新基建浪潮中的5G與高速公路

高瑋陽 王風春 王金亮 王仕磊 郭興華 李紅濤 梁瀟丹

摘 要：文章基于5G技術趨勢與高速公路現階段的發展現狀，初步闡明了5G技術在高速公路行業的主要應用場景，將為新基建浪潮下高速公路的發展提供新一輪的科技助力。

關鍵詞：5G;5G應用;新基建;高速公路

中圖分類號：F623 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2020）09-0028-03

1 什么是5G

5G技術是對4G技術的一次全面革新，在速率、連接數、時延三個方面有巨大改善。這三個方面分別對應5G提出的三個核心應用場景：增強移動寬帶（eMBB）、海量連接（mMTC）和超高可靠低時延通信（uRLLC）[1]，如圖1所示。

1.1 增強移動寬帶（eMBB）

增強移動寬帶帶來的改進主要是移動連接速率的大幅改善，峰值速率（從1Gbps提升到10Gbps～20Gbps）和用戶體驗速率（從10Mbps提升到100Mbps～1Gbps），在保證廣覆蓋和移動性的前提下為用戶提供更快的數據速率。頻譜效率提升3至5倍，降低了運營商提供流量的單位成本。

1.2 低功耗超大連接（mMTC）

主要針對傳輸速率較低、時延容忍度高、成本敏感且待機時間超長的海量機器類通訊，是當下物聯網的進化版本。連接密度每平方公里超過100萬，電池壽命超過10年。為今后物聯網的大規模發展提供可能性。

1.3 低時延高可靠（uRLLC）

主要針對特殊的應用場景，這些場景對網絡的時延和可靠性有著特殊的要求，如工業控制、車聯網等。在5G的技術標準下，用戶層面的時延要控制在1ms之內，這樣才能滿足特殊場景作業的需求。

2 趨勢與政策

5G技術的發展離不開國家政策的支持和用戶需求的推動，國家不僅從宏觀層面明確了未來5G的發展目標和方向，同時也確定將依托國家重大專項計劃等方式，積極推動5G核心技術的突破。在國務院發布的《“十三五”國家信息化規劃》中，十六次提到“5G”，決策層有志于在5G網絡技術上走在全球前列[4]。“十三五”期間國家對5G技術應用的部署安排如表1所示。

3 影響與機遇

3.1 高速公路建設

5G是高速公路智能化升級的重要內容，智慧交通是未來交通發展的必然趨勢，對大交通基礎設施建設的影響主要有新增建設設備與設施、建設規劃調整、智能交通理念升級、投資性基礎設施建設和提升工程項目管理效率等，進而帶來的是建設成本的增加、建設難度的提升、周期的延長、公路智能化水平的提升以及投資與收益的權衡考量[5]。

3.1.1 基站的投資性建設

據權威機構預測，從全球范圍內看，4G和5G網絡之間的切換并不會那么快發生。全球4G的滲透率將在2030年左右達到峰值，然后由于用戶轉向5G，開始出現滲透率下降趨勢。近兩年，運營商5G基站不會出現當年4G基站大規模、短時間鋪設的情況。5G基站的大規模普及遲早會出現，目前主要是重點城市的熱點區域。因電力供給、通信管網等原因遠離城市的5G基站建設，對運營商而言投資過大，路企可視情考慮在高速公路沿線進行特定路段5G基站投資性建設，借助新能源和萬兆網絡來攤薄前期基礎設施投資成本，開創新基建領域市場[2]。

3.1.2 路側車路協同設備

5G時代的到來，將極大提升路側車路協同設備的布設密度與智能化水平，由現在“云-端”的感知模式轉向“車-路-云”的模式。路側設施為行駛車輛提供感知數據，車輛反饋給路側行車狀態，達到雙方的高度車路協同，路側協同設備種類將得到極大豐富。同時，建設成本中的機電系統部分將成倍增加。

3.1.3 收費設備的升級改造

自由流收費是5G時代的基礎通行條件，取消省界收費站極大推動了國內高速公路的升級換代。5G的應用將使收費設備面臨重大升級，主要表現在收費設備全部物聯化、IP化進一步提升、卡口低時延高帶寬設備應用以及收費節點5G基站的覆蓋建設等方面。

3.2 運營

5G在大交通基礎設施運營方面的影響，主要是運營成本的顯著增加、道路通行方式的跳躍式升級、智能化運營水平的提升、營收方式的多樣化等。這將會極大豐富高速公路的通行方式。機遇方面主要是5G數據體量將會呈指數級增長，大數據分析將帶來更多價值，人工智能的應用會開拓一個新的市場，會出現多種多樣創新的商業盈利模式等[4]。

3.2.1 車路協同

由現在“云-端”的感知模式轉向“車-路-云”的模式，車路間的協同數據體量間接造成云計算依附的物理設備的升級改造，路網運行管理模式由人工視頻監控、大數據分析向海量數據優化、高效路網自動化管控、應急調度智能化轉變，5G-V2X車車間協同通信使行車安全指數提升，行車無時延預警成為車輛標配，道路突發事件次數降低，通行能力得到極大提升[3]。

3.2.2 自動駕駛、遠程駕駛與貨車編組

5G-V2X是自動駕駛的重要推動力量，這一應用使道路通行載體升級換代。這一景象的到來將會是一個較長的過程，不過由山東高速信息集團負責的全球首條智能網聯高速公路的啟動建設，為縮短5G與自動駕駛的發展提供了寶貴的機遇。

3.2.3 高清實時監控（車載視頻、無人機）

5G的高帶寬、低時延的特點通過車載高清視頻、無人機設備，將會促進高清視頻直播或監控的廣泛應用。道路突發事件的現場處置調度可同應急指揮中心實時聯動，甚至實現多方跨域協同指揮處置，縮短處置時長，提升事件處置效率。

3.2.4 交通事件VR/AR與多方聯動協同處置

泛在現實（Ubiquitous Reality）將成為5G技術eMBB場景的核心應用之一。泛在現實在4G網絡下的應用主要體現在VR（虛擬現實）和AR（增強現實），但由于現有4G網絡在低時延、高速率傳輸等方面仍有待優化，因此還處于VR/AR本地傳輸階段。隨著5G eMBB場景的開發，將實現毫秒級時延及高速率傳輸，泛在現實的交通事件應用場景有望進一步增強。同時，全息視頻會議將多方聯動協同變為可能[3]。

3.3 養護

高速公路養護由5G帶來的影響主要是養護手段的豐富和精準養護的提升，成本增加不大。通過技術預研為養護股份公司達到行業先進性提供一定的技術壁壘[6]。

3.3.1 路網檢測與智能診斷

通過高清視頻實時回傳與人工智能識別技術，可實現路面監測實時化和智能化。5G極大促進了邊緣計算能力，多數道路病害可由設備現場識別，人工與邊緣識別的結合是精準養護的重要基礎。

3.3.2 泛在實時預警（物聯設備報警）

道路重大基礎設施部位（如特大橋、隧）的傳感器在5G時代必將得到普及。通過物聯的實時預警、大數據的周期性預測，為泛在實時養護預警提供重要工具，避免重大事件發生，減少固定資產損失和社會輿論的發生。

3.4 勘察設計與工程監理

在勘察設計、工程監理板塊中，5G的主要影響是實現了現場實時勘察，推動BIM普及化應用并將其作為關鍵性設計工具。豐富的勘察、監理手段為遠程勘察與監理提供了幫助[3]。

3.4.1 無人機航測遙感勘察（激光掃描實時回傳）

勘察測繪工作本身條件較為艱苦、難度較大，測繪數據處理周期較長。通過5G無人機航測可實時進行遠程勘測。目前，無人機續航是最大困難，無人機與激光雷達動態掃描地形地貌，經過邊緣計算處理后的點云數據同圖像疊加，BIM設計中心人員可遠程完成設計參數調整等工作。

3.4.2 BIM建模實時協同（跨域協同）

5G高帶寬、低時延和BIM的海量數據與協同相匹配，能解決BIM當前協同不及時、多團隊跨域無法實時協同問題。可較大改變大型工程的設計工作模式，基于云計算的BIM模型存儲和5G低時延可降低硬件投資成本，提升共享深度。

3.5 服務區

服務區是高速公路上重要的消費場景，5G帶來的影響主要是消費方式的升級和基礎設施的成本投入。5G基礎設施建設涉及供配電、宏基站建設、微基站建設等，較現有服務區建設難度升級，運營商投入成本加大，難以一次性投入完成全面覆蓋。帶來的機遇主要是，多場景消費手段會提高營業收入和消費人員的體驗，對服務區品牌打造具有極大推動作用[6-7]。

3.5.1 5G基站建設與信號覆蓋

5G基礎設施建設涉及供配電、宏基站建設、微基站建設等，投入較大，且服務器多數處于郊區，供配電難度與施工存在問題。除基站外，室內5G信號覆蓋也是必須考慮的因素，這會增加服務區的建設成本。另一方面，智能化水平的提升是智慧服務區建設的必由之路，也是拓展消費渠道、豐富消費場景的前提條件[2]。

3.5.2 消費娛樂與定制化

定制化的私人服務廣泛存在于金融、交運、餐飲等服務行業。從需求端而言，消費者對高質量的定制化服務需求旺盛。但從供給端而言，高質量的定制服務成本較高，難以有大規模普及的經濟基礎。5G大規模普及之后，因為數據的爆發式增長，對個體行為有了更加精確的刻畫，從而降低了服務區定制化服務的成本。隨著物聯網和人工智能的發展，消費從大規模標準化服務變為個性化或定制化精細服務，消費與娛樂多樣化在5G的催化下，導致服務區生活發生根本性轉變[3]。

3.6 信息科技

5G技術將帶來信息科技板塊的全面升級換代，主要影響數據存儲規模、數據處理速度、多源感知融合、辦公方式升級和信息技術革新等。表現為信息基礎設施的擴容升級與換代、新基建的高額資本投入，刺激物聯網、大數據、云計算、人工智能的連環研發與應用。最大的機遇是每個細分領域的換代性升級甚至顛覆的出現，危機與機遇互為一體[2]。

3.6.1 IDC數據中心機房擴容（通信網絡、存儲、服務器）

IDC的擴容是5G帶來的顯著影響，海量數據傳輸與處理是網絡超高帶寬、存儲容量、服務器性能提升的必然結果，對5G匹配的服務器、網絡硬件性能提出了更高要求，IDC規模設計會發生迭代升級式的變化，設計規格將提升，建設成本隨著5G投資的加大逐步上升。

3.6.2 大數據升級

5G的海量數據傳輸給大數據帶來的不僅是體量上的增加，萬物互聯和低延時導致的是數據類型的傾斜。大數據處理方式較多地轉為實時處理，傳統Hadoop平臺會面臨實時性升級，進而帶來技術重點的偏移。

4 建議路徑

4.1 2019年

仍處于5G試驗、發牌照及商用初級階段，三大運營商不會大規模鋪設網絡，而是率先集中于熱點地區和產業創新地區進行試點。因此，整體投資規模有限，所以針對路企的示范路段可先行展開5G網絡規劃試點，嘗試建設信號覆蓋，在5G發展元年打好新一代通信網絡的良好基礎[2]。

4.2 2020年

進入5G商用階段，運營商整體投資開始爬坡，將呈現漸進式的推進，對于城市熱點地區高速公路覆蓋路段和產業創新地區的覆蓋進一步增加。新建路段的設計階段采用BIM+5G的協同設計模式，在改擴建道路的示范路段進行5G規劃建設，在精準養護方面進行遠程實時養護巡檢。

4.3 2021年及以后

5G是一個穩步推進的長期建設的過程，設備商和基礎設施提供商會持續受益。隨著下游垂直領域應用場景的不斷豐富和成熟，三大運營商將受益于流量容量、速率的提升以及連接數的爆發性增長，積極拓展物聯網、智慧城市等新增業務，帶來收入和利潤的持續增長。

5 5G風險

因5G在較長的時間內會同4G并存，且運營商不會短時間投入進行全面的組網建設，前期（2021年以前）運營商收入端持續承壓，將被迫削減建網規模，避免因5G的概念性過熱導致前期大資金投入[4]。

參考文獻

[1] 楊凌，高楠.5G移動通信關鍵技術及應用趨勢[J].電信技術，2017（5）：1-5.

[2] 羅虹.5G移動通信網絡關鍵技術分析及未來趨勢[J].中外企業家，2019，633（07）：60.

[3] 吳冬升，王傳奇，金偉，等.高速公路5G智能網聯技術、方案和應用[J].電信科學，2020，36（4）：46-52.

[4] 錢凱，陳真洋.5G，產業鏈積極邁向商業化[R].北京：中金公司，2019：1-7.

[5] 國務院.關于印發“十三五”國家信息化規劃的通知[EB/OL].北京：中國政府網，2016.

[6] 山東省人民政府.數字山東發展規劃（2018-2022年）[EB/OL].濟南：山東省人民政府官網，2019.

[7] 山東省人民政府.關于印發山東省新舊動能轉換重大工程實施規劃的通知[EB/OL].濟南：山東省人民政府官網，2018.