(yíng)商不會(huì)大規(guī)模鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)，而是率先集中于熱點(diǎn)地區(qū)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新地區(qū)進(jìn)行試點(diǎn)。因此，整體投資規(guī)模有限，所以針對(duì)路企的示范路段可先行展開5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃試點(diǎn)，嘗試建設(shè)信號(hào)覆蓋，在5G發(fā)展元年打好新一代通信網(wǎng)絡(luò)的良好基礎(chǔ)[2]。

4.2 2020年

進(jìn)入5G商用階段，運(yùn)營(yíng)商整體投資開始爬坡，將呈現(xiàn)漸進(jìn)式的推進(jìn)，對(duì)于城市熱點(diǎn)地區(qū)高速公路覆蓋路段和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新地區(qū)的覆蓋進(jìn)一步增加。新建路段的設(shè)計(jì)階段采用BIM+5G的協(xié)同設(shè)計(jì)模式，在改擴(kuò)建道路的示范路段進(jìn)行5G規(guī)劃建設(shè)，在精準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方面進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)養(yǎng)護(hù)巡檢。

4.3 2021年及以后

5G是一個(gè)穩(wěn)步推進(jìn)的長(zhǎng)期建設(shè)的過程，設(shè)備商和基礎(chǔ)設(shè)施提供商會(huì)持續(xù)受益。隨著下游垂直領(lǐng)域應(yīng)用場(chǎng)景的不斷豐富和成熟，三大運(yùn)營(yíng)商將受益于流量容量、速率的提升以及連接數(shù)的爆發(fā)性增長(zhǎng)，積極拓展物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等新增業(yè)務(wù)，帶來收入和利潤(rùn)的持續(xù)增長(zhǎng)。

5 5G風(fēng)險(xiǎn)

因5G在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)會(huì)同4G并存，且運(yùn)營(yíng)商不會(huì)短時(shí)間投入進(jìn)行全面的組網(wǎng)建設(shè)，前期（2021年以前）運(yùn)營(yíng)商收入端持續(xù)承壓，將被迫削減建網(wǎng)規(guī)模，避免因5G的概念性過熱導(dǎo)致前期大資金投入[4]。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊凌，高楠.5G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用趨勢(shì)[J].電信技術(shù)，2017（5）：1-5.

[2] 羅虹.5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)分析及未來趨勢(shì)[J].中外企業(yè)家，2019，633（07）：60.

[3] 吳冬升，王傳奇，金偉，等.高速公路5G智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)、方案和應(yīng)用[J].電信科學(xué)，2020，36（4）：46-52.

[4] 錢凱，陳真洋.5G，產(chǎn)業(yè)鏈積極邁向商業(yè)化[R].北京：中金公司，2019：1-7.

[5] 國務(wù)院.關(guān)于印發(fā)“十三五”國家信息化規(guī)劃的通知[EB/OL].北京：中國政府網(wǎng)，2016.

[6] 山東省人民政府.數(shù)字山東發(fā)展規(guī)劃（2018-2022年）[EB/OL].濟(jì)南：山東省人民政府官網(wǎng)，2019.

[7] 山東省人民政府.關(guān)于印發(fā)山東省新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換重大工程實(shí)施規(guī)劃的通知[EB/OL].濟(jì)南：山東省人民政府官網(wǎng)，2018.