5G技術(shù)在智慧高速公路中的應(yīng)用場景初探

王偉杰

(福建省高速公路集團(tuán)有限公司福州管理分公司， 福建 福州 350001)

智慧交通是在交通領(lǐng)域中充分運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能、自動控制、移動互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代電子信息技術(shù)面向交通運輸?shù)姆?wù)系統(tǒng)。隨著社會快速發(fā)展，高速公路管理的要求也在不斷提高，5G技術(shù)的出現(xiàn)為高速公路的智能化、數(shù)字化、遠(yuǎn)程化管理提供了技術(shù)支撐，進(jìn)入5G時代的高速公路建設(shè)發(fā)展具有更高的應(yīng)用效果。

1 5G技術(shù)與智慧交通的概念

智慧交通系統(tǒng)是指應(yīng)用通信、云計算等先進(jìn)技術(shù)，在交通管理等領(lǐng)域開展全過程的監(jiān)管，發(fā)揮交通基礎(chǔ)設(shè)施效能，通過對高速公路各路段、各區(qū)域?qū)嵭兄腔鄹咚傧到y(tǒng)，來保障公路安全運行效果的系統(tǒng)。在智能化、數(shù)字化的發(fā)展過程中，高速公路也在更新?lián)Q代，4G技術(shù)逐漸被5G技術(shù)以及更先進(jìn)的信息技術(shù)所替代，智能化、自動化水平不斷提升，通過各類技術(shù)的加持，推動了高速公路智能化的快速發(fā)展。隨著網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在我國廣泛應(yīng)用，智能的使用要求也在加大，促進(jìn)了高速公路的建設(shè)發(fā)展。智慧交通是面向綜合交通框架，人工智能，大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息科技的深度融合，是基于互聯(lián)網(wǎng)+泛信息化產(chǎn)業(yè)布局的重要組成部分。5G是構(gòu)建智慧交通體系最新、最可靠的技術(shù)。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷提高，5G技術(shù)在高速公路的應(yīng)用必然帶來5G技術(shù)與高速公路建設(shè)的深度融合與發(fā)展，5G能提供高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)，可靠的通信，能夠滿足高速公路大量的數(shù)據(jù)傳輸與交換的需要。

2 構(gòu)建5G智慧高速系統(tǒng)

5G技術(shù)的高速公路智能化，以人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等諸多先進(jìn)信息技術(shù)為基礎(chǔ)，為交通運輸、服務(wù)運營、管理控制提供了基礎(chǔ)架構(gòu)，以感知設(shè)備、管理系統(tǒng)為主構(gòu)成終端和覆蓋高速公路的網(wǎng)絡(luò)，通過建設(shè)一張以5G為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)一個5G智慧管理平臺，伴隨著5G網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)的支持，使5G技術(shù)全面覆蓋在高速公路交通網(wǎng)絡(luò)之中，實現(xiàn)對高速公路的全方位監(jiān)管，以此提升高速公路安全和運行效率，增強(qiáng)高速公路運營管理的能力。

現(xiàn)階段，我國通信運營商已經(jīng)開始布局5G技術(shù)在交通行業(yè)中應(yīng)用，通過相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)展高速公路5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，形成專為高速公路打造的5G專網(wǎng)。由于高速公路在不同業(yè)務(wù)方面對網(wǎng)絡(luò)性能的要求存在一定差異，5G專網(wǎng)需要較強(qiáng)的帶寬性能，也需要較高的網(wǎng)絡(luò)安全管理，應(yīng)當(dāng)采用定制的高速公路專用5G網(wǎng)絡(luò)，在接入、傳輸、核心三個層面制定不同等級的隔離方式，還需要在與其他行業(yè)和個人用戶通信業(yè)務(wù)之間留有一定空間，不能完全隔離。這是因為從當(dāng)前智慧交通的發(fā)展情況來看，智能汽車將與5G+技術(shù)相互結(jié)合，因此高速公路需要具備服務(wù)智能汽車的功能[1]。

基于5G技術(shù)的高速公路平臺將作為整個高速公路核心，由車路協(xié)同和道路管養(yǎng)兩個子系統(tǒng)組成，為人民群眾提供全面可靠的信息服務(wù)。車路協(xié)同系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集和匯總高速公路全方位數(shù)據(jù)信息，具備數(shù)據(jù)整合分析能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對高速公路路況、路面的檢測預(yù)警，為平臺提供道路交通信息。而道路管養(yǎng)系統(tǒng)則是對高速公路基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行管控，具備物聯(lián)檢測、養(yǎng)護(hù)管理、設(shè)備管理等功能，可以對高速公路設(shè)施進(jìn)行分析和管理，為系統(tǒng)規(guī)劃提供幫助。

3 5G技術(shù)在高速公路應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于高速公路遠(yuǎn)程監(jiān)管指揮，為高速公路提供無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、遠(yuǎn)程路網(wǎng)指揮等功能

首先是無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，基于5G技術(shù)構(gòu)建的高速公路無線網(wǎng)絡(luò)能夠替代傳統(tǒng)由4G信號等無線及部分有線網(wǎng)絡(luò)，可以接入高速公路辦公區(qū)域、視頻監(jiān)控設(shè)備、通信設(shè)備等移動終端，為高速公路現(xiàn)有業(yè)務(wù)提供更快捷的5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，將承載今后高速公路無線網(wǎng)絡(luò)的主要作用，也將推動當(dāng)前有線業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向無線業(yè)務(wù)，能夠有效減少布線所需成本，為各種移動業(yè)務(wù)提供高效便捷的服務(wù)。

其次是“兩客一?！北O(jiān)控，根據(jù)國務(wù)院安全委員會的要求，旅游車輛、長途客車以及運輸危險物品的專用車輛都必須受到監(jiān)控，也需要安裝智能監(jiān)控設(shè)備，保障“兩客一危”的有效監(jiān)控，確保安全行駛。這是智慧交通安全方面的必然工作，在5G網(wǎng)絡(luò)的加持下對“兩客一?！避囕v進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)改造，通過5G技術(shù)提供人臉識別、疲勞檢測、行為分析等功能，改善4G網(wǎng)絡(luò)帶寬不足，解決回傳監(jiān)控質(zhì)量不佳的問題，利用5G技術(shù)的優(yōu)勢全面提升帶寬，更好地對相關(guān)車輛形成輔助駕駛，保障“兩客一危”車輛的安全行駛。

最后是遠(yuǎn)程路網(wǎng)指揮，高速公路沿線較長，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)性交通擁堵或事故狀況時，交管車輛無法第一時間到達(dá)現(xiàn)場，卻需要迅速掌握交通事故信息，下達(dá)遠(yuǎn)程指揮命令，及時處理交通事故，保證交通順暢安全。5G技術(shù)的應(yīng)用則為遠(yuǎn)程路網(wǎng)指揮提供了支持?，F(xiàn)階段，遠(yuǎn)程路網(wǎng)指揮主要是依靠無人機(jī)搭載5G終端和攝像設(shè)備從高空拍攝視頻再傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，5G網(wǎng)絡(luò)不僅支撐了人機(jī)協(xié)作的快速行動，而且監(jiān)控拍攝的畫面更為清晰，特別是在高速公路沿線安設(shè)5G終端的情況下，監(jiān)控信號將通過設(shè)備迅速且高質(zhì)量地反饋給指揮人員，指揮人員對相關(guān)事故情況進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮，為交通事故、違法行為、沿線查勘等路網(wǎng)指揮工作提供了幫助[2]。

3.2 道路施工及養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)

在社會快速發(fā)展的背景下，交通運輸量不斷提升，高速公路作為交通運輸?shù)闹匾M成部分承受的負(fù)荷也在增加，高速公路出現(xiàn)破損、裂縫等問題的次數(shù)也在增加，這就需要加強(qiáng)對高速公路的施工養(yǎng)護(hù)。傳統(tǒng)依靠車輛巡查監(jiān)督公路的方式費時費力，利用5G技術(shù)對高速路面圖像進(jìn)行分析便可以對損壞、異物等問題進(jìn)行檢測和告警，通過高速公路沿線攝像頭或是利用無人機(jī)拍攝的方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺上進(jìn)行分析便可得到詳細(xì)的路面狀況。以前，視頻巡檢依靠的無線網(wǎng)絡(luò)帶寬較低，圖像上傳困難，視頻保存也有一些問題。而5G云平臺技術(shù)的應(yīng)用，為高速公路巡檢提供了定位服務(wù)，在巡檢過程中便可以實時回傳前端數(shù)據(jù)，由后臺技術(shù)人員和智能系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，短時間內(nèi)便可以得出結(jié)果，基本實現(xiàn)了巡檢養(yǎng)護(hù)的無縫銜接，大幅提升施工養(yǎng)護(hù)效率。另外，高速公路上的設(shè)備設(shè)施也可以借助5G與AR技術(shù)，設(shè)定設(shè)備維修工作程序，導(dǎo)入AR設(shè)備輔助維修人員展開工作，AR前端視角將在5G網(wǎng)絡(luò)的支持下實時將現(xiàn)場畫面回傳給指揮中心，實現(xiàn)實時遠(yuǎn)程協(xié)助指導(dǎo)，顯著提高了工作效率。

在高速公路道路施工中，5G技術(shù)也可以利用遠(yuǎn)程操控的方式促進(jìn)施工效率，保障作業(yè)質(zhì)量安全，將5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋到施工區(qū)域，對相關(guān)施工信息進(jìn)行采集，實時分析車輛運行、施工作業(yè)的準(zhǔn)確性，為車輛行駛和施工作業(yè)提供位置、方向、高度的指引，幫助施工單位完成施工作業(yè)。

3.3 交通出行輔助

交通出行已經(jīng)成為人民群眾日常生活的一部分，5G網(wǎng)絡(luò)在高速公路的應(yīng)用為車輛信息、公路信息、突發(fā)事件信息提供了全方位的數(shù)據(jù)服務(wù)，將高速公路地圖可視化展現(xiàn)，實時掌握各路段交通量、交通情況。再結(jié)合大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)的分析能力，可以準(zhǔn)確得出路網(wǎng)交通運行狀況，并針對運行狀態(tài)提供優(yōu)化策略，協(xié)調(diào)信號燈、交管等方式對高速公路的運行進(jìn)行指揮，提升高速公路運行效率。在今后車路協(xié)同逐漸普及、智能車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景下，基于5G的高速公路將實現(xiàn)覆蓋高速公路的車路調(diào)度服務(wù)。

輔助駕駛是現(xiàn)階段智能車輛發(fā)展的主要方向，除了車輛本身的傳感器外，公路網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)當(dāng)為行駛狀態(tài)下的車輛提供環(huán)境信息，幫助車輛更快速、更精準(zhǔn)地計算分析，為駕駛者提供更安全的輔助駕駛服務(wù)。例如，車輛盲區(qū)是車輛激光雷達(dá)或攝像頭計算難點，高速公路就可以參與車輛行駛狀態(tài)的數(shù)據(jù)分析，針對車輛反饋信息的盲點進(jìn)行輔助分析，再反饋給車輛，實現(xiàn)車輛數(shù)據(jù)信息、公路數(shù)據(jù)信息、環(huán)境數(shù)據(jù)信息的共享。還可以為車輛駕駛者提供導(dǎo)航信息，提醒駕駛者變道、轉(zhuǎn)彎、速度等信息，不僅能避免因決策猶豫致使錯過路口的情況發(fā)生，而且能有效降低交通事故、堵塞問題的發(fā)生概率。這些都需要5G技術(shù)作為支持，5G技術(shù)的運用降低了車輛信息處理成本，提高了地圖導(dǎo)航準(zhǔn)確度，也是未來更高級別無人駕駛技術(shù)應(yīng)用的必要基礎(chǔ)[3]。

4 公路運營服務(wù)

在高速公路服務(wù)區(qū)也能借助5G技術(shù)為駕駛者提供良好的服務(wù)。

首先是智能引導(dǎo)泊車。在車輛行駛至服務(wù)區(qū)附近位置時，駕駛者便可以從LED屏幕或網(wǎng)絡(luò)平臺知道當(dāng)前服務(wù)區(qū)內(nèi)停車場車位情況，駕駛者可以快速尋找到車位，特別是節(jié)假日時期，服務(wù)區(qū)往往呈現(xiàn)擁堵狀態(tài)，在5G網(wǎng)絡(luò)的引導(dǎo)下，駕駛者不僅能夠了解車位情況，包括其他車輛在服務(wù)區(qū)內(nèi)的運行信息也能得知，更便于駕駛者選擇。

其次是利用5G網(wǎng)絡(luò)控制相關(guān)服務(wù)。例如，服務(wù)區(qū)公廁在高峰期可通過液晶屏來顯示空閑的廁位。也可以與空氣檢測設(shè)備連接，在廁所相關(guān)指標(biāo)達(dá)到臨界值時開動排風(fēng)扇，改善環(huán)境。也能夠?qū)Ξ?dāng)前服務(wù)區(qū)人流進(jìn)行管理，通過設(shè)置引導(dǎo)設(shè)施或指揮服務(wù)人員人工調(diào)整，使人流移動更加合理，避免出現(xiàn)擁擠情況。

最后是在服務(wù)區(qū)管理方面，可以與服務(wù)區(qū)內(nèi)的消防、電力等設(shè)備連接，監(jiān)控相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)。整合停車場管理系統(tǒng)、廁所系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)，實現(xiàn)對服務(wù)區(qū)的全方位管理，5G技術(shù)促使服務(wù)區(qū)升級為智慧服務(wù)區(qū)，提升使用者的幸福感。

5 結(jié)論

5G技術(shù)在高速公路智能化發(fā)展中具有關(guān)鍵作用，在物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、云計算等先進(jìn)技術(shù)逐步應(yīng)用于高速公路建設(shè)發(fā)展中的背景下，5G技術(shù)是智慧高速公路的必要支撐，5G+高速公路的構(gòu)建實現(xiàn)了高速公路智能運行、遠(yuǎn)程管理、行駛安全、便捷服務(wù)的全面提升，使高速公路運營更加智能、安全、高效。