基于MEC的城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)研究

劉雨婷 黃婧 蔡鳳珍

摘要：MEC（Mobile Edge Computing，移動邊緣計(jì)算）憑借其低延時(shí)、高帶寬等特點(diǎn)備受矚目。為研究MEC在城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的作用，文章基于城鎮(zhèn)醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城鎮(zhèn)住宅基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城鎮(zhèn)軌道交通系統(tǒng)建設(shè)三方面，研究了MEC在遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)會診、列車運(yùn)行監(jiān)控、公路移動巡檢、交通數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用。分析了MEC在城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不足之處和可發(fā)展性，研究結(jié)果表明MEC可為城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)搭建優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)平臺，并存在諸如助力降噪節(jié)能、隔震換能等多種發(fā)展可能性，研究結(jié)果可為城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施向新型基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展提供參考。

[基金項(xiàng)目]內(nèi)江師范學(xué)院土木工程一流專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：YLZY201907）;內(nèi)江師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：20210327010）

[作者簡介]劉雨婷（2000—），女，本科，研究方向?yàn)榻ㄖこ?黃婧（1986—），女，碩士，講師，研究方向?yàn)榻ㄖこ?蔡鳳珍（1998—），女，本科，研究方向?yàn)榻ㄖこ獭?/p>

因新冠肺炎疫情而動蕩的世界格局中，基礎(chǔ)設(shè)施的匱乏導(dǎo)致應(yīng)急延時(shí)而引起各國重視。基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)成為一個(gè)國家的立國之基，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是國家發(fā)展的大勢所趨[1]。2021年，“十四五”規(guī)劃提出：推動新型城鎮(zhèn)化發(fā)展是當(dāng)前的首要任務(wù)，創(chuàng)新核心技術(shù)是發(fā)展的必然趨勢。

隨著5G技術(shù)的研發(fā)和普及，越來越多的學(xué)者關(guān)注到其核心技術(shù)MEC（Mobile Edge Computing， 移動邊緣計(jì)算）的優(yōu)勢。MEC以其定制化、個(gè)性化的特點(diǎn)作為5G技術(shù)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之一，在兼具云計(jì)算優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，解決了大量終端連接和傳感數(shù)據(jù)多樣的問題，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算資源和存儲資源的合理利用[2]。MEC的適用性很廣，它可以從本質(zhì)上提供“能源”助力傳統(tǒng)城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施向新型基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展，并從功能上發(fā)揮著降低時(shí)效，縮小延時(shí)的作用，為基礎(chǔ)設(shè)施智能化道路打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

筆者基于MEC的發(fā)展基礎(chǔ)及相關(guān)理論研究，從醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、住宅基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)三方面研究MEC在城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的應(yīng)用。

1 MEC用于城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

MEC主要憑借以下幾個(gè)優(yōu)勢助力城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。①M(fèi)EC以其網(wǎng)絡(luò)高帶寬、低延時(shí)的特點(diǎn)解決了未來科技發(fā)展中數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)暮诵膯栴};②MEC本地化、邊緣化的特點(diǎn)降低了運(yùn)營成本，助力建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。它可以實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)處理，創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)邊緣。MEC推動了服務(wù)于各行業(yè)的優(yōu)化服務(wù)平臺的搭建，為傳統(tǒng)建筑向智慧建筑轉(zhuǎn)型提供網(wǎng)絡(luò)支撐[2];③邊緣計(jì)算服務(wù)器相當(dāng)于中央服務(wù)器的“秘書”，輔助中央服務(wù)器工作，它的運(yùn)用減少了中央服務(wù)器的負(fù)載，緩解了流量壓力，提高了運(yùn)行速度。

1.1 MEC應(yīng)用于醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

隨著我國居民物質(zhì)生活水平的提高以及老齡化的發(fā)展，城鎮(zhèn)年輕勞動力向中心城市圈轉(zhuǎn)移，老年人成為城鎮(zhèn)醫(yī)院主力軍。而基于老年人行動不便的特點(diǎn)，醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)向智能化、便捷化方向發(fā)展。醫(yī)院需要精簡看病程序，提高治療效率。城鎮(zhèn)醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不應(yīng)拘泥于傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的束縛，應(yīng)當(dāng)統(tǒng)籌智能化發(fā)展，從根本上增強(qiáng)城鎮(zhèn)基建軟實(shí)力，進(jìn)而推動新型城鎮(zhèn)化發(fā)展。

龐玉成等[1]認(rèn)為醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)屬于融合基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)范圍。陳朝陽[3]認(rèn)為隨著智慧城市的發(fā)展，醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)最重要的一個(gè)方面便是信息通信基礎(chǔ)設(shè)施。李冬[4]認(rèn)為智慧醫(yī)院由3部分組成：基礎(chǔ)設(shè)施、醫(yī)院信息化以及數(shù)字化設(shè)備。

MEC是電子信息技術(shù)與醫(yī)院傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相結(jié)合的黏合劑。醫(yī)院大部分基礎(chǔ)設(shè)施都要求做到精密化、專業(yè)化。MEC低延時(shí)、高帶寬的特點(diǎn)可以有效貼合醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施的要求，促進(jìn)醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施向虛而生，即形成融合基礎(chǔ)設(shè)施。具體而言，MEC可從遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)會診、移動視頻查房、精準(zhǔn)患者定位等改變傳統(tǒng)醫(yī)院工作模式，實(shí)現(xiàn)云端智能操作，為人們健康生活提供便利。

1.1.1 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)會診

以往的遠(yuǎn)程會診必須在會診室[5]，隨著5G的應(yīng)用，醫(yī)生可以在任何地方實(shí)現(xiàn)對病人的會診。遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)會診降低醫(yī)療成本的同時(shí)，也提升了醫(yī)護(hù)水平。MEC 賦予5G大寬帶、低延時(shí)的網(wǎng)絡(luò)性能能夠?yàn)檫h(yuǎn)程實(shí)時(shí)會診實(shí)現(xiàn)“零延遲”提供有利支撐，這種在線會診方式便利了患者的出行，適應(yīng)了部分老年患者出行困難的特點(diǎn)。

1.1.2 移動視頻查房

醫(yī)院是我國最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，其發(fā)展變革對居民的健康生活影響較大。解決醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施及工作人員供需不足的問題中，MEC無疑發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。MEC可以與移動視頻設(shè)備相結(jié)合，通過高清的視頻監(jiān)控，及時(shí)的數(shù)據(jù)反饋實(shí)現(xiàn)對患者的實(shí)時(shí)照看[6]。此種設(shè)備與MEC的結(jié)合既減少了醫(yī)護(hù)人員往返時(shí)間，也提高了工作效率。

1.1.3 精準(zhǔn)患者定位

醫(yī)院內(nèi)人流量巨大，醫(yī)護(hù)人員24 h追蹤患者并不現(xiàn)實(shí)。為加強(qiáng)醫(yī)院安全管理，實(shí)時(shí)把控患者動向，可以為患者佩戴可穿戴設(shè)備[5]。此種可穿戴設(shè)備通過MEC接入無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)傳遞信息，反饋患者動態(tài)。利用MEC本地化的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)多個(gè)邊緣服務(wù)器共同工作，從多角度、多方位實(shí)現(xiàn)對患者的遠(yuǎn)程追蹤?；颊呒瓤勺杂上硎軅€(gè)人獨(dú)處時(shí)光，也可以實(shí)時(shí)反饋給醫(yī)護(hù)人員相應(yīng)動態(tài)?？纱┐髟O(shè)備加強(qiáng)了醫(yī)院的安全管理。

1.2 MEC應(yīng)用于軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)是新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的生命網(wǎng)絡(luò)。城鎮(zhèn)軌道交通由于地域環(huán)境的影響呈現(xiàn)出3個(gè)特點(diǎn)：

（1）高鐵等交通工具深入城鎮(zhèn)，但是由于城鎮(zhèn)地形的復(fù)雜，高鐵運(yùn)行過程中會存在安全隱患。委派一人或多人實(shí)時(shí)安全監(jiān)管不僅消耗勞動力，也很難達(dá)到安全監(jiān)管全覆蓋。

（2）部分城鎮(zhèn)地區(qū)缺乏基礎(chǔ)設(shè)施，盡管安裝上相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，也會因?yàn)椴豢煽沽σ蛩爻霈F(xiàn)再次丟失。同時(shí)，再次安裝并不是一件容易的事情，其受地形環(huán)境和當(dāng)?shù)卣叩纫幌盗幸蛩赜绊?。?shí)現(xiàn)合理有效的交通基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)管是發(fā)展交通系統(tǒng)的重要方向。

（3）隨著中國交通網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，交通網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)深入城鎮(zhèn)的各個(gè)角落，形成錯(cuò)綜復(fù)雜的經(jīng)脈。這些交通路線盡管利于人們出行，但是由于部分居民區(qū)處于主干道或者旅游區(qū)會存在交通擁堵的情況，進(jìn)而影響城鎮(zhèn)居民的生活[6]。隨著交通管理體系的不斷完善，交通擁堵已經(jīng)得到一定程度的改善，但此問題仍然從城市蔓延至鄉(xiāng)鎮(zhèn)，從鄉(xiāng)鎮(zhèn)回溯到城市。及時(shí)疏導(dǎo)交通流量，發(fā)現(xiàn)可替代交通路線是基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展向智能化發(fā)展的動因。

《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出智慧交通強(qiáng)國的思想。交通運(yùn)輸部提出到2035年交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)聯(lián)智能化。陳澤黎等[7]認(rèn)為5G技術(shù)使得虛擬和實(shí)際相結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)智慧交通的有效工具。吳探微[8]認(rèn)為傳統(tǒng)的交通模式已無法滿足現(xiàn)代社會的發(fā)展，必須朝著智能化方向轉(zhuǎn)變。

智能交通是時(shí)代所需，交通安全監(jiān)測、疏導(dǎo)交通流量以及智能選擇替代路線等對人們快捷、高效的交通出行十分重要。MEC可在列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、公路移動巡檢、交通信息分析等改善軌道交通系統(tǒng)不利的現(xiàn)狀，促使軌道交通系統(tǒng)向智能化轉(zhuǎn)型升級。

1.2.1 列車運(yùn)行監(jiān)控

出于安全管理需求，列車運(yùn)行的各項(xiàng)數(shù)據(jù)都需要實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶笈_。8節(jié)車廂編組就需要運(yùn)行安裝數(shù)以千計(jì)的傳感器達(dá)到傳輸大量數(shù)據(jù)的要求[9]。而由于帶寬的限制，部分?jǐn)?shù)據(jù)無法同時(shí)傳輸回后臺，這一問題勢必會造成列車運(yùn)行的安全隱患。而隨著MEC作為5G的核心技術(shù)被得到廣泛使用，MEC能夠充分發(fā)揮其高帶寬的特點(diǎn)，列車的各項(xiàng)存儲數(shù)據(jù)都能夠得到實(shí)時(shí)上傳。

1.2.2 公路移動巡檢

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控裝置不能滿足立體監(jiān)控的要求，極易存在監(jiān)控的盲區(qū)[10]。MEC賦予移動巡檢設(shè)備高帶寬、低延時(shí)的特點(diǎn)，使得移動巡檢設(shè)備在原有移動性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)其高清性、實(shí)時(shí)性。這一設(shè)備的使用極大地促進(jìn)了監(jiān)控人員對公路狀態(tài)的掌握程度。

（1）監(jiān)控人員可以通過此設(shè)備進(jìn)行公路運(yùn)輸監(jiān)控，避免大型運(yùn)輸車輛由于污漬過多對城鎮(zhèn)居民區(qū)造成不必要的污染。

（2）對公路安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以避免由于交通網(wǎng)絡(luò)深入居民區(qū)而造成一系列安全問題。MEC高帶寬、低延時(shí)的特點(diǎn)利于移動巡檢設(shè)備存儲和傳輸大量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)其實(shí)時(shí)性。MEC助力了公路安全及環(huán)境管理。

1.2.3 交通信息分析

交通最大的特征便是復(fù)雜多變。復(fù)雜的交通網(wǎng)絡(luò)以及復(fù)雜的人群流動造成的偶然性事故（諸如車禍等）如果不及時(shí)加以疏導(dǎo)，會導(dǎo)致交通堵塞。綜合分析各路線交通信息才能夠達(dá)到合理有效疏通交通流量的目的。因此需要MEC高帶寬、低延時(shí)的特點(diǎn)適應(yīng)交通信息體量大、復(fù)雜多變的特點(diǎn)。以MEC為核心的數(shù)據(jù)分析不僅是分析何處交通擁堵，還能及時(shí)為車輛尋找可替代的各種路線[11]，以此達(dá)到疏導(dǎo)交通流量的目的。

1.3 MEC應(yīng)用于城鎮(zhèn)住宅基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

當(dāng)前，新型城鎮(zhèn)化推動了村鎮(zhèn)中分散、低層、不統(tǒng)一的建筑朝著集中、高層、統(tǒng)一化的方向發(fā)展。高層、密集型建筑使人們對住宅建筑提出了新的要求：綠色、自然、健康、安全。2019年，國家發(fā)改委在報(bào)告中提出，到2022年城鎮(zhèn)居社區(qū)和綠色公共建筑覆蓋率至少要達(dá)到60 %以上[12]。綠色住宅被推上時(shí)代發(fā)展的榜單。然而綠色住宅并不只是園林綠化、材料綠化，現(xiàn)階段更多的應(yīng)該是技術(shù)層面的綠化[13]。通過新型技術(shù)與傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合促使居民擁有健康、安全的居住環(huán)境是城鎮(zhèn)住宅基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的趨勢。

我國正邁向第二個(gè)一百年的新征程。居民生活水平已得到顯著提高，多數(shù)居民對精神生活的需求大于對物質(zhì)生活的需求。人們逐漸意識到綠色可持續(xù)發(fā)展的重要性。在新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的道路上，現(xiàn)有的建筑施工技術(shù)以及住宅管理模式并不能完全滿足居民對于綠色住宅建筑的要求。主要存在幾點(diǎn)問題：①施工中存在的煙塵會污染周圍環(huán)境;②密集型住宅的安全管理方案并不完善;③住宅環(huán)境監(jiān)測速度慢、體量小。而MEC可利用低延時(shí)、高帶寬的優(yōu)點(diǎn)，搭建多個(gè)數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)與BIM等多設(shè)備的互助。具體而言，MEC可從樓宇三維感知、住宅環(huán)境監(jiān)測、健康實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)3個(gè)方面體現(xiàn)其可行性。

1.3.1 樓宇三維感知

沙默泉等[18]設(shè)計(jì)了一個(gè)基于5G+BIM的智慧樓宇運(yùn)營管理平臺，此平臺具備運(yùn)行感知的功能。而本文提到的MEC可以為此運(yùn)行感知提供網(wǎng)絡(luò)支撐。MEC可以促使數(shù)據(jù)進(jìn)行高速率傳輸，以此實(shí)現(xiàn)樓層的全方位、實(shí)時(shí)的監(jiān)測。此種運(yùn)營管理平臺不僅可以監(jiān)測外來人員，也可以監(jiān)測樓宇中的構(gòu)件，利于管理人員全覆蓋把握樓宇整體情況，提高居民住宅使用中的安全感，滿足城鎮(zhèn)居民居住要求。

1.3.2 住宅環(huán)境監(jiān)測

以MEC低延時(shí)的特點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測住宅周圍環(huán)境，包括對PM2.5、粉塵、噪聲、負(fù)氧離子等實(shí)時(shí)監(jiān)控[10]。此種環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可以調(diào)動中央處理器上的數(shù)據(jù)庫，自動計(jì)算出環(huán)境污染指標(biāo)，并傳回環(huán)境監(jiān)測人員的數(shù)據(jù)庫。最后，環(huán)境監(jiān)測人員便可基于此環(huán)境污染指標(biāo)制定合理可行的環(huán)境保護(hù)方案。

1.3.3 健康實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)

張禮慶等提出了“健康屋”的概念[15]，“健康屋”中的健康數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)適應(yīng)了新時(shí)代人們對于健康狀態(tài)的需求。快節(jié)奏的生活時(shí)常使得人們無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱藏的健康問題，或者選擇性忽略已有的健康問題。MEC應(yīng)用于健康數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對居住者實(shí)時(shí)的健康狀況分析，及時(shí)地給居住者發(fā)送健康警報(bào)。

2 MEC現(xiàn)存問題及展望

2.1 存在的問題

MEC從技術(shù)融合和平臺對接等多方面助力了城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展。但從MEC現(xiàn)在的發(fā)展來看，仍存在一些不足：

（1）MEC接入5G盡管可以發(fā)揮多重優(yōu)勢，但是國內(nèi)還沒有5G專網(wǎng)頻率，5G 技術(shù)并不成熟，非5G研究人員對5G的了解有限。

（2）5G可以憑借其核心技術(shù)MEC賦能于各行各業(yè)，但其運(yùn)營商并不了解行業(yè)專網(wǎng)，推動此技術(shù)發(fā)展的道路任重而道遠(yuǎn)。

（3）MEC用于醫(yī)院建筑基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、軌道交通系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城鎮(zhèn)住宅基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要健全的法律法規(guī)支撐，而我國此方面的法律法規(guī)還待完善。

（4）新事物的發(fā)展通常會引起人們的質(zhì)疑，新型、智能化基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)用會消耗大量資金。解決這些問題需要國家政策支撐以及提高國民對于新技術(shù)發(fā)展的認(rèn)知度和認(rèn)同度。

2.2 展望

MEC除了在遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)會診、移動視頻查房等方面助力城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之外，筆者通過大量理論研究，提出兩種MEC助力城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的可行性觀點(diǎn)：

（1）MEC可以助力鐵軌降噪節(jié)能，讓MEC與拱形應(yīng)變傳感器[16]相連接，拱形應(yīng)變傳感器可以感知軌道應(yīng)變，而MEC可以高速率傳遞相應(yīng)數(shù)據(jù)，當(dāng)鐵軌的應(yīng)變達(dá)到一定程度時(shí)，由噴霧器釋放噴霧，最終因噴霧效應(yīng)[17]起到給軌道節(jié)能降噪的作用。

（2）在消能搖擺高位結(jié)構(gòu)體系[18]的基礎(chǔ)上，接入隔震換能系統(tǒng)[19]，其中，MEC可作為其傳輸媒介，高效率傳輸能量數(shù)據(jù)，讓隔震換能系統(tǒng)能及時(shí)接收能量，避免能量損失。以此達(dá)到隔震換能的效果。

3 結(jié)論

本文基于MEC的特點(diǎn)，研究了MEC在城鎮(zhèn)醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施、城鎮(zhèn)軌道交通系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施、城鎮(zhèn)住宅建筑基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用，分析了MEC發(fā)展過程中存在的問題以及適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展可能性。最終，得出結(jié)論：

（1）MEC多平臺對接的特點(diǎn)可以推動萬物互聯(lián)，助力城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施向新型基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型升級。

（2）MEC能夠與各種新型技術(shù)相結(jié)合，建立各種情形下的融合信息機(jī)制，保障居民健康生活。

（3）MEC具有發(fā)展的潛能，在各類環(huán)境下皆具備適用性，除助力上文提到的城鎮(zhèn)醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施、城鎮(zhèn)軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施、城鎮(zhèn)住宅建筑基礎(chǔ)設(shè)施3個(gè)方面的9種發(fā)展性之外，還可以助力城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)降噪節(jié)能、隔震消能。

參考文獻(xiàn)

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