基于5G的平行駕駛智能汽車

東風汽車公司技術中心 湖北武漢 430056

作為新一代基于云的自主駕駛技術，平行駕駛將智能車輛與控制平臺、駕駛模擬器連接起來，并利用并行視覺與感知、并行學習、并行規劃及并行控制等新技術走在世界前列。

這種結合使得自主駕駛更加可衡量和可控，提高了車輛對周圍環境的響應速度[1]。降低了系統的總體成本，實現了車與車、車與路的交互。

5G網絡的低延遲和高帶寬對于滿足高清視頻流、快速響應和可靠連接的并行驅動應用程序的要求至關重要。5G網絡將人、車、路和云整合到一個虛擬的交通世界中，與真實的交通世界平行。通過云平臺對道路數據和車輛數據進行全方位監控，使交通更加安全高效，加快了智能交通向智能城市的傳輸[2]。

除了緩解駕駛疲勞、提高道路安全性外，未來基于5G網絡的并行駕駛也將應用于一些特定場景。當發生地震、山體滑坡等自然災害或人為災害時，可采用平行行駛車輛進行道路搶修，降低搶險風險，提高搶險效率。它還可以應用于礦山、油田和荒地的遠程生產作業，幫助工人遠離高風險環境[3]。

5G和4G時延分析

5G（又稱5G NR（新無線電）是第五代移動通信系統的簡稱，是4G技術的延伸。它在彌補4G技術不足的同時，進一步提高了系統在吞吐量、延遲、連接數和能耗等方面的性能。5G技術的特點是超高速、超大帶寬，傳輸速率比4G高出一個數量級，同時5G網絡具有更高的可靠性和更低的時延，可以滿足物聯網的個性化需求，拓寬融合發展空間產業，支持經濟社會創新發展[4]。5G最初的設計意圖之一是追求更高的吞吐量。通過引入更高的頻率帶寬、高階調制和更多的空間數據流，5G網絡的峰值速率比4G網絡有了很大的提高。

以目前常用的100MHz頻率帶寬為例，5G網絡的上行峰值速率至少比4G網絡的上行峰值速率高5倍[5]。由于5G網絡的峰值速率已經遠遠超過4G網絡，因此5G網絡的平均速率也遠遠超過4G網絡的速率，這對控制對象的實時上傳狀態極為有利。

5G技術與并行驅動的結合

基于5G技術的平行駕駛充分利用5G技術的優勢，增加了平行駕駛車輛對邊緣云的感知、決策和控制功能模塊。它依靠邊緣云的計算能力來處理和發布數據，以減少對車輛傳感器的依賴。所有車輛的監控都可以在后臺的控制中心實現。

隨著5G通信系統的使用，智能駕駛車輛、路邊移動邊緣計算（MEC）和云平臺構成了一個三重互聯或互補的并行交通世界，并以此構建應用場景。

1.云并行系統

并行驅動是在云計算或MEC（Mobile Edge Computing）端構建一個虛擬世界。物理世界中的車輛狀態信息通過低延遲、高可靠的通信技術傳輸到云或MEC，然后利用虛擬世界的超級計算能力來推斷時空行為。

抽象地說，平行駕駛就是給汽車一個云中的“虛擬大腦”。與人腦不同，人腦只能自己看到和聽到，信息在虛擬世界中的不同個體之間是相互聯系的。這使得虛擬大腦能夠比人腦“看得更遠、想得更深”，從而在駕駛時能夠更早、更準確地做出預測。并行駕駛依靠通信技術來減少對車輛傳感器和計算能力的依賴。每輛車都向云端報告其位置和狀態，并在云端構建另一個“真實世界”。如果云中存儲有足夠的數據，平行駕駛可以比人腦更快、更準確地進行預測。

在并聯驅動系統中，有四種車輛：物理車輛、描述車輛、預測車輛和引導車輛。首先，物理世界將當前時空映射到虛擬世界；其次，虛擬世界根據車輛的駕駛邏輯進行時空預測；最后，根據預測告訴下一步如何駕駛。在這個過程中，車輛不僅要相互連接，而且要與道路甚至一切相連。理想情況下，所有交通參與者，包括汽車、道路和人員等，都會主動向云端報告自己的位置，這樣對車輛直接感知的要求就會少得多。

2.路邊MEC并聯系統

路側邊緣系統以5G通信基站為基礎，利用5G-V2X、雷達和視覺等多源感知系統的信息交互計算節點，共同構建路側并行駕駛系統。為了全面覆蓋路邊的關鍵區域，可以根據需要部署多個雷達和視覺傳感器。

路邊平行系統的核心在于對整個交通系統的感知，即虛擬交通環境重建模塊。虛擬交通環境除了提供本地高精度地圖信息（包括路網、路段屬性、視線和標線等）外，還主要集成本地車輛、人群、特殊交通事件等動態感知數據。其中，基于5G-V2X交互的信息感知是路邊的感知主體。智能連接車輛、行人和非機動車輛均通過5G（車載/手持）終端與路邊基站交互，以報告身份、類型數據、實時位置、速度及方向數據。

雷達傳感器通過自身的分析單元，可以獲取其探測范圍內的所有運動目標數據（類型、位置、速度、方向及大小等），并輸出相應的統計數據（交通流）作為路側數據的補充。同時，雷達傳感器還可以根據路障、交通事故等信息，對緊急情況進行感知和定位。攝像機傳感器一方面通過云交互模塊直接將本地視頻流上傳到云系統；另一方面通過機器學習算法對視頻進行分析，提取交通事件和目標信息，然后進行定位。交通設施數據的采集包括交通燈等交通設施實時狀態的感知和處理。

重建模塊所形成的虛擬交通環境構成了一個并行的路邊交通系統。它是一個完全由結構化數據描述的虛擬交通系統。其輸出一方面通過云交互模塊上傳到云并行系統；另一方面輸入到V2I算法模塊，通過下游5G-V2X通道提供本地V2I服務（盲點提示、信號燈提示等）。

市場前景及應用分析

提高智能交通系統的安全性和效率具有重要意義。通過5G網絡實現車輛與車輛、車輛與城市交通設施的信息交換，拓展更多新功能。通過加快并聯驅動技術的發展和應用，為用戶提供更節能、更安全、更舒適的駕駛體驗。

5G通信、車載Ad-Hoe網絡（VANET）和車-路-云融合系統等技術的曙光已經顯現。此外，最終市場涉及汽車電子、道路電子設備、后端服務和監控平臺。前端服務可以帶動芯片設計和低級軟件設計等行業。新的供應商將出現在產業鏈中間的車載單元（OBU）和路側單元（RSU），這將為車輛供應商、道路電子和電氣設備供應商[6]提供巨大的新機會。

在無線接入方面，5G并行驅動支持多模終端通信，保證業務的多樣性。通過快速靈活的RSU部署和蜂窩網絡的廣泛覆蓋，提供與車輛互聯網的無縫連接，保證信息的返回和管理，實現業務的連續性。

在網絡方面，5G并行驅動引入基于5G的C-V2X部署和邊緣云，實現業務下沉，減少網絡傳輸延遲[8]。通過網絡切片可以保證不同的業務流服務能力，通過認證機制可以保證車輛互聯網的安全。

在平臺方面，可以構建一個集成的遠程信息處理平臺。一方面，它可以實現網絡管理的功能，包括業務管理和連接管理；另一方面，可以實現網絡能力的開放，如進行大數據分析，開發新的業務渠道。此外，允許第三方企業接入網絡定制服務。

在業務應用方面，保留現有的遠程通信服務，通過5G-V2X實現輔助駕駛、主動安全服務、自主駕駛、編隊駕駛及高清視頻傳輸。

結語

結合邊緣云應用滿足本地化處理需求，5G網絡的高可靠性和低延遲通過網絡切片為遠程信息處理創造專用網絡資源，確保車聯網業務。同時，5G的大帶寬可以為高清視頻和大連接業務提供保障。作為未來物聯網的基礎，5G將是一個面向場景的通信網絡，為交通系統的信息融合和重組提供無限的可能性。智能網絡將改變傳統的人類交通方式，使車輛向網絡化、智能化方向發展。