5G技術驅動下高速公路智慧交通自動化設備協同控制策略

摘要 基于5G通信技術的快速發展，其高速率、低延遲和大規模連接的優勢可為智慧交通系統的構建提供新型技術支持。文章旨在探究5G技術如何驅動高速公路智慧交通自動化設備的協同控制策略，進而實現交通流監測的優化，以提升道路安全性和通行效率。首先，對5G技術進行了概述；然后，結合智慧交通系統基本設計需求，提出了一套基于5G的高速公路自動化設備協同控制策略，并對其實施效果進行了預測分析，期望能為同領域發展提供技術支持。

關鍵詞 5G技術；智慧交通；自動化設備；協同控制；高速公路

中圖分類號 U495 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0004-03

0 引言

在城市交通壓力不斷增大的背景下，高速公路是城市間交通的重要組成，其運行效率和安全性直接影響城市交通網絡的性能。傳統高速公路管理方式已難以滿足現代社會發展需求，鑒于此，智慧交通系統的構建就顯得極為關鍵。5G技術的應用為智慧交通的發展帶來了新的發展機遇，其高速率、低延遲和大規模連接的優勢可為實現高速公路自動化設備的實時、高效協同控制提供技術支持。

1 5G技術概述

5G技術作為最新的移動通信標準，在多個方面表現出了優異的性能。在數據傳輸速度上，5G能夠提供接近20 Gbps的理論峰值速率，而在實際應用中，用戶通常可以體驗到超過1 Gbps的速度[1]，這使得高清視頻流和大文件的下載及上傳能夠在瞬間完成，顯著提升了信息的交換效率。此外，5G還具備非常低的延遲特性，網絡端到端的延遲時間可以減少到1 ms以下。此即時性特征為那些對響應時間有嚴格要求的應用場景，例如自動駕駛汽車，提供了堅實的技術基礎，能夠確保控制指令迅速得到執行，從而減少潛在風險。

2 高速公路智慧交通系統需求分析

2.1 實時交通信息采集與處理

在高速公路上，交通狀況不斷變化。為準確監控這些動態，采用了多種設備收集數據。例如，每500 m設置的高清攝像頭可以全面捕捉車輛流量和速度等信息；而每隔2 km安裝的地磁傳感器則用于精確監測車輛的通過情況及其速度變化，其檢測精度可達±0.1 m/s。所采集到的數據都會實時傳輸到數據中心，并通過先進的算法進行快速處理和分析，通常在1 min內就能完成[2]。

2.2 交通流的動態優化與管理

基于實時收集的數據，系統能夠對交通流量進行動態優化。通過智能交通信號燈，系統可以根據各路段的車流量自動調整綠燈的時間長度，從而減少車輛的等待時間大約20%。在入口匝道處，系統利用流量監測數據管理車輛匯入的間隔，以防止主干道發生擁堵。當監測到主干道上的車流量接近滿載時，系統會將匝道車輛的匯入間隔延長至8～10 s，以確保主干道的車速能夠維持在60 km/h以上。

2.3 高效的應急響應與事故處理

在事故發生時，快速有效的應急響應至關重要。系統利用傳感器和攝像頭可以在事故發生的10 s內準確確定位置，并即時向救援部門發出通知。救援車輛借助智能導航技術，能夠選擇最佳路線以避開擁堵，可將到達現場的時間平均縮短10～15 min。在事故現場，通過可變信息板和車載終端設備，系統會向周圍5 km范圍內的車輛發送事故信息及繞行建議。這使得后續車輛能夠提前調整車道或選擇替代路線，從而減少事故區域的車輛積壓超過40%，并將二次事故的發生率降低約50%。這樣的措施有助于最大限度地減輕事故對交通流的影響，確保高速公路的安全與順暢運行。

3 5G技術在智慧交通中的應用

3.1 車聯網（V2X）通信

5G技術在智能交通系統中的應用，首先是促進車聯網（V2X）通信的迅速發展。車聯網指的是車輛之間、車輛與交通基礎設施之間，以及車輛與行人之間的無線信息交換和協作。借助5G技術所具備的高帶寬、低延遲和大規模連接特性，車聯網能夠實現即時且全面的通信，從而為交通管理和安全提供強有力的技術支持[3]。5G技術的到來為車聯網的發展提供了重要的技術支撐。5G網絡具有更高的帶寬、更低的延遲和更廣泛的連接能力，使得車聯網能夠應對海量的實時數據交換需求。高帶寬的特點使得車輛可以快速傳輸高清地圖、實時路況、車載視頻等大流量數據；低延遲特性則確保了車輛間的即時通信，尤其對于自動駕駛和緊急制動等高安全性的應用至關重要；大規模的連接特性則使得成千上萬的設備能夠同時在線，并保持穩定連接。在5G技術的支持下，車聯網不僅能夠提升駕駛安全性和交通管理效率，還將為未來智能城市和自動駕駛技術的廣泛應用奠定基礎。

3.2 高清視頻監控與分析

5G技術的高帶寬和低延遲特性為智慧交通中的高清視頻監控與分析帶來了新的可能性。傳統交通監控系統由于受攝像頭數量和數據傳輸帶寬的限制，往往難以實現大范圍高質量的實時監控及數據分析。而借助5G網絡，可確保高清視頻流暢傳輸至控制中心，從而實現對整個區域的無死角監控。通過在關鍵位置部署高清攝像頭，交通管理中心能夠獲取城市各主要路段和交通樞紐的實時視頻數據，以便迅速識別交通流量、道路擁堵情況及交通事故等信息。5G技術支持邊緣計算和人工智能技術的應用，使得視頻監控系統不僅可以進行數據傳輸，還可在現場或靠近現場的位置即時處理數據，執行諸如人車識別、車牌識別、異常行為檢測等智能分析任務。

3.3 遠程控制與自動駕駛

隨著自動駕駛技術的不斷進步，5G網絡在遠程控制和自動駕駛領域的應用潛力日益凸顯。為了實現安全可靠的自動駕駛，車輛需要持續獲取大量的實時數據，包括道路狀況、環境感知，以及與其他車輛的協調等信息。5G網絡憑借其低延遲和高帶寬的優勢，為自動駕駛提供了更加穩定和安全的通信保障。利用5G網絡，自動駕駛車輛可以與其他車輛、交通基礎設施及云端平臺進行高效的數據交換，確保駕駛決策的精準性和及時性。此外，5G的低延遲能力還支持遠程控制的可能性，允許交通管理部門或專業人員通過5G網絡對自動駕駛系統進行實時監控，并在必要時進行遠程干預，以增強安全性。

4 協同控制策略設計

4.1 數據采集與傳輸

在基于5G技術的高速公路智能交通系統中，數據的采集與傳輸是實現高效協同控制的關鍵。5G網絡的高帶寬和低延遲特性，確保了交通數據能夠實時且準確地被收集和傳送。為此，系統中部署了多種類型的傳感器和攝像頭，用于監控交通流量、車速及道路狀況等重要信息。例如，通過安裝在路面的傳感器和車輛識別系統，可以實時跟蹤每輛車的位置、速度及其行駛路徑[4]；而高分辨率視頻監控設備則能夠全面監測交通情況，并通過高清圖像捕捉交通違規行為、事故等異常事件。所有這些數據借助5G網絡能夠快速傳送到控制中心，保證了信息的即時性和準確性。采集到的某路段6 min內車輛數據見表1所示：

4.2 數據處理與分析

當交通數據通過5G網絡傳輸到控制中心，數據的處理與分析便成為實現協同控制策略的核心。在控制中心，系統利用大數據分析和人工智能技術，能夠快速處理海量的實時數據，以識別交通流量的變化趨勢和潛在風險。例如，系統可以通過分析歷史交通流量數據，預測未來特定時間段內某路段的交通狀況，提前預警可能發生的交通擁堵或事故。借助人工智能算法，系統還能智能識別異常事件，如車輛事故、突發天氣變化或路面障礙，并評估這些異常事件對交通流暢性的影響。

4.3 協同控制實施

基于數據分析的結果，控制中心可以發布一系列協同控制指令，以確保交通系統的高效運作。5G技術的低延遲特性使得這些指令能夠迅速執行，并實時獲取反饋。例如，交通信號燈可以根據實時交通流量的變化進行動態調整，防止因車輛積壓而導致的局部擁堵。信息發布系統則依據最新的路況數據，及時更新并向駕駛員推送交通信息，幫助他們選擇最優的行車路線。在緊急情況下，如消防車等特殊車輛需要優先通行時，控制系統能夠快速識別并調整信號燈，為緊急車輛提供暢通無阻的通行路徑[5]。

4.4 應急響應與事故處理

在高速公路交通管理中，應急響應和事故處理是至關重要的環節。5G網絡在此過程中發揮著關鍵作用，確保數據的快速傳輸和決策的及時反饋。當發生交通事故或其他緊急情況時，控制中心能夠通過5G網絡迅速接收現場的實時影像和數據，并立即采取行動。交通管理部門可以即時協調所需的應急資源，包括交通警察、救援車輛和醫療援助等，確保事故處理的及時性和高效性。5G網絡的低延遲特性使得所有調度指令能夠即時傳達給現場人員，顯著提高了響應速度和決策效率。

5 實施效果預測

5.1 提高交通流的通行效率

基于5G技術的智能交通協同控制策略，通過實時數據采集、精確分析和智能調度，預計可以顯著提升交通流的通行效率，減少道路擁堵。5G網絡的高帶寬和低延遲特性使得系統能夠實時收集各種交通數據，包括車速、車流量和交通信號狀態等，并迅速將這些信息反饋到控制中心。控制中心可以根據接收到的實時數據，動態調整交通信號燈的配時方案，防止因紅燈時間過長而在某些路段形成交通瓶頸。通過與車輛及交通設施的協同工作，系統能夠在不同路段和交叉口之間實施動態的流量管理，優化車輛的通行時間，減少車輛在路口的等待時間，進而提高整體交通流量的順暢度。無控制與5G控制狀態下的交通流量對比如圖1所示：

由圖1可知，通過與無控制狀態的對比，展示出5G智慧交通系統如何通過智能化控制和數據協同，優化交通流量，減少擁堵，提升整體通行效率。5G智慧交通系統不僅能緩解短期內的交通壓力，也能為未來城市交通的智能化、可持續發展提供技術支持。

5.2 降低交通事故發生率

在基于5G技術的智能交通系統中，通過實時數據的采集、處理和反饋，有望顯著降低交通事故的發生率。5G網絡的低延遲和高可靠性為車聯網（V2X）系統提供強有力的技術支持，使得車輛、道路基礎設施和交通管理系統之間能夠實現高效的實時通信與協作。例如，車輛可以利用5G網絡與交通信號燈、其他車輛及行人進行信息交換，提前獲取路況信息，從而更好地應對突發狀況，減少事故發生的可能性。這種實時的信息共享不僅提高行車安全性，還增強整個交通系統的運行效率[6]。

5.3 提升應急響應速度

基于5G技術的智能交通協同控制策略在應急響應方面展現出顯著優勢，能夠大幅提升交通事故的處理效率，縮短事故處理時間。5G網絡的低延遲特性可以確保交通管理中心在事故發生瞬間即時接收到現場的實時數據，如視頻圖像和傳感器信息，進而第一時間掌握事故的詳細情況。若接收到事故報告，控制中心可以迅速調度必要的應急資源，包括救援車輛等，確保事故處理的快速和高效。5G技術使得這些調度指令能夠即時傳達給現場的所有應急響應人員和設備，使他們能夠在最短時間內到達并處理事故。5G技術不僅提高了事故信息傳遞的速度，還使得應急資源的調度更加精準和高效。無論是救援人員的到達、應急車輛的調度，還是現場交通的疏導，5G技術都能實現信息的實時共享和快速響應，大幅縮短了應急響應時間。通過這一協同控制系統，交通管理中心能夠精準調配資源，避免了傳統模式下的調度延誤或資源浪費，進而提高了整個應急處理流程的效率與安全性。

6 結論

綜上所述，5G技術可為高速公路智慧交通系統的構建提供重要的技術支持。通過實施基于5G技術的自動化設備協同控制策略，可高效化提升高速公路的運行效率和安全性。未來，隨著5G技術的進一步發展，智慧交通系統將更加智能化、自動化，為社會交通事業發展提供高質量發展的技術支持。

參考文獻

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[5]樊現行.5G移動通信技術下智慧高速公路系統優化設計[J].長江信息通信， 2023（3）：212-214.

[6]王偉杰.5G技術在智慧高速公路中的應用場景初探[J].海峽科學， 2021（11）：93-95.

收稿日期：2025-01-07

作者簡介：郭曉斌（1985—），男，研究生，高級工程師、經濟師，研究方向：交通運輸交通控制系統。