基于5G、物聯網的新一代智能交通路口研究與設計

陳奕釗

（中國電子科技集團公司第三十四研究所，廣西 桂林 541004）

1 5G物聯網運用在新一代智能交通路口的必要性

1.1 提升交通數據的采集效率

數據是智能化交通開展之“根”。為了輔助智能設備做出正確的判斷，相關人員需要搜集道路上的各種數據，為此，他們就需要安裝相應的檢測設備，進行相應交通數據的采集、上傳等。通過運用5G網絡技術，相關人員能可在短時間內獲得更為全面和精準的數據，方便適時監控交通狀況，并進行針對性的道路管理。

1.2 增強交通運營管理的有效性

可運用5G網絡技術大容量、低延時等優勢，進行相應交通運輸數據的搜集、整理、加工，針對可能出現的各種交通狀況進行預判，從而最大限度地制定實效性的交通管理策略，減少一些不必要交通問題的發生，達到提升交通服務水平的目的[1]。在實際運用方面，筆者從如下角度入手：

（1）構建精準性的交通管理模式。重點從硬件設施的構建以及交通數據的運用兩方面入手。在硬件設施的構建方面，交通管理部門通過構建相應的5G物聯網硬件，將各種電子交通設施進行連接。同時，交通管理部門可根據搜集的相應信息，準確制定交通管理策略。比如，通過高清視頻發現不遠處有汽車追尾事故，可結合相應的事故發生位置適時調整紅綠燈的時間，保證整體車流量的通暢，真正構建具有精準性的交通管理模式。

（2）構建良好的慢行環境。為了保證老弱病殘孕這些行人的安全，交通管理部門可利用智能交通路口技術構建良好的慢行環境。比如，通過路口AI高清智能攝像機、后臺AI圖像識別技術、大數據分析，檢測到該類重點保護對象時，觸發路口的人工智能設備裝置向機動車發出告警，或通過云處理交通控制中心向常用導航APP推送數據，提醒司機和行人注意上述群體。

（3）構建優質的交通提示服務。重點從公交車駕駛員以及行人兩個角度構建：公交車駕駛員可根據云處理交通控制中心所推送的前方路口交通狀況信息，了解前方的道路狀況，提升公交運營的質量；行人通過手機軟件了解各個交通路段的狀況，選擇合適的路段，避免交通擁擠。

（4）有效運用公共交通資源。城市公交運營部門結合云處理交通控制中心的云計算數據，適時地調整公共交通工具的運行速度和等待時間，從而最大限度地運用公共交通資源。

2 5G時代的物聯網通信技術

2.1 智能化技術

智能化技術包括5G信息技術、物聯網技術以及云計算技術。在智能技術系統中，5G信息技術相當于一個“高速信息公路”，物聯網技術相當于“觸角”，云計算技術相當于“大腦”，三者彼此配合完成相應的工作?！案咚傩畔⒐贰辈粌H可以傳輸數據，而且還能提升數據傳送的效率；“觸角”的作用是構建各個電子設備的連接；“大腦”的作用是綜合處理5G信息數據以及物聯網承載的各種數據。技術人員通過構建三種“智能技術”的連接，構建具有銜接性的模式，實現信息的搜集、整理、分析、再次傳輸的功能。

2.2 5G及物聯網融合技術

目前，5G及物聯網融合的關鍵技術主要有無線技術和網絡技術：無線技術包括MIMO技術、超高密度組網技術、高級調制編碼技術、多址接入技術；網絡網絡技術則主要包含網絡切片技術、網絡功能重構技術以及移動邊緣計算機技術。在新一代智能交通路口布置的各種智能終端將采集到大量的數據，需依托邊緣技術才能降低各種智能終端對5G傳送網絡帶寬的需求，才能滿足路口交通數據低延時要求，進而確保路口交通安全。

3 現階段智能交通路口的定義及發展概況

3.1 智能交通路口的定義

智能交通路口是物聯網高度發展的產物，其涉及多種信息技術，比如計算機技術、傳感器技術、通信技術等。此外，它還具有較強的系統性，需要將上述技術集成，構建高度集成性、智能化的運輸管理系統，實現交通信息真正達到合理利用交通道路，提升車輛運用效率，減少交通事故的作用。值得注意的是，智能交通路口構建主要是為了解決十字路口中人流、車流量大的問題。

3.2 現階段智能交通路口的使用現狀

在我國，西安市是第一批引入智能紅綠燈的城市，旨在優化交通資源的配置。智能紅綠燈的工作原理是：首先，攝像頭采集各個道路方向的車流信息；其次，服務器接收車流信息；最后，控制中心對車流信息進行分析，合理設置紅綠燈的放行時間，最終達到提升交通資源利用效率的目的。但是，這種智能紅綠燈只是具備上述功能，并不能進行優化交通線路、有效進行安全提醒以及進行交通預警等。5G網絡技術的運用為進一步實現智能交通路口的升級，并為達到上述功能提供技術支持。

4 新一代智能交通路口組成及功用

4.1 智能交通路口的組成

智能交通路口由前端的各種信息采集和顯示裝置、基于邊緣計算的智能IoT終端、基于控制中心的交通控制和信息發布系統等三部分組成，通過APP或B/S方式向行人用戶的手持終端、車輛用戶的車載終端、交通指揮控制中心提供低延時、高可靠的服務。如圖1所示。

圖1 智能交通路口

4.2 智能交通路口的功用

4.2.1 控制系統

①5G通信基站：完成車輛終端、形成終端以及控制系統三者的互聯，實現信息地高效傳輸；②信號燈：控制綠燈的放行時間，達到提升車輛、人流的通過效率，降低汽車尾氣排量的雙重目的；③傳感器：主要用于抓取人流、車流量信息，記錄人、車的違章行為；④智能IoT終端提供前端系統的控制、通信、指揮處理；⑤控制中心：用于各種信息的處理，比如交通路線、車輛速度、位置以及數量等，并將這些加工的信息轉化成指令，通過執行器件實現車輛行人安全、高速通過路口的目的。如圖2所示。

圖2 EC-loT實現路口局域信息協同，路網實時調優

4.2.2 行人用戶的手持終端

行人用戶的手持終端主要是指手機，此種手機需要安裝相應的智能操作系統，比如安卓系統、谷歌系統等，并具有5G網絡信息傳輸以及定位功能。

4.2.3 車輛用戶的車載終端

車輛用戶的車載終端裝智能操作系統，比如，特斯拉、阿里巴巴以及谷歌智能系統、華為鴻蒙OS系統，通過云平臺開放接口可及時獲取智能交通路口信息，作為自動駕駛L3、L4的輔佐。

5 新一代智能交通路口的開發

5.1 調節車流、人流的功能

要想進行有效地車流、人流調節，設計者需要從人車流信息的采集以及處理兩個方面思考。在信息采集方面，設計者運用攝像頭以及5G信號基站搜集路況信息。值得注意的是，攝像頭采集路況信息的優勢在于彌補5G信息基站不能搜集一些非智能端用戶的缺陷。兩者相互配合，可更為全面地搜集人流、車流信息。

在人流、車流信息的處理方面，設計者運用控制中心進行人、車流量信息的處理，根據實際的交通狀況，靈活調整紅綠燈的開放時間。比如，針對某方向路段車、人流量大的狀況，控制中心可以向紅綠燈傳輸延長綠燈放行時間的信號，提升此方向路段的人、車通行效率。

5.2 及時進行危險預警

及時進行危險預警的目的是減少交通事故損失的擴大化。由于交通路口的人車密度較大，導致在發生事故后，相應的行人以及駕駛者不能及時對交通事故進行避讓，引起二次性、連續性交通事故。

具體的危險預警原理是：控制中心通過攝像頭、物理網（IoT）交通智能終端以及5G信息基站采集的事故信息（速度變化、車輛位置以及車輛有可能發生的撞擊信息），將這些信息傳遞給駕駛者的車載終端，以及行人終端，使其了解前方路段的交通事故狀況，及時避讓，減少交通事故損失的擴大化。

5.3 優化人們的出行路線

控制中心系統根據智能物理網IoT交通智能終端、5G信息基站中的數據，了解各個路段中的人車流通狀況，并將這些信息通過5G信息基站再次傳遞到手機終端或汽車終端，讓人們了解前方路況信息，進行相應路線的選擇。與此同時，云端計算系統可通過后臺海量計算形成并推薦更為便捷的路線，合理利用道路資源。

5.4 及時進行安全提醒

安全提醒功能的實現基于抓拍高清攝像頭的周界聯動功能：比如行人抓拍攝像頭實時采集分析路口行人是否越線；機動車抓拍攝像頭和地感線圈聯動實時采集機動車是否越線。另外是傳送信息?？刂浦行乃鸭鲜鲂畔?，并將其通過5G信息基站傳遞給行人終端以及車輛終端，進行安全提醒，減輕交通事故的發生概率。

6 制約新一代智能交通路口開發的技術瓶頸

6.1 技術問題

（1）需建立穩定、低時延的5G網絡，并部署具有邊緣計算能力的物理網（IoT）交通智能終端。在物理網（IoT）交通智能終端融合了3C功能（控制Control、通信Communication、指揮Conduct），對車流采集、人流采集、交通信號指示裝置等的管理、分析，與云平臺及交通控制中心的通信功能，與路口交通指示裝置的控制功能。

（2）檢測系統尚未具備人形識別功能。檢測系統包括高清攝像機以及視頻檢測器兩部分，用于檢測、處理車輛、行人信息，并將這些信息傳遞給云端數據，實現相應的交通控制。這一塊功能提升需要國內攝像IC芯片廠家提供高性能視頻編解碼SoC和圖像信號處理器芯片，以及基于這些芯片的優化軟件算法，進行人形識別功能的嵌入，更為準確地進行人流、車流量的識別與監控。

（3）構建高效的控制中心平臺?？刂浦行钠脚_是指云計算，是現在最為常見的一種分布式計算方式。云計算的工作原理是通過網絡“云”，對海量的信息進行處理，并將處理的結果傳遞給用戶。假如交通路段位于商業街的中心，則在此位置會出現很多的行人和車輛，這些人車信息會同時傳輸到控制中心。為此，控制中心平臺需要構建高效的云計算，處理這些信息，并將最后的處理結果以最快的方式傳遞給行人、車輛等終端用戶，開展相應的交通管理，最終實現優化交通資源配置的狀況。

6.2 管理問題

（1）設備質量差。相應的智能化設備存在多種多樣的問題，導致智能化城市構建存在諸多問題。具體問題包括前端信息采集設備存在問題，關聯業務平臺缺乏可靠性，數據源質量不高，缺乏清洗篩選手段等。

（2）管理水平差。由于城市之間發展的不平衡性，導致無法制定統一的標準。比如，相關技術人員無法結合實際，設置相應的智慧交通管理體系、業務流程體系、模型算法體系等，造成智慧交通管理水平低的尷尬狀況。

7 結束語

總之，5G通信技術、邊緣技術和云計算和大數據等為新一代智能交通路口的構建提供了可能。相關設計人員結合5G通信系統、物聯網技術、邊緣技算、云平臺的優勢，構建具有高度融合的物聯系統，實現人、車、路的高效互動，最終實現交通資源的有效利用，降低交通事故的發生效率，打造智能化的城市交通系統。■