5G技術在智慧高速中的應用研究

王 鑫

陜西交通控股集團有限公司，陜西 西安 710065

0 引言

隨著交通強國建設新征程的開啟，在新機遇與新挑戰并存的形勢下，通過智慧化、數字化提升改造，充分利用“5G”“互聯網+”“大數據”“云技術”“物聯網”“人工智能”等新一代信息技術，統籌協調人、車、路、環境各要素，建設“智能、快速、綠色、安全”的智慧高速公路已經成為高速公路管理單位的重要使命。

1 智慧高速現狀

智慧交通是合理調度人、車、路、環境等要素，結合新一代感知、計算、通信和控制技術，將高新技術有效集成到公路機電領域，以實現道路管理智慧化、交通工具智慧化及出行方式智慧化的系統性工程。目前，我國智慧高速的建設水平普遍偏低，不能滿足現代運營管理的需求，主要表現在如下。

（1）感知內容少，數據不全面。高速公路路面信息感知多依賴于斷面式ETC門架傳感器采集信息，設施架設范圍覆蓋不足，監測數據范圍相對受限，無法實現信息的實時采集，無法全面感知道路信息。

（2）感知手段少，響應速度慢。感知手段智能化程度低，當出現交通事故、拋灑、逆行、擁堵等異常狀態時，往往在事件發生后無法第一時間掌握現場狀況，處置相對滯后，降低了響應速度和指揮效率。

（3）數據共享不到位，預測分析能力差。高速公路設施、路側設施、機電系統彼此獨立，數據共享整合不到位，存在信息孤島，信息利用率低。同時，缺乏與車輛數據、交通控制數據等數據之間的融合，對實時數據的快速高性能計算分析和實時處理能力較弱，無法提供預警、智慧出行服務。

（4）業務不聯動，協同不密切。各路段運行與養護間缺乏聯動，同一業務跨路段、跨路網的協同不密切，聯合指揮調度能力弱。因缺乏全面感知的數據，無法對事件展開溯源，無法確定問題癥結，導致無法實現精準化管控以及無法提供統一、高效、自動化的管理與服務。

2 5G技術現狀

2019年6月6日，以中華人民共和國工業和信息化部發放5G商用牌照為標志，我國正式進入5G商用時代。5G通信技術的廣泛應用為龐大的信息基礎設施帶來革命性升級。與此同時，人工智能技術、物聯網和云計算等技術的快速發展、共同融合，與5G通信技術構成新的網絡基礎設施。

國際電信聯盟（ITU）對5G的概念從兩個方面做了定義：（1）8項標志性能力指標：移動性、網絡能量效率、用戶體驗速率和峰值速率、連接密度、時延、流量密度；（2）一組關鍵技術：MIMO、NS、SDN、NFV等。相比于傳統的通信技術，增強移動寬帶（eMBB：Enhance Mobile Broadband，高帶寬）、低時延高可靠（uRLLC: Ultra-reliable and Low Latency Communications，低時延）、海量大連接（mMTC: Massive Machine Type Communication，廣連接）是5G作為新一代通信技術的主要特征，如圖1所示。

圖1 5G技術的主要特征應用場景

3 基于5G的智慧高速場景與案例

3.1 用于實現高速公路的低功耗大連接場景

高速公路的快速發展，對5G低功耗多連接場景需求迫切。隨著全國撤銷省界收費站實現自由通行，以及全國視頻云聯網的全面應用，路測的感知設備幾何指數上升，也為5G的全面應用提供了基礎。交通數據具有小數據包、低功耗、海量連接等特點，這也使得高速公路數字化、網絡化、智能化應用成為可能。

（1）路網全域感知。依托5G技術和ETC技術，對路網內的機電設備，交通事故、道路施工、隧道監測等道路信息，氣象信息，車輛信息等進行全量動態采集，整合數據，從而實現路網信息全息感知。深圳外環高速通過多功能智能桿的建設，實現了對高速公路上的人、車、路、環境等相關公共交通數據進行車道級高精度采集，以及亞秒級動態化刷新，車道級精準交通感知及亞秒級路網動態復現，實現道路路網實時精確監測，有效降低人力成本，提高路網運力。

（2）重點車輛監測。在路網全息感知的基礎上，對重點車輛（“兩客一危”）進行軌跡感知，實時監測重點車輛是否按照預定行駛路線、時間及限定車速行駛，實現重點車輛智能化管控，以最大程度消除安全隱患。國內部分高速公路管理單位通過建設“兩客一危”車輛動態監管系統，實現了對重點車輛的動態全程監管。對危險品運輸業務全鏈條進行監管，車輛的出發狀態、裝貨地點、到達站點、精準運輸路線等信息自動上傳系統，管理單位或物流企業通過北斗終端、車內感知設備，對危貨車輛與駕駛員進行直接管控[1]。

（3）高速公路邊坡滑坡實時監測。高速公路邊坡監測是重要的管理需求，通過先進的傳感器對高速公路邊坡的地質松動、細小位移進行監測，尤其是5G網絡可以將實時數據精準采集、態勢分析，對高速公路管理單位提供地質災害智能分析、及時預警、異常報警，滿足監管部門對基礎設施安全監測需求。國內有部分高速公路管理單位通過“5G+北斗高精度定位”融合應用，實現了智慧邊坡監測。

3.2 用于實現高速公路低時延高可靠應用場景

5G相比于傳統通信技術，可實現低時延高可靠場景的應用，尤其是針對交通這種特殊場景，可以提供毫秒級的端到端服務，極大地提升了業務可靠性。

（1）車路協同自動駕駛。駕駛員踩剎車的反應速度為0.4 s，經過測試，無人車在5G技術支持下，反應速度不到1 ms。因此，在高速或者超高速場景下，時速為500 km的通信技術已經無法滿足實際需求。通過車內、車與車、車與路、車與人、車與服務的全方位互聯和數據交互，武漢經開區的 5G 自動駕駛示范項目依托5G移動通信網絡、5G智慧道路及多領域融合軟件平臺，實現了我國規模最大的開放道路示范區項目。

（2）遠程駕駛。遠程駕駛在特殊場景的應用非常廣泛，通過無人系統與5G結合，可解決例如有毒、高溫、高輻射等惡劣危險環境下作業難題。在工作環境惡劣的施工場景中，利用5G低時延、高可靠的能力，駕駛員在異地對施工車輛進行遠程駕駛操控，可以一人操作多臺設備，提高施工作業效率，減少人力成本，還可以提高安全系數，有效保障作業人員安全[2]。

（3）車輛編隊行駛。利用5G技術結合北斗定位技術實現車輛編隊行駛，編隊車輛通行過程提供數據通信和傳輸服務，車隊的實時狀態管理，在編隊行駛狀態下，通行指令可瞬間發送至編隊全部車輛，整個編隊形成智能體，能夠有效降低車輛安全事故，同時車輛編隊行駛可以維持較小的安全間隙，某種程度上提高了高速公路運行量，可明顯緩解交通壓力。

3.3 用于實現高速公路高帶寬的連續覆蓋

通過5G實現高速公路高帶寬連續覆蓋是目前城市主干交通中熱點區域的需求，例如高流量的交通樞紐、核心服務區、大的收費站等車輛密集場景，為通行車輛和人員提供高速數據傳輸服務，滿足網絡高流量密度的需求。

（1）視頻事件檢測。交通運輸部要求高速公路視頻聯網監測，提出了可視、可測、可控、可服務等要求。利用5G高帶寬的特點，實現高速公路全網視頻實時聯網、精準分析，主要包括車輛實時監測、高速公路異常事件檢測、路網通行狀況監測、天氣狀況監測、路網態勢分析和事件監測報警。在5G技術的支撐下，車速、車輛類型、車流密度、通行流量、擁堵長度、交通事故、施工占道情況、非法停車等、路面異物、積水、天氣狀況等均可以實現實時精準監測[3]。

（2）智慧服務區。高速公路服務區開展VR+視頻業務應用，可以立體、實時查看前方道路的擁堵事件、原因和處理過程，根據實際情況，決定下一步出行路線選擇還是在服務區休息等待。同時可以在休息區通過VR設備觀看超高清賽事直播、沉浸式演出等文化娛樂活動，實現游戲社區、建模仿真、平行世界虛擬社交等侵入式交互體驗。

4 結束語

智慧高速是今后交通公路領域的發展方向之一，也是一個復雜生態系統，與5G技術的融合會加速高速公路的轉型升級，為智慧高速提供海量數據協同、實時智能分析、精準定位等功能，將極大地推動智慧高速公路建設應用，不斷促進綜合大交通的發展，助力早日實現交通強國。