基于5G 的智慧靜態交通綜合管理解決方案

黃 鑫 陳慶勇

廣東省電信規劃設計院有限公司

0 引言

隨著近年來我國經濟的快速發展，居民的收入水平持續提高，汽車開始成為居民家庭的標配，汽車保有量大幅上升，但國內停車設施建設速度遠滯后于汽車保有量的增長速度，停車位供給缺口巨大。傳統停車方式下，駕駛者需要在指定區域停車，通過人工尋找車位、倒車、尋找車輛、尋找出口、停車收費等繁瑣環節，效率低、管理散亂、缺乏引導標識，從而導致停車難。

本研究介紹了一種基于5G 的智慧靜態交通綜合管理解決方案。相對于傳統停車方式，智慧靜態交通綜合解決方案以停車位資源為基礎，借由5G 技術的高速率、低時延、大連接優勢，整合移動終端技術、GPS（Global Positioning System，全球定位系統）/北斗定位技術、GIS（Geographic Information System，地理信息系統）技術等綜合應用于停車位的采集、管理、查詢、預訂與導航服務，實現深度融合與系統創新，搭建集傳輸、存儲、計算、感知于一體的新一代泛在智能交通基礎設施，進一步促進車、路、人的全域連接、數據交互和協同計算，實現交通基礎設施智能化升級，推動智慧停車真正落地。

同時5G 技術可以實現海量車聯網終端的實時數據反饋，構建靜態交通數據數字孿生模型，打破物理空間限制。此外5G 技術為工業級AGV（Automated Guided Vehicle，自動導引運輸車）應用提供完整的產業技術性能支撐，結合北斗高精度室外定位，有效提高人員、車輛、車位的定位精度，使汽車出行實現停車位精準預知與引導，進而實現停車資源的標準化管理與高效利用，達到停車位資源利用率的最大化、停車效率的最優化、停車場利潤的規模化和駕駛者停車一站式服務的便利化。

1 研究背景

隨著近年來我國經濟的快速發展，居民的收入水平持續提高，汽車開始成為居民家庭的標配，汽車保有量大幅上升。截至2021 年6 月，全國民用汽車保有量達2.92 億輛，并有74 個城市汽車保有量超過100 萬輛，而全國停車位數量約為11949 萬個，停車位比例僅為1：0.4，對比發達國家1：1.3 左右的停車位比例，國內停車位配比嚴重偏低。

在車多位少的大背景下，工作人群的潮汐流動導致停車資源在結構上不匹配，白天公共建筑特別是核心區域的停車位一位難求，而夜間出現居住類停車位嚴重不足，公共停車位空置率高的狀況。除總量的供需矛盾外，當前傳統停車行業的管理模式也較為粗放，存在諸多痛點，困擾著城市管理者與車場運營者。對于城市管理者而言，一方面是車位數量的供不應求，另一方面則是大量車位的閑置浪費。北上廣深四大一線城市的車位使用率分別49%、40%、48%和55%，全國范圍內僅9%的城市車位使用率在50%以上。對車場運營者而言，停車管理行業集中度低，缺少專業化精益化管理模式、傳統停車場智能化聯網化水平低，使得原本稀缺的停車資源因為粗放的管理方式得不到資源最大化利用。

資源錯配問題導致了城市車位使用率的低下，粗放的停車資源管理進一步加深了城市停車難的困境，增加了城市擁堵的風險概率，亟需由簡單粗放無序的靜態交通資源管理向科學化、精細化、智能化轉變，從而在運營者層面實現停車資源效益最大化，在城市管理者層面推進市域社會治理現代化，合力打通“停車難”問題最后一公里。

2 解決方案

基于5G 的智慧靜態交通綜合管理解決方案包括停車場數字孿生系統、智能機器人泊車系統、基于視頻理解的輔助停車系統、5G+北斗高精度導航與反向尋車系統、靜態交通業務及大數據平臺等子系統，致力于打造一款真正實現“無人值守、無感出入、高效運行、精準治理”的區域級智慧靜態交通綜合解決方案，不僅解決傳統停車管理效率低、依賴人工、操作繁瑣、用戶體驗感差等問題，而且作為數字城市的末端納入城市綜合交通管理大數據平臺，實現對城市道路、公共停車資源等的自動化、精細化管理。如圖1 所示。

圖1 基于5G 的智慧靜態交通綜合管理解決方案示意圖

2.1 三維仿真數字孿生技術

停車場數字孿生系統，是利用數字孿生技術對停車場設計、規劃、建設及運行運營的全生命周期進行數據可視化和物理模型構建，以停車資源時空底圖為基礎，全量接入監測傳感、圖像視頻、控制執行各類智能終端，一屏展示停車場全貌及車位預覽、業務監控、視頻反饋、設備狀態、地理信息分析等輔助信息，實現停車資源的全時鏡像、精準映射、統一管理、實時交互等一體化建設。

利用停車場數字孿生系統，以數字虛擬的平面圖形和3D立體空間圖形為載體，可以以更加直觀便捷高效的方式，指導停車場的規劃建設方案設計，停車場設備選型、控制和運行監控、管理和運營模式評估、故障預警及應急管理等。

2.2 智能泊車機器人技術

智能機器人停車系統是以人工智能、大數據等相關技術為核心，由智能泊車機器人、智能泊車AGVS（Automated Guided Vehicle System，自動導引運輸車系統）調度系統及停車管理系統組成，完成存車、入庫、出庫、取車、盤點、支付等功能，實現全程無人化停車。

智能泊車機器人是一種以電池為動力，裝備有電磁和光學等自動導引裝置的無人駕駛自動運輸車，由計算機控制、輪式移動為特征，并且能夠最優地導引路徑，專門用于搬運和運輸停車車輛的背負式輪式載重機器人。

智能泊車AGVS 調度系統是實現多個AGV 安全有序高效完成指定任務的集中監視與控制系統，調度系統能夠完成地圖建模、任務管理派發、路徑規劃與導航、交通調度與管制、AGV 實時狀態監測、分析報表等功能。

2.3 機器視覺輔助停車技術

基于視頻理解的輔助停車系統利用多通道的視頻數據，基于固定標志物完成圖像配準，將多通道的視頻數據進行拼接融合處理，形成車輛外部的全景視圖。利用車牌識別和場景識別技術，自動切換不同攝像頭視頻圖像以及經過融合后的視頻圖像，為停車機器人提供停車過程中的車輛外部全景視圖。

系統利用基于深度學習的目標檢測技術識別車輛旁邊的障礙物，結合深度攝像機，提取復雜泊車環境下場景類別關鍵信息，重塑車輛物理空間環境態勢并進行路線模擬，提供障礙物碰撞預警，從而能夠提高停車場空間利用率。

2.4 靜態交通大數據平臺

靜態交通業務及大數據平臺利用云計算、物聯網、大數據、人工智能等技術，通過可持續運營的商業服務模式，面向路邊及各類停車場實現跨區域、多層級的集中監控和管理，為政府、相關主管部門和運營企業提供遠程監控、決策支持、統計分析和數據展現等服務，同時可面向公眾提供綜合停車服務，并且通過人工智能、大數據技術，對停車資源、停車利用率的動態變化進行分析，為政府、運營商的決策提供支持，為運營商的運營工作節省成本，提高效率。主要功能包含停車管理、交管應用兩個方面。

停車管理主要包含各種停車場、道路泊位的管理，包括收費管理、人員管理以及設備管理等。對停車管理進行細致分析，在滿足客戶日常管理需求的基礎上，利用大數據分析技術對停車數據進行深入挖掘。具體如下：

（1）設備管理。對停車場所有核心設備統一登記管理，并利用物聯網和互聯網技術，實現設備的聯網監控、故障報警、設備維護等功能；

（2）人員管理。對停車場工作人員、路側收費員、監控運維人員的統一管理，采取分級管理制度，實現權限分配，工作考核等內容；

（3）收費管理。對停車場收費，路側停車收費統一管理，將停車記錄，收費記錄等深度整理，為管理員提供各種精細化經營報表。

交管應用通過對城市靜態交通數據的采集、存儲、分析，使靜態交通業務及大數據平臺在城市交通的規劃、建設、管理中發揮重要的支撐作用。在交通管理方面，靜態交通數據與動態交通數據結合，可形成完整的城市交通大數據庫，通過大數據分析，為交通管理部門提供技術支撐。具體如下：

（1）決策分析服務，通過對各停車場、路側停車位的出入流量、車位利用率等分析數據，引導新建停車場的規劃和建設；

（2）公眾服務，通過各種渠道，將停車場的地里位置、收費標準、余位信息等實時向社會大眾公布，為車主出行，停車提供便利；

（3）公共安全服務，根據車輛牌照信息，車輛顏色，車型特征信息，查找車輛的停車記錄和停車軌跡，當車輛發生停車行為時，系統自動發送告警信息。

3 建設方案

3.1 技術框架

基于5G 的智慧靜態交通綜合管理解決方案采用“五橫兩縱”架構設計，“五橫”自底向上分別為設備層、控制層、支撐層、平臺層和運營層，“兩縱”分別為安全和標準化體系、運維體系，總體架構設計具體如圖2 所示。在整體的技術框架中，5G 作為通信基礎設施，打通數據第一入口鏈接堵點，實現網絡感知層5G 化，保證停車資源信息收集的準確性和時效性，從而構建停車應用數據底座，為人工智能、機器視覺、邊緣計算及大數據分析與決策提供技術支撐點和需求增長點，整合數字化資源，搭建區域級智慧靜態交通平臺，實現資源一體化、誘導自主化、泊車自動化、平臺歸一化。

圖2 基于5G 的智慧靜態交通綜合管理解決方案整體架構圖

設備層主要是各類硬件及感知層的設備，是作為各基礎信息資源收集的硬件基礎。包含5G、無線局域網、互聯網等網絡設施，道閘設備、視覺設備、地磁設備、智能泊車機器人等智能硬件設備和終端，以及面向外部平臺的接口。

控制層向上與支撐層通過網絡進行數據交換，向下實現對設備層設備和基礎設施的控制和管理。在與本地設備控制總線與第三方設備接入的基礎上，設置道閘控制及車牌識別系統、智能泊車機器人控制及調度系統和立體車庫控制及調度系統。

支撐層基于標準規范的信息交換格式，向平臺層提供統一數據服務，由工作流引擎和中間件構成，包括微服務架構+容器技術、物聯網引擎、AI 計算引擎、三維仿真引擎以及5G行業切片。

平臺層以基礎服務功能為核心，包含停車場管理、角色權限管理、訂單管理、統一支付管理、規則管理、設備管理運維、對賬管理和統計報表管理等。

運營層主要針對用戶，提供綜合運營管理、大數據分析與服務以及第三方的開發接口。

業務應用與平臺功能分離的系統架構模式提升了整個解決方案可運營性和可擴展性，方便在區域內不同類型停車場的復制與推廣，節約整體的部署成本，同時有利于后期業務功能的靈活擴展。

3.2 5G 網絡部署

傳統模式下停車場采用WiFi 和光纖的方式部署網絡，但大型停車場面積往往數萬平方米以上，WiFi 網絡存在覆蓋不均勻、網絡不穩定、安全性差、運維困難等諸多弊端，無線傳輸能力無法滿足高清視頻數據流和AGV控制低時延的需求。

基于5G 的智慧靜態交通綜合管理解決方案采用基于運營商5G 網絡的MEC 混合專網的方式部署無線網絡系統，既可以保障停車場內的數據分離且自主可控，同時能夠保障網絡的可擴展性和兼容性。5G 無線基站根據停車場實際需求靈活部署，共享大網5GC，用戶面網元UPF/MEC 采用私有化部署，UPF 本地化降低時延，MEC 支撐本地服務為停車場提供視頻分析、實時控制等服務。同時為了保證AGV 低延時網絡需求不受公眾網絡系統影響，為智能泊車AGVS 提供部分物理獨享的5G 專用網絡切片，提升停車場智能泊車系統運行的安全性。如圖3 所示。

圖3 智慧靜態交通5G 網絡部署方案

依托5G 無線通信網絡、物聯網、云計算等技術將綜合誘導調度系統、停車場運營管理系統、數據分析決策系統結合在一起，建立統一管理平臺，將上下游數據鏈打通，形成統一的資源整合與資源共享平臺。同時融合邊緣計算，搭建云、邊、端的協同架構，通過邊緣節點的部署、監控、管理，解決傳統云計算存在的實時性不夠、帶寬不足、能耗較高的問題。

4 結束語

在國家大力推動“新基建”與“數字中國”建設的背景下，為迎合靜態交通市場在新形勢新技術下的新需求方向，本文提出了一種基于5G 的智慧靜態交通綜合管理解決方案。本方案依托傳統載重全向機器人控制及大規模調度的成熟開發能力，融合當前5G、人工智能、大數據、云計算等熱門技術，進行應用場景具體化、運行管理平臺化、數據管理集中化的延伸

開發，打造綜合化、立體化、軟硬結合的綜合管理解決方案。

通過靜態交通業務大數據資源的全面5G 共享和智慧停車業務流程的優化整合，基于5G 的智慧靜態交通綜合管理解決方案有效利用信息化技術幫助駕駛者提高日常停車效率和便捷度、幫助停車場運維者提升車位利用率和停車場吞吐量、幫助城市管理者簡化工作流程提升管理效率。