基于專利的5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下的無(wú)人駕駛關(guān)鍵技術(shù)分析

王繼梅

【摘要】 ? ?5G網(wǎng)絡(luò)具有超高帶寬、低延遲、大容量的特點(diǎn)，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展改善了智能駕駛中環(huán)境感知，智能避障，路徑規(guī)劃等技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中的信息交互效率，提高了無(wú)人駕駛中信息處理的及時(shí)性。本文將涉及5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下的無(wú)人駕駛中的關(guān)鍵技術(shù)的專利申請(qǐng)作為研究對(duì)象，基于專利數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行專利檢索并進(jìn)行專利數(shù)據(jù)分析，提取了5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下無(wú)人駕駛中一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)無(wú)人駕駛在我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)以期進(jìn)一步促進(jìn)無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 ? ?無(wú)人駕駛 ? ?5G ? ?感知 ? ?傳感器 ? ?智能避障 ? ?路徑規(guī)劃

引言：

在我國(guó)，隨著汽車保有量以及汽車產(chǎn)量的持續(xù)增加，城市公路呈現(xiàn)出越來(lái)越擁堵的趨勢(shì)并且已經(jīng)嚴(yán)重影響到了居民的出行感受。隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的自動(dòng)控制技術(shù)被運(yùn)用到汽車上。智能聯(lián)網(wǎng)汽車被認(rèn)為是產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，其對(duì)提高交通效率，改善司乘出行感受具有重要意義。2018年以來(lái)，工信部陸續(xù)發(fā)布了多個(gè)推動(dòng)智能聯(lián)網(wǎng)車汽車發(fā)展的政策性文件，2020年3月9日工信部發(fā)布了《汽車自動(dòng)駕駛自動(dòng)化分級(jí)》推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批公式并在2021年1月1日起實(shí)施，這意味著自動(dòng)駕駛技術(shù)將走向?qū)嶋H的應(yīng)用，在上述政策的指引下將會(huì)進(jìn)一步助力自動(dòng)駕駛技術(shù)中關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。

2021年我國(guó)將實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商用，5G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)人和人、人和物、物和物之間的泛在互聯(lián)，5G具有超高帶寬、低延遲、大容量的特點(diǎn)，5G時(shí)代的到來(lái)將會(huì)大大提高了傳輸數(shù)據(jù)的速度，會(huì)給我們的生活帶來(lái)更多的便利。5G網(wǎng)絡(luò)的高速率和低時(shí)延對(duì)于自動(dòng)駕駛車輛在復(fù)雜的交通環(huán)境中及時(shí)的感知危險(xiǎn)環(huán)境并且實(shí)時(shí)接收和執(zhí)行控制指令十分重要。5G網(wǎng)絡(luò)能進(jìn)一步增強(qiáng)復(fù)雜的交通道路環(huán)境下傳感器設(shè)備與自動(dòng)駕駛車輛之間的交互效率，提高復(fù)雜交通道路環(huán)境下的自動(dòng)駕駛車輛的事件處置能力。

隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和無(wú)人駕駛發(fā)展的需求，出現(xiàn)了一大批無(wú)人駕駛相關(guān)的專利申請(qǐng)，各個(gè)企業(yè)也在該領(lǐng)域進(jìn)行專利布局以期提升自身的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力并在未來(lái)獲取更大的市場(chǎng)份額。

一、5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)

5G網(wǎng)絡(luò)具有增強(qiáng)移動(dòng)寬帶eMBB、海量機(jī)器類通信mMTC和超可靠低時(shí)延通信URLLC三大特點(diǎn)。其中URLLC 典型應(yīng)用于工業(yè)控制、無(wú)人機(jī)控制、智能駕駛控制等可靠性要求比較高，對(duì)時(shí)延又極其敏感的業(yè)務(wù)。5G網(wǎng)絡(luò)在容量方面可以實(shí)現(xiàn)比4G網(wǎng)絡(luò)單位面積移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)1000倍，在傳輸速率方面，5G網(wǎng)絡(luò)的單用戶數(shù)據(jù)傳輸速率也提升了10到1000倍，峰值傳輸速率也達(dá)到了4G網(wǎng)絡(luò)的100倍，5G網(wǎng)絡(luò)的端到端時(shí)延進(jìn)一步縮短了5倍，在可接入性方面，可接入的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量也增加了10到100倍[1]。

憑借5G網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)帶寬、海量連接、低時(shí)延的優(yōu)勢(shì)，可以使得無(wú)人駕駛車輛與數(shù)據(jù)處理核心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，無(wú)人駕駛車輛通過(guò)傳感器將本地采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)上報(bào)給車內(nèi)的中央處理單元，中央處理單元將高精度地圖、實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)及路況信息等數(shù)據(jù)發(fā)給無(wú)人駕駛車輛的智能駕駛儀[2]，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了駕駛指令的急送即達(dá)，為無(wú)人駕駛車輛在特殊場(chǎng)景的路徑規(guī)劃提供了新的工具。

二、5G網(wǎng)絡(luò)下的無(wú)人駕駛關(guān)鍵技術(shù)

本文將涉及5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下的無(wú)人駕駛中的關(guān)鍵技術(shù)的專利申請(qǐng)作為研究對(duì)象，基于專利數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行專利檢索并進(jìn)行專利數(shù)據(jù)分析，提取了5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下無(wú)人駕駛中一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析如下。

2.1 5G 環(huán)境下無(wú)人駕駛中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 環(huán)境感知

無(wú)人駕駛車輛中的感知系統(tǒng)由超聲波雷達(dá)處理單元以及視覺(jué)感知處理單元組成，超聲波雷達(dá)處理單元由多個(gè)超聲波雷達(dá)及雷達(dá)控制器組成，通過(guò)超聲波雷達(dá)采集車輛與障礙物之間的距離信息，并在處理之后將該距離信息發(fā)送給路徑規(guī)劃決策單元用于路徑規(guī)劃以躲避障礙物。視覺(jué)感知處理單元由多個(gè)高清廣角攝像頭以及視覺(jué)處理控制器組成，高清廣角攝像頭采集自動(dòng)駕駛車輛周圍的全景圖像發(fā)送給視覺(jué)處理控制器處理，在無(wú)人駕駛車輛中的感知系統(tǒng)安裝5G通信模塊，將其接入5G通信網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)帶寬比4G網(wǎng)絡(luò)提升了百倍，可以有效降低無(wú)人駕駛車輛感知系統(tǒng)中傳感器本身數(shù)據(jù)計(jì)算和處理的要求，處理后的圖像信息通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程控制云平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛車輛的遠(yuǎn)程駕駛控制，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送采集的環(huán)境信息，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境信息的高速和及時(shí)的處理，從而提供更精確的遠(yuǎn)程控制。

2.1.2 智能避障

沿道路的各個(gè)路段鋪設(shè)多個(gè)5G基站，5G基站能夠?yàn)闊o(wú)人駕駛車輛提供更加精確的定位，同時(shí)5G網(wǎng)絡(luò)也保障了障礙物信息上報(bào)和反饋的實(shí)時(shí)性。無(wú)人駕駛車輛通過(guò)感知系統(tǒng)中各個(gè)傳感器的協(xié)同感知判斷行駛路徑中障礙物的位置、大小以及與車輛的距離信息，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)定位以及遠(yuǎn)程控制云平臺(tái)的控制算法完成高精度的自主避障，感知系統(tǒng)將感知的障礙物信息和路徑軌跡信息上傳至遠(yuǎn)端控制云平臺(tái)，云平臺(tái)記錄新的路徑更新軌跡從而為下一次的路徑規(guī)劃提供依據(jù)。另外，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也可以使得車輛之間保持安全的行駛距離，5G基站將車輛的實(shí)時(shí)速度信息，車輛頭部和尾部的位置信息實(shí)時(shí)的傳輸給遠(yuǎn)端控制云平臺(tái)，從而使得無(wú)人駕駛車輛根據(jù)遠(yuǎn)端云平臺(tái)傳輸?shù)男畔⑴袛啾拒嚺c前車之間的安全間距。

2.1.3 路徑規(guī)劃決策

5G網(wǎng)絡(luò)用于傳遞無(wú)人駕駛車輛向遠(yuǎn)端控制云平臺(tái)請(qǐng)求的路徑規(guī)劃方案、無(wú)人駕駛車輛同時(shí)將自身的位置信息以及目的地信息也通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)端控制云平臺(tái)，遠(yuǎn)端控制云平臺(tái)通過(guò)計(jì)算得出路徑規(guī)劃方案之后通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)下達(dá)給無(wú)人駕駛車輛。在無(wú)人駕駛車輛根據(jù)規(guī)劃路徑進(jìn)行駕駛的過(guò)程中，無(wú)人駕駛車輛的感知系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行協(xié)同感知，并通過(guò)遠(yuǎn)端控制云平臺(tái)實(shí)時(shí)的通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)更新路徑規(guī)劃方案。

2.2 5G網(wǎng)絡(luò)下無(wú)人駕駛關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)專利申請(qǐng)量以及專利布局情況分析

隨著5G的發(fā)展以及自動(dòng)駕駛應(yīng)用的需求，全球各大公司都在進(jìn)行專利布局，近幾年出現(xiàn)了大批相關(guān)的專利申請(qǐng)，圖1示出了5G網(wǎng)絡(luò)下自動(dòng)駕駛相關(guān)專利申請(qǐng)量的變化趨勢(shì)圖，從該圖顯示數(shù)據(jù)來(lái)看，專利申請(qǐng)量增長(zhǎng)出現(xiàn)了2016年，在2019年前后出現(xiàn)高峰，這也正契合了5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的進(jìn)程。圖2為專利申請(qǐng)地域分布情況，從專利地域布局來(lái)看，主要專利集中分布在中國(guó)，美國(guó)，歐洲，韓國(guó)和日本，專利申請(qǐng)量占比達(dá)到了總專利申請(qǐng)量的80%以上，我國(guó)在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，分析主要原因是因?yàn)槲覈?guó)汽車保有量巨大，在我國(guó)城市巨大的車輛非常容易造成交通擁堵，我國(guó)非常重視無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展以期解決中國(guó)城市的交通難題。

在未來(lái)為了解決我國(guó)交通城市痼疾，會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展，隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，道路設(shè)施的更加完善，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與車聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合會(huì)更加緊密，無(wú)人駕駛數(shù)據(jù)以及控制指令的傳輸時(shí)延會(huì)進(jìn)一步降低，汽車行駛的靈敏性也會(huì)進(jìn)一步提高，預(yù)測(cè)在未來(lái)中國(guó)的自動(dòng)駕駛市場(chǎng)會(huì)具有巨大的潛在消費(fèi)市場(chǎng)。

三、結(jié)束語(yǔ)

5G是目前移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的最高峰，其能夠針對(duì)不同的需求靈活動(dòng)態(tài)的分配資源，因此，能夠?yàn)榇怪毙袠I(yè)提供定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。無(wú)人駕駛將是未來(lái)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能使自動(dòng)駕駛車輛在復(fù)雜的交通環(huán)境中更加及時(shí)的感知危險(xiǎn)并且改善接收和執(zhí)行控制指令的及時(shí)性。隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無(wú)人駕駛技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，將會(huì)進(jìn)一步提高復(fù)雜交通道路環(huán)境下的自動(dòng)駕駛車輛的事件處置能力，從而緩解交通擁堵、減少交通管理壓力，改善人們的生活品質(zhì)。

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

[1] IMT-2000（5G）推進(jìn)組，5G無(wú)人機(jī)應(yīng)用白皮書(shū)，2018，09

[2] 張?bào)K等，5G 背景下無(wú)人駕駛車輛關(guān)鍵技術(shù)在疫情環(huán)境中的應(yīng)用研究[J]， 信息通信技術(shù)與政策. 2020，（05）