5G技术在智慧交通中的应用研究

杨晓潇、周建国

（1.临洮县农村公路养护站，甘肃 定西730500；2.甘肃省定西市临洮农校，甘肃 定西 730500）

0 引言

我国交通事业正处于快速发展的阶段，随着5G技术的广泛应用，交通网络的整体建设水平也得到了大幅度提升，为智慧交通的建设提供了良好基础。结合当前交通行业发展现状以及5G技术的发展情况，采用在智慧交通中应用5G技术的可行性方案，使智慧交通逐步走向规范化。

1 5G技术应用特点及智慧交通发展趋势

1.15 G技术的特点

当前，5G技术已经广泛应用于智慧城市、智慧交通等领域。5G移动互联网时代的特点主要有：

一是网络速度快。与4G网络初期实现的100Mbit/s峰值速率相比，5G的理论值将达到5G～10Gbit/s，人们刷视频时不再有卡顿等体验。

二是网络覆盖广。5G技术基站为全自动，设备可以远程维护，偏远地区仅需安装5G基站即可大大提升网络覆盖率。

三是功耗非常低。可设置“低功耗”模式，节约通信技术使用成本。

四是无延时。对比2G、3G、4G网络，5G网络延时性非常小[1]。

1.2 智慧交通建设

智慧交通是指在交通运输领域中利用互联网、移动通信、物联网、大数据等技术，实现车辆、人员、道路交通、城市基础设施、信息服务等各个方面的优化配置、实时共享和智能优化，实现人、车、路协同发展的新模式。智慧交通在中国的发展将主要体现在六个方面：

一是大数据应用将会更加深入，智慧交通将向智慧城市、智慧交通方向发展。

二是随着“互联网+”的发展，互联网+汽车、互联网+公共汽车、互联网+轨道交通等已进入高速发展期。

三是建立智慧交通安全可靠的运营环境，实现交通设施、环境、车辆、人员和管理系统的智能协同，提升智慧交通的管理水平和运行效率。

四是实施智能化的车辆运输管理，实现交通运输经济高效发展。

五是打造一流的智慧交通服务系统，实现安全高效的服务水平。

六是通过对交通设施、环境和车辆管理系统的深度集成应用，实现智慧交通的快速决策与指挥调度。

2 5G技术在智慧交通中的具体应用

根据智慧交通的定义，其具有以下典型特征：实现智能化交通基础设施和智能化运输装备的互联；虚拟与现实相结合，线上与线下相结合，以虚拟指导现实，以线上指导线下；提供门到门的一体化综合运输服务；应需而变为用户提供适应性服务；运输生产组织和管理高可靠性和高效能。

将5G技术应用到智慧交通建设中可获取更加全面的信息，使得运输组织形式发生根本性变革，由原有的松散的、不同运输方式、不同层次、不同区域之间相对独立的各自组织方式，转变成集成、紧密衔接的协同组织方式，进一步完善智慧交通的顶层设计，明确智慧交通的发展方向，对信息采集、共享、服务等业务流程实现合理优化，管理模式得到有效创新，推进智慧交通快速、健康、可持续发展[2]。

2.1 无人驾驶技术

通过应用5G技术可实现连续性、广泛覆盖、热电容量更高、能耗比较低，可以对无人驾驶过程中产生的庞大数据进行实时传输和系统化的处理，能够提供更加精准的地图定位，运算形式更加复杂，促进无人驾驶的安全稳健发展。无人驾驶技术主要分为半自主驾驶和完全无人驾驶两类，通常通过高精度地图实现，并能实时处理交通事件。目前，全球正在研发专门用于无人驾驶汽车的操作系统，通过手机或电脑来控制汽车。例如丰田于2022年推出一款全新车载智能系统“Huawei Sense Systems”，该系统可在用户不熟悉的情况下为车辆提供导航和控制功能，帮助司机在驾驶途中对车辆进行控制或调节车辆车速及模式等操作。利用云服务可帮助驾驶员缓解驾驶疲劳症状、提高驾车效率，具有安全、可靠而节能、可持续发展等优点。

此外，无人驾驶汽车的应用还面临一些挑战，例如在一些特定场景中仍需驾驶员对汽车进行辅助操作以保证安全；车辆安全技术需改进和升级；需确保无人驾驶技术在运行期间均能保障司机和乘客的安全；在某些特定地点进行停车引导驾驶或在室内自动泊车等。

目前，无人驾驶技术还处于试验阶段，需要借助5G网络技术推动无人驾驶技术稳步落地，进而将无人驾驶技术升级为车联网和自动导航。其中，车联网包括基于5G的车联网（V2X）、车联网云服务和车联网服务等。汽车自身有车辆的控制软件、车辆传感器以及相关控制器等功能，无人驾驶汽车通过采用毫米波频段使其能够达到1GHz以上的超高频率，这就需要大量的低延迟无线通信技术（如5G），以提供实时业务连接和实时数据处理能力为支撑，在此基础上形成基于数据的决策和控制算法，进而提高交通运营效率和安全性。根据国际标准化组织（ISO）制定技术要求（ISO/IEC802.3-2）的 定义：“传 输速率 大于50Mbit/s或数据速率为100Gbit/s以上时信道容量上限”。为保证通信质量，要求5G网络具备更高速率、更低时延和更高数据传输速率（5Gbit/s）等特性。5G网络可以提供较以往更好的连接质量，以高速率和低延迟实现数据传输，在无人驾驶汽车系统中发挥重要作用。

2.2 交通的智慧管控

传统的视频监控是通过本地缓存和分析上传照片，该形式较为落后，不能对违章车辆的轨迹进行实时监测、对事故现场的处理进度进行全面管理。因此，需将5G网络应用到交通监控领域中，将海量数据和视频实时回传到指挥中心，为交通指挥、事故处理等工作提供强有力的支持。目前，5G网络具备很高的速率和低时延的特性，未来还将继续保持，基于5G技术使数据速率大幅度提升，从而提供更高的数据传输速率。同时，因为4K、VR等大带宽设备将大幅度提高视频监控的传输速率，4K分辨率也得到了很大提升。因此，5G网络在视频监控中的应用场景将会更广泛。

通过应用5G技术对交通进行智慧管控可提高视频监控的时延。通过5G网络进行高清视频信号传输，可以有效提高低时延视频的播放速度，从而满足视频在高清分辨率下所需要达到的低时延。要求通过5G大带宽、低时延、低时延下视频实时回传、实时监测交通现场信号与车辆信息、实时监控交通事故，实现交通管控与管理，提高交通管理水平，为用户提供可视化交通管控系统，实现自动驾驶车辆的远程操控控制、安全驾驶及事故处理等相关业务场景。这些方式对于未来5G交通视频监控具有很强的应用价值，随着交通监控中高清视频和处理需求增加，如何解决快速传输、有效降低带宽将成为5G交通视频监控面临的重要挑战[3]。

5G工业物联网网关组网下的科技治超系统，解决了空间数据与智能硬件间数据互通，现场与远程的高速联网，超限超重超速自动识别、动态测量、精准测量、远程监控、自动报警、科学处罚，24小时动态自动化运行，多部门非现场联合执法，协助交通管理部门实现数字化管理。此外，“5G+AI”还可以应用在货车驾驶辅助系统上。基于车载的视频监控和驾驶行为检测模组，结合AI算法辅助，识别驾驶员抽烟、疲劳、拨打电话等违规行为，检测行人等碰撞预警，可实现实时报警语音提醒，定位上报系统，降低事故率，提升事故处置效率。融合5G、北斗定位、AI和大数据分析等技术，研发智能车载终端与不停车检测点外场监测终端。

例如，针对影响道路安全的超限超载行为，可提供新的治理思路，让超限超载车辆无所遁形。例如，某市正在打造的一体化科技治超系统，启用了一批新的科技治超点，均建在各大桥附近。与传统的现场检查相比，该系统强化了信息化手段，执法人员无须到执法点现场进行检查，安装在路口的检测设备可自动识别出车辆和载重信息，通过网络传到数据中心进行分析，异常信息将被进一步发送到执法部门，作为处罚的依据。一体化科技治超系统大幅度提升了治超效率，在推进智慧城市建设的重点项目中还获评新型智慧城市创新应用案例。

2.3 车路协同系统的建设

随着5G商用步伐的加快，以“车路协同”为代表的车路协同技术已经在全球范围内得到了广泛关注。2017年，德国电信集团在法兰克福发布了世界首个5G车路协同系统试验机；2019年初，欧盟在德国启动了车路协同发展项目。该项目通过5G通信技术支持智能网联汽车（AV）中远程通信，在车辆之间实现信息交互和车辆通信，实现车辆与环境实时控制和通信，推动智能网联汽车产业健康发展。从我国的车路协同技术上看来，其对推动自动驾驶技术变革、实现中国汽车产业智能化有重大意义；实现智能网联汽车行业关键技术创新，可推动信息基础设施与智慧交通融合发展。

智能网联汽车是以车、路、人、云、网等信息基础设施为支撑实现万物互联而发展起来的一种新型智能汽车系统架构模式，是以网络通信技术、信息技术与交通运输领域深度融合发展为主线、协同创新为特点的新一代信息技术产业体系。该模式以“车”为核心进行广泛深入应用，将技术与交通、信息通信融合发展、面向未来发展、引领产业升级作为整个国民经济协调发展的重要组成部分并贯穿到整个社会当中。当前，汽车产业正在经历产业升级的关键阶段，在这一背景下，汽车产业将加速向智能化和网联化发展转型，要求更高水平、更高层次、智能化的信息通信设备和服务，给用户提供更为广阔、复杂的系统。5G技术作为5G在车路协同领域提供支撑服务的核心技术之一，可以解决当前车路级通信系统存在的通信协议不兼容等问题，实现车辆与道路上其他应用层之间双向通信，并能保证不同应用间的信息交互不受通信延迟影响。

5G技术可使智能车路协同系统的建设变得更加完善，各个环节精密配合，实现车辆道路的协调发展，具体表现在：

一是5G环境下实现智能网联汽车系统的多传感器、高精度定位等能力，实现自主感知、通信、规划以及决策等功能，并与5G技术实现紧密的集成，提高车辆在复杂环境下的智能化水平。

二是智能网联汽车在5G环境下，除了实现相关功能外，还需在车路协同网络的支持下将信息传递到车端。

三是车路协同系统不仅具备感知、决策、控制的功能，还可实现与智能网联汽车通信、感知、决策三个方面的功能。

四是根据自动驾驶过程中感知到的环境信息，预测智能网联汽车将会出现的问题以及发生概率，通过多种途径制定预案、解决问题。

2.4 无障碍收费功能

在众多因素中，导致高速公路出现拥堵问题的主要原因之一是收费环节。基于5G网络的高速公路收费系统，能够实现高速移动业务、超高清视频传输、高速公路业务处理等功能；实现对车辆数据感知、道路数据处理、网络覆盖情况、车道流量分布情况等全面感知并精准处理，可在多个场景下有效提升高速公路车辆通行效率，为高速公路服务提供有力支撑，提升服务质量。

目前，我国高速公路电子支付正处于发展的初级阶段，电子支付网络正在发挥着越来越重要的作用。5G电子支付的发展模式是基于5G通信网络和移动通信终端之间建立起“物联网+互联网”模式的全新商业模式。该模式基于5G技术，通过将各设备连接在一起形成一个小型网络层、通信网络层和应用层，达到对各设备之间数据通信流和数据交互流、应用端的控制和管理、终端处理的目的。在收费站区域内，基于5G网络将5G通信和收费系统进行融合，实现“5G+收费站”功能应用。为避免车辆出现拥堵，收费站区域内设置“高速公路临时服务点”，方便有需求的车辆迅速缴费。在不拥堵路段可设置专用收费车道，实现不停车快捷通行。如用户使用ETC卡通过智能门禁完成缴费，车辆通过时车联网采集车辆行驶轨迹并进行精确定位，在遇到突发事件时进行通知，同步通过智慧收费站管理系统进行预警处理。在收费站区域外，针对ETC车辆和非ETC车辆进行分片监控和引导，实现快速通行。

随着5G通信技术的发展，5G通信系统将会在更大范围内为用户提供更加优质、便捷、安全、舒适的服务。高速用户可通过高速缴费APP或自助缴费设备缴纳通行费，高速缴费APP将支持离线缴费和在线缴纳，自助设备支持在线支付，两种方式可为用户提供更加优质、便捷、高效、安全的服务。此外，针对高速流量多、拥堵情况突出、车辆通行不稳定及用户体验差等问题，高速运营商将基于“5G+智慧交通”理念建设高速收费信息化系统，通过打造多点支撑、高可靠性的路网基础设施，推动收费站智能升级改造工作，为高速入口提供高效的高速移动服务保障。

3 结语

综上所述，随着科学技术的不断发展，智慧交通已经逐渐从新兴领域成为交通运输行业最具潜力的领域。5G技术在智慧交通中的实践应用促进了城市的发展和社会进步，可对交通行业进行深度整合升级，提升行业智能化水平以及行业服务质量水平。