王 鑫

陜西交通控股集團有限公司，陜西 西安 710065

0 引言

隨著交通強國建設(shè)新征程的開啟，在新機遇與新挑戰(zhàn)并存的形勢下，通過智慧化、數(shù)字化提升改造，充分利用“5G”“互聯(lián)網(wǎng)+”“大數(shù)據(jù)”“云技術(shù)”“物聯(lián)網(wǎng)”“人工智能”等新一代信息技術(shù)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)人、車、路、環(huán)境各要素，建設(shè)“智能、快速、綠色、安全”的智慧高速公路已經(jīng)成為高速公路管理單位的重要使命。

1 智慧高速現(xiàn)狀

智慧交通是合理調(diào)度人、車、路、環(huán)境等要素，結(jié)合新一代感知、計算、通信和控制技術(shù)，將高新技術(shù)有效集成到公路機電領(lǐng)域，以實現(xiàn)道路管理智慧化、交通工具智慧化及出行方式智慧化的系統(tǒng)性工程。目前，我國智慧高速的建設(shè)水平普遍偏低，不能滿足現(xiàn)代運營管理的需求，主要表現(xiàn)在如下。

（1）感知內(nèi)容少，數(shù)據(jù)不全面。高速公路路面信息感知多依賴于斷面式ETC門架傳感器采集信息，設(shè)施架設(shè)范圍覆蓋不足，監(jiān)測數(shù)據(jù)范圍相對受限，無法實現(xiàn)信息的實時采集，無法全面感知道路信息。

（2）感知手段少，響應(yīng)速度慢。感知手段智能化程度低，當出現(xiàn)交通事故、拋灑、逆行、擁堵等異常狀態(tài)時，往往在事件發(fā)生后無法第一時間掌握現(xiàn)場狀況，處置相對滯后，降低了響應(yīng)速度和指揮效率。

（3）數(shù)據(jù)共享不到位，預(yù)測分析能力差。高速公路設(shè)施、路側(cè)設(shè)施、機電系統(tǒng)彼此獨立，數(shù)據(jù)共享整合不到位，存在信息孤島，信息利用率低。同時，缺乏與車輛數(shù)據(jù)、交通控制數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)之間的融合，對實時數(shù)據(jù)的快速高性能計算分析和實時處理能力較弱，無法提供預(yù)警、智慧出行服務(wù)。

（4）業(yè)務(wù)不聯(lián)動，協(xié)同不密切。各路段運行與養(yǎng)護間缺乏聯(lián)動，同一業(yè)務(wù)跨路段、跨路網(wǎng)的協(xié)同不密切，聯(lián)合指揮調(diào)度能力弱。因缺乏全面感知的數(shù)據(jù)，無法對事件展開溯源，無法確定問題癥結(jié)，導(dǎo)致無法實現(xiàn)精準化管控以及無法提供統(tǒng)一、高效、自動化的管理與服務(wù)。

2 5G技術(shù)現(xiàn)狀

2019年6月6日，以中華人民共和國工業(yè)和信息化部發(fā)放5G商用牌照為標志，我國正式進入5G商用時代。5G通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用為龐大的信息基礎(chǔ)設(shè)施帶來革命性升級。與此同時，人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算等技術(shù)的快速發(fā)展、共同融合，與5G通信技術(shù)構(gòu)成新的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

國際電信聯(lián)盟（ITU）對5G的概念從兩個方面做了定義：（1）8項標志性能力指標：移動性、網(wǎng)絡(luò)能量效率、用戶體驗速率和峰值速率、連接密度、時延、流量密度；（2）一組關(guān)鍵技術(shù)：MIMO、NS、SDN、NFV等。相比于傳統(tǒng)的通信技術(shù)，增強移動寬帶（eMBB：Enhance Mobile Broadband，高帶寬）、低時延高可靠（uRLLC: Ultra-reliable and Low Latency Communications，低時延）、海量大連接（mMTC: Massive Machine Type Communication，廣連接）是5G作為新一代通信技術(shù)的主要特征，如圖1所示。

圖1 5G技術(shù)的主要特征應(yīng)用場景

3 基于5G的智慧高速場景與案例

3.1 用于實現(xiàn)高速公路的低功耗大連接場景

高速公路的快速發(fā)展，對5G低功耗多連接場景需求迫切。隨著全國撤銷省界收費站實現(xiàn)自由通行，以及全國視頻云聯(lián)網(wǎng)的全面應(yīng)用，路測的感知設(shè)備幾何指數(shù)上升，也為5G的全面應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。交通數(shù)據(jù)具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點，這也使得高速公路數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化應(yīng)用成為可能。

（1）路網(wǎng)全域感知。依托5G技術(shù)和ETC技術(shù)，對路網(wǎng)內(nèi)的機電設(shè)備，交通事故、道路施工、隧道監(jiān)測等道路信息，氣象信息，車輛信息等進行全量動態(tài)采集，整合數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)路網(wǎng)信息全息感知。深圳外環(huán)高速通過多功能智能桿的建設(shè)，實現(xiàn)了對高速公路上的人、車、路、環(huán)境等相關(guān)公共交通數(shù)據(jù)進行車道級高精度采集，以及亞秒級動態(tài)化刷新，車道級精準交通感知及亞秒級路網(wǎng)動態(tài)復(fù)現(xiàn)，實現(xiàn)道路路網(wǎng)實時精確監(jiān)測，有效降低人力成本，提高路網(wǎng)運力。

（2）重點車輛監(jiān)測。在路網(wǎng)全息感知的基礎(chǔ)上，對重點車輛（“兩客一危”）進行軌跡感知，實時監(jiān)測重點車輛是否按照預(yù)定行駛路線、時間及限定車速行駛，實現(xiàn)重點車輛智能化管控，以最大程度消除安全隱患。國內(nèi)部分高速公路管理單位通過建設(shè)“兩客一?！避囕v動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)，實現(xiàn)了對重點車輛的動態(tài)全程監(jiān)管。對危險品運輸業(yè)務(wù)全鏈條進行監(jiān)管，車輛的出發(fā)狀態(tài)、裝貨地點、到達站點、精準運輸路線等信息自動上傳系統(tǒng)，管理單位或物流企業(yè)通過北斗終端、車內(nèi)感知設(shè)備，對危貨車輛與駕駛員進行直接管控[1]。

（3）高速公路邊坡滑坡實時監(jiān)測。高速公路邊坡監(jiān)測是重要的管理需求，通過先進的傳感器對高速公路邊坡的地質(zhì)松動、細小位移進行監(jiān)測，尤其是5G網(wǎng)絡(luò)可以將實時數(shù)據(jù)精準采集、態(tài)勢分析，對高速公路管理單位提供地質(zhì)災(zāi)害智能分析、及時預(yù)警、異常報警，滿足監(jiān)管部門對基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)測需求。國內(nèi)有部分高速公路管理單位通過“5G+北斗高精度定位”融合應(yīng)用，實現(xiàn)了智慧邊坡監(jiān)測。

3.2 用于實現(xiàn)高速公路低時延高可靠應(yīng)用場景

5G相比于傳統(tǒng)通信技術(shù)，可實現(xiàn)低時延高可靠場景的應(yīng)用，尤其是針對交通這種特殊場景，可以提供毫秒級的端到端服務(wù)，極大地提升了業(yè)務(wù)可靠性。

（1）車路協(xié)同自動駕駛。駕駛員踩剎車的反應(yīng)速度為0.4 s，經(jīng)過測試，無人車在5G技術(shù)支持下，反應(yīng)速度不到1 ms。因此，在高速或者超高速場景下，時速為500 km的通信技術(shù)已經(jīng)無法滿足實際需求。通過車內(nèi)、車與車、車與路、車與人、車與服務(wù)的全方位互聯(lián)和數(shù)據(jù)交互，武漢經(jīng)開區(qū)的 5G 自動駕駛示范項目依托5G移動通信網(wǎng)絡(luò)、5G智慧道路及多領(lǐng)域融合軟件平臺，實現(xiàn)了我國規(guī)模最大的開放道路示范區(qū)項目。

（2）遠程駕駛。遠程駕駛在特殊場景的應(yīng)用非常廣泛，通過無人系統(tǒng)與5G結(jié)合，可解決例如有毒、高溫、高輻射等惡劣危險環(huán)境下作業(yè)難題。在工作環(huán)境惡劣的施工場景中，利用5G低時延、高可靠的能力，駕駛員在異地對施工車輛進行遠程駕駛操控，可以一人操作多臺設(shè)備，提高施工作業(yè)效率，減少人力成本，還可以提高安全系數(shù)，有效保障作業(yè)人員安全[2]。

（3）車輛編隊行駛。利用5G技術(shù)結(jié)合北斗定位技術(shù)實現(xiàn)車輛編隊行駛，編隊車輛通行過程提供數(shù)據(jù)通信和傳輸服務(wù)，車隊的實時狀態(tài)管理，在編隊行駛狀態(tài)下，通行指令可瞬間發(fā)送至編隊全部車輛，整個編隊形成智能體，能夠有效降低車輛安全事故，同時車輛編隊行駛可以維持較小的安全間隙，某種程度上提高了高速公路運行量，可明顯緩解交通壓力。

3.3 用于實現(xiàn)高速公路高帶寬的連續(xù)覆蓋

通過5G實現(xiàn)高速公路高帶寬連續(xù)覆蓋是目前城市主干交通中熱點區(qū)域的需求，例如高流量的交通樞紐、核心服務(wù)區(qū)、大的收費站等車輛密集場景，為通行車輛和人員提供高速數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，滿足網(wǎng)絡(luò)高流量密度的需求。

（1）視頻事件檢測。交通運輸部要求高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測，提出了可視、可測、可控、可服務(wù)等要求。利用5G高帶寬的特點，實現(xiàn)高速公路全網(wǎng)視頻實時聯(lián)網(wǎng)、精準分析，主要包括車輛實時監(jiān)測、高速公路異常事件檢測、路網(wǎng)通行狀況監(jiān)測、天氣狀況監(jiān)測、路網(wǎng)態(tài)勢分析和事件監(jiān)測報警。在5G技術(shù)的支撐下，車速、車輛類型、車流密度、通行流量、擁堵長度、交通事故、施工占道情況、非法停車等、路面異物、積水、天氣狀況等均可以實現(xiàn)實時精準監(jiān)測[3]。

（2）智慧服務(wù)區(qū)。高速公路服務(wù)區(qū)開展VR+視頻業(yè)務(wù)應(yīng)用，可以立體、實時查看前方道路的擁堵事件、原因和處理過程，根據(jù)實際情況，決定下一步出行路線選擇還是在服務(wù)區(qū)休息等待。同時可以在休息區(qū)通過VR設(shè)備觀看超高清賽事直播、沉浸式演出等文化娛樂活動，實現(xiàn)游戲社區(qū)、建模仿真、平行世界虛擬社交等侵入式交互體驗。

4 結(jié)束語

智慧高速是今后交通公路領(lǐng)域的發(fā)展方向之一，也是一個復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，與5G技術(shù)的融合會加速高速公路的轉(zhuǎn)型升級，為智慧高速提供海量數(shù)據(jù)協(xié)同、實時智能分析、精準定位等功能，將極大地推動智慧高速公路建設(shè)應(yīng)用，不斷促進綜合大交通的發(fā)展，助力早日實現(xiàn)交通強國。