5G技術(shù)驅(qū)動下高速公路智慧交通自動化設備協(xié)同控制策略

摘要 基于5G通信技術(shù)的快速發(fā)展，其高速率、低延遲和大規(guī)模連接的優(yōu)勢可為智慧交通系統(tǒng)的構(gòu)建提供新型技術(shù)支持。文章旨在探究5G技術(shù)如何驅(qū)動高速公路智慧交通自動化設備的協(xié)同控制策略，進而實現(xiàn)交通流監(jiān)測的優(yōu)化，以提升道路安全性和通行效率。首先，對5G技術(shù)進行了概述；然后，結(jié)合智慧交通系統(tǒng)基本設計需求，提出了一套基于5G的高速公路自動化設備協(xié)同控制策略，并對其實施效果進行了預測分析，期望能為同領域發(fā)展提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞 5G技術(shù)；智慧交通；自動化設備；協(xié)同控制；高速公路

中圖分類號 U495 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0004-03

0 引言

在城市交通壓力不斷增大的背景下，高速公路是城市間交通的重要組成，其運行效率和安全性直接影響城市交通網(wǎng)絡的性能。傳統(tǒng)高速公路管理方式已難以滿足現(xiàn)代社會發(fā)展需求，鑒于此，智慧交通系統(tǒng)的構(gòu)建就顯得極為關(guān)鍵。5G技術(shù)的應用為智慧交通的發(fā)展帶來了新的發(fā)展機遇，其高速率、低延遲和大規(guī)模連接的優(yōu)勢可為實現(xiàn)高速公路自動化設備的實時、高效協(xié)同控制提供技術(shù)支持。

1 5G技術(shù)概述

5G技術(shù)作為最新的移動通信標準，在多個方面表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。在數(shù)據(jù)傳輸速度上，5G能夠提供接近20 Gbps的理論峰值速率，而在實際應用中，用戶通?？梢泽w驗到超過1 Gbps的速度[1]，這使得高清視頻流和大文件的下載及上傳能夠在瞬間完成，顯著提升了信息的交換效率。此外，5G還具備非常低的延遲特性，網(wǎng)絡端到端的延遲時間可以減少到1 ms以下。此即時性特征為那些對響應時間有嚴格要求的應用場景，例如自動駕駛汽車，提供了堅實的技術(shù)基礎，能夠確?？刂浦噶钛杆俚玫綀?zhí)行，從而減少潛在風險。

2 高速公路智慧交通系統(tǒng)需求分析

2.1 實時交通信息采集與處理

在高速公路上，交通狀況不斷變化。為準確監(jiān)控這些動態(tài)，采用了多種設備收集數(shù)據(jù)。例如，每500 m設置的高清攝像頭可以全面捕捉車輛流量和速度等信息；而每隔2 km安裝的地磁傳感器則用于精確監(jiān)測車輛的通過情況及其速度變化，其檢測精度可達±0.1 m/s。所采集到的數(shù)據(jù)都會實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，并通過先進的算法進行快速處理和分析，通常在1 min內(nèi)就能完成[2]。

2.2 交通流的動態(tài)優(yōu)化與管理

基于實時收集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠?qū)煌髁窟M行動態(tài)優(yōu)化。通過智能交通信號燈，系統(tǒng)可以根據(jù)各路段的車流量自動調(diào)整綠燈的時間長度，從而減少車輛的等待時間大約20%。在入口匝道處，系統(tǒng)利用流量監(jiān)測數(shù)據(jù)管理車輛匯入的間隔，以防止主干道發(fā)生擁堵。當監(jiān)測到主干道上的車流量接近滿載時，系統(tǒng)會將匝道車輛的匯入間隔延長至8～10 s，以確保主干道的車速能夠維持在60 km/h以上。

2.3 高效的應急響應與事故處理

在事故發(fā)生時，快速有效的應急響應至關(guān)重要。系統(tǒng)利用傳感器和攝像頭可以在事故發(fā)生的10 s內(nèi)準確確定位置，并即時向救援部門發(fā)出通知。救援車輛借助智能導航技術(shù)，能夠選擇最佳路線以避開擁堵，可將到達現(xiàn)場的時間平均縮短10～15 min。在事故現(xiàn)場，通過可變信息板和車載終端設備，系統(tǒng)會向周圍5 km范圍內(nèi)的車輛發(fā)送事故信息及繞行建議。這使得后續(xù)車輛能夠提前調(diào)整車道或選擇替代路線，從而減少事故區(qū)域的車輛積壓超過40%，并將二次事故的發(fā)生率降低約50%。這樣的措施有助于最大限度地減輕事故對交通流的影響，確保高速公路的安全與順暢運行。

3 5G技術(shù)在智慧交通中的應用

3.1 車聯(lián)網(wǎng)（V2X）通信

5G技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應用，首先是促進車聯(lián)網(wǎng)（V2X）通信的迅速發(fā)展。車聯(lián)網(wǎng)指的是車輛之間、車輛與交通基礎設施之間，以及車輛與行人之間的無線信息交換和協(xié)作。借助5G技術(shù)所具備的高帶寬、低延遲和大規(guī)模連接特性，車聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)即時且全面的通信，從而為交通管理和安全提供強有力的技術(shù)支持[3]。5G技術(shù)的到來為車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐。5G網(wǎng)絡具有更高的帶寬、更低的延遲和更廣泛的連接能力，使得車聯(lián)網(wǎng)能夠應對海量的實時數(shù)據(jù)交換需求。高帶寬的特點使得車輛可以快速傳輸高清地圖、實時路況、車載視頻等大流量數(shù)據(jù)；低延遲特性則確保了車輛間的即時通信，尤其對于自動駕駛和緊急制動等高安全性的應用至關(guān)重要；大規(guī)模的連接特性則使得成千上萬的設備能夠同時在線，并保持穩(wěn)定連接。在5G技術(shù)的支持下，車聯(lián)網(wǎng)不僅能夠提升駕駛安全性和交通管理效率，還將為未來智能城市和自動駕駛技術(shù)的廣泛應用奠定基礎。

3.2 高清視頻監(jiān)控與分析

5G技術(shù)的高帶寬和低延遲特性為智慧交通中的高清視頻監(jiān)控與分析帶來了新的可能性。傳統(tǒng)交通監(jiān)控系統(tǒng)由于受攝像頭數(shù)量和數(shù)據(jù)傳輸帶寬的限制，往往難以實現(xiàn)大范圍高質(zhì)量的實時監(jiān)控及數(shù)據(jù)分析。而借助5G網(wǎng)絡，可確保高清視頻流暢傳輸至控制中心，從而實現(xiàn)對整個區(qū)域的無死角監(jiān)控。通過在關(guān)鍵位置部署高清攝像頭，交通管理中心能夠獲取城市各主要路段和交通樞紐的實時視頻數(shù)據(jù)，以便迅速識別交通流量、道路擁堵情況及交通事故等信息。5G技術(shù)支持邊緣計算和人工智能技術(shù)的應用，使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以進行數(shù)據(jù)傳輸，還可在現(xiàn)場或靠近現(xiàn)場的位置即時處理數(shù)據(jù)，執(zhí)行諸如人車識別、車牌識別、異常行為檢測等智能分析任務。

3.3 遠程控制與自動駕駛

隨著自動駕駛技術(shù)的不斷進步，5G網(wǎng)絡在遠程控制和自動駕駛領域的應用潛力日益凸顯。為了實現(xiàn)安全可靠的自動駕駛，車輛需要持續(xù)獲取大量的實時數(shù)據(jù)，包括道路狀況、環(huán)境感知，以及與其他車輛的協(xié)調(diào)等信息。5G網(wǎng)絡憑借其低延遲和高帶寬的優(yōu)勢，為自動駕駛提供了更加穩(wěn)定和安全的通信保障。利用5G網(wǎng)絡，自動駕駛車輛可以與其他車輛、交通基礎設施及云端平臺進行高效的數(shù)據(jù)交換，確保駕駛決策的精準性和及時性。此外，5G的低延遲能力還支持遠程控制的可能性，允許交通管理部門或?qū)I(yè)人員通過5G網(wǎng)絡對自動駕駛系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，并在必要時進行遠程干預，以增強安全性。

4 協(xié)同控制策略設計

4.1 數(shù)據(jù)采集與傳輸

在基于5G技術(shù)的高速公路智能交通系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集與傳輸是實現(xiàn)高效協(xié)同控制的關(guān)鍵。5G網(wǎng)絡的高帶寬和低延遲特性，確保了交通數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r且準確地被收集和傳送。為此，系統(tǒng)中部署了多種類型的傳感器和攝像頭，用于監(jiān)控交通流量、車速及道路狀況等重要信息。例如，通過安裝在路面的傳感器和車輛識別系統(tǒng)，可以實時跟蹤每輛車的位置、速度及其行駛路徑[4]；而高分辨率視頻監(jiān)控設備則能夠全面監(jiān)測交通情況，并通過高清圖像捕捉交通違規(guī)行為、事故等異常事件。所有這些數(shù)據(jù)借助5G網(wǎng)絡能夠快速傳送到控制中心，保證了信息的即時性和準確性。采集到的某路段6 min內(nèi)車輛數(shù)據(jù)見表1所示：

4.2 數(shù)據(jù)處理與分析

當交通數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡傳輸?shù)娇刂浦行?，?shù)據(jù)的處理與分析便成為實現(xiàn)協(xié)同控制策略的核心。在控制中心，系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，能夠快速處理海量的實時數(shù)據(jù)，以識別交通流量的變化趨勢和潛在風險。例如，系統(tǒng)可以通過分析歷史交通流量數(shù)據(jù)，預測未來特定時間段內(nèi)某路段的交通狀況，提前預警可能發(fā)生的交通擁堵或事故。借助人工智能算法，系統(tǒng)還能智能識別異常事件，如車輛事故、突發(fā)天氣變化或路面障礙，并評估這些異常事件對交通流暢性的影響。

4.3 協(xié)同控制實施

基于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，控制中心可以發(fā)布一系列協(xié)同控制指令，以確保交通系統(tǒng)的高效運作。5G技術(shù)的低延遲特性使得這些指令能夠迅速執(zhí)行，并實時獲取反饋。例如，交通信號燈可以根據(jù)實時交通流量的變化進行動態(tài)調(diào)整，防止因車輛積壓而導致的局部擁堵。信息發(fā)布系統(tǒng)則依據(jù)最新的路況數(shù)據(jù)，及時更新并向駕駛員推送交通信息，幫助他們選擇最優(yōu)的行車路線。在緊急情況下，如消防車等特殊車輛需要優(yōu)先通行時，控制系統(tǒng)能夠快速識別并調(diào)整信號燈，為緊急車輛提供暢通無阻的通行路徑[5]。

4.4 應急響應與事故處理

在高速公路交通管理中，應急響應和事故處理是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。5G網(wǎng)絡在此過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，確保數(shù)據(jù)的快速傳輸和決策的及時反饋。當發(fā)生交通事故或其他緊急情況時，控制中心能夠通過5G網(wǎng)絡迅速接收現(xiàn)場的實時影像和數(shù)據(jù)，并立即采取行動。交通管理部門可以即時協(xié)調(diào)所需的應急資源，包括交通警察、救援車輛和醫(yī)療援助等，確保事故處理的及時性和高效性。5G網(wǎng)絡的低延遲特性使得所有調(diào)度指令能夠即時傳達給現(xiàn)場人員，顯著提高了響應速度和決策效率。

5 實施效果預測

5.1 提高交通流的通行效率

基于5G技術(shù)的智能交通協(xié)同控制策略，通過實時數(shù)據(jù)采集、精確分析和智能調(diào)度，預計可以顯著提升交通流的通行效率，減少道路擁堵。5G網(wǎng)絡的高帶寬和低延遲特性使得系統(tǒng)能夠?qū)崟r收集各種交通數(shù)據(jù)，包括車速、車流量和交通信號狀態(tài)等，并迅速將這些信息反饋到控制中心?？刂浦行目梢愿鶕?jù)接收到的實時數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整交通信號燈的配時方案，防止因紅燈時間過長而在某些路段形成交通瓶頸。通過與車輛及交通設施的協(xié)同工作，系統(tǒng)能夠在不同路段和交叉口之間實施動態(tài)的流量管理，優(yōu)化車輛的通行時間，減少車輛在路口的等待時間，進而提高整體交通流量的順暢度。無控制與5G控制狀態(tài)下的交通流量對比如圖1所示：

由圖1可知，通過與無控制狀態(tài)的對比，展示出5G智慧交通系統(tǒng)如何通過智能化控制和數(shù)據(jù)協(xié)同，優(yōu)化交通流量，減少擁堵，提升整體通行效率。5G智慧交通系統(tǒng)不僅能緩解短期內(nèi)的交通壓力，也能為未來城市交通的智能化、可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

5.2 降低交通事故發(fā)生率

在基于5G技術(shù)的智能交通系統(tǒng)中，通過實時數(shù)據(jù)的采集、處理和反饋，有望顯著降低交通事故的發(fā)生率。5G網(wǎng)絡的低延遲和高可靠性為車聯(lián)網(wǎng)（V2X）系統(tǒng)提供強有力的技術(shù)支持，使得車輛、道路基礎設施和交通管理系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)高效的實時通信與協(xié)作。例如，車輛可以利用5G網(wǎng)絡與交通信號燈、其他車輛及行人進行信息交換，提前獲取路況信息，從而更好地應對突發(fā)狀況，減少事故發(fā)生的可能性。這種實時的信息共享不僅提高行車安全性，還增強整個交通系統(tǒng)的運行效率[6]。

5.3 提升應急響應速度

基于5G技術(shù)的智能交通協(xié)同控制策略在應急響應方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，能夠大幅提升交通事故的處理效率，縮短事故處理時間。5G網(wǎng)絡的低延遲特性可以確保交通管理中心在事故發(fā)生瞬間即時接收到現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，如視頻圖像和傳感器信息，進而第一時間掌握事故的詳細情況。若接收到事故報告，控制中心可以迅速調(diào)度必要的應急資源，包括救援車輛等，確保事故處理的快速和高效。5G技術(shù)使得這些調(diào)度指令能夠即時傳達給現(xiàn)場的所有應急響應人員和設備，使他們能夠在最短時間內(nèi)到達并處理事故。5G技術(shù)不僅提高了事故信息傳遞的速度，還使得應急資源的調(diào)度更加精準和高效。無論是救援人員的到達、應急車輛的調(diào)度，還是現(xiàn)場交通的疏導，5G技術(shù)都能實現(xiàn)信息的實時共享和快速響應，大幅縮短了應急響應時間。通過這一協(xié)同控制系統(tǒng)，交通管理中心能夠精準調(diào)配資源，避免了傳統(tǒng)模式下的調(diào)度延誤或資源浪費，進而提高了整個應急處理流程的效率與安全性。

6 結(jié)論

綜上所述，5G技術(shù)可為高速公路智慧交通系統(tǒng)的構(gòu)建提供重要的技術(shù)支持。通過實施基于5G技術(shù)的自動化設備協(xié)同控制策略，可高效化提升高速公路的運行效率和安全性。未來，隨著5G技術(shù)的進一步發(fā)展，智慧交通系統(tǒng)將更加智能化、自動化，為社會交通事業(yè)發(fā)展提供高質(zhì)量發(fā)展的技術(shù)支持。

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收稿日期：2025-01-07

作者簡介：郭曉斌（1985—），男，研究生，高級工程師、經(jīng)濟師，研究方向：交通運輸交通控制系統(tǒng)。