5G技术在智慧交通中的应用

摘要：该文详细介绍了5G技术在智慧交通中的应用优势，探讨了5G技术在智慧交通中的应用方向，并对智能交通中的实时交通监测与调度、交通信号控制、车联网与自动驾驶中的车辆间通信、远程监控与控制、自动驾驶系统支持等进行了详细分析，提出了5G技术在智慧交通中应用的性能优化方法策略，以促进5G技术的应用效能提升。

关键词：第五代移动通信系统（5G）；移动通信技术；智慧交通

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.058

中图分类号：TN 929.53 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2024）09-0-03

The Application of 5G Mobile Communication Technology in Smart Transportation

LAI Xingjun， LIN Dayi

（The State Radio_monitoring_center Testing Center， Beijing 100041， China）

Abstract： This article explores in detail the application advantages of 5G mobile communication technology in smart transportation. Analyzed the application direction of 5G mobile communication technology in smart transportation. The real-time traffic monitoring and dispatching， traffic signal control， inter vehicle communication in Internet of Vehicles and automatic driving， remote monitoring and control， auto drive system support in intelligent transportation are analyzed in detail， and the performance optimization methods and strategies of 5G mobile communication technology in intelligent transportation are proposed to promote the application efficiency of 5G mobile communication technology.

Keywords： 5th-generation mobile communication system （5G）; mobile communication technology; smart transportation

0 引言

5G是第五代移动通信系统，具有更高的速率、更低的时延和更大的容量。5G技术的高传输速率和低时延为各种应用场景提供了更加稳定和快速的通信支持，也为智慧交通的实现带来巨大的机遇，促进了智慧交通的不断发展。

1 5G技术在智慧交通中的应用优势

1.1 有利于打造高水平的智慧交通服务

5G技术在智慧交通中的应用优势明显，有助于提升智慧交通服务水平，改善城市交通状况，提高交通运输效率[1]。5G技术具有超高的数据传输速率和极低的延迟，可以实现实时高清视频监控和大规模数据传输。这意味着交通管理部门可以更加精准地监测和管理交通状况，实时采取措施应对交通拥堵、事故等问题。同时，使车辆之间和车辆与基础设施之间的通信也更加快速可靠，有助于提高交通运输效率和安全性。5G技术可以支持更多的设备和传感器接入，形成更加智能的交通系统[2]。通过大规模的物联网设备连接，可以实现智能交通信号控制、智能停车管理、智能路况预测等功能，从而提高交通运输的智能化水平。此外，5G技术还可以支持车辆自动驾驶和车联网技术的发展，实现智能交通系统与车辆之间的高效互联互通。这将为交通管理和车辆驾驶提供更多的数据支持和技术手段，有助于提高交通安全性和减少交通事故发生[3]。

1.2 有利于帮助转变道路交通管理方法

通过应用5G技术，智慧交通系统可实现更为精准的数据传输与处理，从而优化交通流，提升道路使用效率，有利于帮助交通部门转变道路交通管理方法。传统的道路交通管理方法较为依赖人工对数据进行处理，效率低、速率慢。而在5G技术的支持下，新的交通管理方法可以有大幅度的效率提高[4]。在实时交通监控方面，5G技术使得高清视频流畅传输成为现实，便于交通管理部门及时掌握路况，做出快速响应。同时，在自动驾驶领域，5G技术的低时延特性确保了车辆与道路设施、其他车辆之间的实时通信，提升了自动驾驶的安全性与可靠性。此外，5G技术还为智慧交通提供了大数据支持，通过对海量交通数据的分析，可以预测交通流量变化，为城市规划与交通管理提供科学依据。可以说，5G技术的应用正推动着道路交通方式与方法向更加智能化、高效化的方向发展。

2 5G技术在智慧交通中的应用方向

2.1 智能交通管理

2.1.1 实时交通监测与调度

交通管理部门可通过5G技术实时获取交通数据。在5G基站的支持下，车载信号接收单元、传感器、智能摄像头、激光雷达、智能路灯杆、智能红绿灯等设备彻底实现了移动互联智能信息传输改造，通过5G网络将实时交通数据传输到车联网云控平台。在云控平台的存储、整合下，经由大数据算法处理，实现实时交通大数据监测感知与动态捕捉，形成交通决策控制信息[5]。再利用算法，提炼出实时交通可视性数据，以此来预测交通流量的分布和拥堵原因[6]。这样交通管理系统就可以更加准确地判定当前的交通状况。通过对车辆流量、速度、拥堵情况等分析，可以更好地了解道路上的交通情况，从而为交通管理提供更为科学有效的决策支持。这种基于算法的分析和预测方法，不仅可以帮助减少交通拥堵，提高交通效率，还有助于降低交通事故的发生率，为城市的交通安全和顺畅提供更为有力的保障。

2.1.2 智能交通信号控制

基于5G技术的交通信号控制系统能够实现智能交通信号控制。首先，利用5G基站和差分基准站作为交通信号系统的基础设施，提供高速、低时延的数据传输能力，以及精准的定位服务，保障系统的实时性和准确性。通过嵌入感知设备，将激光雷达、毫米波雷达、摄像头等设计在交通信号关联网络中，用于实时感知道路上的车流状况，采集交通数据。其次，通信单元将感知到的数据传输到中央控制系统，确保数据的及时传输和安全性。再次，将路侧数据和车端数据通过5G核心网UPF分流回传到负责移动边缘计算MEC的车路协同V2X Server系统，进行高性能的融合运算、决策，并将结果反馈合5G路侧单元（RSU）。从次，经由5G核心组网和边缘云，进行区域交通信号算法分析，对感知到的交通数据进行处理和分析，提取交通流量分布、拥堵原因等信息，实现对交通状况的实时监测和分析。最后，根据中央控制系统的指令，实现对信号灯的智能调整，以优化交通流量和减少拥堵。交通信号灯的调整时间计算如下：

T=f（D，V，A） （1）

式中，T为交通信号灯的调整时间；f为表示交通信号灯调整时间的函数；D为交通流量分布；V为车速；A为交通拥堵程度。

在这一系统设计中，车辆和交通设施之间的通信也得以实现，实现了车辆和基础设施之间的互联互通。整个系统的设计框架实现了交通管理的智能化、实时化和高效化，为提升城市交通的安全性和便捷性提供了强大的技术支持，见图1。

2.2 车联网与自动驾驶

2.2.1 5G技术在车辆间通信中的应用

5G技术可以实现车辆实时交换交通信息。通过5G基站和服务器进行高速数据传输和数据处理，5G移动终端作为接入设备可将车辆信息上传至服务器，车载自组网和中继作为车辆间通信的基础设施，可实现车辆间的信息交换和传输。5G车载单元（OBU）系统作为车辆的终端设备，通过5G技术实现车辆间高效通信，包括车辆位置、速度、行驶意图等信息的实时交换。在这个系统中，5G基站扮演着数据传输的关键角色，可将车辆信息快速传输至服务器进行处理和分析，并将结果返回给车辆。同时，车载自组网和中继为车辆间通信提供了连接基础，实现了车辆间信息的高效传输和共享。通过这一系统框架，车辆可以实时交换交通信息，提高行车安全性和交通效率，为智能交通系统的发展注入了新的动力，见图2。

2.2.2 实现远程监控与控制

基于5G技术的车辆远程监控与控制系统主要包括以下几个关键组成部分。一是5G基站和服务器：它们作为数据传输和处理的基础设施，实现车辆信息的快速传输和处理。二是5G移动终端：作为车辆的接入设备，将车辆的实时数据上传至服务器。三是中心监控系统：作为监测和控制的核心平台，可以实时监测车辆的行驶状况、油耗情况和车辆健康状态等信息。四是车载远程监控单元：作为车辆的控制和监测终端，可以实现对车辆的远程监控和控制。通过这一系统框架，交通管理人员或车辆所有者可以通过远程监控平台实时监测车辆的行驶状况、油耗情况和车辆健康状态等信息，并且可以对车辆进行远程控制。5G技术为车辆远程监控与控制系统的实时性和可靠性提供了强大支持，为车辆管理与安全保障提供了新的解决方案。

2.2.3 支持自动驾驶系统

基于5G技术的车辆自动驾驶是当前智慧交通领域的热点技术之一。可以通过设计搭建“管、端、云”三位一体的5G车联网系统，促进自动驾驶的实现。其中，“管”主要通过车载智能OBU（On-Board Unit）系统实现，即车载单元，用于与车载传感器和控制系统通信，收集车辆周围的环境信息并发送至云端进行处理。同时，“端”主要通过移动终端、PC客户端系统设计实现，用于车辆的远程监控和调度。而“云”主要通过智慧交通云平台的设计实现，用于存储和处理交通信息、路况数据和预测模型。

在这样的系统框架中，通过5G网络，车辆可以实时获取交通信息、路况数据和预测模型，为自动驾驶车辆提供了必要的实时环境感知和决策支持。

同时，云端服务器作为存储和处理交通信息、路况数据及预测模型的中心，能够为自动驾驶车辆提供实时决策支持。具体来说，云端平台可以根据车辆通过5G网络上传的实时数据，进行路况分析和预测模型计算，从而为自动驾驶车辆提供辅助决策，例如，选择最优路径、避免拥堵路段等。

除了车辆和云端之间的通信，还有交通信号灯、路边传感器和智能交通设施等都在其中扮演着重要的角色。它们作为自动驾驶车辆信息源的收集Y5LUKfmZB5QtDU0aHe/ldA==端，通过5G网络与车辆进行实时通信，提供环境感知和交通信息。同时，5G网络也与自动驾驶车辆建立实时远程连接，可监测车辆的实时行驶状态并提供远程支持，如遇到特殊情况，可以远程操作或干预车辆。在整个系统框架中，配备了感知、决策、控制等模块，以实现自主驾驶和决策能力。这些模块通过5G网络实现信息的获取和传输，向云端发送数据并接收处理后的指令，以实现自动驾驶车辆的运行和决策。5G无线通信技术在自动驾驶系统中的支持作用如图3所示。

3 5G技术在智慧交通中的优化

在智慧交中海量的交通数据需要被及时、准确地传输和处理。因此，优化数据传输是至关重要的。通过采用数据压缩、数据加速和数据缓存等技术手段，减少数据传输量和传输延迟，提高数据传输效率和速度。同时，采用分布式数据存储和处理技术，将数据存储和处理任务分散到不同的节点上进行并行处理，提高数据处理效率和并发能力。此外，采用优化的传输协议和数据传输机制，减少数据传输的开销和不必要的重传，提高数据传输的可靠性和实时性，实现更高效、稳定和可靠的数据传输服务。

4 结束语

综上所述，5G技术在智慧交通中发挥了关键作用，特别是在实时交通监测与调度、智能交通信号控制、车辆间通信、远程监控与控制、自动驾驶系统等领域，构建了丰富的生态应用空间。下一步，应该继续从网络及数据传输等方面进行优化，提高5G技术在智慧交通中的应用效率。

参考文献

[1] 樊现行．5G移动通信技术下智慧高速公路系统优化设计[J]．长江信息通信，2023，36（3）：212-214．

[2] 杨涛．关于5G移动通信技术在智慧交通中的应用研究[J]．中国新通信，2023，25（1）：18-20．

[3] 符宣博．通信技术与智慧交通融合发展路径的探索[J]．电子元器件与信息技术，2022，6（12）：210-213．

[4] 孙泰．智慧城市中的5G技术全景应用研究[J]．科技资讯，2022，20（18）：33-35．

[5] 傅晨娟．移动通信技术在智慧交通中的应用研究[J]．智慧中国，2021，35（10）：86-87．

[6] 倪国祥．智慧城市中5G移动通信技术应用研究[J]．新型工业化，2021，11（7）：25-26．