5 G在智慧交通系统构建中的应用研究——以四川省成都市为例

张 萌

(中共成都市委党校， 成都 610000)

1 5 G在智慧交通中的应用现状

1.1 技术背景

5 G是第五代移动通信系统，最新一代蜂窝移动通信技术。美国时间2018年6月13日，圣地牙哥3 GPP会议订下第一个国际5 G标准：数据传输速率为10 Gbps，可支持数万用户并且覆盖率比4 G有所提升；可给在同一办公楼的人员同时提供1 Gbps的数据传输速率，信令效率加强；可支持大规模传感器网络的部署，支持数十万的并发连接等[1]。对人们来说，5 G带来的直观感受是下载速度加快了，同时网络观看直播视频也不会再出现卡顿现象。然而5 G技术的发展，不仅仅只是解决网速问题，更是为万物互联作了准备。5 G时代，数据传输可以实现“D2D(Device-to-Device)”, 指从设备到设备。目前同一基站下的用户互相通信大多通过基站转发，基于5 G技术可实现用户之间的直接通信，即从一个移动终端直接到另一个终端。源于这一特点，5 G技术可以开启真正的“万物互联”时代。所以，5 G将不仅仅带来网速的提高，更意味着可靠的低延时海量物联网。总体来说，5 G通过高速率数据传输、超低延时的传输优势以及大规模的网络部署和设备连接，能够有效的降低成本、节省能源。2019年6月，工信部批准四家企业经营“第五代数字蜂窝移动通信业务”，包括中国移动、中国联通、中国电信和中国广电。同时鼓励各企业推进5 G与其他产业的创新与融合发展，聚焦跨行业的业务整合，实现各垂直行业的数字化和智能化。

根据国际电信联盟批准的信息，“超高清”是指显示像素为3 840×2 160的“4 K分辨率”的正式名称，同时这个名称也适用于像素为7 680×4 320“8 K分辨率”。目前，市场上一般将720p(1 280×720像素)作为高清(High Definition)标准, 1 080 p(1 920×1 080像素)作为全高清(Full High-Definition)标准。4 K超高清视频的画面分辨率是全高清视频的4倍。2019年3月1日，工业和信息化部、国家广播电视总局、中央广播电视总台联合发布了《超高清视频产业发展行动计划(2019-2022年)》。提出“将按照“4 K先行、兼顾8 K”的总体技术路线，大力推进超高清视频产业发展和相关领域的应用。探索5 G应用于超高清视频传输，实现超高清视频业务与5 G的协同发展。到2022年，在智能交通、工业制造等领域实现超高清视频的规模化应用。”超高清视频是在科技日新月异的今天，满足人们对美好生活需要。

1.2 5 G赋能智慧交通

“智慧城市”由IBM在2008年提出，源于“智慧地球”这一理念，其目的是优化城市管理和生产方式，提升人民居住环境和居住质量。其实质是利用大数据、物联网、云计算等先进的信息技术的城市化发展模式，由此不难看出建设智慧城市技术是基础[2]。5 G可将大数据、物联网、云计算等技术与设备连接，使设备可以在智能环境中无缝通信，从而实现信息共享。所以，全球各地都在加紧研发5 G，除了是因为5 G本身巨大的优势外，其对于智慧城市的关键作用也是各国加紧研发5 G应用的一大因素。

智慧交通是一种智能化的服务体系，是智慧城市的重要组成部分。交通设备之间的数据通信需要更快的速度和更高的稳定性，4 G通信存在很多不足，对于实时要求比较高的工程存在很大的不稳定性，而5 G作为万物互联的关键技术，必将全面影响智慧交通的发展速度。首先，在交通监控方面，应用5 G技术可实现海量超高清视频的无限传输，从而提升交通事故的处理效果，提升交通系统管理水平。其次，可通过5 G网络对交通视频信息、路况信息、天气信息等多元数据实时采集传输到可保存海量数据的云端，利用大数据和人工智能技术，实现对视频数据的实时计算和事件分析，为交通出行、交通治堵、交通规划等提供高效的支撑，从而提高交通运输管理的实时性和准确性。同时，5 G技术低时延和低功耗的特性，可让智能驾驶迈入新时代。总体来说，5 G作为第五代移动通信网络系统，有机地运用于整个交通运输管理体系，必将提升整个智慧交通系统的智能化程度。

2 5 G在交通监控方面的应用

2.1 5 G技术助力海量视频监控无线传输

交通视频监控设备一直是非常有价值的交通工具，随着城市快速发展，利用电子监控设备进行城市交通管理是交管部门的一种强有力的手段。当前的视频监控设备，大部分采用有线方式传输，基于5 G技术的超高速和低时延特性，可将有线视频数据传输变更为无线数据传输，降低设备安装成本、实施周期和维护成本。同时，5 G网络更大的数据容量和覆盖范围可支持例如视频、音频、环境、光照指标等多维度数据采集。之后，摄像头采集到的各类信息可以进行本地分流，这样不仅可以缓解网络拥堵问题，同时还可以有效降低网络传输宽带资源的占用。当然，在重要的交通区域可将有线视频与无线视频有机结合，合理的布局可实现无缝协同覆盖，提升监控效率，开辟城市智能交通监控系统新时代。

2.2 “5 G+超高清视频”提升交通事故处理效率

利用5 G网络，2019年央视春晚深圳分会场实现了4 K超高清视频回传，超高清视频基于5 G传输的稳定和高效得到了证实。通过5 G技术可实现超高清晰度的4 K实时视频流，5 G网络的超大带宽为超高清视频传输提供了必备基础，依托于5 G高宽带、低功耗和大规模的特点，可助推当前视频监控系统向超高清演变。目前，针对各类交通意外，交警部门识别判定依据主要依靠由摄像头采集到的视频和图片。这种情况下，对交通事故处理的准确率极大的依赖于视频和图片的清晰程度。所以，超高清的视频监控在交通监控中的作用无疑是巨大的。首先，5 G技术支持超高清视频监控设备的采集，视频监控不再局限于固定网络，超高清视频使人脸识别、车牌识别等有更高的准确度，对于抓拍交通违法、侦破各类案事件，提升交通事故处理效率具有显著推动作用，从而实现智能化的安全管控。其次，5 G技术可以加快超高清监控视频资源的传输，减少了网络延迟和多级转发带来的损耗。通过超高视频的采集和大容量的存储，借助大数据和云计算，交通管理与现代信息技术全面融合，使智慧交通系统具有感知、分析、预测等能力，提升交通运行的效率和交通管理的水平，让智慧交通行业迈向新台阶。

3 5 G在“人、车、路”智能协同方面的应用

3.1 5 G技术实现交通信息实时交互

5 G技术在交通管制中的应用可以体现在信息实时信息传送上。智慧交通体系中的感知层、通讯层、平台层和应用层之间相互协作，实现信息互联互通。首先，在感知层和通讯层，通过5 G基站的建立和普及，5 G网络作用于摄像头、红外传感、车载终端等感知层媒介，和大数据、智能算法等平台层技术联合，对数据进行处理和挖掘，最后作用于应用层，可以实现车与车之间、车与路之间的实时信息交互和共享，高效传输彼此的位置、速度及交通情况，包括导航路线服务、公共交通信息服务和停车信息服务等。实现车辆和基础设施之间智能协同与配合，帮助交管部门及时作出决策和发布信息。从而缓解交通拥堵，减少城市污染，行成安全、高效、环保的道路交通系统。其次，5 G与人工智能的结合也将在交通领域有最直接的体现。在智能出行服务中，通过交通大脑的构建能够实现智能调配，来实现司机快速响应用户订单的场景。

3.2 5 G技术提升自动驾驶能力

在自动驾驶方面，随着5 G与AI的更有效结合，自动驾驶的环节从场景和驾驶能力方面也是在不断提升，包括很多的互联网企业也把它作为重点投资方向，百度等企业已经实现了在封闭园区场景和自动驾驶巴士的量产。自动驾驶的感知能力来自车载导航、摄像头、雷达等各类数据融合上，基础是车联网，需要高速、稳定的互联网。5 G高容量、大连接的特点显然比4 G更有优势，合作式感知能够有效提升准确率。而自动驾驶的决策和执行部分，需要对各类信息进行结构化分析，可包括机器视觉和多智能体协同技术，这两类技术，5 G都是重要助攻。首先机器视觉技术主要帮助自动驾驶避障，通过边缘计算、云端计算等技术对道路意外状况进行预警，从而实现道路交通事故多状态预识别，避免自动驾驶事故。其次在多车协同方面，短距离无线通信是5 G的优势所在。总体而言，5 G可助力自动驾驶感知、决策、执行能力的全面提升，提高自动驾驶的行驶效率和安全性。

4 5 G在成都智慧交通建设中的应用契机

4.1 5 G在成都智慧交通系统中的应用意义

四川省人民政府于2019年5月发布《四川省超高清视频产业发展行动计划(2019-2022年)》，从6大方面提出产业发展重点任务。其中，在行业试点示范方面提出“在文教娱乐、视频监控、医疗康养、超高清4 K电视频道和4 K院线、智慧广电等领域实施试点示范，打造一批超高清视频典型应用。”为贯彻落实国家5 G战略，促进成都市5 G产业快速健康发展，依据《中共成都市委关于全面贯彻新发展理念加快推动高质量发展的决定》、《成都市国民经济和社会信息化发展“十三五”规划》等编制本规划，成都市5 G产业发展领导小组办公室印发了《成都市5 G产业发展规划纲要》，在应用示范这一主要任务中提出，要着重推动5 G在超高清视频、智慧医疗、智能驾驶、无人机、工业互联网、智慧城市等垂直行业中的应用，打造全国创新应用示范区。2019年8月6日，四川电信发布了《5 G+4 K/8 K超高清技术白皮书》，启动全国首个超高清视频云平台。可见，从四川省到成都市，都对5 G技术在高清视频领域的应用进行了深入的探索，也对未来的发展做了详细的规划。2019年8月8日至2019年8月18日，第十八届世界警察和消防员运动会在四川成都举行。此次世警会的直播方式创新的采用了极高清(5 G+8 K)、超高清(5 G+4 K)、高清(5 G+AR)三种不同的方式，实现全球首次国际赛事8K超高清直播以及四川首次4 K超高清国际赛事电视直播，此举正是利用了5 G网络大宽带和低延时的能力。

成都市人民政府于2019年1月31日印发的《成都市促进5 G产业加快发展的若干政策措施》中提出“支持5 G产品推广应用。重点支持在超高清视频、智慧医疗、智能驾驶、无人机、工业互联网等有比较优势的领域率先开展5 G试点示范应用，并向城市管理、民生服务、社会治理领域延伸，优先向本地5 G优秀解决方案和产品释放市场，引领和推动垂直行业融合创新。”同时提出“要加强制度创新。争取国家、省授权支持，在低空空域开放、自动驾驶道路测试、物联设备频率使用等研发、应用环节先行先试，研究制定智能驾驶、智慧医疗、无人机应用等相关管理规定，对新技术、新产品、新模式实行审慎包容监管，打造有利于技术创新和产品应用的外部环境。”伴随政府对于5 G相关产业的大力支持，5 G技术与大数据、计算机视觉、传感等基础技术有机高效地进行整合，使得垂直行业向多样化、数字化发展，为智慧交通发展带来新的机遇和驱动力，真正实现交通系统的智慧化管理和运营。因此作为全国首批5 G试点城市，5 G必然会对成都市建设智慧交通系统发展带来颠覆性的变革。

4.2 成都智慧交通系统建设现状

近年来，成都市以构建和谐交通为目标，创新工作机制，创新交通科技，创新管理手段，创新服务理念，积极推动系统的建设与应用，大力发展智能交通管理工作。成都市智能交通系统一期工程建成投入使用，二期逐步开始建设，智能交通系统的架构已经基本成型。

自2010年6月以来，成都市开展了为期四年时间的成都市智能交通系统一期工程的建设工作,完成了智能交通管理系统基础性架构。2015年初，根据市政府“扩面、加密、提升”的总体思路，智能交通系统二期工程启动有关需求调研，并同步启动项目建设。2017年，成都市进一步提升智能交通管理水平，深化智能交通系统二期工程建设，取得显著成效。由智能交通专网、中心机房、UPS电源、DLP大屏显示及相关设施设备构成的指挥调度及技术支撑中心，为交通信息的处理和指挥调度工作提供了硬件基础和环境条件。以GIS地图为基础，开发建设了以122接处警、警力定位、高清视频监控、异常事件检测、诱导发布、匝道控制等相关功能模块及应用图层为主要内容的综合集成管理与应用平台，为交通管理业务应用提供了技术手段。高清视频监控系统，通过外场高清设备，实现了道路实际情况的实时查看、巡检、历史图像的存储与回放等功能。通过在路口、路段设置的外场检测设备和后台相应应用功能的建设，构建了高清视频综合检测系统，实现了交通流参数采集、号牌识别、机动车违法行为检测与记录和异常交通事件检测报警等功能。智能交通管控系统中的电子警察系统具备抓拍 “闯红灯”、“超速”、“尾号限行”、“黄标车限行”、“教练车限行”等违法行为的功能。

4.3 5 G在成都智慧交通系统中的发展展望

成都不仅是全国首批20个智慧城市试点示范城市之一，也是全国首批5 G试点城市之一，这对于成都智慧交通的发展是重要机遇。2019年5月23日，亿欧智库发布了《道阻且长，行则将至——2019年中国智慧城市发展研究报告》，报告中，亿欧智库聚焦于智慧安防、智慧交通和智慧社区三大领域。其中，杭州在智慧交通领域指数最高，也就是说杭州在交通领域智慧化程度最高。对标杭州，目前成都市与其在智慧交通发展方面仍有一定差距，结合5 G技术，成都市智慧交通系统建设未来发展可从交通信息的采集和交通数据的分析两方面入手。

4.3.1 在智慧交通的信息采集方面

交通信息采集不仅可以通过摄像头拍摄，也可以通过红外雷达检测器、光学检测仪、GPS车载导航仪、超声波检测等设备，这些都属于智慧交通总体架构中的感知层，也就是可以随时随地通过感知、测量和捕获来采集交通信息。信息传输系统包括基站、卫星和光纤网络等，目前成都已经在多个区域建设了5 G基站，并且规模还在不断扩大中。2019年7月，成都二环高架启动“5 G+云+AI”智慧监控商用项目，4K高清视频采集在道桥巡检车上运用，相比4 G，5 G技术切片应用可保证高清视频信息准确回传，大大提高了道路养护的准确率。目前针对交通监控，成都市可借5 G试点应用工程，利用5 G网络高速率、大容量特性，大量安装无线高清摄像头，相比有线摄像头，可有效的节省成本和资源。同时在重点交通区域合理布局，安装超高清摄像头，此举可以帮助准确判断车辆的驾驶行为，实时掌握车辆减超速、车辆逆行等交通违章现象并及时处理，有效的提高交通事故的处理效率。

4.3.2 在智慧交通信息处理分析方面

通过高效的信息处理分析，可实现“人、车、路、环境”协同。交通信息数据可包括道路数据、车辆数据、行驶数据、事故数据、信号数据等，各类数据在平台层汇总，也就是集数据管理和计算环境于一体的综合中心，实现交通相关部门的信息共享。目前，杭州市通过智能分析视频、路口数据，应急车辆信息并进行信号优化控制，提供应急救援车辆一路护航功能。已覆盖路口1 300个， 接入视频4 500路。路段通行速度提升15%，应急车辆到达时间节省50%。同时通过视频、高德、运营商等数据识别人群密集区域，测算所需运力，进行公交车班次规划、出租车调度等，降低人群滞留率。目前成都市交通运行管理与应用平台功能尚不完善，借助5 G技术的高速率、低时延特性，可保证各类交通信息的快速有效传输，成都市可利用这一机遇就车流量、车速、交通拥堵等建立完善的分析和预测系统，真正的做到实时显示道路运行信息，自动完成拥堵、畅通等级的划分，从而缓解交通环境拥堵，提升交通运行效率。当发生火灾、急救、道路烟雾等突发事件时，可快速评估其紧急程度，保证城市道路安全。

2019年10月31日，三大运营商的5 G商用套餐已经正式上线。未来，5 G主要的应用还是与各行各业结合，推进各行业的数字化转型，为包括公共视频监控、综合环境物联感知、自动驾驶车联网感知等智慧交通的构造提供强大的基础保障。