5G無人機及其在城市交通應急管理中的應用

許曉寧 余水 王超龍 吳荀 王浩

【摘? 要】 5G技術日漸普及，無人機在應急響應中的優(yōu)勢明顯，使得未來交通借助5G無人機在應急管理層面的應用成為必然需求。本文通過無人機與5G技術的融合，搭建了5G無人機系統(tǒng)，探索5G無人機在城市交通管理、交通事故、交通疏導等應急情況下的應用優(yōu)勢，以期為5G無人機在城市交通應急響應與管理過程中獲得更多的實際應用，為打造城市交通應急管理智能化服務體系、提升城市交通應急管理水平提供一定參考。

【關鍵詞】5G無人機;城市交通;應急管理引言

隨著社會經濟不斷發(fā)展和科技的日新月異，以及中國城市化建設的日臻完善，城市交通問題在人們的生產生活中日益突出，交通擁堵、事故頻發(fā)，城市交通的指揮和監(jiān)管越來越受到人們的重視。特別是本次新冠肺炎疫情爆發(fā)后，大量交管人員投入到抗疫防衛(wèi)工作中，使得交通應急管理缺口突出，且由于病毒極強的傳染性使得一些城市交通問題處理變得困難。在此期間，無人機工作的身影閃爍其中，消毒防護、交通指揮、隔空喊話勸導等，為防疫戰(zhàn)增添了一抹不同的底色。特別是近幾年無人機技術發(fā)展突飛猛進，其運行成本低、人員傷亡風險小、機動性能好、可超視距飛行等特點，使無人機在相關領域獲得了應用，如航拍、高壓線巡查、地質勘探、搶險救災、農藥噴灑、商業(yè)表演等。隨著城市交通問題的日益突出，無人機在城市交通管理中的應用變得越來越迫切。

然而，傳統(tǒng)無人機一般通過遙控系統(tǒng)進行控制，無人機與遙控器之間的數據傳輸采用藍牙或Wi-Fi，由于發(fā)射功率的限制，只能在不超過500m的視距范圍進行數據傳輸，且傳輸圖像分辨率不高，信號抗干擾能力差，極大地限制了無人機在行業(yè)上更廣泛的應用。5G的高帶寬、低時延、高可靠性等能為無人機的通信提供便利，彌補其在圖傳、大數據回傳及算力上的不足。無人機與5G技術的相互融合已成為未來無人機技術發(fā)展的重要趨勢。

結合5G及其相關技術（定位、避障技術等）的5G無人機，搭載各類設備將完成城市交通應急管理任務，提高交通應急管理響應速度，提升城市交通管理水平，5G無人機將促進未來交通朝向智能化、立體化發(fā)展。

1. 5G無人機及其系統(tǒng)搭建

1.1 5G無人機技術特點

基于無人機定位、避障、路面規(guī)劃等方面的優(yōu)化，5G無人機將具備超大帶寬、超低時延、高定位精度、超高飛行安全的特點，與傳統(tǒng)無人機相比，5G無人機將具備智能化、高速化的特征。在5G無人機優(yōu)質作業(yè)的特性下，結合現(xiàn)有科技產品服務于城市交通， 5G無人機可在城市交通管理、交通疏導、交通事故處理、交通環(huán)境監(jiān)控等方面發(fā)揮重要作用，如在上下班高峰、突發(fā)交通事故、突發(fā)公共事件等應急場景發(fā)揮快速響應能力，確保城市交通管理平穩(wěn)有序，提升城市交通管理與服務水平。

1.2 5G無人機系統(tǒng)搭建

無人機的價值在于形成空中平臺，結合其他部件或載荷擴展應用，替代人類完成空中作業(yè)。5G 技術拓展了無人機低空覆蓋范圍，為無人機行業(yè)應用提供了大帶寬、高可靠、低時延的無線通信能力，助力其在交通管理上的應用?，F(xiàn)結合5G通信技術、無人機平臺以及載荷設備搭建應用在城市交通管理方面的5G無人機系統(tǒng)。5G無人機系統(tǒng)由5G通信系統(tǒng)、無人機平臺、載荷、控制系統(tǒng)等組成。隨著5G模塊的成熟，無人機將直接搭載5G模塊，無需再通過地面站與后臺進行數據交互，可直接與距其最近的 5G基站通信，同時通過部署在基站側的邊緣云平臺，在無線側便可完成視頻、圖片數據的本地化處理，縮短業(yè)務端到端流程。通過5G無人機搭載高清攝像機、GPS導航定位模塊、雷達避障模塊、喊話器等多種類型載荷，實現(xiàn)超高清視頻、飛行參數數據的實時回傳，并可基于多類型掛載，對交通現(xiàn)場情況進行及時高效處理。5G無人機可結合4K超清相機，進行多維度超高清拍攝，能在巡航過程中及時發(fā)現(xiàn)道路違法情況，對違法停車、違法占用應急車道、違法變道等行為進行4K超高清拍照取證;同時，5G無人機還可在交通事故發(fā)生時及時有效傳輸現(xiàn)場圖片和數據;集成了遠程喊話功能的5G無人機，還可以對現(xiàn)場車輛進行疏導和警告。5G無人機的廣泛使用無疑將大幅節(jié)省警力，縮短出警時間，高效完成交通管理工作。5G無人機系統(tǒng)如圖1所示。

2.5G無人機應用

2.1 5G無人機在城市交通管理中的應用

在已經搭建好的5G無人機平臺上進行模擬和演示實驗，測試5G無人機在城市交通管理中的應用效果。當某個路段出現(xiàn)交通狀況時，5G無人機從指揮中心起飛，可以通過測量無人機到達現(xiàn)場的時間和邊緣計算評估整個過程中數據傳輸的流暢度，判斷5G無人機相對于原方案在完成指定工作任務上是否擁有效率上的提升。

5G無人機攝像頭為無人機系統(tǒng)提供一雙“天空之眼”，在交通應急管理的各過程中均需要攝像頭提供廣闊的視野。無人機通過4K高清攝像頭圖傳，可模擬實時監(jiān)控路段的車流量以及進行主干道的巡查工作，發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患。相比人力道路巡查，5G無人機的巡查面更廣，響應速度更快。利用無人機搭載喊話器可模擬對違規(guī)車輛和人員進行提醒和警告。還通過搭載的人臉識別、車牌識別技術模塊記錄違反交通法規(guī)的車輛或行人信息并回傳到指揮中心。在特殊情況如疫情期間，5G無人機還可通過搭載紅外熱成像儀對道路上進行體溫監(jiān)控，確保人員安全。發(fā)現(xiàn)體溫異常個體時，可通過喊話器遠程交流，提醒其做檢測或就醫(yī)，減少人員接觸。搭載防暴網槍的無人機還能承擔對交通道路上的犯罪嫌疑人的跟蹤監(jiān)控及逮捕工作。5G無人機在城市交通管理中的應用如圖2所示。

2.2 5G無人機在城市交通疏導中的應用

5G無人機可以在擁堵路段實時觀測道路情況，通過5G網絡的大帶寬特性，將擁堵路段上的固定攝像機、移動布控球等終端設備所采集的實時監(jiān)控視頻數據高速率、低時延地傳輸至指揮中心，通過AI視頻監(jiān)控分析軟件對監(jiān)控視頻數據進行分析，測算擁堵時間并根據路況實時操控紅綠燈，緩解道路擁堵。指揮中心可以通過測算將道路擁堵狀況分享到網絡，這樣駕駛人員就能實時了解到道路情況。

模擬一擁堵十字路口，交通管理中心發(fā)現(xiàn)某路段車輛停滯不前疑似擁堵，迅速向正在巡航的5G無人機發(fā)出指令，5G無人機立即調取道路信息發(fā)現(xiàn)某路段出現(xiàn)嚴重交通堵塞，于是以最快飛行速度安全趕赴現(xiàn)場。傳統(tǒng)加密Wi-Fi或 4G網絡控制的無人機，飛行范圍無法超過1公里，網絡質量難以滿足高可靠飛行且信號易被干擾。而5G無人機飛行半徑超過5公里，定位精度可達1米，利用5G大帶寬能力，通過搭載4K高清攝像機從空中視角補充地面監(jiān)控，實現(xiàn)最大程度擴展監(jiān)控范圍，減少監(jiān)控死角。隨后根據沿途堵塞情況、固定攝像頭、移動布控球的監(jiān)控分析和GPS精確計算出緩解擁堵所需時長。在十字路懸停指揮交通，根據數據對比和分析，無人機AI智能控制紅綠燈，這樣就能最優(yōu)化處理交通擁堵。相比衛(wèi)星對道路狀況的測算，無人機測算能力更精確。5G無人機在城市交通疏導中的場景應用如圖3所示。

2.3 5G無人機在城市交通事故處理中的應用

交通事故發(fā)生時，交警在出警途中難免遇到交通堵塞等問題造成到達時間難以確定。若遇特殊情況，事故現(xiàn)場按規(guī)定時間須撤離，那么就很難對現(xiàn)場進行取證判責。利用5G無人機進行事故處理就能解決特殊因素帶來的一系列影響。在各交警支隊配備一定數量的5G無人機以便交警在出勤時攜帶，在遇到突發(fā)交通事故時，可派5G無人機利用自身米級GPS定位系統(tǒng)準確定位事故現(xiàn)場并徑直飛行到達，利用搭載的360°全景相機，對事故現(xiàn)場及周邊路況進行實時視頻數據傳輸，拍照取證（車牌識別可識別車牌號）。若事故狀況良好可搭載喊話器進行交通疏導，讓事故車輛撤離現(xiàn)場并做好數據記錄;若情況嚴重，則等待交警到達做進一步處理。模擬在晚高峰交通堵塞時發(fā)生一起交通事故，若最近的支隊警力出動，因堵塞影響，到達所需時間較長。若動用5G無人機，徑直飛行到達現(xiàn)場的距離更短，完成一系列取證工作更短，還能多維拍攝現(xiàn)場。5G無人機作業(yè)響應速度快，能大幅度節(jié)省警力，提高交管行業(yè)的工作效率。5G無人機在處理交通事故中的應用如圖4所示。

3.結束語

現(xiàn)階段單純基于5G的無人機實用性不大，因此可以兼顧5G的高數據傳輸速率和4G的高覆蓋率進行選擇。目前無人機在續(xù)航能力上仍有進步空間，避障技術還有漫長路要走。但隨著5G技術的普及，5G基站的不斷建設，北斗定位系統(tǒng)、避障系統(tǒng)的升級，無人機在飛行安全性、響應速度、圖傳、算力等方面將有巨大提升，5G無人機在各個方面的應用優(yōu)勢將不斷體現(xiàn)。未來城市交通的智能化管理離不開無人機平臺，5G無人機的發(fā)展將提高城市交通在應急管理方面的響應能力，促使未來交通朝向智能化、立體化發(fā)展。

參考文獻

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作者簡介：許曉寧（1999.10-），男，安徽黃山人，重慶市江津區(qū)重慶交通大學飛行器動力工程專業(yè)，本科生。

余水（1997.03-），男，重慶云陽人，重慶市江津區(qū)重慶交通大學飛行器動力工程專業(yè)，本科生。

王超龍（1999.11-），男，重慶云陽人，重慶市江津區(qū)重慶交通大學飛行器動力工程專業(yè)，本科生。

吳荀（2002.01-），女，江蘇南通人，重慶市江津區(qū)重慶交通大學飛行器制造工程專業(yè)，本科生。

王浩 （2001.02-），男，江蘇淮安人，重慶市江津區(qū)重慶交通大學飛行器制造工程專業(yè)，本科生。

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