5G移動通信技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用研究

荊林朋、竇志偉、朱樹青

（1.濟南市規(guī)劃設(shè)計研究院，山東 濟南 250000；2.山東高速軌道交通集團有限公司益羊鐵路管理處，山東 濰坊 262610）

0 引言

5G 移動通信技術(shù)是信息時代的技術(shù)產(chǎn)物，被用于多個行業(yè)的管理工作中，具有輔助人工進行自動化管理的優(yōu)勢。在深入推進智慧交通與管理體系的道路上，5G 移動通信技術(shù)作為重要的技術(shù)資源，用于強化智慧交通管理的實施力度以及優(yōu)化管理工作方法，可有效避免人為管理因素對交通管理與建設(shè)造成的影響。為此，深入研究智慧交通的5G 移動通信技術(shù)體系，成為現(xiàn)階段交通行業(yè)需要重視的工作任務(wù)，管理過程需要以多元化的技術(shù)資源為基礎(chǔ)，才能夠不斷增強5G 移動通信技術(shù)體系在智慧交通中的適配性。

1 5G 移動通信技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 有利于幫助打造高水平的智慧交通服務(wù)

智慧交通服務(wù)中包含自動化駕駛、遠程啟動操控等服務(wù)功能，通過將這些服務(wù)功能應(yīng)用到現(xiàn)階段的道路交通中，有利于大幅度提高道路交通的便捷性以及規(guī)避道路交通中的安全風(fēng)險。而通過將5G 移動通信技術(shù)應(yīng)用到智慧交通中，能夠有效優(yōu)化交通服務(wù)功能的實施效果，使智慧交通服務(wù)更加可靠，還能擴大智慧交通服務(wù)的適用范圍。在5G 移動通信技術(shù)的幫助下，現(xiàn)階段交通體系能夠廣泛應(yīng)用人工智能以及新一代通信技術(shù)來改善其交通運輸模式，使交通運輸?shù)墓芾磉^程更加協(xié)調(diào)。例如，在5G 移動通信技術(shù)的應(yīng)用下，智慧交通中的無線寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)也就應(yīng)運而生，該技術(shù)的應(yīng)用能夠在交通網(wǎng)絡(luò)中起到傳輸大容量信息的作用，突破地理條件對交通信息傳輸帶來的限制，為交通管理及管控工作提供技術(shù)支持。通過依托5G 移動通信技術(shù)，各地區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)能夠以信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)，研發(fā)出更多用于智慧交通的行車信息服務(wù)平臺，從而實時監(jiān)測各個路段的車流量、車流平均速度以及停車區(qū)域資源等信息，實現(xiàn)交通信息的網(wǎng)絡(luò)化與共享化。因此，在全面普及5G 移動通信技術(shù)的背景下，智慧交通中的服務(wù)功能將會逐漸完善，并且成為改善現(xiàn)階段智能交通管理的必備條件，為提高道路交通服務(wù)水平奠定基礎(chǔ)[1]。

1.2 有利于幫助轉(zhuǎn)變道路交通方式與方法

在傳統(tǒng)道路交通與通行管理模式下，大眾的道路交通方式普遍較為單一，對于道路交通中的信息采集、交通控制方法存在一定的局限性。為了突破傳統(tǒng)交通通行模式的限制，各地區(qū)在落實智慧交通服務(wù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用5G 移動通信技術(shù)來改進道路交通的方式與方法，不僅能夠極大地提高道路交通的整體效率，還能夠使道路交通更加規(guī)范，從而避免一些不必要的交通風(fēng)險。在道路交通監(jiān)管方面，采用5G 移動通信技術(shù)的智慧交通系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)24h 道路不間斷監(jiān)測，并且自動收集具有參考價值的道路交通信息。比如，杭州蕭山地區(qū)試行的5G 智慧交通技術(shù)被廣泛應(yīng)用到交通行業(yè)中，交通用戶可以通過智慧交通中的車輛識別、高清電視等技術(shù)，收集通行路段的交通動態(tài)信息，并且由系統(tǒng)為交通用戶提供具有參考意義的變道或擇路信息，保障用戶在道路交通中的通信效率。而在車輛通行控制方面，為了突破傳統(tǒng)交通模式中單一化人為操作的通行方法，5G 移動通信技術(shù)下的智慧交通已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)初步的車路協(xié)同控制，并且利用自動駕駛來代替人工駕駛，保障道路交通的安全與效率。比如，裝載有傳感器設(shè)備的智能汽車能夠根據(jù)云端數(shù)據(jù)提供路線導(dǎo)航，由駕駛者根據(jù)導(dǎo)航信息選擇需要的高精地圖信息，由車載定位系統(tǒng)進行自動化導(dǎo)航與半自動化駕駛，而這種技術(shù)是無人駕駛模式的基本雛形，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用到道路交通的控制領(lǐng)域中，解決車輛行駛與停車中存在的難題[2]。

1.3 有利于強化道路交通安全

在打造智慧交通系統(tǒng)的過程中，5G 移動通信技術(shù)及無線寬帶能夠作為智慧交通系統(tǒng)開發(fā)中的技術(shù)鏈，結(jié)合泛信息化、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能及傳感技術(shù)等對道路交通進行有效控制，在保障道路交通效率的同時，提高道路交通的安全系數(shù)。從技術(shù)功能來看，5G移動通信技術(shù)下的智慧交通系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)綜合化管理因素的有效聯(lián)動，并配合信息技術(shù)、數(shù)據(jù)化通信技術(shù)、傳感技術(shù)等，實現(xiàn)道路交通中行人、車輛及路網(wǎng)的密切配合，使每一位參與道路交通的駕駛者，都能夠按照正確的交通路線通行，避免人為主觀因素造成的道路交通安全隱患。通過采用智慧交通系統(tǒng)下的各種交通監(jiān)控及管理設(shè)備，有利于降低不文明、不規(guī)范交通行為的發(fā)生，提高城市交通的安全系數(shù)。例如，在余姚市落實智慧交通管理體系中，部門采取“智慧眼、智能噪聲檢測”等信息系統(tǒng)，對城東路等多條路線進行道路安全檢測，這一類設(shè)備能夠針對行人、機動車或非機動車的交通危險行為進行自動警示。而從該地區(qū)智慧交通系統(tǒng)的應(yīng)用效果來看，智慧交通系統(tǒng)大幅度緩解當(dāng)?shù)氐缆方煌〒矶碌那闆r，減少交通危險行為的發(fā)生頻率，為維護道路交通安全奠定堅實基礎(chǔ)[3]。

2 5G 移動通信技術(shù)融入智慧交通的工作挑戰(zhàn)

2.1 智慧交通發(fā)展失衡

智慧交通在不同地區(qū)的普及程度存在顯著差異，這就造成不同地區(qū)對全面落實智慧交通的關(guān)注度、政策實施力度有所不同，一些中小型城市道路交通對智慧交通管理的需求普遍偏低，影響智慧交通協(xié)同5G移動通信技術(shù)在交通管理中的應(yīng)用。以智慧交通項目在各地區(qū)的占比情況為例，2020 年以來，華東地區(qū)智慧交通項目的占比達到全國的約32%，而同期華中及東北地區(qū)則僅有不到10%的項目數(shù)量占比，從中可以看出，由于智慧交通項目在各地區(qū)的投入力度不均，影響了智慧交通在部分地區(qū)交通管理中的普及，也不利于在智慧交通中融入全新的5G 移動通信技術(shù)體系[4]。

2.2 智慧交通技術(shù)受限

在推動5G 移動通信技術(shù)融入智慧交通的過程中，技術(shù)水平?jīng)Q定著智慧交通管理與系統(tǒng)服務(wù)的質(zhì)量，由于現(xiàn)階段5G 移動通信技術(shù)在智慧交通系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用并不成熟，造成智慧交通系統(tǒng)的建設(shè)缺少完善的技術(shù)構(gòu)架，從而不利于展現(xiàn)5G 移動通信技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用效果。在智慧交通系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)方面，智慧交通系統(tǒng)中涉及多項設(shè)備與管理系統(tǒng)，需要有不同的工作人員協(xié)同參與到系統(tǒng)的管理中，才能夠優(yōu)化智慧交通系統(tǒng)的使用效果。然而，智慧交通中的交通工程、監(jiān)控系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)等在缺少調(diào)度方案的背景下，車端、路側(cè)端以及云端無法在管理技術(shù)的支持下實現(xiàn)信息互通，造成智慧交通在部分領(lǐng)域中管理與控制的局限性，不利于發(fā)展5G 移動通信技術(shù)下的智慧交通網(wǎng)絡(luò)。而從智慧交通在真實交通場景中的使用現(xiàn)象來看，交通中參與者數(shù)量多、路況隨機性較強等因素都會增加智慧交通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計算內(nèi)容，從而使智慧交通系統(tǒng)對公路交通的調(diào)度效率影響較大，造成管理與控制過程中的技術(shù)延遲。

3 5G 移動通信技術(shù)融入智慧交通的工作辦法

3.1 選擇高效率5G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)輔助交通管理

為了體現(xiàn)5G 移動通信技術(shù)在智慧交通管理中的應(yīng)用優(yōu)勢，相關(guān)部門必須選擇高效率的5G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及設(shè)備組，改善智慧交通系統(tǒng)的運行構(gòu)架，發(fā)揮設(shè)備的信息化性能，改善智慧交通系統(tǒng)的應(yīng)用效果。對此相關(guān)部門應(yīng)著重考慮峰值速率較快、頻譜效率較高的5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)作為智慧交通系統(tǒng)的運作核心，發(fā)揮其超大網(wǎng)絡(luò)容量、廣域覆蓋性的優(yōu)勢，對各路段的交通進行監(jiān)控與管理。如表1 所示，通過對比5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)與4G 移動通信網(wǎng)絡(luò)不難發(fā)現(xiàn)，選擇5G 移動通信技術(shù)更能夠滿足智慧交通網(wǎng)絡(luò)的運行需求，而其高速率、低延遲的特點必然能夠?qū)崿F(xiàn)多點、多天線的協(xié)同組網(wǎng)，從而應(yīng)對不同情況下的交通網(wǎng)絡(luò)管理。而通過以5G 無線寬帶為智慧交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的技術(shù)鏈，相關(guān)部門需要協(xié)同人工智能、“互聯(lián)網(wǎng)+”、泛信息化、自動化控制、傳感等技術(shù)，分別對交通工程、監(jiān)控系統(tǒng)、智能交通平臺及智慧交通進行全方位改造，使地區(qū)路網(wǎng)通道的協(xié)同性能夠在多元化技術(shù)的幫助下有所增強，確保5G 移動通信技術(shù)切實成為構(gòu)建智慧交通體系的關(guān)鍵技術(shù)核心。

表1 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)與4G 移動通信網(wǎng)絡(luò)在協(xié)同組網(wǎng)中的性能對比

3.2 創(chuàng)新智慧交通系統(tǒng)的表現(xiàn)形式

在推動5G 移動通信技術(shù)融入智慧交通的過程中，相關(guān)部門必須發(fā)揮出5G 移動通信技術(shù)資源的優(yōu)勢，打造出能夠符合不同交通管理需求的管理形式，以此來滿足建設(shè)多元化智慧交通體系的需求。在構(gòu)建智慧交通系統(tǒng)主動模式的過程中，相關(guān)部門應(yīng)同時實現(xiàn)交通應(yīng)急與安全的聯(lián)動管理，具體做法為：首先，將5G 移動通信技術(shù)作為交通信息采集的重要通道，并以此為依據(jù)，打造出能夠用于智慧交通的交通信息服務(wù)平臺。這樣一來，交通者與管理者均可在使用智慧交通系統(tǒng)的過程中受益，通過與智慧交通系統(tǒng)聯(lián)動的車載互聯(lián)終端，獲取精準(zhǔn)的道路車流量、停車地點資源等數(shù)據(jù)。其次，以5G 移動通信技術(shù)為核心的智慧交通還可以移動互聯(lián)為基礎(chǔ)，打造出具有綜合性特征的交通智能服務(wù)體系。比如，通過以5G 移動通信技術(shù)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，打造出基于電子收費系統(tǒng)功能的車輛計費服務(wù)系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)來完成道路車輛識別、道路路徑識別、車輛計重等一系列作業(yè)，并通過車路協(xié)同服務(wù)系統(tǒng)來為參與交通的人員提供交通信息，保障出行效率。最后，在5G 移動通信技術(shù)的幫助下，智慧交通系統(tǒng)可以打造出具有精準(zhǔn)感知與智能化調(diào)控功能的系統(tǒng)配置，用于執(zhí)行車輛識別、路情檢查、氣象監(jiān)測及地磁感應(yīng)等一系列作業(yè)。

4 5G 移動通信技術(shù)融入智慧交通的應(yīng)用趨勢與建議

4.1 “5G+車聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)的應(yīng)用趨勢與建議

為了利用智慧交通系統(tǒng)實現(xiàn)當(dāng)前道路交通中的車路協(xié)同化，相關(guān)部門要發(fā)揮出5G 移動通信技術(shù)的資源優(yōu)勢，打造出用于管理路況與交通的信息端及系統(tǒng)，推進智慧交通的發(fā)展。在此過程中，全面推進5G移動通信技術(shù)協(xié)同車聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)戰(zhàn)略成為智慧交通建設(shè)的首選。在系統(tǒng)設(shè)備的選擇上，5G 移動通信技術(shù)下的智能車載單元、智能路測單元等能夠應(yīng)用到車路協(xié)同管理中，在此基礎(chǔ)上，智慧交通系統(tǒng)分別完善車載系統(tǒng)、路側(cè)系統(tǒng)與通信平臺，最終才能實現(xiàn)車路協(xié)同管理技術(shù)的閉環(huán)，保障多端的信息管道交流與互通，改善智慧交通系統(tǒng)下的車路協(xié)同管理效果。為了應(yīng)對真實交通場景下的管理難題，車路協(xié)同管理需要在車聯(lián)網(wǎng)的背景下完成車載操作系統(tǒng)的設(shè)計，確保車輛能夠與智慧交通系統(tǒng)實現(xiàn)兼容。以北京順義小營鎮(zhèn)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗為例，通過在車聯(lián)網(wǎng)中采用具有先進控制性能的傳感系統(tǒng)及OS，能夠確保車輛的智能傳感設(shè)備、ECU 以及芯片組能夠?qū)崿F(xiàn)與智慧交通系統(tǒng)的有機互通，使系統(tǒng)能夠自動應(yīng)對復(fù)雜的道路計算信息，以及具備相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理能力。

4.2 “5G+邊緣計算”技術(shù)的應(yīng)用趨勢與建議

在高水平智慧交通系統(tǒng)的建設(shè)過程中，5G 移動通信技術(shù)、人工智能技術(shù)及邊緣計算等新技術(shù)都能夠加入系統(tǒng)的構(gòu)建中，使智慧交通系統(tǒng)能夠形成“5G+邊緣計算”的技術(shù)模式，使智慧交通的應(yīng)用更加成熟。首先，通過在公路網(wǎng)絡(luò)中建設(shè)智慧交通監(jiān)測點，并且利用監(jiān)測點中的邊緣人工智能計算機，實現(xiàn)對車輛監(jiān)控、車流量記錄等工作的自動實施，無須由智慧交通系統(tǒng)云端執(zhí)行管理操作。在這樣一種技術(shù)的幫助下，邊緣計算能夠代替云計算融入智慧交通的管理中，大幅度提高交通數(shù)據(jù)處理與分析的工作效率，真正實現(xiàn)管理與監(jiān)控的協(xié)同化發(fā)展，打造出智慧交通下的高質(zhì)量協(xié)同服務(wù)。其次，在道路路側(cè)部署邊緣AI 計算機，交通管理部門才能通過傳感設(shè)備收集交通數(shù)據(jù)，監(jiān)控各個路段的車流量及通行情況，實現(xiàn)車輛管理、信息服務(wù)等的集約化，降低交通管理中的成本投入。

5 結(jié)語

總體來說，通過在智慧交通各個領(lǐng)域全面普及5G移動通信技術(shù)，確實能夠為打造完善的智慧交通系統(tǒng)提供充足的技術(shù)支持，改善現(xiàn)階段交通智能路網(wǎng)以及公共交通系統(tǒng)發(fā)展的不足之處。因此，在繼續(xù)推進智慧交通建設(shè)中，各部門需明確5G 移動通信技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢，不斷聯(lián)合多元化的技術(shù)方法，改進現(xiàn)階段智慧交通管理及管控作業(yè)的工作方式，打造出高效化、安全化以及智能化的道路交通智能系統(tǒng)，從而為提升地區(qū)交通水平提供良好的管理服務(wù)。