5G技术在智慧高速中的应用研究

王 鑫

陕西交通控股集团有限公司，陕西 西安 710065

0 引言

随着交通强国建设新征程的开启，在新机遇与新挑战并存的形势下，通过智慧化、数字化提升改造，充分利用“5G”“互联网+”“大数据”“云技术”“物联网”“人工智能”等新一代信息技术，统筹协调人、车、路、环境各要素，建设“智能、快速、绿色、安全”的智慧高速公路已经成为高速公路管理单位的重要使命。

1 智慧高速现状

智慧交通是合理调度人、车、路、环境等要素，结合新一代感知、计算、通信和控制技术，将高新技术有效集成到公路机电领域，以实现道路管理智慧化、交通工具智慧化及出行方式智慧化的系统性工程。目前，我国智慧高速的建设水平普遍偏低，不能满足现代运营管理的需求，主要表现在如下。

（1）感知内容少，数据不全面。高速公路路面信息感知多依赖于断面式ETC门架传感器采集信息，设施架设范围覆盖不足，监测数据范围相对受限，无法实现信息的实时采集，无法全面感知道路信息。

（2）感知手段少，响应速度慢。感知手段智能化程度低，当出现交通事故、抛洒、逆行、拥堵等异常状态时，往往在事件发生后无法第一时间掌握现场状况，处置相对滞后，降低了响应速度和指挥效率。

（3）数据共享不到位，预测分析能力差。高速公路设施、路侧设施、机电系统彼此独立，数据共享整合不到位，存在信息孤岛，信息利用率低。同时，缺乏与车辆数据、交通控制数据等数据之间的融合，对实时数据的快速高性能计算分析和实时处理能力较弱，无法提供预警、智慧出行服务。

（4）业务不联动，协同不密切。各路段运行与养护间缺乏联动，同一业务跨路段、跨路网的协同不密切，联合指挥调度能力弱。因缺乏全面感知的数据，无法对事件展开溯源，无法确定问题症结，导致无法实现精准化管控以及无法提供统一、高效、自动化的管理与服务。

2 5G技术现状

2019年6月6日，以中华人民共和国工业和信息化部发放5G商用牌照为标志，我国正式进入5G商用时代。5G通信技术的广泛应用为庞大的信息基础设施带来革命性升级。与此同时，人工智能技术、物联网和云计算等技术的快速发展、共同融合，与5G通信技术构成新的网络基础设施。

国际电信联盟（ITU）对5G的概念从两个方面做了定义：（1）8项标志性能力指标：移动性、网络能量效率、用户体验速率和峰值速率、连接密度、时延、流量密度；（2）一组关键技术：MIMO、NS、SDN、NFV等。相比于传统的通信技术，增强移动宽带（eMBB：Enhance Mobile Broadband，高带宽）、低时延高可靠（uRLLC: Ultra-reliable and Low Latency Communications，低时延）、海量大连接（mMTC: Massive Machine Type Communication，广连接）是5G作为新一代通信技术的主要特征，如图1所示。

图1 5G技术的主要特征应用场景

3 基于5G的智慧高速场景与案例

3.1 用于实现高速公路的低功耗大连接场景

高速公路的快速发展，对5G低功耗多连接场景需求迫切。随着全国撤销省界收费站实现自由通行，以及全国视频云联网的全面应用，路测的感知设备几何指数上升，也为5G的全面应用提供了基础。交通数据具有小数据包、低功耗、海量连接等特点，这也使得高速公路数字化、网络化、智能化应用成为可能。

（1）路网全域感知。依托5G技术和ETC技术，对路网内的机电设备，交通事故、道路施工、隧道监测等道路信息，气象信息，车辆信息等进行全量动态采集，整合数据，从而实现路网信息全息感知。深圳外环高速通过多功能智能杆的建设，实现了对高速公路上的人、车、路、环境等相关公共交通数据进行车道级高精度采集，以及亚秒级动态化刷新，车道级精准交通感知及亚秒级路网动态复现，实现道路路网实时精确监测，有效降低人力成本，提高路网运力。

（2）重点车辆监测。在路网全息感知的基础上，对重点车辆（“两客一危”）进行轨迹感知，实时监测重点车辆是否按照预定行驶路线、时间及限定车速行驶，实现重点车辆智能化管控，以最大程度消除安全隐患。国内部分高速公路管理单位通过建设“两客一危”车辆动态监管系统，实现了对重点车辆的动态全程监管。对危险品运输业务全链条进行监管，车辆的出发状态、装货地点、到达站点、精准运输路线等信息自动上传系统，管理单位或物流企业通过北斗终端、车内感知设备，对危货车辆与驾驶员进行直接管控[1]。

（3）高速公路边坡滑坡实时监测。高速公路边坡监测是重要的管理需求，通过先进的传感器对高速公路边坡的地质松动、细小位移进行监测，尤其是5G网络可以将实时数据精准采集、态势分析，对高速公路管理单位提供地质灾害智能分析、及时预警、异常报警，满足监管部门对基础设施安全监测需求。国内有部分高速公路管理单位通过“5G+北斗高精度定位”融合应用，实现了智慧边坡监测。

3.2 用于实现高速公路低时延高可靠应用场景

5G相比于传统通信技术，可实现低时延高可靠场景的应用，尤其是针对交通这种特殊场景，可以提供毫秒级的端到端服务，极大地提升了业务可靠性。

（1）车路协同自动驾驶。驾驶员踩刹车的反应速度为0.4 s，经过测试，无人车在5G技术支持下，反应速度不到1 ms。因此，在高速或者超高速场景下，时速为500 km的通信技术已经无法满足实际需求。通过车内、车与车、车与路、车与人、车与服务的全方位互联和数据交互，武汉经开区的 5G 自动驾驶示范项目依托5G移动通信网络、5G智慧道路及多领域融合软件平台，实现了我国规模最大的开放道路示范区项目。

（2）远程驾驶。远程驾驶在特殊场景的应用非常广泛，通过无人系统与5G结合，可解决例如有毒、高温、高辐射等恶劣危险环境下作业难题。在工作环境恶劣的施工场景中，利用5G低时延、高可靠的能力，驾驶员在异地对施工车辆进行远程驾驶操控，可以一人操作多台设备，提高施工作业效率，减少人力成本，还可以提高安全系数，有效保障作业人员安全[2]。

（3）车辆编队行驶。利用5G技术结合北斗定位技术实现车辆编队行驶，编队车辆通行过程提供数据通信和传输服务，车队的实时状态管理，在编队行驶状态下，通行指令可瞬间发送至编队全部车辆，整个编队形成智能体，能够有效降低车辆安全事故，同时车辆编队行驶可以维持较小的安全间隙，某种程度上提高了高速公路运行量，可明显缓解交通压力。

3.3 用于实现高速公路高带宽的连续覆盖

通过5G实现高速公路高带宽连续覆盖是目前城市主干交通中热点区域的需求，例如高流量的交通枢纽、核心服务区、大的收费站等车辆密集场景，为通行车辆和人员提供高速数据传输服务，满足网络高流量密度的需求。

（1）视频事件检测。交通运输部要求高速公路视频联网监测，提出了可视、可测、可控、可服务等要求。利用5G高带宽的特点，实现高速公路全网视频实时联网、精准分析，主要包括车辆实时监测、高速公路异常事件检测、路网通行状况监测、天气状况监测、路网态势分析和事件监测报警。在5G技术的支撑下，车速、车辆类型、车流密度、通行流量、拥堵长度、交通事故、施工占道情况、非法停车等、路面异物、积水、天气状况等均可以实现实时精准监测[3]。

（2）智慧服务区。高速公路服务区开展VR+视频业务应用，可以立体、实时查看前方道路的拥堵事件、原因和处理过程，根据实际情况，决定下一步出行路线选择还是在服务区休息等待。同时可以在休息区通过VR设备观看超高清赛事直播、沉浸式演出等文化娱乐活动，实现游戏社区、建模仿真、平行世界虚拟社交等侵入式交互体验。

4 结束语

智慧高速是今后交通公路领域的发展方向之一，也是一个复杂生态系统，与5G技术的融合会加速高速公路的转型升级，为智慧高速提供海量数据协同、实时智能分析、精准定位等功能，将极大地推动智慧高速公路建设应用，不断促进综合大交通的发展，助力早日实现交通强国。