交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全監(jiān)測(cè)，NB-IoT的新的廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景

交通基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)測(cè)應(yīng)該是NB-IoT的一個(gè)新的廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，從交通管理的需求來(lái)看，交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全監(jiān)測(cè)是智慧交通全面“可測(cè)”的必然要求，也是交通運(yùn)輸高質(zhì)量發(fā)展的必然要求;從產(chǎn)業(yè)界來(lái)看，顯然這是一片藍(lán)海，是未開發(fā)的處女地，是NB-IoT產(chǎn)業(yè)規(guī)模化的新戰(zhàn)場(chǎng)、新增長(zhǎng)極，從供需雙方來(lái)看有需求，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)是可行的，因此，我們有理由為此充滿信心和期待。

一、低功耗廣域網(wǎng)(Low Power Wide Area Network，LPWAN)初認(rèn)識(shí)

LPWAN的出現(xiàn)補(bǔ)齊了物聯(lián)網(wǎng)萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代連接需求的通信層短板。該網(wǎng)絡(luò)及其連接的設(shè)備具有以下的特點(diǎn)：

1、超低功耗

設(shè)備與網(wǎng)路進(jìn)行通信連接時(shí)，由于傳輸數(shù)量少、頻次低、平時(shí)設(shè)備處于睡眠狀態(tài)等，對(duì)設(shè)備電池電量消耗低，確保電池可以持續(xù)供電10年以上，滿足長(zhǎng)期免維護(hù)需要。比如城市智能水表，一般只有在月底進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表時(shí)才喚醒，其一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)只有數(shù)KB，具有數(shù)據(jù)小、頻次低的特征。

2、廣覆蓋深覆蓋

對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求，單基站的連接覆蓋范圍可以達(dá)到十幾公里，通過增強(qiáng)覆蓋，在惡劣環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)較好的信號(hào)穿透，信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)上天入地，基本可以消滅信號(hào)覆蓋盲區(qū)的問題。

3、超大連接能力

單個(gè)基站的設(shè)備連接能力達(dá)到數(shù)萬(wàn)甚至十萬(wàn)個(gè)，相比于傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，連接能力得到大幅提升，可以有效支撐萬(wàn)物互聯(lián)的需求。

4、低成本低帶寬

一方面是終端設(shè)備芯片的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，使內(nèi)置基于LPWAN標(biāo)準(zhǔn)通信模塊的設(shè)備整體成本降低，另一方面是數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧可?、頻次低帶來(lái)的應(yīng)用方支付給網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的流量費(fèi)(連接費(fèi))用低，如中國(guó)電信推出的全球首個(gè)NB-IoT套餐8年的連接費(fèi)用才僅僅105元，年均10幾元的設(shè)備連接費(fèi)僅相當(dāng)于現(xiàn)在動(dòng)輒每年數(shù)百元的4G流量費(fèi)的零頭。

應(yīng)該說(shuō)低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(LPWAN)使“萬(wàn)物互聯(lián)”的愿景成為可能。

LPWAN的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)是否基于授權(quán)使用無(wú)線電頻譜，可以分為授權(quán)頻譜和非授權(quán)頻譜兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其中授權(quán)頻譜標(biāo)準(zhǔn)著名的有3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織主導(dǎo)的NB-IoT和eMTC標(biāo)準(zhǔn)等，非授權(quán)頻譜知名的有LoRa、Sigfox標(biāo)準(zhǔn)等。

二、聚焦窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)

在諸多LPWAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，NB-IoT在我國(guó)能夠脫穎而出，甚至一馬當(dāng)先，主要基于以下的原因。

1、國(guó)家政策的大力支持

2017年6月16日，工信部下發(fā)《全面推進(jìn)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)建設(shè)發(fā)展的通知》，明確以14條舉措全面推進(jìn)NB-IoT建設(shè)發(fā)展，到2020年建設(shè)150萬(wàn)NB-IoT基站、發(fā)展超過6億的NB-IoT連接總數(shù)。通知明確建設(shè)廣覆蓋、大連接、低功耗移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)基礎(chǔ)設(shè)施、發(fā)展基于NB-IoT技術(shù)的應(yīng)用，有助于推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)和制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)、促進(jìn)“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”和“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展。這說(shuō)明NB-IoT已經(jīng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略布局層面，必將引領(lǐng)NB-IoT產(chǎn)業(yè)進(jìn)入全面發(fā)展的快車道。

2、三大運(yùn)營(yíng)商的積極布局

首先，中國(guó)電信已經(jīng)完成NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署，全網(wǎng)31萬(wàn)個(gè)基站實(shí)現(xiàn)同步升級(jí)，建成了全球最大的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，在落地方面，中國(guó)電信經(jīng)過對(duì)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的聯(lián)動(dòng)優(yōu)化，大大提高了智慧城市中水、電、氣等抄表的上報(bào)成功率，降低了上報(bào)過程中的低時(shí)延等問題。

其次，中國(guó)聯(lián)通在去年第三季度完成了NB-IoT核心網(wǎng)建設(shè)。到今年5月，NB-IoT基站規(guī)模超過30萬(wàn)個(gè)，基本可以做到全國(guó)覆蓋，這是繼中國(guó)電信之后第二張覆蓋全國(guó)的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。去年6月，中國(guó)聯(lián)通發(fā)布了物聯(lián)網(wǎng)新一代連接管理平臺(tái)，目前該平臺(tái)已經(jīng)超過了8000萬(wàn)的連接、近兩萬(wàn)的行業(yè)客戶，其中每月新增連接數(shù)在300-400萬(wàn)左右，已經(jīng)成為全球最大的單一連接管理平臺(tái)，預(yù)計(jì)到今年底，中國(guó)聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將突破1.3億個(gè)。

再次，中國(guó)移動(dòng)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)在2017年已開通346個(gè)城市，實(shí)現(xiàn)端到端規(guī)模商用。預(yù)計(jì)2018年，中國(guó)移動(dòng)的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)將連續(xù)覆蓋擴(kuò)至全國(guó)縣市城區(qū)。

3、主流通信商的主導(dǎo)

首先，NB-IoT是由3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織來(lái)推動(dòng)完成的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其次，參與NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)制定的均是世界主流的通信商如華為、沃達(dá)豐、高通、愛立信、諾基亞、中興等。NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)就是在華為、沃達(dá)豐、高通主導(dǎo)的NB-CIoT技術(shù)方案和愛立信、諾基亞、中興主導(dǎo)的NB-LTE技術(shù)方案相互融合的基礎(chǔ)上，由3GPP組織最終敲定，可以說(shuō)，NB-IoT目前是低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最主流的技術(shù)之一。

4、產(chǎn)業(yè)界的傾情投入

2017年工信部的《通知》印發(fā)后，中國(guó)窄帶物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方興未艾，中國(guó)NB-IoT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立，匯聚NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈芯片、模組、設(shè)備、平臺(tái)、運(yùn)營(yíng)商等多方力量，共建NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)，共同構(gòu)筑成熟的端到端產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)NB-IoT產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展及商用部署，孵化新型生態(tài)圈中的商業(yè)模式。一年多來(lái)，根據(jù)中國(guó)信通院2018年4月發(fā)布的《NB-IoT行業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》顯示，NB-IoT在智能家居、智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市中的智能路燈、停車場(chǎng)、公交站臺(tái)、水表、燃?xì)獗怼⑺畡?wù)檢測(cè)、氣體監(jiān)控、消防等領(lǐng)域都開展了廣泛的商用或試點(diǎn)，呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展勢(shì)頭。華為預(yù)測(cè)到2018年底在中國(guó)窄帶物聯(lián)網(wǎng)將有1.5億個(gè)連接，隨著中國(guó)市場(chǎng)的規(guī)模的不斷擴(kuò)大，將有助于降低NB-IoT設(shè)備和服務(wù)成本，形成一個(gè)長(zhǎng)期良性發(fā)展態(tài)勢(shì)。

三、交通基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)測(cè)的需求

交通運(yùn)輸部2017年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，截至2017年末，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到12.7萬(wàn)公里，全國(guó)公路總里程477.35萬(wàn)公里;年末全國(guó)四級(jí)及以上等級(jí)公路里程433.86萬(wàn)公里，二級(jí)及以上等級(jí)公路里程62.22萬(wàn)公里，高速公路里程13.65萬(wàn)公里。年末國(guó)道35.84萬(wàn)公里，省道33.38萬(wàn)公里。農(nóng)村公路里程400.93萬(wàn)公里，其中縣道55.07萬(wàn)公里，鄉(xiāng)道115.77萬(wàn)公里，村道230.08萬(wàn)公里。年末全國(guó)公路橋梁83.25萬(wàn)座、5225.62萬(wàn)米，其中特大橋梁4646座、826.72萬(wàn)米，大橋91777座、2424.37萬(wàn)米。全國(guó)公路隧道16229處、1528.51萬(wàn)米，其中特長(zhǎng)隧道902處、401.32萬(wàn)米，長(zhǎng)隧道3841處、659.93萬(wàn)米。

從統(tǒng)計(jì)的信息看，交通運(yùn)輸行業(yè)呈現(xiàn)出點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣的特征，同時(shí)又是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性行業(yè)，很多交通基礎(chǔ)設(shè)施都是穿山而建、遇水而架，地理環(huán)境、地質(zhì)條件、地形地貌復(fù)雜，在洪水暴雨等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，極易出現(xiàn)護(hù)坡邊坡滑坡垮塌、路面路基下沉塌陷的險(xiǎn)情，一些公路路面長(zhǎng)期受超重超載車輛碾壓，超負(fù)荷運(yùn)行，造成路面過早損壞損毀。交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全問題一般都不是突然發(fā)生的，都有預(yù)先的征兆，是由小險(xiǎn)逐漸積累最后發(fā)生大險(xiǎn)，造成交通阻斷、路產(chǎn)損毀等經(jīng)濟(jì)損失。如果能夠做到對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過布設(shè)在路側(cè)、路基、橋梁、隧道等位置的傳感監(jiān)測(cè)設(shè)備及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患、及時(shí)預(yù)警、及時(shí)處置，做到未雨綢繆，防患于未然，就可以有效防范滑坡垮塌、下沉塌陷等險(xiǎn)情的發(fā)生，確保在交通基礎(chǔ)設(shè)施安全的基礎(chǔ)上，保障整個(gè)交通運(yùn)輸過程的人暢其行、貨暢其流。

但目前的狀況顯然并不容樂觀，對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施安全狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，除了在機(jī)電設(shè)施條件比較完善的高速公路、重要橋梁、長(zhǎng)大隧道外，絕大多數(shù)設(shè)施還不能實(shí)現(xiàn)傳感設(shè)備的全面部署，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而是僅僅靠養(yǎng)護(hù)部門的日常巡檢發(fā)現(xiàn)隱患問題，這樣必然是效率低下，而且一些隱性的隱患并不容易被發(fā)覺。只所以不能大量布設(shè)傳感設(shè)備對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一個(gè)重要原因是成本太高，一是設(shè)備成本高，二是布設(shè)成本高，三是運(yùn)維成本高，尤其是在普通國(guó)省干道、縣鄉(xiāng)村道，既不具備供電條件，也不具備網(wǎng)絡(luò)條件(用移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)流量費(fèi)太貴，信號(hào)覆蓋盲區(qū))，更是難上加難。

四、NB-IoT在交通基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)測(cè)的應(yīng)用設(shè)想

在2017年通信展上，進(jìn)行了NB-IoT應(yīng)用于山體滑坡監(jiān)測(cè)及預(yù)警演示，一旦遇到地質(zhì)災(zāi)害，多個(gè)內(nèi)置NB-IoT通信模塊的傳感器監(jiān)測(cè)山體異常情況，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)數(shù)據(jù)上傳，通過小區(qū)廣播實(shí)時(shí)對(duì)災(zāi)區(qū)附近用戶進(jìn)行信息預(yù)警，并遠(yuǎn)程告知政府、氣象、公安等行業(yè)主管部門。關(guān)于NB-IoT+北斗對(duì)山體狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的相關(guān)應(yīng)用的可行性也在業(yè)界進(jìn)行了探討。

受此啟發(fā)，筆者認(rèn)為將NB-IoT技術(shù)應(yīng)用到交通基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)測(cè)中，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)應(yīng)該是可行的?；贜B-IoT通信模塊的傳感設(shè)備成本低、布設(shè)易、長(zhǎng)期免維護(hù)，NB-IoT基站覆蓋能力強(qiáng)，連接不受地理?xiàng)l件限制，連接容量大，能夠滿足密集布設(shè)傳感設(shè)備的要求，依托運(yùn)營(yíng)商的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，連接費(fèi)用低廉。因此，可以在道路路基邊坡、橋梁隧道等交通基礎(chǔ)設(shè)施中大量布設(shè)內(nèi)置NB-IoT通信模塊的傳感設(shè)備，對(duì)其形變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，傳感設(shè)備一旦監(jiān)測(cè)到這些交通基礎(chǔ)實(shí)施的安全狀態(tài)達(dá)到預(yù)警值，馬上觸發(fā)傳感器向監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)發(fā)出預(yù)警，然后采取相應(yīng)的處置措施。

目前，產(chǎn)業(yè)界對(duì)NB-IoT雖然熱情高漲，但在應(yīng)用場(chǎng)景的落地方面還是太局限，大多聚焦在智能水表氣表、智能路燈、智能垃圾桶、智能煙感器等。交通基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)測(cè)應(yīng)該是NB-IoT的一個(gè)新的廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，從交通管理的需求來(lái)看，交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全監(jiān)測(cè)是智慧交通全面“可測(cè)”的必然要求，也是交通運(yùn)輸高質(zhì)量發(fā)展的必然要求;從產(chǎn)業(yè)界來(lái)看，顯然這是一片藍(lán)海，是未開發(fā)的處女地，是NB-IoT產(chǎn)業(yè)規(guī)?；男聭?zhàn)場(chǎng)、新增長(zhǎng)極，從供需雙方來(lái)看有需求，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)是可行的，因此，我們有理由為此充滿信心和期待。