基于5G 的智慧静态交通综合管理解决方案

黄 鑫 陈庆勇

广东省电信规划设计院有限公司

0 引言

随着近年来我国经济的快速发展，居民的收入水平持续提高，汽车开始成为居民家庭的标配，汽车保有量大幅上升，但国内停车设施建设速度远滞后于汽车保有量的增长速度，停车位供给缺口巨大。传统停车方式下，驾驶者需要在指定区域停车，通过人工寻找车位、倒车、寻找车辆、寻找出口、停车收费等繁琐环节，效率低、管理散乱、缺乏引导标识，从而导致停车难。

本研究介绍了一种基于5G 的智慧静态交通综合管理解决方案。相对于传统停车方式，智慧静态交通综合解决方案以停车位资源为基础，借由5G 技术的高速率、低时延、大连接优势，整合移动终端技术、GPS（Global Positioning System，全球定位系统）/北斗定位技术、GIS（Geographic Information System，地理信息系统）技术等综合应用于停车位的采集、管理、查询、预订与导航服务，实现深度融合与系统创新，搭建集传输、存储、计算、感知于一体的新一代泛在智能交通基础设施，进一步促进车、路、人的全域连接、数据交互和协同计算，实现交通基础设施智能化升级，推动智慧停车真正落地。

同时5G 技术可以实现海量车联网终端的实时数据反馈，构建静态交通数据数字孪生模型，打破物理空间限制。此外5G 技术为工业级AGV（Automated Guided Vehicle，自动导引运输车）应用提供完整的产业技术性能支撑，结合北斗高精度室外定位，有效提高人员、车辆、车位的定位精度，使汽车出行实现停车位精准预知与引导，进而实现停车资源的标准化管理与高效利用，达到停车位资源利用率的最大化、停车效率的最优化、停车场利润的规模化和驾驶者停车一站式服务的便利化。

1 研究背景

随着近年来我国经济的快速发展，居民的收入水平持续提高，汽车开始成为居民家庭的标配，汽车保有量大幅上升。截至2021 年6 月，全国民用汽车保有量达2.92 亿辆，并有74 个城市汽车保有量超过100 万辆，而全国停车位数量约为11949 万个，停车位比例仅为1：0.4，对比发达国家1：1.3 左右的停车位比例，国内停车位配比严重偏低。

在车多位少的大背景下，工作人群的潮汐流动导致停车资源在结构上不匹配，白天公共建筑特别是核心区域的停车位一位难求，而夜间出现居住类停车位严重不足，公共停车位空置率高的状况。除总量的供需矛盾外，当前传统停车行业的管理模式也较为粗放，存在诸多痛点，困扰着城市管理者与车场运营者。对于城市管理者而言，一方面是车位数量的供不应求，另一方面则是大量车位的闲置浪费。北上广深四大一线城市的车位使用率分别49%、40%、48%和55%，全国范围内仅9%的城市车位使用率在50%以上。对车场运营者而言，停车管理行业集中度低，缺少专业化精益化管理模式、传统停车场智能化联网化水平低，使得原本稀缺的停车资源因为粗放的管理方式得不到资源最大化利用。

资源错配问题导致了城市车位使用率的低下，粗放的停车资源管理进一步加深了城市停车难的困境，增加了城市拥堵的风险概率，亟需由简单粗放无序的静态交通资源管理向科学化、精细化、智能化转变，从而在运营者层面实现停车资源效益最大化，在城市管理者层面推进市域社会治理现代化，合力打通“停车难”问题最后一公里。

2 解决方案

基于5G 的智慧静态交通综合管理解决方案包括停车场数字孪生系统、智能机器人泊车系统、基于视频理解的辅助停车系统、5G+北斗高精度导航与反向寻车系统、静态交通业务及大数据平台等子系统，致力于打造一款真正实现“无人值守、无感出入、高效运行、精准治理”的区域级智慧静态交通综合解决方案，不仅解决传统停车管理效率低、依赖人工、操作繁琐、用户体验感差等问题，而且作为数字城市的末端纳入城市综合交通管理大数据平台，实现对城市道路、公共停车资源等的自动化、精细化管理。如图1 所示。

图1 基于5G 的智慧静态交通综合管理解决方案示意图

2.1 三维仿真数字孪生技术

停车场数字孪生系统，是利用数字孪生技术对停车场设计、规划、建设及运行运营的全生命周期进行数据可视化和物理模型构建，以停车资源时空底图为基础，全量接入监测传感、图像视频、控制执行各类智能终端，一屏展示停车场全貌及车位预览、业务监控、视频反馈、设备状态、地理信息分析等辅助信息，实现停车资源的全时镜像、精准映射、统一管理、实时交互等一体化建设。

利用停车场数字孪生系统，以数字虚拟的平面图形和3D立体空间图形为载体，可以以更加直观便捷高效的方式，指导停车场的规划建设方案设计，停车场设备选型、控制和运行监控、管理和运营模式评估、故障预警及应急管理等。

2.2 智能泊车机器人技术

智能机器人停车系统是以人工智能、大数据等相关技术为核心，由智能泊车机器人、智能泊车AGVS（Automated Guided Vehicle System，自动导引运输车系统）调度系统及停车管理系统组成，完成存车、入库、出库、取车、盘点、支付等功能，实现全程无人化停车。

智能泊车机器人是一种以电池为动力，装备有电磁和光学等自动导引装置的无人驾驶自动运输车，由计算机控制、轮式移动为特征，并且能够最优地导引路径，专门用于搬运和运输停车车辆的背负式轮式载重机器人。

智能泊车AGVS 调度系统是实现多个AGV 安全有序高效完成指定任务的集中监视与控制系统，调度系统能够完成地图建模、任务管理派发、路径规划与导航、交通调度与管制、AGV 实时状态监测、分析报表等功能。

2.3 机器视觉辅助停车技术

基于视频理解的辅助停车系统利用多通道的视频数据，基于固定标志物完成图像配准，将多通道的视频数据进行拼接融合处理，形成车辆外部的全景视图。利用车牌识别和场景识别技术，自动切换不同摄像头视频图像以及经过融合后的视频图像，为停车机器人提供停车过程中的车辆外部全景视图。

系统利用基于深度学习的目标检测技术识别车辆旁边的障碍物，结合深度摄像机，提取复杂泊车环境下场景类别关键信息，重塑车辆物理空间环境态势并进行路线模拟，提供障碍物碰撞预警，从而能够提高停车场空间利用率。

2.4 静态交通大数据平台

静态交通业务及大数据平台利用云计算、物联网、大数据、人工智能等技术，通过可持续运营的商业服务模式，面向路边及各类停车场实现跨区域、多层级的集中监控和管理，为政府、相关主管部门和运营企业提供远程监控、决策支持、统计分析和数据展现等服务，同时可面向公众提供综合停车服务，并且通过人工智能、大数据技术，对停车资源、停车利用率的动态变化进行分析，为政府、运营商的决策提供支持，为运营商的运营工作节省成本，提高效率。主要功能包含停车管理、交管应用两个方面。

停车管理主要包含各种停车场、道路泊位的管理，包括收费管理、人员管理以及设备管理等。对停车管理进行细致分析，在满足客户日常管理需求的基础上，利用大数据分析技术对停车数据进行深入挖掘。具体如下：

（1）设备管理。对停车场所有核心设备统一登记管理，并利用物联网和互联网技术，实现设备的联网监控、故障报警、设备维护等功能；

（2）人员管理。对停车场工作人员、路侧收费员、监控运维人员的统一管理，采取分级管理制度，实现权限分配，工作考核等内容；

（3）收费管理。对停车场收费，路侧停车收费统一管理，将停车记录，收费记录等深度整理，为管理员提供各种精细化经营报表。

交管应用通过对城市静态交通数据的采集、存储、分析，使静态交通业务及大数据平台在城市交通的规划、建设、管理中发挥重要的支撑作用。在交通管理方面，静态交通数据与动态交通数据结合，可形成完整的城市交通大数据库，通过大数据分析，为交通管理部门提供技术支撑。具体如下：

（1）决策分析服务，通过对各停车场、路侧停车位的出入流量、车位利用率等分析数据，引导新建停车场的规划和建设；

（2）公众服务，通过各种渠道，将停车场的地里位置、收费标准、余位信息等实时向社会大众公布，为车主出行，停车提供便利；

（3）公共安全服务，根据车辆牌照信息，车辆颜色，车型特征信息，查找车辆的停车记录和停车轨迹，当车辆发生停车行为时，系统自动发送告警信息。

3 建设方案

3.1 技术框架

基于5G 的智慧静态交通综合管理解决方案采用“五横两纵”架构设计，“五横”自底向上分别为设备层、控制层、支撑层、平台层和运营层，“两纵”分别为安全和标准化体系、运维体系，总体架构设计具体如图2 所示。在整体的技术框架中，5G 作为通信基础设施，打通数据第一入口链接堵点，实现网络感知层5G 化，保证停车资源信息收集的准确性和时效性，从而构建停车应用数据底座，为人工智能、机器视觉、边缘计算及大数据分析与决策提供技术支撑点和需求增长点，整合数字化资源，搭建区域级智慧静态交通平台，实现资源一体化、诱导自主化、泊车自动化、平台归一化。

图2 基于5G 的智慧静态交通综合管理解决方案整体架构图

设备层主要是各类硬件及感知层的设备，是作为各基础信息资源收集的硬件基础。包含5G、无线局域网、互联网等网络设施，道闸设备、视觉设备、地磁设备、智能泊车机器人等智能硬件设备和终端，以及面向外部平台的接口。

控制层向上与支撑层通过网络进行数据交换，向下实现对设备层设备和基础设施的控制和管理。在与本地设备控制总线与第三方设备接入的基础上，设置道闸控制及车牌识别系统、智能泊车机器人控制及调度系统和立体车库控制及调度系统。

支撑层基于标准规范的信息交换格式，向平台层提供统一数据服务，由工作流引擎和中间件构成，包括微服务架构+容器技术、物联网引擎、AI 计算引擎、三维仿真引擎以及5G行业切片。

平台层以基础服务功能为核心，包含停车场管理、角色权限管理、订单管理、统一支付管理、规则管理、设备管理运维、对账管理和统计报表管理等。

运营层主要针对用户，提供综合运营管理、大数据分析与服务以及第三方的开发接口。

业务应用与平台功能分离的系统架构模式提升了整个解决方案可运营性和可扩展性，方便在区域内不同类型停车场的复制与推广，节约整体的部署成本，同时有利于后期业务功能的灵活扩展。

3.2 5G 网络部署

传统模式下停车场采用WiFi 和光纤的方式部署网络，但大型停车场面积往往数万平方米以上，WiFi 网络存在覆盖不均匀、网络不稳定、安全性差、运维困难等诸多弊端，无线传输能力无法满足高清视频数据流和AGV控制低时延的需求。

基于5G 的智慧静态交通综合管理解决方案采用基于运营商5G 网络的MEC 混合专网的方式部署无线网络系统，既可以保障停车场内的数据分离且自主可控，同时能够保障网络的可扩展性和兼容性。5G 无线基站根据停车场实际需求灵活部署，共享大网5GC，用户面网元UPF/MEC 采用私有化部署，UPF 本地化降低时延，MEC 支撑本地服务为停车场提供视频分析、实时控制等服务。同时为了保证AGV 低延时网络需求不受公众网络系统影响，为智能泊车AGVS 提供部分物理独享的5G 专用网络切片，提升停车场智能泊车系统运行的安全性。如图3 所示。

图3 智慧静态交通5G 网络部署方案

依托5G 无线通信网络、物联网、云计算等技术将综合诱导调度系统、停车场运营管理系统、数据分析决策系统结合在一起，建立统一管理平台，将上下游数据链打通，形成统一的资源整合与资源共享平台。同时融合边缘计算，搭建云、边、端的协同架构，通过边缘节点的部署、监控、管理，解决传统云计算存在的实时性不够、带宽不足、能耗较高的问题。

4 结束语

在国家大力推动“新基建”与“数字中国”建设的背景下，为迎合静态交通市场在新形势新技术下的新需求方向，本文提出了一种基于5G 的智慧静态交通综合管理解决方案。本方案依托传统载重全向机器人控制及大规模调度的成熟开发能力，融合当前5G、人工智能、大数据、云计算等热门技术，进行应用场景具体化、运行管理平台化、数据管理集中化的延伸

开发，打造综合化、立体化、软硬结合的综合管理解决方案。

通过静态交通业务大数据资源的全面5G 共享和智慧停车业务流程的优化整合，基于5G 的智慧静态交通综合管理解决方案有效利用信息化技术帮助驾驶者提高日常停车效率和便捷度、帮助停车场运维者提升车位利用率和停车场吞吐量、帮助城市管理者简化工作流程提升管理效率。