淺談5G遠(yuǎn)程駕駛技術(shù)的場(chǎng)景應(yīng)用

齊利敏 徐靜

5G網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延、大帶寬是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程高精度控制和高可靠性駕駛的重要保障，遠(yuǎn)程駕駛可以應(yīng)用在一些特殊場(chǎng)景，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精準(zhǔn)作業(yè)

目前，我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在穩(wěn)定地、快速地向前發(fā)展。2019年6月，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)移動(dòng)分別取得了工信部發(fā)放的5G商用牌照。到2020年，通過5G+邊緣計(jì)算，自動(dòng)駕駛面臨實(shí)現(xiàn)的可能性大大增加。未來幾年，伴隨人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的綜合應(yīng)用，汽車智能程度得到提升，5G網(wǎng)絡(luò)逐步普及車路協(xié)同設(shè)備技術(shù)進(jìn)一步成熟，遠(yuǎn)程駕駛、自動(dòng)駕駛等也將逐步走向成熟。未來，汽車的發(fā)展方向必然向著無人駕駛，或者輔助駕駛系統(tǒng)的方向發(fā)展。

5G遠(yuǎn)程駕駛技術(shù)的目標(biāo)及意義

基于5G通信技術(shù)的遠(yuǎn)程駕駛技術(shù)是通過模擬駕駛艙對(duì)數(shù)十甚至上百公里外的自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。坐在駕駛艙的真實(shí)駕駛員，在操作方向盤、剎車、油門時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)便會(huì)被實(shí)時(shí)傳遞到被操控車上，并完成直行、轉(zhuǎn)彎、掉頭以及定點(diǎn)靠邊停車等操作。目前，市場(chǎng)上的一些5G遠(yuǎn)程駕駛網(wǎng)關(guān)已經(jīng)能夠?yàn)槠囻{駛提供網(wǎng)絡(luò)、采集環(huán)境畫面、控車等方面的功能體驗(yàn)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程駕駛的各項(xiàng)技術(shù)需求。

所以，5G遠(yuǎn)程駕駛也是自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的模式之一，可在礦山或者港口等艱苦場(chǎng)景、搶險(xiǎn)救災(zāi)等危險(xiǎn)場(chǎng)景、共享出行車輛調(diào)度管理等應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮巨大作用。

5G遠(yuǎn)程駕駛中的部分關(guān)鍵技術(shù)

市場(chǎng)上常見的5G遠(yuǎn)程駕駛網(wǎng)關(guān)主要業(yè)務(wù)較多，主要包括提供網(wǎng)絡(luò)、采集環(huán)境畫面、控車等。為完成這些業(yè)務(wù)，需要提供的技術(shù)點(diǎn)主要有軟件的初始化程序、5G模塊、網(wǎng)絡(luò)共享、攝像頭初始化、視頻采集編碼、疊加軌跡線、流媒體傳輸、控車及臺(tái)架交互等。

首先，遠(yuǎn)程駕駛依賴5G網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)5G模塊被識(shí)別后，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行撥號(hào)聯(lián)網(wǎng)，5G模塊正常聯(lián)網(wǎng)后就可以啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)共享程序。當(dāng)然，流媒體要想傳輸成功，必須依靠網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的傳輸，所以在開機(jī)時(shí)就可以執(zhí)行攝像頭初始化、視頻采集編碼;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通路建立后，可以直接進(jìn)行流媒體數(shù)據(jù)的傳輸。其次，由于控制指令是通過遠(yuǎn)程臺(tái)架下發(fā)的，控車程序也需要在網(wǎng)絡(luò)通路建立后啟動(dòng)。

多路視頻圖像采集。多路攝像頭可以同時(shí)采集視頻圖像，并進(jìn)行H.265編碼輸出。其中，VI模塊的存在是為了獲取原始圖像，并對(duì)原始圖像的加工后，輸出多路不同分辨率的圖像。VPSS模塊是在接收到上個(gè)VI模塊發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)后，進(jìn)行一系列的處理，例如加強(qiáng)、銳化等，處理后輸出多路不同分辨率的圖像用于拍照、查看預(yù)覽等。VENC模塊在接收到VI模塊和VPSS模塊處理后的圖像數(shù)據(jù)之后，按不同的協(xié)議進(jìn)行編碼，并輸出相應(yīng)編碼后的碼流數(shù)據(jù)。

流媒體傳輸服務(wù)。車載端需實(shí)現(xiàn)RTSP（實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議）和H.265 RTP（實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議）并作為服務(wù)器來接受臺(tái)架端的連接然后進(jìn)行流媒體傳輸。另一種拉流方式是臺(tái)架端私有協(xié)議，車載端也是作為服務(wù)器來接受臺(tái)架端連接，通過TCP協(xié)議直接傳輸H.265裸流到臺(tái)架端。以幀為單位來解碼H.265媒體數(shù)據(jù)，每一幀又包含多個(gè)包，流媒體數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)需要解析成NALU（Network Abstract Layer Unit）作為單位來進(jìn)行傳輸。因此，一次數(shù)據(jù)的發(fā)送需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行三次解析和封裝。其中，Nalu解析是在視頻數(shù)據(jù)流中找到前綴碼并根據(jù)NALU的語法元素進(jìn)行FU分包處理，加上第一層nalu header;RTP封裝是指將NALU單元封裝為RTP包;TCP/UDP封裝是指可現(xiàn)實(shí)協(xié)議的中拉流方式并進(jìn)行傳輸。

控車模塊。該模塊通過接收遠(yuǎn)程控車指令，將指令轉(zhuǎn)換成可以控制車輛行為的CAN信號(hào)發(fā)送給汽車，將實(shí)時(shí)獲取車輛信息發(fā)送到遠(yuǎn)程駕駛平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程駕駛功能。該模塊能實(shí)現(xiàn)車輛臺(tái)架之間的交互協(xié)議，完成控車協(xié)議和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器協(xié)議，總體流程圖如圖2所示。其中，臺(tái)架交互協(xié)議定義了5G模塊與臺(tái)架之間通信的數(shù)據(jù)格式和傳輸方式。通過實(shí)現(xiàn)臺(tái)架交互協(xié)議，5G模塊可以接收臺(tái)架控車指令，臺(tái)架也可以實(shí)時(shí)獲取汽車信息。根據(jù)協(xié)議制定好數(shù)據(jù)格式和發(fā)送方式，通過實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議，可以將臺(tái)架發(fā)送過來的控車指令轉(zhuǎn)換成正確的CAN控車信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控車。MQTT是物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，通過發(fā)布和訂閱的方式，實(shí)現(xiàn)臺(tái)架與5G網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

5G遠(yuǎn)程駕駛技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景

5G遠(yuǎn)程駕駛技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景有很多種，尤其是5G網(wǎng)絡(luò)普及以后，各種商用的遠(yuǎn)程駕駛技術(shù)將會(huì)持續(xù)不斷出現(xiàn)和發(fā)展壯大。目前，市場(chǎng)上常見的應(yīng)用場(chǎng)景有以下三種。

園區(qū)觀光車。隨著現(xiàn)代人的對(duì)精神層面生活質(zhì)量要求提升，催生出了旅游業(yè)的大熱，人們已不再滿足于游覽自然人文景區(qū)的體驗(yàn)感，于是各地開始紛紛打造特色游樂園，尤其是在缺乏自然資源的城市，多個(gè)旅游資源區(qū)協(xié)同發(fā)展，形成大的主題游樂園，在此之下分為各大園區(qū)，如何做到各個(gè)園區(qū)之間的緊密連接，園區(qū)觀光車就成為必不可少的工具。另外，隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展越來越快，現(xiàn)代化的工業(yè)園區(qū)也越來越大，園區(qū)的參觀或者園區(qū)之間的工作協(xié)助都需要用到一些園區(qū)的觀光車。傳統(tǒng)的觀光車，一輛車對(duì)應(yīng)一個(gè)駕駛員，當(dāng)車輛分開停放時(shí)，駕駛員要么一直守在車上，比較浪費(fèi)人力，或者停車距離比較遠(yuǎn)，浪費(fèi)時(shí)間。無人駕駛的園區(qū)觀光車的出現(xiàn)可以解決園區(qū)以上的困擾。在園區(qū)使用遠(yuǎn)程無人駕駛觀光車有以下優(yōu)勢(shì)：一是無人駕駛可以減少人力物力，節(jié)約園區(qū)的人力資源;二是遠(yuǎn)程駕駛可以讓園區(qū)的車輛隨時(shí)隨地到位，只在中控臺(tái)操作就可以遠(yuǎn)距離調(diào)度車輛，就近使用車輛，尤其是在惡劣的天氣情況下，既省時(shí)又省力，降低了時(shí)間成本，提高了工作效率;三是可以彰顯園區(qū)的科技實(shí)力，無人駕駛技術(shù)屬于當(dāng)前比較前沿的科技技術(shù)，一旦應(yīng)用到園區(qū)，能迅速提升整個(gè)園區(qū)形象，是園區(qū)科技硬實(shí)力的代表。

港口碼頭集裝箱大卡。改革開放以來，港口的貿(mào)易呈現(xiàn)了快速持續(xù)的增長(zhǎng)。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017年我國(guó)貨物貿(mào)易進(jìn)出口總值27.79萬億元人民幣，比2016年增長(zhǎng)14.2%，扭轉(zhuǎn)了此前連續(xù)兩年下降的局面。其中，出口15.33萬億元，增長(zhǎng)10.8%;進(jìn)口12.46萬億元，增長(zhǎng)18.7%;貿(mào)易順差2.87萬億元。這些數(shù)據(jù)表明，集裝箱運(yùn)輸已經(jīng)成為國(guó)際貨物運(yùn)輸?shù)闹饕绞街?。而今年上半年在商用車制造業(yè)最為火熱的話題便是自動(dòng)駕駛，而且很多適用背景都是集裝箱運(yùn)輸中的港口運(yùn)輸。在港口碼頭的集裝箱運(yùn)輸中使用無人駕駛技術(shù)，可以突破傳統(tǒng)的駕駛操控模式，普通大卡，轉(zhuǎn)彎、掉頭等都比較不易操控，而且駕駛員視線盲區(qū)的存在，還有安全隱患。遠(yuǎn)程無人駕駛，加入了一些特殊駕駛操作模式，如原地掉頭、斜行、大角度轉(zhuǎn)彎、擺頭、擺尾等，都可以在遠(yuǎn)程臺(tái)架上看著車外環(huán)視視角，既減少了安全隱患，又能快速完成準(zhǔn)確完成運(yùn)輸業(yè)務(wù)。

礦區(qū)作業(yè)車。我們國(guó)家幅員遼闊，礦業(yè)資源豐富，經(jīng)過多年的開采和挖掘，我國(guó)許多礦山逐步由淺層開采轉(zhuǎn)向深部開采。但是，地下礦山資源的開采有著很多難以解決的難題，比如礦產(chǎn)資源的動(dòng)態(tài)性和不確定性、工作場(chǎng)所的分散性、礦業(yè)從業(yè)人員的流動(dòng)性、開采場(chǎng)地的危險(xiǎn)性、開采裝備的老化等，都會(huì)導(dǎo)致礦山開采的效率低下，發(fā)生很多危險(xiǎn)事故。在這種狀態(tài)下，采用新技術(shù)的智能開采應(yīng)用就顯得非常的重要。尤其是多風(fēng)、嚴(yán)寒、危險(xiǎn)，惡劣的礦區(qū)環(huán)境，不僅嚴(yán)重摧殘著礦區(qū)在職司機(jī)，也使年輕人望而卻步。但隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，礦區(qū)運(yùn)輸走到了一個(gè)拐點(diǎn)——其車輛駕駛主體即將由人類變?yōu)闄C(jī)器，這將節(jié)省大量人力資源，提高運(yùn)輸效率，減少安全事故。伴隨著“無人運(yùn)輸”的到來，司機(jī)的雙手雙腳即被解放，礦區(qū)運(yùn)輸將迎來新出路。

總之，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，5G遠(yuǎn)程駕駛將成為無人自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的模式之一，不但可在旅游景區(qū)，工業(yè)園區(qū)、礦山、港口等寬闊地帶，特殊調(diào)度、艱苦場(chǎng)景、搶險(xiǎn)救災(zāi)等場(chǎng)景加深應(yīng)用，還可以在諸如共享出行車輛、警用地鐵巡邏車、特用拖拉機(jī)、嚴(yán)寒地區(qū)除冰車、清潔掃地車、物流行業(yè)多功能快遞車等方面發(fā)揮巨大的作用。無人駕駛技術(shù)一直是人類的一個(gè)美好愿景，如今在5G網(wǎng)絡(luò)的推動(dòng)下，這項(xiàng)技術(shù)離我們?cè)絹碓浇?，無疑這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)是汽車行業(yè)的一項(xiàng)劃時(shí)代革新技術(shù)，針對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，我們將拭目以待。

（作者單位：寧波集聯(lián)軟件科技有限公司）