文/圖 中國(guó)移動(dòng)（上海）產(chǎn)業(yè)研究院 王宇欣 戚新洲 魏藝喬 劉詩(shī)虎

5G、云計(jì)算、人工智能等數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，為承擔(dān)大量公眾出行和物流運(yùn)輸?shù)母咚俟奉I(lǐng)域帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，智慧高速公路成為當(dāng)下國(guó)家交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

智慧高速的發(fā)展背景

近年來(lái)，我國(guó)高度重視高速公路數(shù)字化和智能化的建設(shè)發(fā)展，國(guó)家部委連續(xù)出臺(tái)《交通強(qiáng)國(guó)發(fā)展規(guī)劃綱要》《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》《交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》等政策規(guī)劃，提出加大新型基礎(chǔ)設(shè)施投資和建設(shè)力度，支持實(shí)體經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。其中，“新基建”作為交通運(yùn)輸部在交通運(yùn)輸領(lǐng)域落實(shí)國(guó)家提出的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要舉措，明確指出要實(shí)現(xiàn)泛在感知設(shè)施、先進(jìn)傳輸網(wǎng)絡(luò)對(duì)交通運(yùn)輸行業(yè)深度覆蓋，推動(dòng)智慧公路基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)行管理等全要素和全周期數(shù)字化水平的提升。

目前，我國(guó)智慧高速正面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇，政策紅利、行業(yè)需求、技術(shù)創(chuàng)新將大力推動(dòng)高速公路從傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)向智慧交通系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，在“新基建”“交通強(qiáng)國(guó)”等政策驅(qū)動(dòng)下，以高速公路長(zhǎng)期存在的事故、擁堵、污染等痛點(diǎn)為抓手，通過(guò)集成5G新一代信息通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高速在“建、管、養(yǎng)、運(yùn)”四個(gè)方面全方位升級(jí)，路網(wǎng)數(shù)字化、管理協(xié)同化是公路交通未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)所在。

基于5G的“3+1+1+N”智慧高速系統(tǒng)框架

面向“精準(zhǔn)感知、精確分析、精細(xì)管理和精心服務(wù)能力全面提升”的建設(shè)目標(biāo)，我國(guó)高速公路目前存在若干亟需解決的問(wèn)題。視頻監(jiān)控碎片化，尚未實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)測(cè)全聯(lián)網(wǎng)、全覆蓋與智能化，難以滿足路網(wǎng)運(yùn)行、突發(fā)事件處理和提供優(yōu)質(zhì)出行服務(wù)的需求，針對(duì)這一問(wèn)題可通過(guò)視頻無(wú)線上云，通過(guò)云平臺(tái)的AI能力處理原始視頻數(shù)據(jù)，識(shí)別流量、事件等信息；車與路協(xié)同缺失，信息感知全面性和實(shí)時(shí)性不足，車與路交互缺失，駕駛員的出行安全和效率得不到保障，針對(duì)這一問(wèn)題可利用5G的覆蓋優(yōu)勢(shì)，與車路協(xié)同網(wǎng)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)車路信息的全面觸達(dá)；針對(duì)智能養(yǎng)護(hù)手段缺乏，傳統(tǒng)人工管養(yǎng)成本高、招工難、效率低、事故多發(fā)的問(wèn)題，則需引入新技術(shù)，提供輕量化、低成本的管養(yǎng)手段。因此，通過(guò)交通新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加快新、老基建融合，可為高速公路的發(fā)展持續(xù)提供新動(dòng)能。

5G如何賦能高速數(shù)字化

搭建5G 的智慧高速系統(tǒng)框架

基于5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，以觸及大眾、深入管理、服務(wù)運(yùn)營(yíng)為總體目標(biāo)，智慧高速系統(tǒng)采用“3+1+1+N”架構(gòu)，面向以感知設(shè)備、管養(yǎng)設(shè)備和車載設(shè)備為主的三類終端設(shè)備，搭建一張5G網(wǎng)作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)一個(gè)5G智慧高速平臺(tái)，打造包括5G視頻無(wú)線上云、5G伴隨式信息服務(wù)、5G施工區(qū)主動(dòng)安全預(yù)警在內(nèi)的N個(gè)智慧高速應(yīng)用，提高道路安全和運(yùn)行效率，提升管理運(yùn)營(yíng)高速公路的能力。

打造智慧高速5G 行業(yè)專網(wǎng)

2019年是5G正式商用元年，包括中國(guó)移動(dòng)在內(nèi)的三大通信運(yùn)營(yíng)商紛紛布局5G技術(shù)的垂直行業(yè)應(yīng)用。交通行業(yè)的“移動(dòng)”屬性與5G天然契合，具有廣闊的應(yīng)用空間。5G作為傳輸管道，可實(shí)現(xiàn)“端-邊-云”的互聯(lián)互通，為感知設(shè)備、車端設(shè)備和管養(yǎng)設(shè)備與平臺(tái)之間提供低時(shí)延、大帶寬、高可靠的數(shù)據(jù)交互服務(wù)，成功應(yīng)用于多個(gè)智慧高速建設(shè)項(xiàng)目。隨著3GPP R16版本的完成，通過(guò)eMBB、uRLLC、mMTC三大應(yīng)用場(chǎng)景和MEC、切片等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，可以為高速公路打造高品質(zhì)的5G業(yè)務(wù)專網(wǎng)。

無(wú)線側(cè)充分利用700兆赫茲、2.6千兆赫茲、4.9千兆赫茲的多頻組網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)“多頻協(xié)同”取得良好的網(wǎng)絡(luò)性能及效益。700兆赫茲及2.6千兆赫茲頻段網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力強(qiáng)，能夠提供車流量較小、帶寬需求較小的大范圍覆蓋，可減少網(wǎng)絡(luò)覆蓋成本；4.9千兆赫茲頻段可提供更高的速率體驗(yàn)且使用靈活，可補(bǔ)充車流量較大路段的網(wǎng)絡(luò)容量，滿足業(yè)務(wù)需求。

智慧高速的不同業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能要求存在差異，如傳輸視頻側(cè)重大帶寬性能，信息下發(fā)側(cè)重低時(shí)延性能。此外，為了保障智慧高速業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)安全，智慧高速業(yè)務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)需要與其他行業(yè)和個(gè)人用戶的通信業(yè)務(wù)隔離，并按照智慧高速不同業(yè)務(wù)分區(qū)隔離數(shù)據(jù)。因此，可通過(guò)切片技術(shù)定制智慧高速的專用5G網(wǎng)絡(luò)，按需編排各項(xiàng)業(yè)務(wù)所需的核心網(wǎng)網(wǎng)元，從接入、傳輸和核心網(wǎng)三個(gè)層面制定不同等級(jí)的安全隔離方式。

通常，5G核心網(wǎng)的UPF位于省網(wǎng)或地市核心網(wǎng)機(jī)房，對(duì)全部的融合感知、計(jì)算決策數(shù)據(jù)集中化會(huì)造成業(yè)務(wù)時(shí)延過(guò)高、出口帶寬過(guò)大等問(wèn)題，從而限制5G智慧高速平臺(tái)的性能。因此，通過(guò)在高速公路附近接入機(jī)房適時(shí)建設(shè)UPF和邊緣計(jì)算服務(wù)器，可實(shí)現(xiàn)本地路側(cè)、車端數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)融合處理分析。通過(guò)數(shù)據(jù)流和控制流的分離實(shí)現(xiàn)信息的低時(shí)延交互，可滿足本地卸載、數(shù)據(jù)低時(shí)延和大帶寬的需求，能夠?qū)崿F(xiàn)定制化專網(wǎng)的訴求。同時(shí)，與路側(cè)超邊緣計(jì)算服務(wù)器及中心云結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)多級(jí)邊緣計(jì)算“邊-云”協(xié)同架構(gòu)。

名詞釋義

3GPP：第三代合作伙伴計(jì)劃（3rd Generation Partnership Project），為國(guó)際性移動(dòng)通信領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化組織。

R16：Release 16，3GPP制定的5G第一個(gè)演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，于2020年7月3日正式發(fā)布，推動(dòng)5G在垂直行業(yè)的應(yīng)用。

eMBB：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（Enhanced Mobile Broadband），主要表現(xiàn)為大于10Gbps的峰值速率。

uRLLC：低時(shí)延高可靠（Ultra Reliable &Low Latency Communication），主要表現(xiàn)為毫秒級(jí)時(shí)延。

mMTC：海量物聯(lián)網(wǎng)通信（Massive Machine Type Communication），主要表現(xiàn)為可達(dá)每平方公里百萬(wàn)連接（數(shù)）。

MEC：多接入邊緣計(jì)算（Multi-Access Edge Computing），通過(guò)在接入網(wǎng)側(cè)部署計(jì)算能力，使得在接入網(wǎng)側(cè)也可使用云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信、計(jì)算的統(tǒng)一與融合。

UPF：用戶面功能（User Plane Function），為5G核心網(wǎng)的網(wǎng)元之一，主要支持用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)識(shí)別、動(dòng)作和策略執(zhí)行等。

5G CPE：5G終端設(shè)備（5G Customer Premise Equipment），可將5G通信信號(hào)轉(zhuǎn)換為本地局域網(wǎng)信號(hào)，以供用戶設(shè)備使用。

QoS：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service），網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量包括傳輸?shù)膸?、傳送的時(shí)延、數(shù)據(jù)的丟包率等。

OBU：車載通信單元（On Board Unit），可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)車與車、車與路、車與平臺(tái)間的實(shí)時(shí)通信。

5G消息：由傳統(tǒng)短信業(yè)務(wù)升級(jí)的運(yùn)營(yíng)商富媒體消息業(yè)務(wù)，支持文本、圖片、音頻、視頻等多種媒體格式。

GNSS：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System），包括GPS、GLONASS、GALILEO、北斗等。

建立5G 智慧高速平臺(tái)

5G智慧高速平臺(tái)作為整個(gè)方案體系的大腦，由車路協(xié)同和道路管養(yǎng)兩大業(yè)務(wù)子平臺(tái)構(gòu)成，為公眾提供全方位、高可靠、低時(shí)延的出行信息服務(wù)，為交通基礎(chǔ)設(shè)施管理養(yǎng)護(hù)提供高效、精準(zhǔn)、閉環(huán)的運(yùn)營(yíng)管控服務(wù)。

5G伴隨式信息服務(wù)

車路協(xié)同子平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)全要素感知數(shù)據(jù)匯聚，具備數(shù)據(jù)融合、輔助計(jì)算能力，可實(shí)現(xiàn)事件AI檢測(cè)、路網(wǎng)狀態(tài)分析等功能，可支撐大范圍信息共享、遠(yuǎn)距離預(yù)警、超視距感知等關(guān)鍵應(yīng)用，提供道路交通信息下發(fā)、道路安全預(yù)警及道路通行效率提升等多應(yīng)用場(chǎng)景。智慧管養(yǎng)子平臺(tái)可建立交通基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字檔案，具備物聯(lián)監(jiān)測(cè)、數(shù)字化檢測(cè)、日常養(yǎng)護(hù)管理、設(shè)備管理等功能，可提供結(jié)構(gòu)物健康分析、人機(jī)物料安全管理、管養(yǎng)決策分析與規(guī)劃等服務(wù)。

研發(fā)智慧高速服務(wù)應(yīng)用

針對(duì)視頻聯(lián)網(wǎng)、車路協(xié)同、道路養(yǎng)護(hù)等方面的需求和痛點(diǎn)，依托5G網(wǎng)絡(luò)拉通路側(cè)、車端和平臺(tái)，由智慧高速平臺(tái)匯聚數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，打造5G視頻無(wú)線上云、5G伴隨式信息服務(wù)、5G路面檢測(cè)等多個(gè)應(yīng)用，為公眾提供輔助駕駛服務(wù)，為高速運(yùn)營(yíng)方提供智慧養(yǎng)護(hù)服務(wù)。

5G視頻無(wú)線上云。由于部分路段鏈路施工難、代價(jià)高，可通過(guò)前端攝像頭集成5G模組和視頻上云網(wǎng)關(guān)連接5G CPE等方式把無(wú)線視頻回傳至省級(jí)視頻云聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，同時(shí)移動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)的視頻業(yè)務(wù)可部署下沉UPF和MEC服務(wù)器，采用網(wǎng)絡(luò)切片方案保障各業(yè)務(wù)的QoS和業(yè)務(wù)的安全。

5G伴隨式信息服務(wù)。根據(jù)《合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)準(zhǔn)則，智慧高速云平臺(tái)車路協(xié)同子平臺(tái)通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)下發(fā)全量交通信息、環(huán)境信息、危險(xiǎn)預(yù)警信息、服務(wù)信息，以O(shè)BU、手機(jī)App、5G消息、智能網(wǎng)聯(lián)后視鏡等多種方式觸達(dá)公眾，提供全面的伴隨式出行服務(wù)，提高道路安全、運(yùn)行效率及服務(wù)體驗(yàn)。

5G施工區(qū)主動(dòng)安全預(yù)警。為了保障養(yǎng)護(hù)施工人員在作業(yè)時(shí)的生命安全，在路側(cè)部署移動(dòng)式感知系統(tǒng)、智慧錐桶和5G云廣播系統(tǒng)?；?G網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)式感知系統(tǒng)感知來(lái)車方向的車輛軌跡，并將路側(cè)感知數(shù)據(jù)和智慧錐桶位置實(shí)時(shí)上傳至平臺(tái)，平臺(tái)評(píng)估車輛碰撞現(xiàn)場(chǎng)人員的風(fēng)險(xiǎn)，并將危險(xiǎn)信息快速下發(fā)至5G云廣播系統(tǒng)，及時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)人員預(yù)警。

5G無(wú)人機(jī)巡檢。針對(duì)巡檢工作量大且效率低、條件惡劣且危險(xiǎn)、事故處理困難且耗時(shí)耗力等問(wèn)題，無(wú)人機(jī)巡檢可通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)和控制指令，業(yè)務(wù)服務(wù)器可提供視頻回傳、違章抓拍、事故定位、應(yīng)急救援等應(yīng)用。

5G路面檢測(cè)。通過(guò)后裝改造高速運(yùn)營(yíng)方的車輛，安裝高精度工業(yè)相機(jī)、三軸加速度傳感器、車載AI平臺(tái)和GNSS設(shè)備，打造輕量化道路檢測(cè)系統(tǒng)，以車輛巡檢方式檢測(cè)路面平整度及裂縫、坑槽等路面病害，并將數(shù)據(jù)通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)上傳至平臺(tái)分析處理，生成養(yǎng)護(hù)策略和方案。相較人工巡檢方式，5G路面巡檢可使道路綜合檢測(cè)效率提高3倍以上。

隨著5G、車路協(xié)同、人工智能等技術(shù)的發(fā)展和成熟，面向高速公路在“建、管、養(yǎng)、運(yùn)”等方面的數(shù)字化需求，基于5G的低時(shí)延、大帶寬能力，打造“3+1+1+N”的智慧高速系統(tǒng)，構(gòu)建“5G+智慧高速”新業(yè)態(tài)，將實(shí)現(xiàn)高速公路的“可視、可測(cè)、可控、可服務(wù)”，不僅能夠?yàn)楣娞峁{駛輔助服務(wù)，還能為高速運(yùn)營(yíng)方提供道路管理服務(wù)，保障出行公眾的生命安全，提升運(yùn)行效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，助力高速公路數(shù)字化轉(zhuǎn)型。