基于5G技术的智慧城市交通系统探究

沈映春 张馨心

摘  要：5G技术具有高速率、低延时、大容量的强大优势，“5G +智慧城市”的发展模式在我国推行新型城镇化的进程中具有广阔的发展前景。文章选取智慧城市的交通系统为切入点，分析构想了5G技术在地面交通系統、轨道交通系统、交通辅助系统三个方面的潜在应用，为智慧城市的交通建设提供了新的发展思路，契合了“以人为本”的核心理念。

关键词：5G技术;智慧城市;城市交通

中图分类号：F124.3;F572     文献标识码：A

Abstract：5G technology has the significant advantages of high speed， low delay and large capacity. The model of “5G + smart city”has a brand new prospect in the process of new-type urbanization in China. In terms of transportation system of smart city， this article analyzes the potential application of 5G technology in three aspects： ground transportation system， rail transportation system and transportation auxiliary system， providing a new idea for transportation construction of smart city and conforming to the core concept of “human-oriented”.

Key words： 5G technology; Smart city; Urban transportation

一、引言

2019年6月，我国5G商用牌照正式颁发，这意味着5G时代的“发展元年”的到来。相比于前几代移动通信技术，5G逐步实现了以程序运算为中心向以用户端口为中心的重大转变[1]。虽然5G技术目前还未真正在生产生活领域普及，但其在物联网、远程医疗、智能能源等方面的应用已经显示出广阔的发展前景。在智慧城市的探索与构建中，5G技术同样引发了社会的广泛关注，“5G +智慧城市”的发展模式有利于推动我国的新型城镇化进程，有利于建设“以人为本”与全面、可持续的社会成长空间。笔者将以城市交通为切入点，结合国内外发展现状，从地面交通系统、轨道交通系统、交通辅助系统三个维度分析构想5G技术在智慧城市中的应用前景。

二、5G技术概念解读

5G技术，即第五代移动通信技术，是继4G之后最新一代的高带宽、低延时、大容量的移动网络通信技术，也是实现人工智能、机器学习、虚拟现实、物联网等大规模商用的物质基础。2019年10月，工信部颁发了国内首个5G无线电的进网许可证，5G基站正式接入商用网络。相较于前几代的移动网络通信技术，5G主要有以下几点显著优势：

1.传输速率快。在4G时代，所有信息都需要通过核心网络集中转发，随着用户数量的不断增加，信息传输速率会有所降低，核心网络也会面临更大的承载压力。5G技术采用大带宽的新型蜂窝网络结构，用户体验速率可达到每秒1000兆位（1Gbps），峰值速率可达到20Gbps，比4G网络环境的信息传输效率提速百倍，能够极大地促进信息的互联互通。此外，5G网络应用的D2D技术能够实现近距离数据直接传输，不需要再通过基站，可以直接作用到特定设备终端。

2.网络时延小。时延水平，即网络通信的滞后时间水平，体现为数据在终端之间“传输—接收”的时间差。比如，当我们使用网络语音通话时就能明显感觉到时间延迟的存在。5G技术的应用能够使网络时间延迟降低至1毫秒，相比于4G技术普遍的20至30毫秒降低了95%以上，从而具有更迅速、更强大的响应能力。5G网络时延小的这一显著优势能够满足远程医疗、自动驾驶、虚拟现实等精细领域的高标准、高要求，在未来具有广泛的潜在发展空间。

3.容量密度大。5G技术能够达到每平方公里提供100万接入端口的连接能力，连接密度与流量密度显著提高，超大网络容量扩展了信息传播渠道，为物联网建设与广域通信奠定技术基础。此外，5G通信能够以波束赋形的方式对电磁波定向收束，使信息传输指向特定终端，解决了高密度广域覆盖中由于空间拥挤带来的信号干扰问题[2]。

三、5G技术在智慧城市交通系统中的应用构想

5G技术凭借其传输速率快、网络时延小、容量密度大等显著优势，能够在连续性、时间、空间等方面为用户打造高效的使用环境，为用户带来优质的使用体验，在我国推进新型城镇化的社会背景下，“5G +智慧城市”的发展模式将具有光明的发展前景。智慧城市定位绿色、数字化、智能化、可持续性。基于5G技术的智慧城市建设已经在我国部分地区开展试点，重庆市基于5G发展应用打造了“智慧养老”与“智慧城市安全”专题[3]。5G技术的融入能够更好地满足车联网的通信需求，从软、硬件双重维度协同推动智慧交通体系的构建与发展。笔者将从地面交通系统、轨道交通系统、交通辅助系统三个方面具体分析“5G +智慧城市交通”的发展前景。

（一）地面交通系统

1.自动驾驶迈入新阶段

自动驾驶汽车内置人工智能的控制系统，通过雷达传感、激光测距、全球定位等功能互联，使汽车在离开人类操纵的情况下自动安全地在道路上行驶。当5G网络与自动驾驶系统相融合，自动驾驶将进入全新的跨越式发展阶段。

5G技术将为自动驾驶系统提供更加精确的感知能力。4G时代自动驾驶汽车主要通过雷达与摄像头感知外部环境与路况信息，这种传统的“看”的方式会受到雨、雪、雾等天气状况的影响[4]。基于5G技术的低延时性，汽车可精准探测周围环境并及时反馈，这极大促进汽车与外部信息的交互。自动驾驶对于运算速率与决策系统有着非常高的要求，环境监测—信息采集—系统运算—实时决策链条中的每一步都需要高效、可靠地完成。5G技术的高带宽与强大运算能力能够为自动驾驶系统提供“云服务”，极大地释放车内空间。

2.路况监测形成新方案

在私人出行领域，路况信息是每一位出行者必须考虑的内容，车载导航系统、导航类应用程序与道路交通广播等为车主提供实时路况信息，便于及时优化行驶路径，提高出行效率。目前，实时路况数据的监测收集主要来自出租车、公交车等浮动车辆的运营，这些浮动车辆通过移动网络与车载GPS系统将所经过地段的道路信息上传至数据中心，经过加工、处理与传输，形成我们获取的实时路况信息。若5G与路况监测相结合，将形成实时路况监测的新思路。5G网络传输速率快、容量密度大，将传感器安装在重点区域的路面或道路两侧，将形成高水平、高效率的路况信息监测网络，减轻基站压力，提高响应速度。这一方案在美国已开展相关应用，Verizon Wireless公司与Sacramento市签订协议，同意将物联网传感器安装在路面与路灯上以采集实时交通路况信息，为政府与民众提供高效率的路况信息反馈，该系统能够减少44%的汽车闲置时间，提高公众出行效率[5]。

（二）轨道交通系统

在城市交通系统中，轨道交通也是非常重要的一环，截至2019年底，中国大陆地区已有40个城市开通城市轨道交通服务。一般而言，城市轨道交通（如地铁、轻轨等）具有低污染、大运量、高效率、安全可靠等突出优势，随着未来“智慧城市”建设的逐步推进，城市轨道交通也会在越来越多的地区实现，而5G技术的应用将会为这一模式贡献许多新的发展思路。

1.列车运行：高效传输

列车运行期间，需要与数控调度中心建立稳定可靠的语音通信联系，并形成高效安全的数据传输网络，工作要求高、强度大，而基于5G技术的D2D通信将极大提高这一系统的实现效率与整体性能。D2D通信是“设备到设备”的技术应用，数据传输无须经由基站转发，而能够实现终端之间的直接交互。因此，D2D技术在现有列车与数控中心的传输基础上还能够实现列车与列车、列车与次级中心的直接交流，从而减轻数控中心的运作压力，更为紧急情况下的多节点通信提供更好的保障。此外，5G技术的高传输速率还可以实现超清视频等多元大数据传输，使可视监控手段得到优化。

2.公众出行：弹性选择

由于轨道交通比地面交通有着更强大的承载与集散能力，这相应带来了可能更为严重的高峰时段拥堵问题，我们乘坐地铁出行时，常常会遇到高峰期进站难、安检难、购票难的困扰。事实上，在换乘站或大型市民中心附近的地铁站的不同进站口，客流量往往有所差异，如果能将乘客在不同进站口相对均匀分布，则能够实现更高效的资源利用与出行体验。5G技术的CDN网络，则能为这一构想提供一定的应用基础。CDN是一种近距离的内容分发网络，通过综合考虑各端点的载荷情况与连接状态，用户可以获取就近信息。因此，通过记录不同进站口的网络连接情况，就可以对客流量进行估测，从而使公众能够弹性选择自己的出行方案，提高体验舒适度。

3.设备维护：智能监控

对于轨道交通系统，设备的定期养护维护也是不可缺少的重要环节，然而，由于设施分布较广、线路较长、勘测环境复杂等因素，目前以人工巡检为主要方式的数据采集工作耗时耗力。如果将5G技术植入城市轨道交通的设备监测系统，大容量、高带宽的多节点网络将能够实现全方位、全天候的数字化智能监控，节省人力物力，大幅提高系统维护协同效率，增强安全系数。

（三）交通辅助系统

智慧城市建设秉承“以人为本”的核心理念，在5G网络的信息采集与处理模式下，程序化平台运算将逐步过渡到人工智能逻辑[6]，通过打造基于5G网络的交通辅助系统，城市运作与市民出行将会向数字化、智能化迈进。与传统通信技术相比，5G的实现需要依靠“自组织网络”处理多节点的无线接入，这一关键技术可以推动城市综合信息管廊建设，实现动态监测与主动运维。比如，在交通突发事件的应急管理方面，可以将5G网络接入紧急服务中心与交通管理系统，设立紧急服务车辆（如救护车、消防车等）的优先处理等级，为紧急服务车辆出工实时规划最优路线，并向有关区域的行驶车辆反馈信息，大大缩短响应时间。在道路两侧的照明系统中，5G可以发挥其超大容量与流量的优势，实现智能照明、智能电网、智能交通系统相结合，设定可以根据不同车流量与行人数量而自动调节的道路照明系统，从而合理控制路灯的照明时长与照明强度，节约能源，智能管控。

四、结束语

在高带宽、低延时、大容量的5G网络时代，人们生活的许多方面都将发生新的变化，5G技术的应用为涉及人工智能、大数据、物联网、云计算等诸多系统的“智慧城市”建设提供了物质基础。在城市交通领域，5G技术可以在地面交通系统、轨道交通系统、交通辅助系统等方面发挥重要作用，通过与5G网络相结合，自动驾驶、路况监测、智能出行等这些与我们生活息息相关的内容将形成许多新的方案与新的构想，“5G +智慧城市”的模式将呈现积极的发展前景。科技改变生活，永远在路上。

参考文献：

[1]杨凌，高楠.5G移动通信关键技术及应用趋势[J].电信技术，2017（5）：30，33.

[2]刘栋.5G技术在轨道交通内的应用探讨[J].通讯世界，2019（10）：127-128.

[3]韓梦霖.5G如何改变生活？这些领域的5G应用已经在路上[EB/OL].新华网，（2019-12-27）[2020-05-05]http：//www.cq.xinhuanet.com/2019-12/27/c_1125387985.htm.

[4]陈馨，文静. 5G为自动驾驶“加油”[EB/OL].新华网，（2019-06-26）[2020-05-05]http：//www.xinhuanet.com/info/2019-06/26/c_138174258.htm.

[5]崔文秒. 5G时代户外在智慧城市建设中的新机遇[J].城市轨道交通，2020（4）：52-55.

[6]李扬，刘平，王丹丹.基于5G网络和CIM的智慧城市系统构建探索[J].智能建筑与智慧城市，2020（3）：27-29.