5G无人机及其在城市交通应急管理中的应用

许晓宁 余水 王超龙 吴荀 王浩

【摘  要】 5G技术日渐普及，无人机在应急响应中的优势明显，使得未来交通借助5G无人机在应急管理层面的应用成为必然需求。本文通过无人机与5G技术的融合，搭建了5G无人机系统，探索5G无人机在城市交通管理、交通事故、交通疏导等应急情况下的应用优势，以期为5G无人机在城市交通应急响应与管理过程中获得更多的实际应用，为打造城市交通应急管理智能化服务体系、提升城市交通应急管理水平提供一定参考。

【关键词】5G无人机;城市交通;应急管理引言

随着社会经济不断发展和科技的日新月异，以及中国城市化建设的日臻完善，城市交通问题在人们的生产生活中日益突出，交通拥堵、事故频发，城市交通的指挥和监管越来越受到人们的重视。特别是本次新冠肺炎疫情爆发后，大量交管人员投入到抗疫防卫工作中，使得交通应急管理缺口突出，且由于病毒极强的传染性使得一些城市交通问题处理变得困难。在此期间，无人机工作的身影闪烁其中，消毒防护、交通指挥、隔空喊话劝导等，为防疫战增添了一抹不同的底色。特别是近几年无人机技术发展突飞猛进，其运行成本低、人员伤亡风险小、机动性能好、可超视距飞行等特点，使无人机在相关领域获得了应用，如航拍、高压线巡查、地质勘探、抢险救灾、农药喷洒、商业表演等。随着城市交通问题的日益突出，无人机在城市交通管理中的应用变得越来越迫切。

然而，传统无人机一般通过遥控系统进行控制，无人机与遥控器之间的数据传输采用蓝牙或Wi-Fi，由于发射功率的限制，只能在不超过500m的视距范围进行数据传输，且传输图像分辨率不高，信号抗干扰能力差，极大地限制了无人机在行业上更广泛的应用。5G的高带宽、低时延、高可靠性等能为无人机的通信提供便利，弥补其在图传、大数据回传及算力上的不足。無人机与5G技术的相互融合已成为未来无人机技术发展的重要趋势。

结合5G及其相关技术（定位、避障技术等）的5G无人机，搭载各类设备将完成城市交通应急管理任务，提高交通应急管理响应速度，提升城市交通管理水平，5G无人机将促进未来交通朝向智能化、立体化发展。

1. 5G无人机及其系统搭建

1.1 5G无人机技术特点

基于无人机定位、避障、路面规划等方面的优化，5G无人机将具备超大带宽、超低时延、高定位精度、超高飞行安全的特点，与传统无人机相比，5G无人机将具备智能化、高速化的特征。在5G无人机优质作业的特性下，结合现有科技产品服务于城市交通， 5G无人机可在城市交通管理、交通疏导、交通事故处理、交通环境监控等方面发挥重要作用，如在上下班高峰、突发交通事故、突发公共事件等应急场景发挥快速响应能力，确保城市交通管理平稳有序，提升城市交通管理与服务水平。

1.2 5G无人机系统搭建

无人机的价值在于形成空中平台，结合其他部件或载荷扩展应用，替代人类完成空中作业。5G 技术拓展了无人机低空覆盖范围，为无人机行业应用提供了大带宽、高可靠、低时延的无线通信能力，助力其在交通管理上的应用。现结合5G通信技术、无人机平台以及载荷设备搭建应用在城市交通管理方面的5G无人机系统。5G无人机系统由5G通信系统、无人机平台、载荷、控制系统等组成。随着5G模块的成熟，无人机将直接搭载5G模块，无需再通过地面站与后台进行数据交互，可直接与距其最近的 5G基站通信，同时通过部署在基站侧的边缘云平台，在无线侧便可完成视频、图片数据的本地化处理，缩短业务端到端流程。通过5G无人机搭载高清摄像机、GPS导航定位模块、雷达避障模块、喊话器等多种类型载荷，实现超高清视频、飞行参数数据的实时回传，并可基于多类型挂载，对交通现场情况进行及时高效处理。5G无人机可结合4K超清相机，进行多维度超高清拍摄，能在巡航过程中及时发现道路违法情况，对违法停车、违法占用应急车道、违法变道等行为进行4K超高清拍照取证;同时，5G无人机还可在交通事故发生时及时有效传输现场图片和数据;集成了远程喊话功能的5G无人机，还可以对现场车辆进行疏导和警告。5G无人机的广泛使用无疑将大幅节省警力，缩短出警时间，高效完成交通管理工作。5G无人机系统如图1所示。

2.5G无人机应用

2.1 5G无人机在城市交通管理中的应用

在已经搭建好的5G无人机平台上进行模拟和演示实验，测试5G无人机在城市交通管理中的应用效果。当某个路段出现交通状况时，5G无人机从指挥中心起飞，可以通过测量无人机到达现场的时间和边缘计算评估整个过程中数据传输的流畅度，判断5G无人机相对于原方案在完成指定工作任务上是否拥有效率上的提升。

5G无人机摄像头为无人机系统提供一双“天空之眼”，在交通应急管理的各过程中均需要摄像头提供广阔的视野。无人机通过4K高清摄像头图传，可模拟实时监控路段的车流量以及进行主干道的巡查工作，发现存在的安全隐患。相比人力道路巡查，5G无人机的巡查面更广，响应速度更快。利用无人机搭载喊话器可模拟对违规车辆和人员进行提醒和警告。还通过搭载的人脸识别、车牌识别技术模块记录违反交通法规的车辆或行人信息并回传到指挥中心。在特殊情况如疫情期间，5G无人机还可通过搭载红外热成像仪对道路上进行体温监控，确保人员安全。发现体温异常个体时，可通过喊话器远程交流，提醒其做检测或就医，减少人员接触。搭载防暴网枪的无人机还能承担对交通道路上的犯罪嫌疑人的跟踪监控及逮捕工作。5G无人机在城市交通管理中的应用如图2所示。

2.2 5G无人机在城市交通疏导中的应用

5G无人机可以在拥堵路段实时观测道路情况，通过5G网络的大带宽特性，将拥堵路段上的固定摄像机、移动布控球等终端设备所采集的实时监控视频数据高速率、低时延地传输至指挥中心，通过AI视频监控分析软件对监控视频数据进行分析，测算拥堵时间并根据路况实时操控红绿灯，缓解道路拥堵。指挥中心可以通过测算将道路拥堵状况分享到网络，这样驾驶人员就能实时了解到道路情况。

模拟一拥堵十字路口，交通管理中心发现某路段车辆停滞不前疑似拥堵，迅速向正在巡航的5G无人机发出指令，5G无人机立即调取道路信息发现某路段出现严重交通堵塞，于是以最快飞行速度安全赶赴现场。传统加密Wi-Fi或 4G网络控制的无人机，飞行范围无法超过1公里，网络质量难以满足高可靠飞行且信号易被干扰。而5G无人机飞行半径超过5公里，定位精度可达1米，利用5G大带宽能力，通过搭载4K高清摄像机从空中视角补充地面监控，实现最大程度扩展监控范围，减少监控死角。随后根据沿途堵塞情况、固定摄像头、移动布控球的监控分析和GPS精确计算出缓解拥堵所需时长。在十字路悬停指挥交通，根据数据对比和分析，无人机AI智能控制红绿灯，这样就能最优化处理交通拥堵。相比卫星对道路状况的测算，无人机测算能力更精确。5G无人机在城市交通疏导中的场景应用如图3所示。

2.3 5G无人机在城市交通事故处理中的应用

交通事故发生时，交警在出警途中难免遇到交通堵塞等问题造成到达时间难以确定。若遇特殊情况，事故现场按规定时间须撤离，那么就很难对现场进行取证判责。利用5G无人机进行事故处理就能解决特殊因素带来的一系列影響。在各交警支队配备一定数量的5G无人机以便交警在出勤时携带，在遇到突发交通事故时，可派5G无人机利用自身米级GPS定位系统准确定位事故现场并径直飞行到达，利用搭载的360°全景相机，对事故现场及周边路况进行实时视频数据传输，拍照取证（车牌识别可识别车牌号）。若事故状况良好可搭载喊话器进行交通疏导，让事故车辆撤离现场并做好数据记录;若情况严重，则等待交警到达做进一步处理。模拟在晚高峰交通堵塞时发生一起交通事故，若最近的支队警力出动，因堵塞影响，到达所需时间较长。若动用5G无人机，径直飞行到达现场的距离更短，完成一系列取证工作更短，还能多维拍摄现场。5G无人机作业响应速度快，能大幅度节省警力，提高交管行业的工作效率。5G无人机在处理交通事故中的应用如图4所示。

3.结束语

现阶段单纯基于5G的无人机实用性不大，因此可以兼顾5G的高数据传输速率和4G的高覆盖率进行选择。目前无人机在续航能力上仍有进步空间，避障技术还有漫长路要走。但随着5G技术的普及，5G基站的不断建设，北斗定位系统、避障系统的升级，无人机在飞行安全性、响应速度、图传、算力等方面将有巨大提升，5G无人机在各个方面的应用优势将不断体现。未来城市交通的智能化管理离不开无人机平台，5G无人机的发展将提高城市交通在应急管理方面的响应能力，促使未来交通朝向智能化、立体化发展。

参考文献

[1]熊杰.基于5G的无人机在防疫方面的应用[J].信息通信，2020（09）：197-199.

[2]陈晓婷，程丽红，王佳鑫，王天韪，康志林.基于5G网络的无人机信息传输[J].电子制作，2020（18）：10-11+5.

[3]杜斌.5G助力无人机应用发展[J].信息通信技术与政策，2019（11）：8-11.

[4]宋晶.基于无人机城市服务的应用研究[J].现代制造技术与装备，2019（03）：210-211.

作者简介：许晓宁（1999.10-），男，安徽黄山人，重庆市江津区重庆交通大学飞行器动力工程专业，本科生。

余水（1997.03-），男，重庆云阳人，重庆市江津区重庆交通大学飞行器动力工程专业，本科生。

王超龙（1999.11-），男，重庆云阳人，重庆市江津区重庆交通大学飞行器动力工程专业，本科生。

吴荀（2002.01-），女，江苏南通人，重庆市江津区重庆交通大学飞行器制造工程专业，本科生。

王浩 （2001.02-），男，江苏淮安人，重庆市江津区重庆交通大学飞行器制造工程专业，本科生。

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