5G技術在智慧交通中的應用研究

楊曉瀟、周建國

（1.臨洮縣農村公路養(yǎng)護站，甘肅 定西730500；2.甘肅省定西市臨洮農校，甘肅 定西 730500）

0 引言

我國交通事業(yè)正處于快速發(fā)展的階段，隨著5G技術的廣泛應用，交通網(wǎng)絡的整體建設水平也得到了大幅度提升，為智慧交通的建設提供了良好基礎。結合當前交通行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀以及5G技術的發(fā)展情況，采用在智慧交通中應用5G技術的可行性方案，使智慧交通逐步走向規(guī)范化。

1 5G技術應用特點及智慧交通發(fā)展趨勢

1.15 G技術的特點

當前，5G技術已經廣泛應用于智慧城市、智慧交通等領域。5G移動互聯(lián)網(wǎng)時代的特點主要有：

一是網(wǎng)絡速度快。與4G網(wǎng)絡初期實現(xiàn)的100Mbit/s峰值速率相比，5G的理論值將達到5G～10Gbit/s，人們刷視頻時不再有卡頓等體驗。

二是網(wǎng)絡覆蓋廣。5G技術基站為全自動，設備可以遠程維護，偏遠地區(qū)僅需安裝5G基站即可大大提升網(wǎng)絡覆蓋率。

三是功耗非常低。可設置“低功耗”模式，節(jié)約通信技術使用成本。

四是無延時。對比2G、3G、4G網(wǎng)絡，5G網(wǎng)絡延時性非常小[1]。

1.2 智慧交通建設

智慧交通是指在交通運輸領域中利用互聯(lián)網(wǎng)、移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術，實現(xiàn)車輛、人員、道路交通、城市基礎設施、信息服務等各個方面的優(yōu)化配置、實時共享和智能優(yōu)化，實現(xiàn)人、車、路協(xié)同發(fā)展的新模式。智慧交通在中國的發(fā)展將主要體現(xiàn)在六個方面：

一是大數(shù)據(jù)應用將會更加深入，智慧交通將向智慧城市、智慧交通方向發(fā)展。

二是隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)+汽車、互聯(lián)網(wǎng)+公共汽車、互聯(lián)網(wǎng)+軌道交通等已進入高速發(fā)展期。

三是建立智慧交通安全可靠的運營環(huán)境，實現(xiàn)交通設施、環(huán)境、車輛、人員和管理系統(tǒng)的智能協(xié)同，提升智慧交通的管理水平和運行效率。

四是實施智能化的車輛運輸管理，實現(xiàn)交通運輸經濟高效發(fā)展。

五是打造一流的智慧交通服務系統(tǒng)，實現(xiàn)安全高效的服務水平。

六是通過對交通設施、環(huán)境和車輛管理系統(tǒng)的深度集成應用，實現(xiàn)智慧交通的快速決策與指揮調度。

2 5G技術在智慧交通中的具體應用

根據(jù)智慧交通的定義，其具有以下典型特征：實現(xiàn)智能化交通基礎設施和智能化運輸裝備的互聯(lián)；虛擬與現(xiàn)實相結合，線上與線下相結合，以虛擬指導現(xiàn)實，以線上指導線下；提供門到門的一體化綜合運輸服務；應需而變?yōu)橛脩籼峁┻m應性服務；運輸生產組織和管理高可靠性和高效能。

將5G技術應用到智慧交通建設中可獲取更加全面的信息，使得運輸組織形式發(fā)生根本性變革，由原有的松散的、不同運輸方式、不同層次、不同區(qū)域之間相對獨立的各自組織方式，轉變成集成、緊密銜接的協(xié)同組織方式，進一步完善智慧交通的頂層設計，明確智慧交通的發(fā)展方向，對信息采集、共享、服務等業(yè)務流程實現(xiàn)合理優(yōu)化，管理模式得到有效創(chuàng)新，推進智慧交通快速、健康、可持續(xù)發(fā)展[2]。

2.1 無人駕駛技術

通過應用5G技術可實現(xiàn)連續(xù)性、廣泛覆蓋、熱電容量更高、能耗比較低，可以對無人駕駛過程中產生的龐大數(shù)據(jù)進行實時傳輸和系統(tǒng)化的處理，能夠提供更加精準的地圖定位，運算形式更加復雜，促進無人駕駛的安全穩(wěn)健發(fā)展。無人駕駛技術主要分為半自主駕駛和完全無人駕駛兩類，通常通過高精度地圖實現(xiàn)，并能實時處理交通事件。目前，全球正在研發(fā)專門用于無人駕駛汽車的操作系統(tǒng)，通過手機或電腦來控制汽車。例如豐田于2022年推出一款全新車載智能系統(tǒng)“Huawei Sense Systems”，該系統(tǒng)可在用戶不熟悉的情況下為車輛提供導航和控制功能，幫助司機在駕駛途中對車輛進行控制或調節(jié)車輛車速及模式等操作。利用云服務可幫助駕駛員緩解駕駛疲勞癥狀、提高駕車效率，具有安全、可靠而節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點。

此外，無人駕駛汽車的應用還面臨一些挑戰(zhàn)，例如在一些特定場景中仍需駕駛員對汽車進行輔助操作以保證安全；車輛安全技術需改進和升級；需確保無人駕駛技術在運行期間均能保障司機和乘客的安全；在某些特定地點進行停車引導駕駛或在室內自動泊車等。

目前，無人駕駛技術還處于試驗階段，需要借助5G網(wǎng)絡技術推動無人駕駛技術穩(wěn)步落地，進而將無人駕駛技術升級為車聯(lián)網(wǎng)和自動導航。其中，車聯(lián)網(wǎng)包括基于5G的車聯(lián)網(wǎng)（V2X）、車聯(lián)網(wǎng)云服務和車聯(lián)網(wǎng)服務等。汽車自身有車輛的控制軟件、車輛傳感器以及相關控制器等功能，無人駕駛汽車通過采用毫米波頻段使其能夠達到1GHz以上的超高頻率，這就需要大量的低延遲無線通信技術（如5G），以提供實時業(yè)務連接和實時數(shù)據(jù)處理能力為支撐，在此基礎上形成基于數(shù)據(jù)的決策和控制算法，進而提高交通運營效率和安全性。根據(jù)國際標準化組織（ISO）制定技術要求（ISO/IEC802.3-2）的 定義：“傳 輸速率 大于50Mbit/s或數(shù)據(jù)速率為100Gbit/s以上時信道容量上限”。為保證通信質量，要求5G網(wǎng)絡具備更高速率、更低時延和更高數(shù)據(jù)傳輸速率（5Gbit/s）等特性。5G網(wǎng)絡可以提供較以往更好的連接質量，以高速率和低延遲實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，在無人駕駛汽車系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

2.2 交通的智慧管控

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控是通過本地緩存和分析上傳照片，該形式較為落后，不能對違章車輛的軌跡進行實時監(jiān)測、對事故現(xiàn)場的處理進度進行全面管理。因此，需將5G網(wǎng)絡應用到交通監(jiān)控領域中，將海量數(shù)據(jù)和視頻實時回傳到指揮中心，為交通指揮、事故處理等工作提供強有力的支持。目前，5G網(wǎng)絡具備很高的速率和低時延的特性，未來還將繼續(xù)保持，基于5G技術使數(shù)據(jù)速率大幅度提升，從而提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。同時，因為4K、VR等大帶寬設備將大幅度提高視頻監(jiān)控的傳輸速率，4K分辨率也得到了很大提升。因此，5G網(wǎng)絡在視頻監(jiān)控中的應用場景將會更廣泛。

通過應用5G技術對交通進行智慧管控可提高視頻監(jiān)控的時延。通過5G網(wǎng)絡進行高清視頻信號傳輸，可以有效提高低時延視頻的播放速度，從而滿足視頻在高清分辨率下所需要達到的低時延。要求通過5G大帶寬、低時延、低時延下視頻實時回傳、實時監(jiān)測交通現(xiàn)場信號與車輛信息、實時監(jiān)控交通事故，實現(xiàn)交通管控與管理，提高交通管理水平，為用戶提供可視化交通管控系統(tǒng)，實現(xiàn)自動駕駛車輛的遠程操控控制、安全駕駛及事故處理等相關業(yè)務場景。這些方式對于未來5G交通視頻監(jiān)控具有很強的應用價值，隨著交通監(jiān)控中高清視頻和處理需求增加，如何解決快速傳輸、有效降低帶寬將成為5G交通視頻監(jiān)控面臨的重要挑戰(zhàn)[3]。

5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關組網(wǎng)下的科技治超系統(tǒng)，解決了空間數(shù)據(jù)與智能硬件間數(shù)據(jù)互通，現(xiàn)場與遠程的高速聯(lián)網(wǎng)，超限超重超速自動識別、動態(tài)測量、精準測量、遠程監(jiān)控、自動報警、科學處罰，24小時動態(tài)自動化運行，多部門非現(xiàn)場聯(lián)合執(zhí)法，協(xié)助交通管理部門實現(xiàn)數(shù)字化管理。此外，“5G+AI”還可以應用在貨車駕駛輔助系統(tǒng)上。基于車載的視頻監(jiān)控和駕駛行為檢測模組，結合AI算法輔助，識別駕駛員抽煙、疲勞、撥打電話等違規(guī)行為，檢測行人等碰撞預警，可實現(xiàn)實時報警語音提醒，定位上報系統(tǒng)，降低事故率，提升事故處置效率。融合5G、北斗定位、AI和大數(shù)據(jù)分析等技術，研發(fā)智能車載終端與不停車檢測點外場監(jiān)測終端。

例如，針對影響道路安全的超限超載行為，可提供新的治理思路，讓超限超載車輛無所遁形。例如，某市正在打造的一體化科技治超系統(tǒng)，啟用了一批新的科技治超點，均建在各大橋附近。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場檢查相比，該系統(tǒng)強化了信息化手段，執(zhí)法人員無須到執(zhí)法點現(xiàn)場進行檢查，安裝在路口的檢測設備可自動識別出車輛和載重信息，通過網(wǎng)絡傳到數(shù)據(jù)中心進行分析，異常信息將被進一步發(fā)送到執(zhí)法部門，作為處罰的依據(jù)。一體化科技治超系統(tǒng)大幅度提升了治超效率，在推進智慧城市建設的重點項目中還獲評新型智慧城市創(chuàng)新應用案例。

2.3 車路協(xié)同系統(tǒng)的建設

隨著5G商用步伐的加快，以“車路協(xié)同”為代表的車路協(xié)同技術已經在全球范圍內得到了廣泛關注。2017年，德國電信集團在法蘭克福發(fā)布了世界首個5G車路協(xié)同系統(tǒng)試驗機；2019年初，歐盟在德國啟動了車路協(xié)同發(fā)展項目。該項目通過5G通信技術支持智能網(wǎng)聯(lián)汽車（AV）中遠程通信，在車輛之間實現(xiàn)信息交互和車輛通信，實現(xiàn)車輛與環(huán)境實時控制和通信，推動智能網(wǎng)聯(lián)汽車產業(yè)健康發(fā)展。從我國的車路協(xié)同技術上看來，其對推動自動駕駛技術變革、實現(xiàn)中國汽車產業(yè)智能化有重大意義；實現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)關鍵技術創(chuàng)新，可推動信息基礎設施與智慧交通融合發(fā)展。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車是以車、路、人、云、網(wǎng)等信息基礎設施為支撐實現(xiàn)萬物互聯(lián)而發(fā)展起來的一種新型智能汽車系統(tǒng)架構模式，是以網(wǎng)絡通信技術、信息技術與交通運輸領域深度融合發(fā)展為主線、協(xié)同創(chuàng)新為特點的新一代信息技術產業(yè)體系。該模式以“車”為核心進行廣泛深入應用，將技術與交通、信息通信融合發(fā)展、面向未來發(fā)展、引領產業(yè)升級作為整個國民經濟協(xié)調發(fā)展的重要組成部分并貫穿到整個社會當中。當前，汽車產業(yè)正在經歷產業(yè)升級的關鍵階段，在這一背景下，汽車產業(yè)將加速向智能化和網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展轉型，要求更高水平、更高層次、智能化的信息通信設備和服務，給用戶提供更為廣闊、復雜的系統(tǒng)。5G技術作為5G在車路協(xié)同領域提供支撐服務的核心技術之一，可以解決當前車路級通信系統(tǒng)存在的通信協(xié)議不兼容等問題，實現(xiàn)車輛與道路上其他應用層之間雙向通信，并能保證不同應用間的信息交互不受通信延遲影響。

5G技術可使智能車路協(xié)同系統(tǒng)的建設變得更加完善，各個環(huán)節(jié)精密配合，實現(xiàn)車輛道路的協(xié)調發(fā)展，具體表現(xiàn)在：

一是5G環(huán)境下實現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)的多傳感器、高精度定位等能力，實現(xiàn)自主感知、通信、規(guī)劃以及決策等功能，并與5G技術實現(xiàn)緊密的集成，提高車輛在復雜環(huán)境下的智能化水平。

二是智能網(wǎng)聯(lián)汽車在5G環(huán)境下，除了實現(xiàn)相關功能外，還需在車路協(xié)同網(wǎng)絡的支持下將信息傳遞到車端。

三是車路協(xié)同系統(tǒng)不僅具備感知、決策、控制的功能，還可實現(xiàn)與智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信、感知、決策三個方面的功能。

四是根據(jù)自動駕駛過程中感知到的環(huán)境信息，預測智能網(wǎng)聯(lián)汽車將會出現(xiàn)的問題以及發(fā)生概率，通過多種途徑制定預案、解決問題。

2.4 無障礙收費功能

在眾多因素中，導致高速公路出現(xiàn)擁堵問題的主要原因之一是收費環(huán)節(jié)。基于5G網(wǎng)絡的高速公路收費系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)高速移動業(yè)務、超高清視頻傳輸、高速公路業(yè)務處理等功能；實現(xiàn)對車輛數(shù)據(jù)感知、道路數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡覆蓋情況、車道流量分布情況等全面感知并精準處理，可在多個場景下有效提升高速公路車輛通行效率，為高速公路服務提供有力支撐，提升服務質量。

目前，我國高速公路電子支付正處于發(fā)展的初級階段，電子支付網(wǎng)絡正在發(fā)揮著越來越重要的作用。5G電子支付的發(fā)展模式是基于5G通信網(wǎng)絡和移動通信終端之間建立起“物聯(lián)網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)”模式的全新商業(yè)模式。該模式基于5G技術，通過將各設備連接在一起形成一個小型網(wǎng)絡層、通信網(wǎng)絡層和應用層，達到對各設備之間數(shù)據(jù)通信流和數(shù)據(jù)交互流、應用端的控制和管理、終端處理的目的。在收費站區(qū)域內，基于5G網(wǎng)絡將5G通信和收費系統(tǒng)進行融合，實現(xiàn)“5G+收費站”功能應用。為避免車輛出現(xiàn)擁堵，收費站區(qū)域內設置“高速公路臨時服務點”，方便有需求的車輛迅速繳費。在不擁堵路段可設置專用收費車道，實現(xiàn)不停車快捷通行。如用戶使用ETC卡通過智能門禁完成繳費，車輛通過時車聯(lián)網(wǎng)采集車輛行駛軌跡并進行精確定位，在遇到突發(fā)事件時進行通知，同步通過智慧收費站管理系統(tǒng)進行預警處理。在收費站區(qū)域外，針對ETC車輛和非ETC車輛進行分片監(jiān)控和引導，實現(xiàn)快速通行。

隨著5G通信技術的發(fā)展，5G通信系統(tǒng)將會在更大范圍內為用戶提供更加優(yōu)質、便捷、安全、舒適的服務。高速用戶可通過高速繳費APP或自助繳費設備繳納通行費，高速繳費APP將支持離線繳費和在線繳納，自助設備支持在線支付，兩種方式可為用戶提供更加優(yōu)質、便捷、高效、安全的服務。此外，針對高速流量多、擁堵情況突出、車輛通行不穩(wěn)定及用戶體驗差等問題，高速運營商將基于“5G+智慧交通”理念建設高速收費信息化系統(tǒng)，通過打造多點支撐、高可靠性的路網(wǎng)基礎設施，推動收費站智能升級改造工作，為高速入口提供高效的高速移動服務保障。

3 結語

綜上所述，隨著科學技術的不斷發(fā)展，智慧交通已經逐漸從新興領域成為交通運輸行業(yè)最具潛力的領域。5G技術在智慧交通中的實踐應用促進了城市的發(fā)展和社會進步，可對交通行業(yè)進行深度整合升級，提升行業(yè)智能化水平以及行業(yè)服務質量水平。