5G 技術(shù)在智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用

張春光

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引 言

中共中央、國(guó)務(wù)院為統(tǒng)籌推進(jìn)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)印發(fā)實(shí)施的《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》中提到“科技創(chuàng)新富有活力、智慧引領(lǐng)”。未來(lái)交通領(lǐng)域要強(qiáng)化前沿關(guān)鍵科技研發(fā)，并且大力發(fā)展智慧交通，推動(dòng)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、超級(jí)計(jì)算等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合。2020 年，在疫情背景下，國(guó)家提出的“新基建”戰(zhàn)略進(jìn)一步為智能交通在我國(guó)的繁榮發(fā)展提供了多重利好。5G、云計(jì)算、AI 將直接作用于交通系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)。本文就5G 技術(shù)在智能交通領(lǐng)域的具體應(yīng)用，以及未來(lái)亟待發(fā)展的方向展開說(shuō)明。

1 5G 通信技術(shù)概述

5G 技術(shù)，即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，是面向2020年以后移動(dòng)通信需求而發(fā)展的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。5G 技術(shù)具有超高數(shù)據(jù)速率，數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，最高可達(dá)10Gbit/s，比當(dāng)前有線互聯(lián)網(wǎng)快，并且比之前的4G 網(wǎng)絡(luò)快100 倍。此外，5G 具有較低的網(wǎng)絡(luò)延遲，低于1 ms，而4G 為30～70 ms。5G 的大規(guī)模連接、高可靠性等特征，使5G 技術(shù)將滲透到社會(huì)的各個(gè)行業(yè)。如果說(shuō)1G 到4G是為了服務(wù)人與人之間的通信而存在的，那么5G就可以實(shí)現(xiàn)“物與物”“人與物”之間的通信。其關(guān)鍵性能指標(biāo)主要包括用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)速率、連接密度、端到端延遲、流量密度、移動(dòng)性和峰值數(shù)據(jù)速率。隨著5G 的商用步伐不斷加快，用戶在體驗(yàn)感上也會(huì)得到顯著的提高。

近期，交通運(yùn)輸部發(fā)布了《關(guān)于中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)有限公司開展5G 智能交通信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)試點(diǎn)工作的意見》。未來(lái)將在5G 智能交通信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、智慧公路、智能航運(yùn)領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用等方面的試點(diǎn)。其中，在5G 車路協(xié)同與智慧公路技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用方面提出進(jìn)行車路協(xié)同硬件系統(tǒng)硏發(fā)，構(gòu)建車路協(xié)同大數(shù)據(jù)體系和車路協(xié)同信息安全體系，創(chuàng)新智慧公路應(yīng)用，并打造面向固定園區(qū)的自動(dòng)駕駛5G 云控平臺(tái)。5G 技術(shù)在交通領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，并且將在未來(lái)為智能交通系統(tǒng)的不斷升級(jí)貢獻(xiàn)不可小覷的力量。

2 智能交通系統(tǒng)概述

交通系統(tǒng)由人、車、路、環(huán)境組成。隨著交通系統(tǒng)不斷復(fù)雜化，交通堵塞、環(huán)境污染等交通問(wèn)題也隨之涌現(xiàn)。其本質(zhì)便是交通組成要素之間的矛盾。智能交通系統(tǒng)是解決這一矛盾的一種途徑，也是一種必然選擇。智能交通系統(tǒng)將人、車、路看作一個(gè)整體，結(jié)合自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等，提高交通系統(tǒng)的安全性、可管理性和運(yùn)輸效能，同時(shí)能夠降低能耗，減少對(duì)氣候環(huán)境的負(fù)面影響[1]。隨著各項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能交通系統(tǒng)逐漸呈現(xiàn)人、車、路之間的協(xié)同控制的態(tài)勢(shì)，“智能網(wǎng)聯(lián)汽車”等智能化的交通工具也開始逐步投入使用。除此之外，在物流領(lǐng)域正不斷向著協(xié)同控制的方向前進(jìn)。實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)行態(tài)勢(shì)的精確感知和智能調(diào)控也是未來(lái)發(fā)展的重要目標(biāo)。

3 5G 技術(shù)在智能交通領(lǐng)域的具體應(yīng)用

2020 年，5G 技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)商用，給智能交通領(lǐng)域帶來(lái)十分顯著的變革。

3.1 智慧高速

智慧高速是近些年在“智慧地球”“智慧交通”等概念提出之后應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物，也是智慧交通的重要組成部分。目前，對(duì)于智慧高速尚沒有一個(gè)十分明確的定義，但是智慧高速發(fā)展的目標(biāo)是很明確的：借助現(xiàn)有的5G 技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)的技術(shù)手段，構(gòu)建高速公路的協(xié)同管控的服務(wù)體系。實(shí)現(xiàn)高速公路的更加安全可靠、快速暢通的服務(wù)環(huán)境，高性價(jià)比、高效率的運(yùn)行環(huán)境、節(jié)約能源的同時(shí)，也降低對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)化、綠色的發(fā)展模式[2]。車路協(xié)同是5G 技術(shù)在交通領(lǐng)域的一個(gè)十分重要的應(yīng)用。而智慧高速便是車路協(xié)同的一次最佳的試水場(chǎng)景。高速公路相比普通的城市內(nèi)的公路而言，普通公路是開放式的，且是人車混行的，而高速公路是封閉的，并只提供給具有一定行駛速度的汽車使用。

在我國(guó)的浙江等地，智慧高速已經(jīng)開始如火如荼地投入建設(shè)、先行先試。智慧高速若能在我國(guó)有效且成功地得到應(yīng)用，那么智慧高速可以通過(guò)快速的大數(shù)據(jù)可視化處理，實(shí)現(xiàn)信息在道路使用者與運(yùn)營(yíng)管理和服務(wù)系統(tǒng)之間的雙向?qū)崟r(shí)高效交互，為高速公路運(yùn)營(yíng)管理和服務(wù)提供決策依據(jù)的同時(shí)，對(duì)道路使用者在出現(xiàn)極端天氣等情況下提供必要的信息，從而降低高速的事故率。同時(shí)，可以實(shí)時(shí)提供關(guān)于高速收費(fèi)站、高速服務(wù)區(qū)等地的信息，便于司機(jī)提前做出預(yù)判與決策。

3.2 無(wú)人駕駛汽車

無(wú)人駕駛汽車是智能汽車的一種，也是驗(yàn)證各種新興技術(shù)的最佳實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，更是當(dāng)今前沿科技的重要發(fā)展方向。無(wú)人駕駛汽車是通過(guò)車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動(dòng)規(guī)劃行車路線并控制車輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)的智能汽車[3]。在5G 技術(shù)未能取得突破之前，無(wú)人駕駛汽車無(wú)法投入使用，信息傳遞的滯后性使得車輛不能應(yīng)對(duì)瞬息萬(wàn)變的、復(fù)雜的道路環(huán)境。隨著5G 技術(shù)的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)延遲低于1 ms 的優(yōu)勢(shì)將會(huì)為無(wú)人駕駛汽車的發(fā)展持續(xù)賦能，無(wú)人駕駛車輛的技術(shù)瓶頸有望實(shí)現(xiàn)歷史性的突破。

無(wú)人駕駛汽車采用全自動(dòng)感應(yīng)操作，能夠極大地降低反應(yīng)時(shí)間、縮短跟車距離、提高道路通行能力。車路協(xié)同下的無(wú)人駕駛汽車在減少交叉口延誤、提高平均車速，根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的路況信息不斷規(guī)劃更為合理的行駛路線的同時(shí)，還可以更大程度地保障出行安全。相較于現(xiàn)有的傳統(tǒng)汽車言，無(wú)人駕駛汽車更快、更好、更安全。困擾許多城市高峰時(shí)段的擁堵問(wèn)題也會(huì)隨著無(wú)人駕駛汽車的逐漸普及而得到改善。可以說(shuō)，無(wú)人駕駛汽車的出現(xiàn)，可以切切實(shí)實(shí)地改變?nèi)藗兊纳睢?/p>

3.3 智慧燈桿

隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)的不斷完善，路燈桿、路名牌、交通指示牌等為人們生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也使城市站址資源趨于緊張，因此“多桿合一”成了美化城市環(huán)境的一種選擇。這時(shí)的燈桿就已經(jīng)不是簡(jiǎn)單為了照明而存在的，而是多種功能的整合。隨著5G技術(shù)的成熟，基站的建設(shè)也在如火如荼進(jìn)行。在這種背景下，路燈無(wú)論從站址還是間距等因素考慮，都成了5G 基站的最佳載體。而5G 技術(shù)也使智慧燈桿更加具有“智慧”[4]。兩者相互成就，對(duì)智慧燈桿也是千載難逢的發(fā)展機(jī)遇。

智慧燈桿中搭載5G 基站，除了減少空間浪費(fèi)、節(jié)約建設(shè)成本之外，還可以進(jìn)行違法信息和事故信息采集服務(wù)。根據(jù)監(jiān)控到的違法事件或者嚴(yán)重的事故，進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)一鍵報(bào)警。依據(jù)燈桿地理位置，可以快速定位事件或者事故的位置，開展救援活動(dòng)，維護(hù)社會(huì)治安。在交通領(lǐng)域，智慧燈桿可以實(shí)時(shí)監(jiān)控城市各個(gè)線路的車流量，在無(wú)人駕駛汽車投入使用的未來(lái)，可以為車輛實(shí)時(shí)線路規(guī)劃提供依據(jù)。此外，對(duì)于特種車輛的跟蹤管理，也可以保障特種車輛執(zhí)行任務(wù)時(shí)道路的暢通，從而提升效率。

4 5G 技術(shù)應(yīng)用展望

5G 技術(shù)雖然在智能交通領(lǐng)域逐漸開展應(yīng)用，但在交通領(lǐng)域所能發(fā)揮的潛力還遠(yuǎn)不止于此。

4.1 城市軌道交通領(lǐng)域

城市軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)由乘客無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、公安無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)營(yíng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)四大類構(gòu)成。5G 技術(shù)在城市軌道交通無(wú)線通信中可以實(shí)現(xiàn)高速通信、端到端通信和綠色通信。未來(lái)，城市軌道交通領(lǐng)域無(wú)論是在乘客出行服務(wù)方面，還是在城市軌道企業(yè)運(yùn)營(yíng)方面，5G 技術(shù)都可以發(fā)揮強(qiáng)大的賦能作用。

在乘客出行服務(wù)方面，基于5G 網(wǎng)絡(luò)定位和5G網(wǎng)絡(luò)信令的大數(shù)據(jù)分析，可以獲取乘客的完整出行軌跡信息，從而滿足面向城市交通領(lǐng)域“出行即服務(wù)（MaaS）”的需求。對(duì)于乘客而言，可以提供室內(nèi)導(dǎo)航、換乘指引等服務(wù)，使乘客可以獲得更加舒適的出行體驗(yàn)。在軌道交通企業(yè)運(yùn)營(yíng)方面，通過(guò)5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集車站、車廂等現(xiàn)場(chǎng)圖像信息，以及乘客出行、設(shè)備監(jiān)管數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)軌道交通運(yùn)營(yíng)的全過(guò)程信息采集，地鐵運(yùn)營(yíng)管理工作將變得可視、可管、可控。并且獲取到的數(shù)據(jù)資源可以幫助完成車廂分流、客流分析和預(yù)測(cè)等工作，提升運(yùn)營(yíng)效率的同時(shí)，也可以避免資源浪費(fèi)。

4.2 智慧停車領(lǐng)域

停車難、停車亂的問(wèn)題是我國(guó)大部分城市的通病。智慧停車，將城市停車系統(tǒng)與5G 技術(shù)充分融合在一起。城市停車作為另類地產(chǎn)，有了智慧賦能，不僅能夠?yàn)榻煌ㄐ袠I(yè)貢獻(xiàn)力量，還能為城市發(fā)展貢獻(xiàn)力量。借助5G 技術(shù)的低延時(shí)性和高可靠性，可實(shí)現(xiàn)停車設(shè)備云控制，更好地整合利用各停車設(shè)備的圖像、視頻等數(shù)據(jù)信息，達(dá)到集約化數(shù)據(jù)管控。城市各停車場(chǎng)將實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，有效提升有限停車位的周轉(zhuǎn)效率，并且避免車位資源分配不均等問(wèn)題，真正解決城市交通路邊停車難、車位尋找難等實(shí)際問(wèn)題。與此同時(shí)，智慧停車的發(fā)展離不開行業(yè)管理體制的不斷完善，管理體制應(yīng)從多頭管理向統(tǒng)一管理過(guò)渡。并且，也應(yīng)當(dāng)完善相應(yīng)的政策為市場(chǎng)的有序發(fā)展、規(guī)范化發(fā)展提供政策保障。

4.3 城市物流配送領(lǐng)域

近些年來(lái)，城市物流配送行業(yè)發(fā)展得如火如荼。疫情的爆發(fā)，更加印證了物流配送服務(wù)的保障關(guān)乎每個(gè)人的生活。5G 技術(shù)與城市物流配送行業(yè)之間的深度融合，將會(huì)催生新的配送模式，傳統(tǒng)物流也會(huì)向新型智慧物流轉(zhuǎn)型，幫助物流配送逐漸實(shí)現(xiàn)安全、高效的服務(wù)。

要實(shí)現(xiàn)貨物的安全、高效運(yùn)輸，需針對(duì)載運(yùn)工具實(shí)現(xiàn)全面、及時(shí)的管理監(jiān)控。5G 技術(shù)會(huì)提供足量的帶寬和穩(wěn)定性，通過(guò)高清視頻監(jiān)控獲取高質(zhì)量監(jiān)控畫面并即時(shí)傳回，在云端通過(guò)算法對(duì)運(yùn)輸狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并及時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)載運(yùn)工具全面、及時(shí)的管理監(jiān)控。這可以彌補(bǔ)當(dāng)前在車輛上安裝車載監(jiān)控系統(tǒng)獲取視頻和定位時(shí)，監(jiān)管的范圍、時(shí)效性，以及有效性上可能存在的不足。

5 結(jié) 語(yǔ)

在互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的支撐下，我國(guó)智慧交通建設(shè)已初見成效。5G 技術(shù)卓越的數(shù)據(jù)傳輸和終端接入能力，將進(jìn)一步提升城市交通運(yùn)輸系統(tǒng)的智慧化水平，也會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)各類先進(jìn)的技術(shù)與交通運(yùn)輸領(lǐng)域之間的深度融合，逐步實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)各要素之間的協(xié)同管控，同時(shí)把獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)皆贫耍_(dá)到互聯(lián)、互通與共享的目標(biāo)，使未來(lái)的交通領(lǐng)域逐步向智能、高效、便捷、安全、綠色的方向邁進(jìn)。