基于5G技術的智慧城市交通系統探究

沈映春 張馨心

摘 ?要：5G技術具有高速率、低延時、大容量的強大優勢，“5G +智慧城市”的發展模式在我國推行新型城鎮化的進程中具有廣闊的發展前景。文章選取智慧城市的交通系統為切入點，分析構想了5G技術在地面交通系統、軌道交通系統、交通輔助系統三個方面的潛在應用，為智慧城市的交通建設提供了新的發展思路，契合了“以人為本”的核心理念。

關鍵詞：5G技術;智慧城市;城市交通

中圖分類號：F124.3;F572 ? ? 文獻標識碼：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5G商用牌照正式頒發，這意味著5G時代的“發展元年”的到來。相比于前幾代移動通信技術，5G逐步實現了以程序運算為中心向以用戶端口為中心的重大轉變[1]。雖然5G技術目前還未真正在生產生活領域普及，但其在物聯網、遠程醫療、智能能源等方面的應用已經顯示出廣闊的發展前景。在智慧城市的探索與構建中，5G技術同樣引發了社會的廣泛關注，“5G +智慧城市”的發展模式有利于推動我國的新型城鎮化進程，有利于建設“以人為本”與全面、可持續的社會成長空間。筆者將以城市交通為切入點，結合國內外發展現狀，從地面交通系統、軌道交通系統、交通輔助系統三個維度分析構想5G技術在智慧城市中的應用前景。

二、5G技術概念解讀

5G技術，即第五代移動通信技術，是繼4G之后最新一代的高帶寬、低延時、大容量的移動網絡通信技術，也是實現人工智能、機器學習、虛擬現實、物聯網等大規模商用的物質基礎。2019年10月，工信部頒發了國內首個5G無線電的進網許可證，5G基站正式接入商用網絡。相較于前幾代的移動網絡通信技術，5G主要有以下幾點顯著優勢：

1.傳輸速率快。在4G時代，所有信息都需要通過核心網絡集中轉發，隨著用戶數量的不斷增加，信息傳輸速率會有所降低，核心網絡也會面臨更大的承載壓力。5G技術采用大帶寬的新型蜂窩網絡結構，用戶體驗速率可達到每秒1000兆位（1Gbps），峰值速率可達到20Gbps，比4G網絡環境的信息傳輸效率提速百倍，能夠極大地促進信息的互聯互通。此外，5G網絡應用的D2D技術能夠實現近距離數據直接傳輸，不需要再通過基站，可以直接作用到特定設備終端。

2.網絡時延小。時延水平，即網絡通信的滯后時間水平，體現為數據在終端之間“傳輸—接收”的時間差。比如，當我們使用網絡語音通話時就能明顯感覺到時間延遲的存在。5G技術的應用能夠使網絡時間延遲降低至1毫秒，相比于4G技術普遍的20至30毫秒降低了95%以上，從而具有更迅速、更強大的響應能力。5G網絡時延小的這一顯著優勢能夠滿足遠程醫療、自動駕駛、虛擬現實等精細領域的高標準、高要求，在未來具有廣泛的潛在發展空間。

3.容量密度大。5G技術能夠達到每平方公里提供100萬接入端口的連接能力，連接密度與流量密度顯著提高，超大網絡容量擴展了信息傳播渠道，為物聯網建設與廣域通信奠定技術基礎。此外，5G通信能夠以波束賦形的方式對電磁波定向收束，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干擾問題[2]。

三、5G技術在智慧城市交通系統中的應用構想

5G技術憑借其傳輸速率快、網絡時延小、容量密度大等顯著優勢，能夠在連續性、時間、空間等方面為用戶打造高效的使用環境，為用戶帶來優質的使用體驗，在我國推進新型城鎮化的社會背景下，“5G +智慧城市”的發展模式將具有光明的發展前景。智慧城市定位綠色、數字化、智能化、可持續性。基于5G技術的智慧城市建設已經在我國部分地區開展試點，重慶市基于5G發展應用打造了“智慧養老”與“智慧城市安全”專題[3]。5G技術的融入能夠更好地滿足車聯網的通信需求，從軟、硬件雙重維度協同推動智慧交通體系的構建與發展。筆者將從地面交通系統、軌道交通系統、交通輔助系統三個方面具體分析“5G +智慧城市交通”的發展前景。

（一）地面交通系統

1.自動駕駛邁入新階段

自動駕駛汽車內置人工智能的控制系統，通過雷達傳感、激光測距、全球定位等功能互聯，使汽車在離開人類操縱的情況下自動安全地在道路上行駛。當5G網絡與自動駕駛系統相融合，自動駕駛將進入全新的跨越式發展階段。

5G技術將為自動駕駛系統提供更加精確的感知能力。4G時代自動駕駛汽車主要通過雷達與攝像頭感知外部環境與路況信息，這種傳統的“看”的方式會受到雨、雪、霧等天氣狀況的影響[4]。基于5G技術的低延時性，汽車可精準探測周圍環境并及時反饋，這極大促進汽車與外部信息的交互。自動駕駛對于運算速率與決策系統有著非常高的要求，環境監測—信息采集—系統運算—實時決策鏈條中的每一步都需要高效、可靠地完成。5G技術的高帶寬與強大運算能力能夠為自動駕駛系統提供“云服務”，極大地釋放車內空間。

2.路況監測形成新方案

在私人出行領域，路況信息是每一位出行者必須考慮的內容，車載導航系統、導航類應用程序與道路交通廣播等為車主提供實時路況信息，便于及時優化行駛路徑，提高出行效率。目前，實時路況數據的監測收集主要來自出租車、公交車等浮動車輛的運營，這些浮動車輛通過移動網絡與車載GPS系統將所經過地段的道路信息上傳至數據中心，經過加工、處理與傳輸，形成我們獲取的實時路況信息。若5G與路況監測相結合，將形成實時路況監測的新思路。5G網絡傳輸速率快、容量密度大，將傳感器安裝在重點區域的路面或道路兩側，將形成高水平、高效率的路況信息監測網絡，減輕基站壓力，提高響應速度。這一方案在美國已開展相關應用，Verizon Wireless公司與Sacramento市簽訂協議，同意將物聯網傳感器安裝在路面與路燈上以采集實時交通路況信息，為政府與民眾提供高效率的路況信息反饋，該系統能夠減少44%的汽車閑置時間，提高公眾出行效率[5]。

（二）軌道交通系統

在城市交通系統中，軌道交通也是非常重要的一環，截至2019年底，中國大陸地區已有40個城市開通城市軌道交通服務。一般而言，城市軌道交通（如地鐵、輕軌等）具有低污染、大運量、高效率、安全可靠等突出優勢，隨著未來“智慧城市”建設的逐步推進，城市軌道交通也會在越來越多的地區實現，而5G技術的應用將會為這一模式貢獻許多新的發展思路。

1.列車運行：高效傳輸

列車運行期間，需要與數控調度中心建立穩定可靠的語音通信聯系，并形成高效安全的數據傳輸網絡，工作要求高、強度大，而基于5G技術的D2D通信將極大提高這一系統的實現效率與整體性能。D2D通信是“設備到設備”的技術應用，數據傳輸無須經由基站轉發，而能夠實現終端之間的直接交互。因此，D2D技術在現有列車與數控中心的傳輸基礎上還能夠實現列車與列車、列車與次級中心的直接交流，從而減輕數控中心的運作壓力，更為緊急情況下的多節點通信提供更好的保障。此外，5G技術的高傳輸速率還可以實現超清視頻等多元大數據傳輸，使可視監控手段得到優化。

2.公眾出行：彈性選擇

由于軌道交通比地面交通有著更強大的承載與集散能力，這相應帶來了可能更為嚴重的高峰時段擁堵問題，我們乘坐地鐵出行時，常常會遇到高峰期進站難、安檢難、購票難的困擾。事實上，在換乘站或大型市民中心附近的地鐵站的不同進站口，客流量往往有所差異，如果能將乘客在不同進站口相對均勻分布，則能夠實現更高效的資源利用與出行體驗。5G技術的CDN網絡，則能為這一構想提供一定的應用基礎。CDN是一種近距離的內容分發網絡，通過綜合考慮各端點的載荷情況與連接狀態，用戶可以獲取就近信息。因此，通過記錄不同進站口的網絡連接情況，就可以對客流量進行估測，從而使公眾能夠彈性選擇自己的出行方案，提高體驗舒適度。

3.設備維護：智能監控

對于軌道交通系統，設備的定期養護維護也是不可缺少的重要環節，然而，由于設施分布較廣、線路較長、勘測環境復雜等因素，目前以人工巡檢為主要方式的數據采集工作耗時耗力。如果將5G技術植入城市軌道交通的設備監測系統，大容量、高帶寬的多節點網絡將能夠實現全方位、全天候的數字化智能監控，節省人力物力，大幅提高系統維護協同效率，增強安全系數。

（三）交通輔助系統

智慧城市建設秉承“以人為本”的核心理念，在5G網絡的信息采集與處理模式下，程序化平臺運算將逐步過渡到人工智能邏輯[6]，通過打造基于5G網絡的交通輔助系統，城市運作與市民出行將會向數字化、智能化邁進。與傳統通信技術相比，5G的實現需要依靠“自組織網絡”處理多節點的無線接入，這一關鍵技術可以推動城市綜合信息管廊建設，實現動態監測與主動運維。比如，在交通突發事件的應急管理方面，可以將5G網絡接入緊急服務中心與交通管理系統，設立緊急服務車輛（如救護車、消防車等）的優先處理等級，為緊急服務車輛出工實時規劃最優路線，并向有關區域的行駛車輛反饋信息，大大縮短響應時間。在道路兩側的照明系統中，5G可以發揮其超大容量與流量的優勢，實現智能照明、智能電網、智能交通系統相結合，設定可以根據不同車流量與行人數量而自動調節的道路照明系統，從而合理控制路燈的照明時長與照明強度，節約能源，智能管控。

四、結束語

在高帶寬、低延時、大容量的5G網絡時代，人們生活的許多方面都將發生新的變化，5G技術的應用為涉及人工智能、大數據、物聯網、云計算等諸多系統的“智慧城市”建設提供了物質基礎。在城市交通領域，5G技術可以在地面交通系統、軌道交通系統、交通輔助系統等方面發揮重要作用，通過與5G網絡相結合，自動駕駛、路況監測、智能出行等這些與我們生活息息相關的內容將形成許多新的方案與新的構想，“5G +智慧城市”的模式將呈現積極的發展前景。科技改變生活，永遠在路上。

參考文獻：

[1]楊凌，高楠.5G移動通信關鍵技術及應用趨勢[J].電信技術，2017（5）：30，33.

[2]劉棟.5G技術在軌道交通內的應用探討[J].通訊世界，2019（10）：127-128.

[3]韓夢霖.5G如何改變生活？這些領域的5G應用已經在路上[EB/OL].新華網，（2019-12-27）[2020-05-05]http：//www.cq.xinhuanet.com/2019-12/27/c_1125387985.htm.

[4]陳馨，文靜. 5G為自動駕駛“加油”[EB/OL].新華網，（2019-06-26）[2020-05-05]http：//www.xinhuanet.com/info/2019-06/26/c_138174258.htm.

[5]崔文秒. 5G時代戶外在智慧城市建設中的新機遇[J].城市軌道交通，2020（4）：52-55.

[6]李揚，劉平，王丹丹.基于5G網絡和CIM的智慧城市系統構建探索[J].智能建筑與智慧城市，2020（3）：27-29.