基于5G通信技術下的汽車無人駕駛技術探討

傅鵬 項順 劉偉波 崔凱

【摘?要】現階段，隨著我國經濟的飛速發展，在當今信息技術的不斷發展之中，5G網絡已經開始出現。這不僅為當今的物聯網產業發展提供了強大的動力，同時也帶動了其他領域的發展。尤其是在汽車無人駕駛這一領域的發展之中，5G通信技術更是發揮著至關重要的作用。文章就是對5G通信技術之下的汽車無人駕駛進行分析。希望通過本次的分析，可以對5G通信技術在當今汽車無人駕駛領域之中的良好應用與發展提供一定的參考價值。

【關鍵詞】5G通信技術;汽車;無人駕駛技術

引言

互聯網的飛速發展，促使許多先進技術蓬勃崛起，比如電動新能源、互聯網、人工智能。共享經濟的到來，改變了人們的生活方式。十年前，對于這些技術，很多人會覺得陌生、不可思議，甚至認為是天方夜譚。短短幾年時間，社會發生了翻天覆地的變化，新興技術成為人們日常生活中必不可缺的部分。這些技術條件奠基了無人駕駛汽車發展的基礎。近年來，隨著人們生活水平的提高，汽車漸漸走入日常生活，汽車不再是富貴人家的專屬品，幾乎成為家家戶戶的必備工具。這意味著人們對生活的追求提高，生活品質提高，但造成了車輛堵塞，增加了交通警察的工作壓力，浪費了人們寶貴的時間。雖然全國很多城市都實行了限號出行政策，但是車輛增多仍導致了交通事故。司機酒后駕車、疲倦行駛、接聽電話和超速駕駛等人為原因，導致交通事故頻頻發生。這是無人駕駛汽車被研發的原因之一。無人駕駛汽車比人為駕駛更加安全，節省能源，更加環保，老人、視力障礙者都能坐車出行，節省了時間。

一、5G通信技術

5G即第五代移動通信技術，它是在4G網絡的基礎上發展起來的，其峰值傳輸速率可達4G的100倍。在實驗研究中，5G技術能在28GHz的頻段中以1Gb/s的速率進行數據傳輸，傳輸距離最遠可覆蓋2000米（陳云生，5G移動通信技術下的物聯網時代：信息通信，2018）。可以說5G通信技術大大提高了移動網絡的性能，并且緩解了數據傳輸的空間約束，能給人們帶來更出色的上網體驗。5G移動通信技術峰值速率高，穩定性和可靠性強，延時短，網絡容量更大，具有強大的通訊和帶寬能力，適合應用在各種復雜的環境中。隨著未來5G技術的不斷發展，許多新興的應用領域也將逐漸普及，例如，5G低至毫秒級的時延標準使超大規模數據采集與處理和精確的遠程同步成為可能，這將為更加安全可靠的無人駕駛技術奠定基礎。除此之外，還有無線醫療、智慧城市、云VR/AR、社交網絡等眾多領域都是5G應用的熱門領域（仇棟才，5G時代物聯網業務發展與智能化應用：中國新通信，2019）。值得一提的是，5G移動通信技術的普及將給物聯網的發展帶來歷史性的機遇，物聯網能充分利用5G技術的各種優勢，實現物聯網產業的全面發展，從而為人們提供更加便利可靠的物聯網智能化服務。目前5G通信技術正處于發展的初期階段，越來越多的國家正在積極開展5G技術的研究和開發，從發展態勢看，雖然未來幾年4G還將在通信技術中占據主導地位，但5G網絡將在2020年-2025年之間投入運營。

二、無人駕駛汽車概述

無人駕駛汽車，簡言之就是汽車的行駛不需要人為駕駛，通過車載系統感知車輛周圍環境，根據感知獲取到的信息（道路信息、行人信息、障礙物信息、紅綠燈信息等）以及獲取到的城市路況信息等，自行對行車路線進行規劃，并對車輛進行控制，從而順利到達指定的地點。從現階段汽車領域的發展現狀來看，無人駕駛汽車具有較為廣泛的市場，日益受到人們的廣泛青睞。畢竟，無人駕駛汽車的出現，能夠在很大程度解決交通擁堵的問題，降低交通事故的發生率，提升汽車出行的安全性。無人駕駛汽車具有以下幾個主要特征：

（一）汽車行駛的自主性。無人駕駛汽車的行駛不需要駕駛。員對車輛的行駛過程，如加速、轉向、并線等進行實際操作，這是無人駕駛汽車區別于傳統汽車的主要特征。無人駕駛汽車通過車載傳感系統，識別車輛具體所在的路況，自主確定行駛線路，控制車速和行駛方向，使車輛能夠正常地在道路上行駛、安全地到達預定目的地并停靠在指定位置。

（二）駕駛人員的不特定性。坐在無人駕駛汽車上，除了啟動汽車和輸入目的地，駕駛人員是否掌握基本的駕駛技能并不是無人駕駛汽車運行的前提條件，因為車輛只需要依賴車載智能系統就可以完成各種運行操作。也就是說，即使沒有駕駛技能的人也可以成為無人駕駛汽車的駕駛員，只要在“法律允可的范圍內，任何人均可以駕駛”。

（三）技術應用的廣泛性。無人駕駛汽車技術在發展成熟并投入使用后，將會給許多行業的發展提質增效帶來顛覆性改變。因為它不僅可以使個人的交通出行更加便捷，還可以用于貨物運輸、道路清掃、搶險救災、軍事作戰等。尤其是在長途貨物運輸中，無人駕駛技術可以克服駕駛員的疲勞駕駛等各種身體局限，極大地減少交通事故、提高工作效率。

三、汽車無人駕駛的主流技術路線

（一）谷歌的無人車技術路線

谷歌作為最早研發無人駕駛機車的企業之一。其研發的無人駕駛汽車從2009年開始測試性能。從2013年的開始谷歌無人駕駛汽車選擇了全自動化無人駕駛模式，這是由于之前的研發路線已經假設失效，而谷歌選擇的用計算機系統完全代替方向盤半人為控制的路線后。谷歌研發了一中無方向盤、剎車踏板和加速器的無人駕駛汽車，這種汽車的行駛速度只能達到每小時25英里。谷歌在此型號無人駕駛汽車的外部增加了泡沫保護，并將擋風玻璃的材質改為了塑料材質，從而最大程度的增加了無人駕駛汽車的安全性能。

（二）特斯拉的自動駕駛技術路線

當前特斯拉無人駕駛車的型號為ModelS，與谷歌無人車技術路線不同的是特斯拉的自動駕駛技術并未選擇完全信任計算機系統。特斯拉ModelS車型中使用了一種叫Autopilot自動駕駛系統，系統的應用使得特斯拉ModelS在高速公路上能夠實現輔助自動駕駛的功能切換。但Autopilot系統的切換是使用也需要駕駛人員對車輛的接管做到隨時性，然而即便如此特斯拉ModelS也出現了由于無人駕駛模式引發的交通事故。在美國發生的無人駕駛汽車交通事故使得無人駕駛汽車安全性能受到廣泛關注。特斯拉公司的技術失誤說明無人駕駛汽車研發路線并不能夠有效的保證汽車駕駛的安全性，也正因為如此特斯拉公司強調駕駛員不應該信賴自動駕駛系統進行無人駕駛汽車的駕駛。特斯拉自動駕駛技術路線在于無人駕駛技術能夠起到提高駕駛人員駕駛體驗的效果，而并非完全取代人為駕駛。

四、5G通信技術在汽車無人駕駛技術之中的應用分析

5G通信核心技術，也就是我們所說的第五代移動通信網絡技術，它的理論傳輸峰值可以達到每秒鐘數十Gb，它的網絡延遲僅僅可以達到毫秒級別，它所支持的移動速度可以達到每小時500千米。將5G通信技術應用到汽車無人駕駛之中，將會對汽車的無人自動駕駛技術發展起到一個有效的推動作用。

（一）促進無人駕駛技術安全性的提升

經研究發現，當緊急情況發生時，人類駕駛員的反應時間大約是500毫秒。而這樣的反應時間還是在駕駛員正常狀態之下的反應時間，如果駕駛員處于疲勞駕駛狀態，其反應時間將會更長。由此可見，由于人類駕駛員對緊急情況的反應時間比較長，所以在緊急情況發生時，也就更容易發生交通事故。但是，如果將5G通信技術應用到無人駕駛之中，其網絡延遲幾乎能低至1毫秒，遠遠低于人類駕駛員的反應時間，這樣就可以顯著提升汽車遠程無人駕駛的安全性。根據預測，當5G網絡實現全面覆蓋之后，所有遠程遙控無人駕駛汽車的延遲率都會降低到5毫秒以下，這也就意味著未來的遠程遙控無人駕駛汽車完全可以安全行駛在高速公路上。同時，該技術也會在未來的自動代駕之中得到廣泛應用，比如酒駕代駕。在具體的應用過程中，可以直接借助于駕駛模擬來實現跟蹤互聯，然后將汽車開到規定的區域之中即可。通過這樣的方式，也可以進一步杜絕酒駕情況的發生，使交管部門以及交管工作人員的工作強度得以有效降低，并進一步保障交通安全，促進社會的和諧穩定發展。

（二）利用5G網絡以及自動駕駛技術解決城市的交通擁堵問題

近年來城市機動車增長速度很快，我國成為了世界上汽車保有量最多的國家，但城市路網結構不合理，整體效能低，交通擁堵現象十分嚴重。尤其在一線城市以及各大省會城市，交通擁堵嚴重影響了城市的正常運作。如果5G網絡和自動駕駛技術的應用可以普及，這個問題有可能得以解決。交通部門可以借助低延遲的5G網絡將車輛的實時行車信息上傳到服務器，由服務器統一調度汽車的加速裝置、剎車裝置和轉向裝置。這樣，車輛之間就可以保持很短的間隔距離，并且能夠高速行駛。另外，交管部門可以根據實時的交通情況為汽車分配合理路線，實現自動交通分流。

（三）促進人工智能AI技術在無人駕駛汽車之中的應用和發展

就目前的AI技術而言，其發展不僅僅被算法所限制，同時也被目前的智能終端所限制。通過研究發現，目前所應用的智能終端在運算性能方面依然遠遠達不到AI技術對于大量運算的需求。因此，要想將AI技術在未來的遠程遙控無人駕駛汽車之中得以良好應用，并使之得到更好的發展，5G技術就是一個關鍵的突破口。因為5G網絡的傳輸速度極高，借助于5G網絡，可以將主要的運算負擔快速朝著具備更高性能的服務器之中轉移，甚至可以將其轉移到超級計算機之中。在這樣的情況下，就可以實現運算性能的大幅度提升，進而有效滿足當今AI技術發展所需要的大量運算。將AI技術應用到汽車無人駕駛之中，該技術可以對駕駛員的所有駕駛習慣進行全面的學習與快速掌握，然后對駕駛員的駕駛習慣進行模擬，這樣就可以讓無人駕駛汽車的運行變得更加人性化。同時，在應用AI技術進行無人駕駛汽車的控制過程中，對于一些突發性的緊急情況，也可以做到更加靈活地應對。通過這樣的方式，也可以讓汽車無人駕駛的安全性與可靠性得到進一步提升。

結語

5G網絡的普及將極大地推進自動駕駛汽車的發展，無人車的技術瓶頸有望實現歷史性的突破，當前車聯網以及無人車的技術難題將得到有效解決。基于5G網絡，自動駕駛有可能實現接近100%的安全性，并且可以完全替代人類駕駛員，將5G網絡、云計算以及AI技術結合，可以有效解決城市交通擁堵問題，讓人們的出行更加便捷。

參考文獻：

[1]"5G+無人駕駛"：讓汽車讀懂世界[J].人民交通，2019（21）：27-29.

[2]劉港，彭一夫.5G對無人駕駛汽車的影響分析[J].中國高新區，2019（4）：213.

[3]張朝陽，李星宏.5G在無人駕駛汽車中的應用前景分析[J].無人系統技術，2019（2）：65-68.

[4]陳明月.基于北斗導航系統與5G技術下的無人駕駛汽車的發展研究[J].信息與電腦，2019（13）：148-149.

[5]王奕康.無人駕駛汽車技術及其發展探究[J].中國新通信，2018，2006：171-172.

[6]勾文婷，趙同.無人駕駛汽車的關鍵技術及其未來商業化應用[J].汽車與配件，2017，02：34-35.

[7]任超.基于遺傳算法的無人駕駛汽車路徑規劃技術研究[D].天津大學，2015.

（作者單位：遼寧工業大學）