面向智慧高速的5G消息擴散策略控制系統設計與實現

朱維紅,張 吉,奚加榮

(1.江蘇省交通工程建設局,江蘇 南京 210004;2.華設設計集團股份有限公司,江蘇 南京 210006)

0 引言

智慧高速公路是助力智慧交通、打造交通強國的支撐點,它也始終是業界內外的焦點。在“十四五”規劃中,智慧高速成為許多地方的重要建設內容。其建設的主要目標是安全、便捷、高效、綠色和經濟,通過多網融合,實現精準感知、精確分析、精細管理和精心服務能力。江蘇省五峰山未來高速、河北京雄高速等國內多條智慧高速公路已經完工并投入使用,智慧高速公路正在朝著高質量的發展,將迎來規模化、產業化的推進。當前,智慧高速建設正蓬勃發展,智慧高速建設的初衷是為了使路網管理更加便捷、用戶體驗更加完善。隨著人們對高速公路出行抱有更多的期待,也對高速公路出行所提供的服務提出了更高要求,如何通過信息化手段不斷增強出行者的服務體驗是交通行業的一個重要課題。在高速公路不斷發展建設過程中,如何有效地為出行用戶與駕乘人員提供實時、準確的出行信息服務,始終是智慧高速建設的重點內容,但是當前交通行業尚未形成快捷、有效的信息發布模式,采取的模式依舊存在一定的局限性?？勺冃畔⑶閳蟀迨苤朴诎惭b數量和位置,雖受眾范圍最廣,但其發布的信息時效性和準確性都有一定欠缺;廣播、網站、高德、百度等形式受開啟服務影響,其受眾范圍因個人偏好影響很大,均做不到全局,且其發布的信息都有一定的偏好,相對固定,做不到完整。而5G消息基于5G手機原生應用屬性與通信運營商龐大的用戶基數,能夠面向更多的用戶提供更加便捷的信息服務,如路況信息、出行資訊、旅游信息、氣象信息、服務區信息等均可通過5G消息進行播發,彌補了現有手段的不足。

2020年,三大運營商聯合發布了《5G消息白皮書》[1],旨在驅動產業合作伙伴共同推進5G消息服務能力的構建。5G消息帶來了技術與業務的躍變,將基礎通信業務產品形態、體驗全面升級,為傳統電信業務賦予互聯網業務的全新屬性,其富媒體能力支持文本、圖片、語音、視頻、位置等信息。5G消息基于GSMA RCS UP標準構建新生態,實現消息的多媒體化,通過引入MaaP技術實現行業消息的交互化[2],5G消息帶來全新的人機交互構建,在提升用戶體驗的同時,構建了全新的信息服務入口。在高速公路領域,通過5G消息可以實現伴隨式信息服務,提升信息到達率,是一種新型的信息發布手段。

1 高速公路信息發布系統的現狀

高速公路常見的信息發布手段包括交通廣播、喇叭、可變情報板、移動圖商App、手機智能、車路協同的車載等[3]。

交通廣播利用車載收音設備接收無線電信號,受眾廣、范圍大,但是精準性不足,觸達率也不高,僅適用于宏觀信息的群體性送達。

可變情報板可發布一些文字性信息,新型的可變情報板可播放彩色圖片或動畫,發布的內容一般常見的有交通路況信息、安全提醒信息、天氣信息、道路封閉和施工信息以及一些突發路況信息。但可變情報板為路側固定設施,受安裝布設點位的影響,信息僅可觸達可視范圍內的車輛,受眾面小,同時受高速公路車速、環境、駕駛人員對信息接收和理解差異等因素影響,信息觸達效果有限。

新型車載終端可以發布全部的動態和靜態信息,將這些信息以語音、圖片、文字等方式顯示,而且可以在整個出行的過程中起到重要的作用。但是,這款車載終端必須有一個完整的信息發布平臺作為支持,對技術的要求很高,并且安裝費用也很高。

移動終端(如圖商App等)可發布出行前和出行中的信息,主要用于路徑規劃。移動終端發布信息方式比較機動,但是發布量小、發布內容不足,且駕駛過程中操作移動終端有較大安全風險。同時圖商平臺與道路管理單位之間尚未實現廣泛的信息聯通,信息的時效性較難保證。

短信平臺可提供通用化及定制化的全天時交通信息服務,信息發布對象明確傳送可靠,并且提供個性化服務,缺點是提供的信息為文字且在駕駛過程中難以閱讀,信息實時性不易保障。

5G消息在智慧公路領域的運用,主要是以構建“伴隨式信息服務”為重點目標,充分利用大數據、新媒體渠道進行路網公眾信息服務,提升公眾出行服務等領域的智能化水平,嘗試將公路管理職能從“重管理”到“重服務”進行轉變。隨著5G技術的持續發展,該技術被廣泛應用于智慧高速中,通過協調高速公路中的人、車、路、環境等關鍵要素,保障高速公路的平穩運行。5G消息能夠根據出行用戶的實時位置實現個性化出行信息的精準下發,實現定制化的消息發送,并通過終端向用戶播報事件語音信息,解決了駕駛過程中的安全性問題。且最終目標不與現有主流信息發布手段沖突,能夠作為一種輔助手段快速、有效地對各類交通出行信息進行發布。智能手機幾乎人手一部,隨身攜帶,可第一時間接收到信息,預計未來5G智能手機的滲透率將會快速增大,因此在交通出行信息發布的過程中,5G消息作為其中的一種發布手段將起到越來越重要的作用。將5G技術運用于智慧高速,能夠充分發揮5G技術的優勢,為出行用戶帶來更高效、更安全、更經濟、更環保的出行體驗。

2 高速公路特大型跨江大橋信息發布需求分析

國內某高速公路特大型跨江大橋是以“高速+城際鐵路+一般公路”的形式建造的一座雙層橋面公鐵兩用橋。其主梁采用上下層布置,上層橋面布置雙向6車道高速公路,下層橋面上游側布置兩線城際鐵路、下游側布置4車道普通公路,如圖1所示。

圖1 高速公路特大型大橋 “三位一體”特點

項目位于長三角經濟較為發達的錫常泰地區,是區域內重要的過江設施,同時是揚子江城市群錫常泰組團城際快速出行通道,主要解決兩岸城市、周邊城鎮過江交通問題,并利用周邊路網與附近國道、省道及城市主干路實現交通功能的快速疏解。

針對本項目高速公路特大型大橋的特點,結合功能定位和周邊路網的需求,分析其高速公路信息發布需求主要包括以下幾方面。

(1)高效觸達。該特大型跨江大橋兼具城際和通道功能,在工作日早晚和節假日易出現突發性增長,引發交通擁堵和交通事故交通流量大,且貨車占比較高,易出現交通擁堵和交通事故,采用多種信息發布手段融合實現出行誘導服務,實現大流量下的安全、高效出行。

(2)精準誘導。該特大型跨江大橋上層高速公路路線長,下層橋面是半封閉式的,普通公路為雙向4車道,且無應急車道,主橋上一旦發生事故,對周邊路網交通影響大,需要結合事故等異常情況發生的位置,事件緊急程度、影響范圍等多重因素,制定精準信息發布策略,向本路段內、周邊路網等范圍內的車輛發送不同的信息內容。如警示離事件發生距離較近的車輛停車或是減速避讓,較遠處車輛通過其他道路繞行,從而實現精準的信息誘導。

因此,針對該特大型跨江大橋的信息發布需求,在現有可變情報板、廣播、車路協同終端等手段的基礎上,5G消息可以作為有效的信息發送手段,利用5G消息的富媒體和位置精準性識別的特點,實現基于位置的伴隨式信息服務。通過創新手段實現對跨江大橋及周邊道路狀況全面、實時、準確的感知,掌握路橋、車輛、環境的現狀并精準預測發展趨勢,使其能夠在全天候條件下低能耗、低排放運行。

3 5G消息擴散策略

3.1 事件信息分類分級

隨著智慧高速公路的廣泛應用和快速發展,各地的高速公路建設指南越來越多地提及伴隨式信息服務,并要求交通信息服務需要包括路況、氣象、應急事件、交通管控等類型。此外,這些指南還要求信息服務需要滿足一定的數據格式、接口規范、發布頻率和數據質量要求,以保證信息的準確性和及時性。在這樣的背景下,出行公眾對精準化、個性化出行體驗的需求也日益增加。高速公路、周邊路網可向駕乘人員提供的信息常見的包括:

(1)靜態交通信息,如路段基本信息、收費站基本信息、服務區節點信息、高速公路路側設施基本信息等。

(2)動態交通信息,如交通事故信息、交通設施使用狀況信息、交通運行狀況信息、交通事件信息、施工養護信息、交通管制信息、重點區城視頻監控信息等。

(3)氣象信息,如氣象預報信息、路側氣象監測信息、路面積水/積雪/結冰監測信息等。

(4)路徑規劃信息,如路徑誘導、在途時間預測信息等。

(5)其他信息,如安全主題類信息、新聞、本地服務等。

上述信息的種類和可預見的數量是巨大的,如不對以上信息進行有效區分,將所有信息發送給在途司機,將會降低緊急預警和誘導信息的警示作用,也會引起“信息爆炸”,降低用戶的體驗。因此,有必要針對大橋智慧高速服務對象的需求,結合5G消息的特點,對事件信息分級分類,根據分級分類形成信息權重,以便應用于擴散模型的優選。因此,以面向駕乘人員為基礎,對信息分類進行篩選,形成事件信息的分級分類,如表1所示。

表1 事件信息的分級分類

3.2 基于終端位置的內容分發策略

在高速公路上發生事故、施工等事件時,距離事件發生位置不同的駕乘人員,所以收到的5G消息內容應該有所不同,即通過基于終端位置的內容分發策略控制分發內容。如在主橋中部發生交通事故,同行上橋方向最近的車輛應收到“前方事故,請減速慢行”或是“前發事故引發火災,請停車等待”;但在同行上橋方向前一個或是多個互通的車輛,應收到“前方事故,請從XX互通駛離,由普通公路過江”等信息。因此,必須結合事件信息的分級分類,對終端的內容進行分發調整,如表2所示。

表2 內容分發策略

在制定內容分發策略前,對跨江大橋南北接線和主橋,沿線雙向各標定了38個權重點位。當事件發生時,以事件發生時的位置為基準,最近兩側的權重點位權重值為零,向南北兩邊依次展開,每個權重點位的值依據特定算法遞增,由此生成全線所有權重點位權重值。終端距離最近的權重點位的權重值,即終端的權重權。系統依據權重值的不同行形成不同分發內容。該策略模型中,位置權重點位權重值遞增過程由特定算法控制,算法可結合信息類型的分級分類、前方互通數量、車流量、天氣等進行調整,實現事件信息分級分類與內容分發策略的解耦。

4 系統設計與實現

5G消息擴散策略控制系統由事件分級分類、權重點管理、位置匹配、權重算法管理、分發內容控制組成,如圖2所示。

圖2 5G消息擴散策略控制系統設計

事件分級分類模塊根據事件檢測系統分析出的事件,對其進行分級分類管理,確定信息形式和發布優先級。

權重點位管理模塊對全線設置的點位進行標定管理。

終端信息匹配模塊負責對全線在途車輛及終端的位置進行管理。

權重算法管理內置了多項位置權重點位權重值遞增控制的特定算法。

分發內容控制模塊負責應用權重算法,根據算法擬合,形成對應的內容分發策略。

所形成的策略最終通過信息發送模塊,通過5G消息通道向在途的駕乘人員進行實時發送。

5 結語

本文分析了5G消息在高速公路信息發布中對現有發布方式所形成的補充,結合高速公路特大型大橋項目,分析了5G消息在項目中的應用方式,對國內智慧高速的5G消息應用有借鑒意義。所提出的消息分級分類及內容分發策略具有一定的通用性,可結合實施應用中的具體算法擴散應用范圍。5G消息作為一種新型的服務入口,隨著5G手機市場的不斷擴大,結合5G基礎設施建設的完善,其在交通領域將更好地服務于出行服務、安全保障等各個維度,5G消息成熟推廣后,能夠讓智慧公路上的各類預警和服務類消息,快速方便觸達司機和乘客,讓出行用戶能夠更為直觀地體驗到智慧高速帶來的安全、高效和精細化的服務,同時它也將成為未來智慧高速提升用戶體驗和服務感知度的有效手段。