王冠文

5G技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用探討

王冠文

（廣西壇百高速公路有限公司，廣西 南寧 530000）

在現(xiàn)代通信技術(shù)快速發(fā)展的背景下，傳輸速率更高、傳輸更加穩(wěn)定的5G通信技術(shù)逐漸取得應(yīng)用，通過大規(guī)模的通信基站建設(shè)，在我國多個地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)了大范圍5G信號覆蓋。在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中，為了提高監(jiān)控視頻畫面?zhèn)鬏斝什⑻嵘齻鬏敺€(wěn)定性，可以采用5G通信技術(shù)，將其與監(jiān)控系統(tǒng)的通信模塊進行融合，從而能夠有效提高監(jiān)控系統(tǒng)運行效率。因此，文章將對5G技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用方面進行深入地演技與分析，結(jié)合實踐經(jīng)驗總結(jié)一些優(yōu)化措施，以期能夠為相關(guān)人員提供參考。

5G通信技術(shù)；高速公路；監(jiān)控系統(tǒng)；具體應(yīng)用；優(yōu)化措施

引言

5G技術(shù)作為最新一代通信技術(shù)，相比于4G通信技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率實現(xiàn)飛速提升，從而在現(xiàn)代生產(chǎn)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。高速公路的監(jiān)控系統(tǒng)對于信息傳輸速率要求較高，且需要具有良好的穩(wěn)定性，能夠?qū)崟r將監(jiān)控畫面?zhèn)鬏數(shù)娇刂浦行?，以便于實現(xiàn)對高速公路運行的全過程監(jiān)控，在此背景下5G通信技術(shù)逐漸取得應(yīng)用，在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用效果，已經(jīng)成為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術(shù)，所以需要準確掌握技術(shù)關(guān)鍵應(yīng)用要點，以此推動系統(tǒng)運行質(zhì)量提高。

1 5G通信技術(shù)概述

“5G（5th GenerationMobile Networks）通信技術(shù)”是對傳統(tǒng)通信技術(shù)的全面升級與創(chuàng)新，使得通信傳輸效率以及性能得到大幅度提升。5G通信技術(shù)具有傳輸速率快、延遲較低、系統(tǒng)容量較高以及能夠與大規(guī)模設(shè)備連接等多項顯著的技術(shù)優(yōu)勢。5G通信技術(shù)能夠全面提高數(shù)據(jù)傳輸速率，使得數(shù)據(jù)上傳與下載速度得到大幅度提升，從而使5G通信技術(shù)在多個方面的性能都得到了很大的提升[1]。5G通信技術(shù)以多點傳輸方式為基礎(chǔ)，區(qū)別于傳統(tǒng)的單一傳輸方式，5G通信技術(shù)理論上最大傳輸速度可以達到10 Gbps/s。5G通信技術(shù)已經(jīng)成為世界各國在通信技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)力點，為了能夠掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，需要加強5G技術(shù)研發(fā)投入，我國當前正在積極推動5G通信技術(shù)研究，將5G通信技術(shù)應(yīng)用在各個領(lǐng)域中，能夠有效提升我國通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，通過對核心技術(shù)以及應(yīng)用方式的創(chuàng)新，有利于全面提高我國在通信領(lǐng)域的核心競爭力[2]。將5G通信技術(shù)應(yīng)用在高速公路的監(jiān)控系統(tǒng)中，能夠充分發(fā)揮出5G通信技術(shù)的優(yōu)勢，使得監(jiān)控畫面能夠穩(wěn)定、快速地傳輸?shù)娇刂浦行闹?，管理人員能夠根據(jù)實時監(jiān)控關(guān)鍵實現(xiàn)對高速公路的管理。5G通信技術(shù)中的多項核心技術(shù)，能夠滿足高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的運行需求，已經(jīng)成為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，為此需要結(jié)合5G通信技術(shù)的基本特點，采用相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用方式，實現(xiàn)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的5G通信技術(shù)全面覆蓋。

2 5G通信技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢分析

在高速公路工程的機電項目中，監(jiān)控機電系統(tǒng)具有重要的作用，主要負責對道路過往車輛的實時監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)中主要包含采集模塊、處理模塊以及發(fā)布模塊，同時監(jiān)控系統(tǒng)能夠完成對氣象的監(jiān)控，還能夠?qū)崿F(xiàn)對過往車輛的監(jiān)測以及環(huán)境數(shù)據(jù)收集等，為監(jiān)控機電體系的主要硬件構(gòu)成；在處理模塊中，能夠?qū)崿F(xiàn)通信功能、計算機處理功能等；發(fā)布模塊中具有無線廣播功能以及實施信息播報功能。上述三個模塊構(gòu)成了完整的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，在高速公路安全性保障方面發(fā)揮著重要的作用。但是傳統(tǒng)的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控獲取的畫面?zhèn)鬏斔俾瘦^慢，管理人員無法獲取監(jiān)控系統(tǒng)的實時傳輸畫面，且監(jiān)控系統(tǒng)的通信模塊缺乏穩(wěn)定性，導致監(jiān)控系統(tǒng)的實際功能無法充分發(fā)揮。在此背景下，5G通信技術(shù)開始在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中取得應(yīng)用，其具體應(yīng)用優(yōu)勢包括如下內(nèi)容。

（1）提高監(jiān)控畫面?zhèn)鬏斔俾?。在高速公路中，監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是獲取高速公路的運行狀態(tài)畫面，包括過往車輛等，監(jiān)控畫面能夠?qū)崟r傳輸?shù)娇刂浦行?，能夠直接影響監(jiān)控系統(tǒng)功能發(fā)揮。5G通信技術(shù)能夠有效提升信息傳輸效率，從而能夠?qū)⒈O(jiān)控系統(tǒng)獲得的畫面、圖像等實時傳輸?shù)娇刂浦行膬?nèi)，以此滿足管理人員對監(jiān)控畫面的分析，在保障高速公路運行安全、加強高速公路車輛運行監(jiān)督等方面具有重要的作用，是5G通信技術(shù)具有的直觀優(yōu)勢，使其在監(jiān)控系統(tǒng)中能夠得以充分發(fā)揮。

（2）提升監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。在傳統(tǒng)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中，由于缺乏先進的通信技術(shù)，導致監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定性不足，經(jīng)常會發(fā)生系統(tǒng)崩潰等問題，從而導致監(jiān)控系統(tǒng)的圖像無法及時傳輸，還容易導致畫面?zhèn)鬏斨袛?，無法保障監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。而通過采用5G通信技術(shù)，能夠有效保障監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，確保監(jiān)控系統(tǒng)運行效率提高，滿足對高速公路運行管理的需求，是5G通信技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中的主要應(yīng)用優(yōu)勢。

（3）優(yōu)化監(jiān)控畫面的分析。在高速公路管理中，需要通過對監(jiān)控畫面的分析，獲取相應(yīng)的信息，通過采用5G通信技術(shù)，能夠有效優(yōu)化監(jiān)控畫面分析模式，5G通信技術(shù)能夠?qū)崟r畫面?zhèn)鬏數(shù)焦芾碇行膬?nèi)，以便于管理人員對畫面中的信息技術(shù)分析，從而能夠提高對高速公路的管理效率與質(zhì)量，全面發(fā)揮5G通信技術(shù)的優(yōu)勢。

3 5G通信技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的核心技術(shù)應(yīng)用分析

5G通信技術(shù)中包含多項核心技術(shù)，比如網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)、邊緣技術(shù)以及其他多項技術(shù)等，不同的技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中具有不同的應(yīng)用要點，所以需要結(jié)合技術(shù)具體內(nèi)容，將其準確地應(yīng)用在監(jiān)控系統(tǒng)中，確保能夠發(fā)揮技術(shù)實際作用，為完善監(jiān)控系統(tǒng)提供支持。

3.1 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

監(jiān)控系統(tǒng)是高速公路運行管理的重要保證技術(shù)，整個系統(tǒng)需要進行嚴格的內(nèi)外隔離，從而保障監(jiān)控系統(tǒng)運行安全性。5G通信技術(shù)的端到端網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)與專用網(wǎng)絡(luò)相同等級的安全性和隔離性，通過采用5G通信切片技術(shù)，能夠構(gòu)建一個自主虛擬的移動網(wǎng)絡(luò)，只有經(jīng)過授權(quán)的設(shè)備才能夠進入切片中，在切片中進行網(wǎng)絡(luò)通信，沒有得到授權(quán)的用戶不能使用該網(wǎng)絡(luò)切片；可以通過端到端的NFV和軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，完成動態(tài)化靈活網(wǎng)絡(luò)資源分配任務(wù)，從而滿足當高速公路出現(xiàn)突發(fā)事件后的網(wǎng)絡(luò)資源增加，比如節(jié)假日等特殊時間增加視頻監(jiān)控密度等方式。5G通信技術(shù)相比于光纖專網(wǎng)等技術(shù)，能夠提高監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)彈性，使得監(jiān)控系統(tǒng)具有更高的敏捷性，能夠快速完成業(yè)務(wù)部署工作。

3.2 邊緣技術(shù)

想要實現(xiàn)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的視頻畫面高清晰度建設(shè)目標，則需要提升計算能力，客戶高清監(jiān)控視頻畫面在轉(zhuǎn)發(fā)以及存儲方面存在的問題；在攝像頭連續(xù)采集高速公路的高清畫面時，需要對攝像頭進行智能管控，從而實現(xiàn)快速實時轉(zhuǎn)發(fā)與處理，通過采用5G通信技術(shù)的承載網(wǎng)絡(luò)邊緣部署變化計算技術(shù)，能夠?qū)⒁曨l畫面處理業(yè)務(wù)應(yīng)用在用戶端中，能夠通過5G通信基站中的攝像頭獲取信息實現(xiàn)本次存儲，從而能夠降低視頻數(shù)據(jù)傳輸延遲。此外，通過采用5G通信的邊緣計算平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)攝像頭的個性化策略管控，利用采集的參數(shù)數(shù)據(jù)實現(xiàn)對監(jiān)控視頻畫面的動態(tài)調(diào)整。

通過采用5G通信技術(shù)與邊緣計算技術(shù)的融合，高速公路視頻監(jiān)控的業(yè)務(wù)流則不需要經(jīng)過運營商核心網(wǎng)，能夠通過邊緣計算平臺直接分流到本地網(wǎng)絡(luò)中，能夠保證監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)私有化，提高監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性；本地業(yè)務(wù)分流能夠降低回傳帶寬消耗和業(yè)務(wù)訪問延遲，使得業(yè)務(wù)體驗得到提升。最為重要的是，利用5G通信技術(shù)與邊緣計算技術(shù)，能夠構(gòu)建用戶端的云管理平臺，使得監(jiān)控系統(tǒng)的其他延時敏感類業(yè)務(wù)能夠應(yīng)用在邊緣計算模式中，構(gòu)建功能完善的用戶端信息計算系統(tǒng)，以此適應(yīng)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，能夠有效提高監(jiān)控系統(tǒng)運行效率，是5G通信技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用的核心技術(shù)。

3.3 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在當前5G通信技術(shù)中的重要組成部分，能夠?qū)Ω咚俟繁O(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)進行全面優(yōu)化，從而解決高速公路監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息量快速增長引起的難題。因為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的信息量不斷增大，且移動數(shù)據(jù)流量近些年來增長速度較快，半徑參數(shù)降低、低功率節(jié)點數(shù)量有所提升，所以傳統(tǒng)的超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)不能滿足信息傳輸需要。超緊密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠滿足高速公路監(jiān)控系統(tǒng)所需，通過超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠解決不規(guī)則形狀網(wǎng)、邊界數(shù)量等問題，從而能夠提高高速公路監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性，對于高速公路監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)具有重要作用，將其應(yīng)用在監(jiān)控系統(tǒng)中，能夠全面提升監(jiān)控信息傳輸效率，且需要的設(shè)備及基礎(chǔ)設(shè)施投資較少，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益，為此需要掌握超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用方式[3]。

3.4 大規(guī)模天線陣列技術(shù)

在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中，為了解決系統(tǒng)容量不足、傳輸網(wǎng)絡(luò)安全性及可靠性存在的問題，采用大規(guī)模天線陣列技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果。多輸入多輸出技術(shù)能夠增強系統(tǒng)頻率和傳輸速度，同時提高高速公路監(jiān)控系統(tǒng)容量，進而使監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃缘玫教嵘?，大?guī)模天線陣列技術(shù)可以在規(guī)定的情況下拓寬信息輸送的渠道，從而提高高速公路監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸?shù)娜萘浚⒏咚俟繁O(jiān)控系統(tǒng)信息的分辨率進行提升，從而完成對大量信息在相同時間內(nèi)進行高效、穩(wěn)定的傳輸，還可以在同一個頻率內(nèi)對不同的信息接收對象提供支持，并降低高速公路監(jiān)控系統(tǒng)信息傳遞過程中所受到的影響，使傳輸效率大幅度提升，對于高速公路監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)而言具有重要作用[4]。

4 5G通信技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用分析

將5G通信技術(shù)應(yīng)用于高速公路的監(jiān)控系統(tǒng)中，能夠全面提升監(jiān)控系統(tǒng)運行效率，從而提高高速公路管理工作質(zhì)量。5G通信技術(shù)已經(jīng)成為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的核心技術(shù)，使得通信效率得到很大提升，能夠解決現(xiàn)有系統(tǒng)中存在的多項問題，使得監(jiān)控系統(tǒng)的功能與作用全面發(fā)揮。結(jié)合相關(guān)實踐應(yīng)用經(jīng)驗來看，當前5G通信技術(shù)主要應(yīng)用在監(jiān)控系統(tǒng)的如下方面。

4.1 在高速公路運行監(jiān)控中的應(yīng)用

高速公路中車輛行駛速度較高，容易出現(xiàn)危險事故，所以需要完善的監(jiān)控系統(tǒng)，將高速公路信息實時傳遞到地面指揮中心中。通過采用5G技術(shù)搭建遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能夠保證視頻畫面實時傳輸?shù)娇刂浦行牡娘@示區(qū)域，管理人員則能夠?qū)崿F(xiàn)對高速公路運行的實時監(jiān)控，從而為現(xiàn)場管理人員的管理工作提供指導，同時還能夠及時發(fā)現(xiàn)高速公路運行存在的危險問題，保障車輛運行安全性。5G技術(shù)具有較高的信息傳輸速率，能夠滿足高速公路信息傳輸?shù)降孛婵刂浦行牡男枨?，相比于傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)而言，5G技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸更加穩(wěn)定，傳輸速度也有很大提升，同時能夠節(jié)省相關(guān)設(shè)備的建設(shè)投入，能夠降低煤礦高速公路監(jiān)控建設(shè)成本投入，通過高效化的信息傳遞，能夠有效提升高速公路監(jiān)控系統(tǒng)運行質(zhì)量。5G通信技術(shù)的高效傳輸優(yōu)勢，能夠全面提高高速公路監(jiān)控系統(tǒng)運行效率，實現(xiàn)對高速公路運行全過程的監(jiān)管，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程化的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)信息高效化傳輸，為高速公路管理提供堅實的技術(shù)保障[5]。

4.2 在高速公路監(jiān)控設(shè)備檢修中的應(yīng)用

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)需要采用大量的機械設(shè)備以及電力設(shè)備，在傳統(tǒng)的管理模式下，高速公路監(jiān)控設(shè)備運行是否正常，需要工作人員在現(xiàn)場進行測試，存在一定危險性，且檢修效率較慢。但是在應(yīng)用5G通信技術(shù)后，通過采用巡線機器人能夠?qū)崿F(xiàn)對高速公路監(jiān)控設(shè)備的檢測，從而減少工作人員的勞作強度。高速公路監(jiān)控設(shè)備檢修，對于高速公路監(jiān)控系統(tǒng)效率和安全性具有重要作用，而通過采用5G通信技術(shù)構(gòu)建巡檢系統(tǒng)，利用巡檢自動化運行模式，能夠完成對大部分高速公路監(jiān)控設(shè)備的檢修，從而能夠提高檢修工作效率。5G通信技術(shù)的多項優(yōu)勢，能夠為監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備檢修提供良好的便利性，使得監(jiān)控系統(tǒng)能夠保持安全運行狀態(tài)，且用于高速公路沿線較長，監(jiān)控設(shè)備較多，傳統(tǒng)的檢修模式中無法第一時間發(fā)現(xiàn)設(shè)備或線路存在故障，而通過采用5G通信技術(shù)，能夠有效提高檢修效率，準確識別故障及發(fā)生位置，從而保障高速公路監(jiān)控系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

4.3 在保障監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性中的應(yīng)用

因為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)所面臨的環(huán)境較為復雜，在監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中，安裝在高速公路沿線的通信線路會發(fā)生一定的故障問題，此時需要迅速對網(wǎng)絡(luò)故障進行排查，如果采用傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無法準確定位故障發(fā)生的具體位置，需要對每一條線路進行排查，從而會嚴重影響監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在復雜的通信環(huán)境中，會增加很大的工作量，而采用5G通信技術(shù)構(gòu)建智能化監(jiān)控系統(tǒng)后，當發(fā)生監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)故障問題，只需要對沿線下的5G通信基站進行檢測，即可快速、準確判斷通信網(wǎng)絡(luò)故障的具體發(fā)生位置，從而能夠提高故障檢測效率，是促進高速公路監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用穩(wěn)定性的重要方式，能夠降低通信網(wǎng)絡(luò)故障維護管理人員的檢修工作量，同時提高故障檢修工作準確性，確保監(jiān)控系統(tǒng)能夠保持平穩(wěn)運行，是5G通信技術(shù)具有的重要優(yōu)勢。

4.4 在遠程監(jiān)控中的應(yīng)用

首先，在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，通過5G通信技術(shù)能夠?qū)嬅孢M行實時傳輸，能夠自動將報警信號傳遞到高速公路遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，管理人員能夠根據(jù)該信號實現(xiàn)對故障發(fā)生位置的定位，從而提高管理效率，且高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的歷史故障與維修記錄會自動傳遞到系統(tǒng)后臺，方便管理人員分析高速公路監(jiān)控系統(tǒng)故障發(fā)生原因，從而為高速公路提供更加完善的管理服務(wù)。其次，高速公路遠程監(jiān)控的管理系統(tǒng)具有良好的保障作用，各部分功能之間配合緊密，通過遠程監(jiān)控設(shè)備與5G通信技術(shù)的結(jié)合，能夠使高速公路運行信息實時地傳遞到系統(tǒng)后臺，從而提高高速公路監(jiān)控系統(tǒng)運行效率，將監(jiān)控系統(tǒng)的功能全面發(fā)揮。遠程監(jiān)控是當前高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的重要需求，而5G通信技術(shù)能夠有效滿足該需求，能夠為遠程監(jiān)控工作提供更加完善的服務(wù)，所以必須做好5G通信技術(shù)支持工作，確保高速公路監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程化管理。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文簡要闡述了5G通信技術(shù)的基本內(nèi)涵，并對其在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢進行分析，同時提出了5G通信技術(shù)中多項核心技術(shù)的應(yīng)用要點，最后總結(jié)了5G通信技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中的多項具體應(yīng)用方式，希望能夠?qū)ξ覈咚俟繁O(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)起到一定的借鑒和幫助作用，從而不斷提高監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。

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Discussion on the Application of 5G Technology in Expressway Monitoring System

Under the background of the rapid development of modern communication technology, 5G communication technology with higher transmission rate and more stable transmission has been gradually applied. Through the construction of large-scale communication base station, a large range of 5G signal coverage has been achieved in many areas of China. In the expressway monitoring system, in order to improve the transmission efficiency of surveillance video and improve transmission stability, 5G communication technology can be adopted to integrate it with the communication module of the monitoring system, so as to effectively improve the operation efficiency of the monitoring system. Therefore, this paper will conduct in-depth performance and analysis of 5G technology in the application of highway monitoring system, and summarize some optimization measures based on practical experience, in order to provide reference for relevant personnel.

5G communication technology; expressway; monitoring system; specific application; optimization measures

TN919

A

1008-1151(2022)10-0001-03

2022-08-05

王冠文（1984－），男，廣東吳川人，廣西壇百高速公路有限公司工程師，研究方向為高速公路機電管養(yǎng)。