摘要：該文詳細(xì)介紹了5G技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，探討了5G技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用方向，并對(duì)智能交通中的實(shí)時(shí)交通監(jiān)測(cè)與調(diào)度、交通信號(hào)控制、車聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)駕駛中的車輛間通信、遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)支持等進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出了5G技術(shù)在智慧交通中應(yīng)用的性能優(yōu)化方法策略，以促進(jìn)5G技術(shù)的應(yīng)用效能提升。

關(guān)鍵詞：第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）；移動(dòng)通信技術(shù)；智慧交通

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.058

中圖分類號(hào)：TN 929.53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：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是第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)，具有更高的速率、更低的時(shí)延和更大的容量。5G技術(shù)的高傳輸速率和低時(shí)延為各種應(yīng)用場(chǎng)景提供了更加穩(wěn)定和快速的通信支持，也為智慧交通的實(shí)現(xiàn)帶來巨大的機(jī)遇，促進(jìn)了智慧交通的不斷發(fā)展。

1 5G技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 有利于打造高水平的智慧交通服務(wù)

5G技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，有助于提升智慧交通服務(wù)水平，改善城市交通狀況，提高交通運(yùn)輸效率[1]。5G技術(shù)具有超高的數(shù)據(jù)傳輸速率和極低的延遲，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高清視頻監(jiān)控和大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸。這意味著交通管理部門可以更加精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)和管理交通狀況，實(shí)時(shí)采取措施應(yīng)對(duì)交通擁堵、事故等問題。同時(shí)，使車輛之間和車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信也更加快速可靠，有助于提高交通運(yùn)輸效率和安全性。5G技術(shù)可以支持更多的設(shè)備和傳感器接入，形成更加智能的交通系統(tǒng)[2]。通過大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接，可以實(shí)現(xiàn)智能交通信號(hào)控制、智能停車管理、智能路況預(yù)測(cè)等功能，從而提高交通運(yùn)輸?shù)闹悄芑健４送猓?G技術(shù)還可以支持車輛自動(dòng)駕駛和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)智能交通系統(tǒng)與車輛之間的高效互聯(lián)互通。這將為交通管理和車輛駕駛提供更多的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)手段，有助于提高交通安全性和減少交通事故發(fā)生[3]。

1.2 有利于幫助轉(zhuǎn)變道路交通管理方法

通過應(yīng)用5G技術(shù)，智慧交通系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸與處理，從而優(yōu)化交通流，提升道路使用效率，有利于幫助交通部門轉(zhuǎn)變道路交通管理方法。傳統(tǒng)的道路交通管理方法較為依賴人工對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，效率低、速率慢。而在5G技術(shù)的支持下，新的交通管理方法可以有大幅度的效率提高[4]。在實(shí)時(shí)交通監(jiān)控方面，5G技術(shù)使得高清視頻流暢傳輸成為現(xiàn)實(shí)，便于交通管理部門及時(shí)掌握路況，做出快速響應(yīng)。同時(shí)，在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，5G技術(shù)的低時(shí)延特性確保了車輛與道路設(shè)施、其他車輛之間的實(shí)時(shí)通信，提升了自動(dòng)駕駛的安全性與可靠性。此外，5G技術(shù)還為智慧交通提供了大數(shù)據(jù)支持，通過對(duì)海量交通數(shù)據(jù)的分析，可以預(yù)測(cè)交通流量變化，為城市規(guī)劃與交通管理提供科學(xué)依據(jù)。可以說，5G技術(shù)的應(yīng)用正推動(dòng)著道路交通方式與方法向更加智能化、高效化的方向發(fā)展。

2 5G技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用方向

2.1 智能交通管理

2.1.1 實(shí)時(shí)交通監(jiān)測(cè)與調(diào)度

交通管理部門可通過5G技術(shù)實(shí)時(shí)獲取交通數(shù)據(jù)。在5G基站的支持下，車載信號(hào)接收單元、傳感器、智能攝像頭、激光雷達(dá)、智能路燈桿、智能紅綠燈等設(shè)備徹底實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)互聯(lián)智能信息傳輸改造，通過5G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰嚶?lián)網(wǎng)云控平臺(tái)。在云控平臺(tái)的存儲(chǔ)、整合下，經(jīng)由大數(shù)據(jù)算法處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交通大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)感知與動(dòng)態(tài)捕捉，形成交通決策控制信息[5]。再利用算法，提煉出實(shí)時(shí)交通可視性數(shù)據(jù)，以此來預(yù)測(cè)交通流量的分布和擁堵原因[6]。這樣交通管理系統(tǒng)就可以更加準(zhǔn)確地判定當(dāng)前的交通狀況。通過對(duì)車輛流量、速度、擁堵情況等分析，可以更好地了解道路上的交通情況，從而為交通管理提供更為科學(xué)有效的決策支持。這種基于算法的分析和預(yù)測(cè)方法，不僅可以幫助減少交通擁堵，提高交通效率，還有助于降低交通事故的發(fā)生率，為城市的交通安全和順暢提供更為有力的保障。

2.1.2 智能交通信號(hào)控制

基于5G技術(shù)的交通信號(hào)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能交通信號(hào)控制。首先，利用5G基站和差分基準(zhǔn)站作為交通信號(hào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，提供高速、低時(shí)延的數(shù)據(jù)傳輸能力，以及精準(zhǔn)的定位服務(wù)，保障系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。通過嵌入感知設(shè)備，將激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等設(shè)計(jì)在交通信號(hào)關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，用于實(shí)時(shí)感知道路上的車流狀況，采集交通數(shù)據(jù)。其次，通信單元將感知到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，確保數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸和安全性。再次，將路側(cè)數(shù)據(jù)和車端數(shù)據(jù)通過5G核心網(wǎng)UPF分流回傳到負(fù)責(zé)移動(dòng)邊緣計(jì)算MEC的車路協(xié)同V2X Server系統(tǒng)，進(jìn)行高性能的融合運(yùn)算、決策，并將結(jié)果反饋合5G路側(cè)單元（RSU）。從次，經(jīng)由5G核心組網(wǎng)和邊緣云，進(jìn)行區(qū)域交通信號(hào)算法分析，對(duì)感知到的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，提取交通流量分布、擁堵原因等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。最后，根據(jù)中央控制系統(tǒng)的指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)燈的智能調(diào)整，以優(yōu)化交通流量和減少擁堵。交通信號(hào)燈的調(diào)整時(shí)間計(jì)算如下：

T=f（D，V，A） （1）

式中，T為交通信號(hào)燈的調(diào)整時(shí)間；f為表示交通信號(hào)燈調(diào)整時(shí)間的函數(shù)；D為交通流量分布；V為車速；A為交通擁堵程度。

在這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，車輛和交通設(shè)施之間的通信也得以實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了車輛和基礎(chǔ)設(shè)施之間的互聯(lián)互通。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架實(shí)現(xiàn)了交通管理的智能化、實(shí)時(shí)化和高效化，為提升城市交通的安全性和便捷性提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，見圖1。

2.2 車聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)駕駛

2.2.1 5G技術(shù)在車輛間通信中的應(yīng)用

5G技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)時(shí)交換交通信息。通過5G基站和服務(wù)器進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理，5G移動(dòng)終端作為接入設(shè)備可將車輛信息上傳至服務(wù)器，車載自組網(wǎng)和中繼作為車輛間通信的基礎(chǔ)設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)車輛間的信息交換和傳輸。5G車載單元（OBU）系統(tǒng)作為車輛的終端設(shè)備，通過5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛間高效通信，包括車輛位置、速度、行駛意圖等信息的實(shí)時(shí)交換。在這個(gè)系統(tǒng)中，5G基站扮演著數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵角色，可將車輛信息快速傳輸至服務(wù)器進(jìn)行處理和分析，并將結(jié)果返回給車輛。同時(shí)，車載自組網(wǎng)和中繼為車輛間通信提供了連接基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了車輛間信息的高效傳輸和共享。通過這一系統(tǒng)框架，車輛可以實(shí)時(shí)交換交通信息，提高行車安全性和交通效率，為智能交通系統(tǒng)的發(fā)展注入了新的動(dòng)力，見圖2。

2.2.2 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制

基于5G技術(shù)的車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵組成部分。一是5G基站和服務(wù)器：它們作為數(shù)據(jù)傳輸和處理的基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)車輛信息的快速傳輸和處理。二是5G移動(dòng)終端：作為車輛的接入設(shè)備，將車輛的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。三是中心監(jiān)控系統(tǒng)：作為監(jiān)測(cè)和控制的核心平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的行駛狀況、油耗情況和車輛健康狀態(tài)等信息。四是車載遠(yuǎn)程監(jiān)控單元：作為車輛的控制和監(jiān)測(cè)終端，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。通過這一系統(tǒng)框架，交通管理人員或車輛所有者可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的行駛狀況、油耗情況和車輛健康狀態(tài)等信息，并且可以對(duì)車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。5G技術(shù)為車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性提供了強(qiáng)大支持，為車輛管理與安全保障提供了新的解決方案。

2.2.3 支持自動(dòng)駕駛系統(tǒng)

基于5G技術(shù)的車輛自動(dòng)駕駛是當(dāng)前智慧交通領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)之一?？梢酝ㄟ^設(shè)計(jì)搭建“管、端、云”三位一體的5G車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，促進(jìn)自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)。其中，“管”主要通過車載智能OBU（On-Board Unit）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，即車載單元，用于與車載傳感器和控制系統(tǒng)通信，收集車輛周圍的環(huán)境信息并發(fā)送至云端進(jìn)行處理。同時(shí)，“端”主要通過移動(dòng)終端、PC客戶端系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，用于車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)度。而“云”主要通過智慧交通云平臺(tái)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，用于存儲(chǔ)和處理交通信息、路況數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)模型。

在這樣的系統(tǒng)框架中，通過5G網(wǎng)絡(luò)，車輛可以實(shí)時(shí)獲取交通信息、路況數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)模型，為自動(dòng)駕駛車輛提供了必要的實(shí)時(shí)環(huán)境感知和決策支持。

同時(shí)，云端服務(wù)器作為存儲(chǔ)和處理交通信息、路況數(shù)據(jù)及預(yù)測(cè)模型的中心，能夠?yàn)樽詣?dòng)駕駛車輛提供實(shí)時(shí)決策支持。具體來說，云端平臺(tái)可以根據(jù)車輛通過5G網(wǎng)絡(luò)上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行路況分析和預(yù)測(cè)模型計(jì)算，從而為自動(dòng)駕駛車輛提供輔助決策，例如，選擇最優(yōu)路徑、避免擁堵路段等。

除了車輛和云端之間的通信，還有交通信號(hào)燈、路邊傳感器和智能交通設(shè)施等都在其中扮演著重要的角色。它們作為自動(dòng)駕駛車輛信息源的收集Y5LUKfmZB5QtDU0aHe/ldA==端，通過5G網(wǎng)絡(luò)與車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，提供環(huán)境感知和交通信息。同時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)也與自動(dòng)駕駛車輛建立實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程連接，可監(jiān)測(cè)車輛的實(shí)時(shí)行駛狀態(tài)并提供遠(yuǎn)程支持，如遇到特殊情況，可以遠(yuǎn)程操作或干預(yù)車輛。在整個(gè)系統(tǒng)框架中，配備了感知、決策、控制等模塊，以實(shí)現(xiàn)自主駕駛和決策能力。這些模塊通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的獲取和傳輸，向云端發(fā)送數(shù)據(jù)并接收處理后的指令，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛車輛的運(yùn)行和決策。5G無線通信技術(shù)在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的支持作用如圖3所示。

3 5G技術(shù)在智慧交通中的優(yōu)化

在智慧交中海量的交通數(shù)據(jù)需要被及時(shí)、準(zhǔn)確地傳輸和處理。因此，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸是至關(guān)重要的。通過采用數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)加速和數(shù)據(jù)緩存等技術(shù)手段，減少數(shù)據(jù)傳輸量和傳輸延遲，提高數(shù)據(jù)傳輸效率和速度。同時(shí)，采用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理任務(wù)分散到不同的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行并行處理，提高數(shù)據(jù)處理效率和并發(fā)能力。此外，采用優(yōu)化的傳輸協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_銷和不必要的重傳，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)更高效、穩(wěn)定和可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

4 結(jié)束語

綜上所述，5G技術(shù)在智慧交通中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，特別是在實(shí)時(shí)交通監(jiān)測(cè)與調(diào)度、智能交通信號(hào)控制、車輛間通信、遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等領(lǐng)域，構(gòu)建了豐富的生態(tài)應(yīng)用空間。下一步，應(yīng)該繼續(xù)從網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫孢M(jìn)行優(yōu)化，提高5G技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用效率。

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