高速公路通信系统在5G环境下的应用

吴李彬

（广东路路通有限公司 广东省广州市 510000）

云计算、大数据等信息技术已经得到广泛使用，且在相应的领域中都得到较好的发展。在高速公路的建设过程中，提高数据处理的智能化现代化、安全性等方面将成为其通讯系统建设的主攻方向。5G 在技术上以及其他方面与4G 相比都有所完善，满足了当下公路建设的需求。

1 高速公路通信系统及通信网结构

1.1 通信系统

此类通讯系统是确保公路实现有效管控的主要手段，能够将公路的监控以及收费程序中的全部数据内容及时传送至需要的位置，以确保各相关管理方之间的基本联系，并加强管理内部与外界的良好沟通。此外，此项管理系统也是交通通讯网的重要构成部分，是实现交通数据有效传输的媒介。在信息、网络、通讯技术的高效发展，高速公路的通讯系统也由原本的对讲方式，转变成如今的无线集群系统，由微波通讯转变成光纤数字传播，从简单的电话语音信息传递，发展成综合性的通信模式，并由传统的模拟交流逐渐朝着数字化的方向发展。

近几年，高速公路已经实现较好的发展，且相应的交通通讯网络也日趋成熟。由原本单线通讯形成广域的通讯。高速公路运行期间，通过监控设备形成的数字信息会定时传送给控制中心，且收费关卡产生的收费数据也会通过网络传送到控制中心，而此过程完全依靠高速公路的通讯系统完成。由此，为确保交通数据传输的稳定性，往往会建设专项的网络[1]。监控系统的数据传输如图1 所示。

1.2 通讯网结构

一方面，通讯网组网。高速公路通讯系统的运行，为相应的收费系统提供技术支持。将干线数据输送和接入网相互独立运作，保证数据备份以及隔离的有效实施。通信系统的干线不仅包括此路段内的数据，还包括与之相邻的路段信息，若传输节点出现安全事故，会导致此路段以及周边公路区域出现拥堵的情况，而采取分层的设计方式能够有效规避此类情况，有助于提升公路整体网络覆盖的效果。

图1：高速公路监控系统数据传输

另一方面，主干通信。我国各地区的高速公路网络规划存在不同程度的差异，但都是由基本的电路转变成分组的形式。主干通信网主要负责公路沿线的相关机构，进行远程、容量较大的调度与输送业务。高速公路的主干线通讯网在网络覆盖方面，其可被定义为服务机构，但各路段由不同的公司负责。在确保有效沟通的情况下，通常各路段需要结合实际状况，各自开展相应的系统建设，其中包括多个节点。而在网络结构方面，干线网与接入网相互独立。另外，根据业务内容的角度而言，通讯网中较为重要且要求高时效性的部分是收费信息。而在视频图像方面，高速公路中的收费站等场所需保证监控数据的完整性，不可出现中断或不清晰的情况。通讯语音方面包含车道、区内以及跨区域三种语音服务。目前，道路收费数据需实时共享，并保证当日的收费信息可以准确拆分。为保证高速公路运行的稳定安全性，需将各路段的监控数据整合后，通过通讯系统转送至特定的位置。若通信出现异常情况，会使整个系统中两个核心环节出现问题。因此，运用稳定的系统框架是极为重要的。

2 5G技术

2.1 技术概述

5G 通讯技术是第五代移动通讯技术，其是以4G 为基础的。该项通讯技术是以移动网络技术作为支撑，并对改进云计算以及相应的后台处理提供技术支持。与4G 相比，此项在某种程度上弥补其不足，主要体现在两个方面。

（1）该项技术能够有效融合物联网的长处，并扩大信息传输的区域。同时其数据传送的时长也大幅度缩短。运用5G 技术在网络状态较差的情况下，仍能保证基本的数据传输，弥补4G 在数据传输方面稳定性的不足。

（2）由于5G 技术的通讯覆盖面较广，有效解决网络基站不足的情况。运用5G 通讯技术可以有效消除网络覆盖空间上的约束，实现不在网络基站覆盖范围内进行正常的信息传送。总的来说，该项技术的运用和发展，填补原本在通讯方面的缺陷，对社会各领域的发展都起到积极性作用[2]。

图2：高速公路隧道监控系统

图3：5G 高速验证场景

2.2 现状发展

移动通讯技术经过长期研究已经取得巨大的发展，自从2012年第四代移动通讯技术的应用，该领域已经开始研发5G 技术，各大相关厂商对此项技术的芯片进行研究活动。现阶段，我国移动、联通、电信营业商已经在部分城市中进行此项移动通讯技术的试行。就当下的市场情况而言，此项技术会实现全面的商用化。与以往的4G 通讯技术相比，更为成熟先进，且其整体运行的投入量更少，数据传播的速度以及质量等方面都有所提升。在快节奏的社会背景下，此项技术更为适合。此项技术的数据传输速度最高可达到500km/h，将此项技术应用在高速公路的通讯系统中，能为其发展提供基础性的保障。

3 5G环境下高速公路通信系统的应用

3.1 智能管控系统

在高速公路投入使用期间，其配备的通讯系统对整体运行稳定性，管理及时性等具有重要影响。在运技术以及大数据等信息科技的改良升级，对其的通讯系统起到技术的保障作用，借此推动高速公路通信系统朝着更为智能化的方向发展，实现智能化的数据调度、交通管理等。由于5G 通讯技术基本不受空间上的限制，且数据传输较为稳定快速，提高监控设备数据传输的时效性，通过各监控站的监控设备，掌握公路的车辆行进、施工、事故等情况，并将产生的信息直接输送到相应的计算机信息库中，以实现数据的实时共享。有助于控制中心工作人员能够在更短的时间内获取道路信息，以提高高速公路运行的稳定安全性。5G 通讯技术的数据传输时差极短，完全可以忽略，并且网络连接设施的数量更多。

高速公路5G 智能管控系统主要包括对公路中的拐弯、编导、高架桥、隧道、收费站以及服务区等区域的管控。在直道位置应用毫米波雷达，而在隧道此类区域则应用激光雷达。其中的RUS 会采取交错的形式分布在公路两侧，而雷达以及监控等设施往往采用对称分布的方式。其他设施如灯杆、测速设施等可以根据以往的布局方式。高速公路中隧道区域由于光线等问题，使该场景的交通事故发生率较高，且存在事故误报的情况。现阶段，对于隧道监控方式采取摄像设备的管控模式，有百分之十左右的误报率。而借助激光雷达、地图数据与现有的监控设备相结合，以掌握隧道内的交通情况，并根据实时地数据共享，将相关的数据内容直接传送至控制中心，由此实现统一调度。高速公路隧道监控系统如图2 所示。

拥堵是影响高速公路正常运行的干扰因素之一，其可分为常态拥堵以及突发拥堵两种形式，前者主要是常规的车流量猛增，如节假日、出入口等，而后者指的是公路施工、安全事故、天气状况等。借助智能网联进行管控具体环节包括监测、判断、消除。监测环节主要借助雷达以及视频技术，运用专项的设施实现判断，其监测项目涉及到公路行驶车辆、异常事件、天气等。具体而言，车辆的行驶速度、型号、车流量等，异常情况包含安全事故、道路施工、非法行驶等情况，天气包括影响车辆行驶的降水、起雾等。对于道路拥堵的判断根据实际的车流量、路径比对、预测预警以及其他手段。在消除阶段同样也需要多种综合性的处理方式。其中车与路的协调处理借助智能化设备对车辆行驶方向的交通情况、车速提醒、施工、路面积水等情况进行提示[3]。

3.2 人员网络应用

现阶段，移动网络终端设备的应用已经得到有效发展，使用移动设备获取数据信息已经远远超过以往获取信息的频率。在视频观看方面，其画面的辨识度已经实现大幅度地提高，由以往的标清发展至如今的高清、超清、蓝光。对于当前的市场需求而言，已经得到有效普及的4G 通讯技术已经无法满足当前对画面清晰度的要求，在观看视频时，极易出现卡顿的情况。移动设备若在移动的过程中使用，其需要不停地搜寻信号，而在高速公路上的车速过快，其此类公路都建设在偏远地区，相应的网络基站建设较少，甚至在部分路段无基站建设。移动设备在各基站之间切换对自身的信号接收有极大的影响，经常会出现数据通信中断的情况。因此，在日常使用移动设备时往往会固定在同一位置，其在搜寻信号期间会形成大量的辐射。而在5G 环境下，此种情况得到有效改善。某企业在当地高速公路中的某路段进行5G 在高速场景下的验证，并实现在每小时一百千米的速度下通讯数据的正常运行。图3 为验证5G 高速场景。

此路段道路开阔，且车流量较大，平均车速较大，属于典型的高速公路场景。在车速达到100km/h 的情况下，会大幅提升无线信道的估计难度。实际验证期间，同时采用多种优化方式，如强化信道估计、矫正频偏等，将5G 技术应用到正常的高速公路场景中。在高速的环境下，实现正常的数据切换，并保证高于300Mbps 的下行速率。将此项通讯技术应用到高速公路的通讯中，满足行驶车辆的需求。据相关数据显示在2017年，手机等移动终端在线视频观看的时长已经超过总量的百分之五十八，在车辆行驶过程中，车内其他乘客能够在高速的环境下保证基本的视频功能正常使用。

高速客运站、服务站等人员较为密集的场所，若能够将Wi-Fi和5G 通讯技术有效结合，可以实现分流的效果，有助于提升网络用户的体验效果。常规的Wi-Fi，设备连接较为便利，投入的成本较少且后期管理较为方便，以此弥补5G 技术的不足，通过构建综合性的组网模式，提高高速公路的通讯系统的稳定效果。此种组网应用形式具体而言，应用类型可分为移动终端目睹较高的区域，如车站等，以及吞吐量标准较高的区域，如远程视频等。

3.3 卫星定位系统

高速公路建设在城市的偏远地区，沿线周边的情况存在诸多不确定性，且高速公路中还包含弯道、隧道、出入口、高架桥等交通事故高发路段，在此类区域内，卫星定位系统运行会受到不同程度的干扰，导致定位不准确。若发生交通事故，难以及时准确定位信息，会延误事故处理时间，造成道路拥堵、救援不及时等不良后果。而在5G 环境下，此项技术能够起到辅助性的作用，有助于提升信号接收的准确性和时效性。在5G 环境下，卫星定位系统能够更为准确地掌握高速公路中的车辆信息，若其在行进过程中想要获取定位信息，采用5G 通讯系统能够实现快速借助网络系统将数据传送至指定位置，借助获取的卫星信号，并得到准确的地理位置。在5G环境下，卫星定位更为准确，并有效消除信号被遮挡的情况，在高速公路中的隧道等区域信号接收效果较弱的区域内，能够满足相关人员的定位需求，具体可精确到厘米级[4]。

4 结束语

5G 技术具有高效、稳定等优势，推动高速公路通信系统的建设，借助将此项技术与现有的Wi-Fi 相结合，构建较为完善的组网，并借助卫星定位系统，起到弥补的作用。有助于优化当前的通讯系统，由此提高道路的安全程度。