基于5G技術(shù)的智慧城市交通系統(tǒng)探究

沈映春 張馨心

摘 ?要：5G技術(shù)具有高速率、低延時(shí)、大容量的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，“5G +智慧城市”的發(fā)展模式在我國(guó)推行新型城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中具有廣闊的發(fā)展前景。文章選取智慧城市的交通系統(tǒng)為切入點(diǎn)，分析構(gòu)想了5G技術(shù)在地面交通系統(tǒng)、軌道交通系統(tǒng)、交通輔助系統(tǒng)三個(gè)方面的潛在應(yīng)用，為智慧城市的交通建設(shè)提供了新的發(fā)展思路，契合了“以人為本”的核心理念。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù);智慧城市;城市交通

中圖分類號(hào)：F124.3;F572 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：5G technology has the significant advantages of high speed， low delay and large capacity. The model of “5G + smart city”has a brand new prospect in the process of new-type urbanization in China. In terms of transportation system of smart city， this article analyzes the potential application of 5G technology in three aspects： ground transportation system， rail transportation system and transportation auxiliary system， providing a new idea for transportation construction of smart city and conforming to the core concept of “human-oriented”.

Key words： 5G technology; Smart city; Urban transportation

一、引言

2019年6月，我國(guó)5G商用牌照正式頒發(fā)，這意味著5G時(shí)代的“發(fā)展元年”的到來。相比于前幾代移動(dòng)通信技術(shù)，5G逐步實(shí)現(xiàn)了以程序運(yùn)算為中心向以用戶端口為中心的重大轉(zhuǎn)變[1]。雖然5G技術(shù)目前還未真正在生產(chǎn)生活領(lǐng)域普及，但其在物聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能能源等方面的應(yīng)用已經(jīng)顯示出廣闊的發(fā)展前景。在智慧城市的探索與構(gòu)建中，5G技術(shù)同樣引發(fā)了社會(huì)的廣泛關(guān)注，“5G +智慧城市”的發(fā)展模式有利于推動(dòng)我國(guó)的新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程，有利于建設(shè)“以人為本”與全面、可持續(xù)的社會(huì)成長(zhǎng)空間。筆者將以城市交通為切入點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，從地面交通系統(tǒng)、軌道交通系統(tǒng)、交通輔助系統(tǒng)三個(gè)維度分析構(gòu)想5G技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用前景。

二、5G技術(shù)概念解讀

5G技術(shù)，即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，是繼4G之后最新一代的高帶寬、低延時(shí)、大容量的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)等大規(guī)模商用的物質(zhì)基礎(chǔ)。2019年10月，工信部頒發(fā)了國(guó)內(nèi)首個(gè)5G無線電的進(jìn)網(wǎng)許可證，5G基站正式接入商用網(wǎng)絡(luò)。相較于前幾代的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，5G主要有以下幾點(diǎn)顯著優(yōu)勢(shì)：

1.傳輸速率快。在4G時(shí)代，所有信息都需要通過核心網(wǎng)絡(luò)集中轉(zhuǎn)發(fā)，隨著用戶數(shù)量的不斷增加，信息傳輸速率會(huì)有所降低，核心網(wǎng)絡(luò)也會(huì)面臨更大的承載壓力。5G技術(shù)采用大帶寬的新型蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用戶體驗(yàn)速率可達(dá)到每秒1000兆位（1Gbps），峰值速率可達(dá)到20Gbps，比4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的信息傳輸效率提速百倍，能夠極大地促進(jìn)信息的互聯(lián)互通。此外，5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的D2D技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)近距離數(shù)據(jù)直接傳輸，不需要再通過基站，可以直接作用到特定設(shè)備終端。

2.網(wǎng)絡(luò)時(shí)延小。時(shí)延水平，即網(wǎng)絡(luò)通信的滯后時(shí)間水平，體現(xiàn)為數(shù)據(jù)在終端之間“傳輸—接收”的時(shí)間差。比如，當(dāng)我們使用網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音通話時(shí)就能明顯感覺到時(shí)間延遲的存在。5G技術(shù)的應(yīng)用能夠使網(wǎng)絡(luò)時(shí)間延遲降低至1毫秒，相比于4G技術(shù)普遍的20至30毫秒降低了95%以上，從而具有更迅速、更強(qiáng)大的響應(yīng)能力。5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)延小的這一顯著優(yōu)勢(shì)能夠滿足遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動(dòng)駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)等精細(xì)領(lǐng)域的高標(biāo)準(zhǔn)、高要求，在未來具有廣泛的潛在發(fā)展空間。

3.容量密度大。5G技術(shù)能夠達(dá)到每平方公里提供100萬接入端口的連接能力，連接密度與流量密度顯著提高，超大網(wǎng)絡(luò)容量擴(kuò)展了信息傳播渠道，為物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與廣域通信奠定技術(shù)基礎(chǔ)。此外，5G通信能夠以波束賦形的方式對(duì)電磁波定向收束，使信息傳輸指向特定終端，解決了高密度廣域覆蓋中由于空間擁擠帶來的信號(hào)干擾問題[2]。

三、5G技術(shù)在智慧城市交通系統(tǒng)中的應(yīng)用構(gòu)想

5G技術(shù)憑借其傳輸速率快、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延小、容量密度大等顯著優(yōu)勢(shì)，能夠在連續(xù)性、時(shí)間、空間等方面為用戶打造高效的使用環(huán)境，為用戶帶來優(yōu)質(zhì)的使用體驗(yàn)，在我國(guó)推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化的社會(huì)背景下，“5G +智慧城市”的發(fā)展模式將具有光明的發(fā)展前景。智慧城市定位綠色、數(shù)字化、智能化、可持續(xù)性?；?G技術(shù)的智慧城市建設(shè)已經(jīng)在我國(guó)部分地區(qū)開展試點(diǎn)，重慶市基于5G發(fā)展應(yīng)用打造了“智慧養(yǎng)老”與“智慧城市安全”專題[3]。5G技術(shù)的融入能夠更好地滿足車聯(lián)網(wǎng)的通信需求，從軟、硬件雙重維度協(xié)同推動(dòng)智慧交通體系的構(gòu)建與發(fā)展。筆者將從地面交通系統(tǒng)、軌道交通系統(tǒng)、交通輔助系統(tǒng)三個(gè)方面具體分析“5G +智慧城市交通”的發(fā)展前景。

（一）地面交通系統(tǒng)

1.自動(dòng)駕駛邁入新階段

自動(dòng)駕駛汽車內(nèi)置人工智能的控制系統(tǒng)，通過雷達(dá)傳感、激光測(cè)距、全球定位等功能互聯(lián)，使汽車在離開人類操縱的情況下自動(dòng)安全地在道路上行駛。當(dāng)5G網(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)駕駛系統(tǒng)相融合，自動(dòng)駕駛將進(jìn)入全新的跨越式發(fā)展階段。

5G技術(shù)將為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供更加精確的感知能力。4G時(shí)代自動(dòng)駕駛汽車主要通過雷達(dá)與攝像頭感知外部環(huán)境與路況信息，這種傳統(tǒng)的“看”的方式會(huì)受到雨、雪、霧等天氣狀況的影響[4]?；?G技術(shù)的低延時(shí)性，汽車可精準(zhǔn)探測(cè)周圍環(huán)境并及時(shí)反饋，這極大促進(jìn)汽車與外部信息的交互。自動(dòng)駕駛對(duì)于運(yùn)算速率與決策系統(tǒng)有著非常高的要求，環(huán)境監(jiān)測(cè)—信息采集—系統(tǒng)運(yùn)算—實(shí)時(shí)決策鏈條中的每一步都需要高效、可靠地完成。5G技術(shù)的高帶寬與強(qiáng)大運(yùn)算能力能夠?yàn)樽詣?dòng)駕駛系統(tǒng)提供“云服務(wù)”，極大地釋放車內(nèi)空間。

2.路況監(jiān)測(cè)形成新方案

在私人出行領(lǐng)域，路況信息是每一位出行者必須考慮的內(nèi)容，車載導(dǎo)航系統(tǒng)、導(dǎo)航類應(yīng)用程序與道路交通廣播等為車主提供實(shí)時(shí)路況信息，便于及時(shí)優(yōu)化行駛路徑，提高出行效率。目前，實(shí)時(shí)路況數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)收集主要來自出租車、公交車等浮動(dòng)車輛的運(yùn)營(yíng)，這些浮動(dòng)車輛通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與車載GPS系統(tǒng)將所經(jīng)過地段的道路信息上傳至數(shù)據(jù)中心，經(jīng)過加工、處理與傳輸，形成我們獲取的實(shí)時(shí)路況信息。若5G與路況監(jiān)測(cè)相結(jié)合，將形成實(shí)時(shí)路況監(jiān)測(cè)的新思路。5G網(wǎng)絡(luò)傳輸速率快、容量密度大，將傳感器安裝在重點(diǎn)區(qū)域的路面或道路兩側(cè)，將形成高水平、高效率的路況信息監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，減輕基站壓力，提高響應(yīng)速度。這一方案在美國(guó)已開展相關(guān)應(yīng)用，Verizon Wireless公司與Sacramento市簽訂協(xié)議，同意將物聯(lián)網(wǎng)傳感器安裝在路面與路燈上以采集實(shí)時(shí)交通路況信息，為政府與民眾提供高效率的路況信息反饋，該系統(tǒng)能夠減少44%的汽車閑置時(shí)間，提高公眾出行效率[5]。

（二）軌道交通系統(tǒng)

在城市交通系統(tǒng)中，軌道交通也是非常重要的一環(huán)，截至2019年底，中國(guó)大陸地區(qū)已有40個(gè)城市開通城市軌道交通服務(wù)。一般而言，城市軌道交通（如地鐵、輕軌等）具有低污染、大運(yùn)量、高效率、安全可靠等突出優(yōu)勢(shì)，隨著未來“智慧城市”建設(shè)的逐步推進(jìn)，城市軌道交通也會(huì)在越來越多的地區(qū)實(shí)現(xiàn)，而5G技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)為這一模式貢獻(xiàn)許多新的發(fā)展思路。

1.列車運(yùn)行：高效傳輸

列車運(yùn)行期間，需要與數(shù)控調(diào)度中心建立穩(wěn)定可靠的語(yǔ)音通信聯(lián)系，并形成高效安全的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，工作要求高、強(qiáng)度大，而基于5G技術(shù)的D2D通信將極大提高這一系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效率與整體性能。D2D通信是“設(shè)備到設(shè)備”的技術(shù)應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸無須經(jīng)由基站轉(zhuǎn)發(fā)，而能夠?qū)崿F(xiàn)終端之間的直接交互。因此，D2D技術(shù)在現(xiàn)有列車與數(shù)控中心的傳輸基礎(chǔ)上還能夠?qū)崿F(xiàn)列車與列車、列車與次級(jí)中心的直接交流，從而減輕數(shù)控中心的運(yùn)作壓力，更為緊急情況下的多節(jié)點(diǎn)通信提供更好的保障。此外，5G技術(shù)的高傳輸速率還可以實(shí)現(xiàn)超清視頻等多元大數(shù)據(jù)傳輸，使可視監(jiān)控手段得到優(yōu)化。

2.公眾出行：彈性選擇

由于軌道交通比地面交通有著更強(qiáng)大的承載與集散能力，這相應(yīng)帶來了可能更為嚴(yán)重的高峰時(shí)段擁堵問題，我們乘坐地鐵出行時(shí)，常常會(huì)遇到高峰期進(jìn)站難、安檢難、購(gòu)票難的困擾。事實(shí)上，在換乘站或大型市民中心附近的地鐵站的不同進(jìn)站口，客流量往往有所差異，如果能將乘客在不同進(jìn)站口相對(duì)均勻分布，則能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的資源利用與出行體驗(yàn)。5G技術(shù)的CDN網(wǎng)絡(luò)，則能為這一構(gòu)想提供一定的應(yīng)用基礎(chǔ)。CDN是一種近距離的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，通過綜合考慮各端點(diǎn)的載荷情況與連接狀態(tài)，用戶可以獲取就近信息。因此，通過記錄不同進(jìn)站口的網(wǎng)絡(luò)連接情況，就可以對(duì)客流量進(jìn)行估測(cè)，從而使公眾能夠彈性選擇自己的出行方案，提高體驗(yàn)舒適度。

3.設(shè)備維護(hù)：智能監(jiān)控

對(duì)于軌道交通系統(tǒng)，設(shè)備的定期養(yǎng)護(hù)維護(hù)也是不可缺少的重要環(huán)節(jié)，然而，由于設(shè)施分布較廣、線路較長(zhǎng)、勘測(cè)環(huán)境復(fù)雜等因素，目前以人工巡檢為主要方式的數(shù)據(jù)采集工作耗時(shí)耗力。如果將5G技術(shù)植入城市軌道交通的設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，大容量、高帶寬的多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)將能夠?qū)崿F(xiàn)全方位、全天候的數(shù)字化智能監(jiān)控，節(jié)省人力物力，大幅提高系統(tǒng)維護(hù)協(xié)同效率，增強(qiáng)安全系數(shù)。

（三）交通輔助系統(tǒng)

智慧城市建設(shè)秉承“以人為本”的核心理念，在5G網(wǎng)絡(luò)的信息采集與處理模式下，程序化平臺(tái)運(yùn)算將逐步過渡到人工智能邏輯[6]，通過打造基于5G網(wǎng)絡(luò)的交通輔助系統(tǒng)，城市運(yùn)作與市民出行將會(huì)向數(shù)字化、智能化邁進(jìn)。與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，5G的實(shí)現(xiàn)需要依靠“自組織網(wǎng)絡(luò)”處理多節(jié)點(diǎn)的無線接入，這一關(guān)鍵技術(shù)可以推動(dòng)城市綜合信息管廊建設(shè)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與主動(dòng)運(yùn)維。比如，在交通突發(fā)事件的應(yīng)急管理方面，可以將5G網(wǎng)絡(luò)接入緊急服務(wù)中心與交通管理系統(tǒng)，設(shè)立緊急服務(wù)車輛（如救護(hù)車、消防車等）的優(yōu)先處理等級(jí)，為緊急服務(wù)車輛出工實(shí)時(shí)規(guī)劃最優(yōu)路線，并向有關(guān)區(qū)域的行駛車輛反饋信息，大大縮短響應(yīng)時(shí)間。在道路兩側(cè)的照明系統(tǒng)中，5G可以發(fā)揮其超大容量與流量的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)智能照明、智能電網(wǎng)、智能交通系統(tǒng)相結(jié)合，設(shè)定可以根據(jù)不同車流量與行人數(shù)量而自動(dòng)調(diào)節(jié)的道路照明系統(tǒng)，從而合理控制路燈的照明時(shí)長(zhǎng)與照明強(qiáng)度，節(jié)約能源，智能管控。

四、結(jié)束語(yǔ)

在高帶寬、低延時(shí)、大容量的5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，人們生活的許多方面都將發(fā)生新的變化，5G技術(shù)的應(yīng)用為涉及人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等諸多系統(tǒng)的“智慧城市”建設(shè)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。在城市交通領(lǐng)域，5G技術(shù)可以在地面交通系統(tǒng)、軌道交通系統(tǒng)、交通輔助系統(tǒng)等方面發(fā)揮重要作用，通過與5G網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，自動(dòng)駕駛、路況監(jiān)測(cè)、智能出行等這些與我們生活息息相關(guān)的內(nèi)容將形成許多新的方案與新的構(gòu)想，“5G +智慧城市”的模式將呈現(xiàn)積極的發(fā)展前景?？萍几淖兩睿肋h(yuǎn)在路上。

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