第二节　基础设施数字化：夯实地基承载力

基础设施数字化是进行交通行业数字化转型的牢固根基，只有将交通行业中的基础设施进行数字化，再对其统一进行数据联接、管理与更新，才能为业务流程数字化提供纵深发展的基础，最终实现综合大交通的美好愿景。

国家高度重视基础设施数字化，这一点在相关政策中得到了体现。2019年，交通运输部正式印发的《数字交通发展规划纲要》提出：到2025年，交通运输基础设施和运载装备全要素、全周期的数字化升级迈出新步伐，数字化采集体系和网络化传输体系基本集成；到2035年，交通基础设施完成全要素、全周期数字化，天地一体的交通控制网基本形成，按需获取的即时出行服务广泛应用。

如何实现交通基础设施数字化呢？

基础设施数字化意味着交通行业内的人、货、车等可以通过“数字”语言“说话”，让不同物体实现交流。为达成此目的，华为认为，交通的基础设施数字化主要通过感知层面和联接层面来实现，技术上主要依赖于高分辨率视频（HDV）和分析、5G、光传送网（OTN）等。

首先是感知层面，从人的角度来说，感知是人的意识对外界信息的察觉、感觉、知觉等一系列过程，人们可以通过此过程，知道事物的具体形状或运动状态。交通基础设施数字化中的感知，是建立在全要素、全周期的数据采集体系基础上的，由基础设施采集完成。

例如，在桥隧边坡场景中，当基础设施数字化还未正式实行数字化时，年久的桥隧边坡很容易发生滑坡事件，造成人员伤亡。一旦该环节实现数字化，如人们将其在三维仿真模型中建造出来后，每一个细节都成为一个对象，就可以直观发现需要改进的地方。同时，还可以通过在桥隧边坡上安装位移传感器的方式，赋予基础设施感知能力，一旦有出现滑坡现象的征兆，传感器就会发出预警。

其次是联接层面，即通过网络联接已经数字化的设施设备，实现数据交互，让能够“开口说话”的基础设施产生交流，进一步增强智能网联、精准管控、协同服务的能力。例如，在城市交通中，联接可动态管控道路的设施，可以为车辆提供个性化的信息服务。

基础设施通过HDV和分析、5G、OTN等技术的数字化赋能，能在很大程度上解决“哑巴设施”与“数据烟囱”的问题。例如，在机场实现全景可视化后，就实现了基础设施“说话”和数据汇聚融合的目标。最初，机场只能依靠人工在塔台上，来观察整个机场的飞机运行情况；后来，摄像头的出现减少了人工的工作量，但摄像头的布局较为零散，同时也存在一些硬件问题，如由于清晰度不够，无法传输精准数据，所以很多时候还得依靠工作人员去塔台观察；在实现全景可视化后，通过在机场内布局架设捕获飞机运行动态的摄像头，然后采用软拼接技术，就能将各摄像头捕获的视频内容拼接在同一个视频画面里。经过基础设施数字化赋能，工作人员可以在视频界面中看见航班的所属航空公司、所载乘客等基础信息，实现了虚实结合。

基础设施数字化，为交通行业实现数字化转型提供了稳健有效的数据，让传统的基础设施的状态呈现在数字世界，实现了万物的感知与联接，实现了物的数字化，为综合大交通的实现打下坚实的基础。

案例：高速公路ETC自由流

中国拥有世界上最庞大的高速公路网。尽管高速公路的运行有效缩短了城市之间的交通时间，为实现小时内或数小时内的交通圈提供了有力保障，让人们的出行更为便捷，但依旧存在不少问题，高速公路收费环节作业低效就是其中之一。过去，我国大多数收费站采用传统人工收费的方式，车主缴纳通行费往往需要等待较长时间，以致大量车辆堵在收费站处，降低了道路的通行能力。车辆的停靠也会增加废气排放，造成环境污染，不利于构建低碳生活目标的实现。另外，人工管理存在徇私舞弊、侵占国家或司机财产的风险，不利于管控和治理。

因此，为提升车辆的流通能力，早在2004年，我国就已推动实施了省内联网收费，逐步取消各地省内的主线收费站。但省域间的路网依旧被省界收费站物理隔开，分省计费、收费。

随着全国高速路网建设速度加快，各省之间的高速公路收费站成为阻碍高效、安全、便捷收费的难题。基于此，2019年，国务院常务会议明确政策举措，要求在2019年底基本取消全国高速公路省界收费站。是年，交通运输部主导完成了全国取消省界收费站的项目。

为实现取消省界收费站、实现自由流收费的目标，就要对收费技术进行重构，对道路及车辆、收费站、ETC门架系统等进行基础设施数字化的改造。在政策推动下，截至2020年1月1日，全国487个高速公路省界收费站全部撤销，建设完成24588套基于ETC技术、视频AI及边缘计算技术形成的自有流门架系统，改造完成48211条ETC车道、11401套高速公路不停车称重检测系统。ETC推广发行了1.23亿户，累计用户达到2.04亿。据测算，在正常通行情况下，客车通过省界的平均时间由原来的15秒减少为2秒，货车通过省界的平均时间由原来的29秒减少为3秒，效果显著。[1]

高速公路通过基础设施数字化实现自由流收费，提高了车辆在收费站的通行效率，缓解了拥堵，节省了能耗，对形成一张统一的高速路网车流数字化网络有强大的促进作用。

案例：机场智慧助航灯

国际民航组织（ICAO）在2004年提出了A-SMGCS[2]概念。2019年4月，中国民用航空局（简称中国民航局）下发《关于推进A-SMGCS系统及配套设施设备建设应用工作的意见》，要求各机场、地区空管局等单位加快推进A-SMGCS系统建设，充分发挥A-SMGCS在提升机场运行安全、效率和效益方面的作用。

按照ICAO Doc-9830中的规定，A-SMGCS按功能可分为5个级别[3]。其中，IV级为自动引导，即中线灯完全由系统自动控制，实现自动的灯光滑行引导[4]。中国民航局明确提出，对于多跑道大型枢纽机场，在新建或改扩建时，建议助航灯都按照A-SMGCS IV级运行要求进行配置。

助航灯的动态特性决定了它对于通信线路有所要求。尤其A-SMGCS IV级灯光滑行引导需要精确控制单个灯具，对于单灯通信的可靠性要求更高。但业界一直在复用供电回路，使用窄带电力线载波通信 （Power Line Communication，PLC）方式进行单灯通信，没能取得良好的通信效果，主要原因有以下两点：

第一，窄带PLC的回路通信带宽只有1Kbps左右，时延在2秒以上。但按照ICAO要求，从控灯指令下发到灯具做出响应，延时应控制在500毫秒以内。

第二，载波信号需要穿过隔离变压器，变压器作为感性器件，会导致信号严重衰减；同时，隔离变压器的工作环境恶劣，易老化。老化后会导致通信效果变差，甚至不可用。

受限于窄带PLC的通信能力，业界未实现灯光滑行引导的广泛应用。在深入调研客户需求和当前业界厂商通信痛点问题之后，华为基于自身在通信方面的积累，针对不同的部署需求，创新地提出宽带PLC和无线两种单灯通信方案。

1.宽带PLC通信方案

宽带PLC通信方案采用专利设计，利用屏蔽线构建通信回路，减少信号因传输距离过长导致的衰减；改进后回路具备中继功能，结合华为海思PLC芯片能力，通过中继功能满足长距离传输要求；采用多个载波频段，并可根据线缆情况调节使用频段；单灯控制器与信号耦合模块分离设计，可根据现场需要按需安装，灵活度高，经济性好。

宽带PLC通信方案在实际部署时具备典型值小于等于200毫秒、最差值小于400毫秒的通信时延，完全满足标准要求，并且还为系统处理预留冗余量；同时具备百K级别的通信带宽，可满足一条助航灯光回路上同时有10架飞机滑行的极限需求。

2.无线通信方案

长期以来，业界一直没有找到合适的助航灯无线通信方案。原因主要有以下三点：一是机场助航灯数量众多，并且要求能够实时控制，对同时单基站在线用户数及覆盖范围有较高要求（否则飞行区内要建设众多基站），常见的微波、Wi-Fi、4G等无线方案都不能满足要求。二是无线控制器需要安装在带铁盖的密封铁质灯桶中，需要解决天线如何伸出灯桶进行通信的问题。三是在灯桶的日常运维中，可能会出现车辆碾压桶盖、割草机割到桶盖等情况，需要保证桶盖天线不会被损坏。

为实现无线方案的快速验证，华为基于5G，选用成熟的eLTE-U无线通信方案，与民航二所完成联合创新。测试证明，eLTE-U无线通信方案可以满足灯光滑行引导对单灯通信的要求。该方案操作性较强，且部署工作量低于宽带PLC通信方案。不过，eLTE-U无线模组存在工作温度不符合工业集成要求、基站容量不足等问题，导致eLTE-U无线通信方案无法进行商用。

5G时代的到来无疑为无线助航灯提供了解决方案。首先，5G网络广联接、低时延的特性完全契合助航灯的通信需求。其次，4G所不具备的网络切片又可充分保证助航灯通信业务的优先级和可靠性。再次，eLTE-U无线模组也借助5G达到了商用条件。华为推出的行业5G模组基于工业标准设计，在工作温度要求等方面完全满足产品集成的要求，可基于该模组进行5G通信方案的集成开发。

未来，在大规模部署中，宽带PLC和无线通信方案将组合使用，实现智慧助航灯。基于智慧助航灯的单灯精准控制能力，未来场面滑行控制，结合空地一体化的智能指挥调度，飞机的起降排序将更加科学高效。