許曉寧 余水 王超龍 吳荀 王浩

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

【關(guān)鍵詞】5G無人機(jī);城市交通;應(yīng)急管理引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和科技的日新月異，以及中國城市化建設(shè)的日臻完善，城市交通問題在人們的生產(chǎn)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(yīng)急管理缺口突出，且由于病毒極強(qiáng)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(jī)工作的身影閃爍其中，消毒防護(hù)、交通指揮、隔空喊話勸導(dǎo)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(jī)技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，其運(yùn)行成本低、人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)小、機(jī)動性能好、可超視距飛行等特點(diǎn)，使無人機(jī)在相關(guān)領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，如航拍、高壓線巡查、地質(zhì)勘探、搶險(xiǎn)救災(zāi)、農(nóng)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(jī)在城市交通管理中的應(yīng)用變得越來越迫切。

然而，傳統(tǒng)無人機(jī)一般通過遙控系統(tǒng)進(jìn)行控制，無人機(jī)與遙控器之間的數(shù)據(jù)傳輸采用藍(lán)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(jìn)行數(shù)據(jù)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(jī)在行業(yè)上更廣泛的應(yīng)用。5G的高帶寬、低時延、高可靠性等能為無人機(jī)的通信提供便利，彌補(bǔ)其在圖傳、大數(shù)據(jù)回傳及算力上的不足。無人機(jī)與5G技術(shù)的相互融合已成為未來無人機(jī)技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。

結(jié)合5G及其相關(guān)技術(shù)（定位、避障技術(shù)等）的5G無人機(jī)，搭載各類設(shè)備將完成城市交通應(yīng)急管理任務(wù)，提高交通應(yīng)急管理響應(yīng)速度，提升城市交通管理水平，5G無人機(jī)將促進(jìn)未來交通朝向智能化、立體化發(fā)展。

1. 5G無人機(jī)及其系統(tǒng)搭建

1.1 5G無人機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

基于無人機(jī)定位、避障、路面規(guī)劃等方面的優(yōu)化，5G無人機(jī)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(diǎn)，與傳統(tǒng)無人機(jī)相比，5G無人機(jī)將具備智能化、高速化的特征。在5G無人機(jī)優(yōu)質(zhì)作業(yè)的特性下，結(jié)合現(xiàn)有科技產(chǎn)品服務(wù)于城市交通， 5G無人機(jī)可在城市交通管理、交通疏導(dǎo)、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(yīng)急場景發(fā)揮快速響應(yīng)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(wù)水平。

1.2 5G無人機(jī)系統(tǒng)搭建

無人機(jī)的價(jià)值在于形成空中平臺，結(jié)合其他部件或載荷擴(kuò)展應(yīng)用，替代人類完成空中作業(yè)。5G 技術(shù)拓展了無人機(jī)低空覆蓋范圍，為無人機(jī)行業(yè)應(yīng)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(yīng)用?，F(xiàn)結(jié)合5G通信技術(shù)、無人機(jī)平臺以及載荷設(shè)備搭建應(yīng)用在城市交通管理方面的5G無人機(jī)系統(tǒng)。5G無人機(jī)系統(tǒng)由5G通信系統(tǒng)、無人機(jī)平臺、載荷、控制系統(tǒng)等組成。隨著5G模塊的成熟，無人機(jī)將直接搭載5G模塊，無需再通過地面站與后臺進(jìn)行數(shù)據(jù)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(cè)的邊緣云平臺，在無線側(cè)便可完成視頻、圖片數(shù)據(jù)的本地化處理，縮短業(yè)務(wù)端到端流程。通過5G無人機(jī)搭載高清攝像機(jī)、GPS導(dǎo)航定位模塊、雷達(dá)避障模塊、喊話器等多種類型載荷，實(shí)現(xiàn)超高清視頻、飛行參數(shù)數(shù)據(jù)的實(shí)時回傳，并可基于多類型掛載，對交通現(xiàn)場情況進(jìn)行及時高效處理。5G無人機(jī)可結(jié)合4K超清相機(jī)，進(jìn)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(yīng)急車道、違法變道等行為進(jìn)行4K超高清拍照取證;同時，5G無人機(jī)還可在交通事故發(fā)生時及時有效傳輸現(xiàn)場圖片和數(shù)據(jù);集成了遠(yuǎn)程喊話功能的5G無人機(jī)，還可以對現(xiàn)場車輛進(jìn)行疏導(dǎo)和警告。5G無人機(jī)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(jī)系統(tǒng)如圖1所示。

2.5G無人機(jī)應(yīng)用

2.1 5G無人機(jī)在城市交通管理中的應(yīng)用

在已經(jīng)搭建好的5G無人機(jī)平臺上進(jìn)行模擬和演示實(shí)驗(yàn)，測試5G無人機(jī)在城市交通管理中的應(yīng)用效果。當(dāng)某個路段出現(xiàn)交通狀況時，5G無人機(jī)從指揮中心起飛，可以通過測量無人機(jī)到達(dá)現(xiàn)場的時間和邊緣計(jì)算評估整個過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鲿扯?，判?G無人機(jī)相對于原方案在完成指定工作任務(wù)上是否擁有效率上的提升。

5G無人機(jī)攝像頭為無人機(jī)系統(tǒng)提供一雙“天空之眼”，在交通應(yīng)急管理的各過程中均需要攝像頭提供廣闊的視野。無人機(jī)通過4K高清攝像頭圖傳，可模擬實(shí)時監(jiān)控路段的車流量以及進(jìn)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(jī)的巡查面更廣，響應(yīng)速度更快。利用無人機(jī)搭載喊話器可模擬對違規(guī)車輛和人員進(jìn)行提醒和警告。還通過搭載的人臉識別、車牌識別技術(shù)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(jī)還可通過搭載紅外熱成像儀對道路上進(jìn)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(yuǎn)程交流，提醒其做檢測或就醫(yī)，減少人員接觸。搭載防暴網(wǎng)槍的無人機(jī)還能承擔(dān)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(jī)在城市交通管理中的應(yīng)用如圖2所示。

2.2 5G無人機(jī)在城市交通疏導(dǎo)中的應(yīng)用

5G無人機(jī)可以在擁堵路段實(shí)時觀測道路情況，通過5G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬特性，將擁堵路段上的固定攝像機(jī)、移動布控球等終端設(shè)備所采集的實(shí)時監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進(jìn)行分析，測算擁堵時間并根據(jù)路況實(shí)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(wǎng)絡(luò)，這樣駕駛?cè)藛T就能實(shí)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(jī)發(fā)出指令，5G無人機(jī)立即調(diào)取道路信息發(fā)現(xiàn)某路段出現(xiàn)嚴(yán)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(wǎng)絡(luò)控制的無人機(jī)，飛行范圍無法超過1公里，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量難以滿足高可靠飛行且信號易被干擾。而5G無人機(jī)飛行半徑超過5公里，定位精度可達(dá)1米，利用5G大帶寬能力，通過搭載4K高清攝像機(jī)從空中視角補(bǔ)充地面監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最大程度擴(kuò)展監(jiān)控范圍，減少監(jiān)控死角。隨后根據(jù)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(jì)算出緩解擁堵所需時長。在十字路懸停指揮交通，根據(jù)數(shù)據(jù)對比和分析，無人機(jī)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(jī)測算能力更精確。5G無人機(jī)在城市交通疏導(dǎo)中的場景應(yīng)用如圖3所示。

2.3 5G無人機(jī)在城市交通事故處理中的應(yīng)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(dá)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(jìn)行取證判責(zé)。利用5G無人機(jī)進(jìn)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(duì)配備一定數(shù)量的5G無人機(jī)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(jī)利用自身米級GPS定位系統(tǒng)準(zhǔn)確定位事故現(xiàn)場并徑直飛行到達(dá)，利用搭載的360°全景相機(jī)，對事故現(xiàn)場及周邊路況進(jìn)行實(shí)時視頻數(shù)據(jù)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(jìn)行交通疏導(dǎo)，讓事故車輛撤離現(xiàn)場并做好數(shù)據(jù)記錄;若情況嚴(yán)重，則等待交警到達(dá)做進(jìn)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(duì)警力出動，因堵塞影響，到達(dá)所需時間較長。若動用5G無人機(jī)，徑直飛行到達(dá)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(jī)作業(yè)響應(yīng)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(jī)在處理交通事故中的應(yīng)用如圖4所示。

3.結(jié)束語

現(xiàn)階段單純基于5G的無人機(jī)實(shí)用性不大，因此可以兼顧5G的高數(shù)據(jù)傳輸速率和4G的高覆蓋率進(jìn)行選擇。目前無人機(jī)在續(xù)航能力上仍有進(jìn)步空間，避障技術(shù)還有漫長路要走。但隨著5G技術(shù)的普及，5G基站的不斷建設(shè)，北斗定位系統(tǒng)、避障系統(tǒng)的升級，無人機(jī)在飛行安全性、響應(yīng)速度、圖傳、算力等方面將有巨大提升，5G無人機(jī)在各個方面的應(yīng)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(jī)平臺，5G無人機(jī)的發(fā)展將提高城市交通在應(yīng)急管理方面的響應(yīng)能力，促使未來交通朝向智能化、立體化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)飛行器制造工程專業(yè)，本科生。

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