基于5G、物联网的新一代智能交通路口研究与设计

2022-03-02陈奕钊

数字通信世界 2022年1期

陈奕钊

（中国电子科技集团公司第三十四研究所，广西桂林 541004）

1 5G物联网运用在新一代智能交通路口的必要性

1.1 提升交通数据的采集效率

数据是智能化交通开展之“根”。为了辅助智能设备做出正确的判断，相关人员需要搜集道路上的各种数据，为此，他们就需要安装相应的检测设备，进行相应交通数据的采集、上传等。通过运用5G网络技术，相关人员能可在短时间内获得更为全面和精准的数据，方便适时监控交通状况，并进行针对性的道路管理。

1.2 增强交通运营管理的有效性

可运用5G网络技术大容量、低延时等优势，进行相应交通运输数据的搜集、整理、加工，针对可能出现的各种交通状况进行预判，从而最大限度地制定实效性的交通管理策略，减少一些不必要交通问题的发生，达到提升交通服务水平的目的[1]。在实际运用方面，笔者从如下角度入手：

（1）构建精准性的交通管理模式。重点从硬件设施的构建以及交通数据的运用两方面入手。在硬件设施的构建方面，交通管理部门通过构建相应的5G物联网硬件，将各种电子交通设施进行连接。同时，交通管理部门可根据搜集的相应信息，准确制定交通管理策略。比如，通过高清视频发现不远处有汽车追尾事故，可结合相应的事故发生位置适时调整红绿灯的时间，保证整体车流量的通畅，真正构建具有精准性的交通管理模式。

（2）构建良好的慢行环境。为了保证老弱病残孕这些行人的安全，交通管理部门可利用智能交通路口技术构建良好的慢行环境。比如，通过路口AI高清智能摄像机、后台AI图像识别技术、大数据分析，检测到该类重点保护对象时，触发路口的人工智能设备装置向机动车发出告警，或通过云处理交通控制中心向常用导航APP推送数据，提醒司机和行人注意上述群体。

（3）构建优质的交通提示服务。重点从公交车驾驶员以及行人两个角度构建：公交车驾驶员可根据云处理交通控制中心所推送的前方路口交通状况信息，了解前方的道路状况，提升公交运营的质量；行人通过手机软件了解各个交通路段的状况，选择合适的路段，避免交通拥挤。

（4）有效运用公共交通资源。城市公交运营部门结合云处理交通控制中心的云计算数据，适时地调整公共交通工具的运行速度和等待时间，从而最大限度地运用公共交通资源。

2 5G时代的物联网通信技术

2.1 智能化技术

智能化技术包括5G信息技术、物联网技术以及云计算技术。在智能技术系统中，5G信息技术相当于一个“高速信息公路”，物联网技术相当于“触角”，云计算技术相当于“大脑”，三者彼此配合完成相应的工作。“高速信息公路”不仅可以传输数据，而且还能提升数据传送的效率；“触角”的作用是构建各个电子设备的连接；“大脑”的作用是综合处理5G信息数据以及物联网承载的各种数据。技术人员通过构建三种“智能技术”的连接，构建具有衔接性的模式，实现信息的搜集、整理、分析、再次传输的功能。

2.2 5G及物联网融合技术

目前，5G及物联网融合的关键技术主要有无线技术和网络技术：无线技术包括MIMO技术、超高密度组网技术、高级调制编码技术、多址接入技术；网络网络技术则主要包含网络切片技术、网络功能重构技术以及移动边缘计算机技术。在新一代智能交通路口布置的各种智能终端将采集到大量的数据，需依托边缘技术才能降低各种智能终端对5G传送网络带宽的需求，才能满足路口交通数据低延时要求，进而确保路口交通安全。

3 现阶段智能交通路口的定义及发展概况

3.1 智能交通路口的定义

智能交通路口是物联网高度发展的产物，其涉及多种信息技术，比如计算机技术、传感器技术、通信技术等。此外，它还具有较强的系统性，需要将上述技术集成，构建高度集成性、智能化的运输管理系统，实现交通信息真正达到合理利用交通道路，提升车辆运用效率，减少交通事故的作用。值得注意的是，智能交通路口构建主要是为了解决十字路口中人流、车流量大的问题。

3.2 现阶段智能交通路口的使用现状

在我国，西安市是第一批引入智能红绿灯的城市，旨在优化交通资源的配置。智能红绿灯的工作原理是：首先，摄像头采集各个道路方向的车流信息；其次，服务器接收车流信息；最后，控制中心对车流信息进行分析，合理设置红绿灯的放行时间，最终达到提升交通资源利用效率的目的。但是，这种智能红绿灯只是具备上述功能，并不能进行优化交通线路、有效进行安全提醒以及进行交通预警等。5G网络技术的运用为进一步实现智能交通路口的升级，并为达到上述功能提供技术支持。

4 新一代智能交通路口组成及功用

4.1 智能交通路口的组成

智能交通路口由前端的各种信息采集和显示装置、基于边缘计算的智能IoT终端、基于控制中心的交通控制和信息发布系统等三部分组成，通过APP或B/S方式向行人用户的手持终端、车辆用户的车载终端、交通指挥控制中心提供低延时、高可靠的服务。如图1所示。

图1 智能交通路口

4.2 智能交通路口的功用

4.2.1 控制系统

①5G通信基站：完成车辆终端、形成终端以及控制系统三者的互联，实现信息地高效传输；②信号灯：控制绿灯的放行时间，达到提升车辆、人流的通过效率，降低汽车尾气排量的双重目的；③传感器：主要用于抓取人流、车流量信息，记录人、车的违章行为；④智能IoT终端提供前端系统的控制、通信、指挥处理；⑤控制中心：用于各种信息的处理，比如交通路线、车辆速度、位置以及数量等，并将这些加工的信息转化成指令，通过执行器件实现车辆行人安全、高速通过路口的目的。如图2所示。

图2 EC-loT实现路口局域信息协同，路网实时调优

4.2.2 行人用户的手持终端

行人用户的手持终端主要是指手机，此种手机需要安装相应的智能操作系统，比如安卓系统、谷歌系统等，并具有5G网络信息传输以及定位功能。

4.2.3 车辆用户的车载终端

车辆用户的车载终端装智能操作系统，比如，特斯拉、阿里巴巴以及谷歌智能系统、华为鸿蒙OS系统，通过云平台开放接口可及时获取智能交通路口信息，作为自动驾驶L3、L4的辅佐。

5 新一代智能交通路口的开发

5.1 调节车流、人流的功能

要想进行有效地车流、人流调节，设计者需要从人车流信息的采集以及处理两个方面思考。在信息采集方面，设计者运用摄像头以及5G信号基站搜集路况信息。值得注意的是，摄像头采集路况信息的优势在于弥补5G信息基站不能搜集一些非智能端用户的缺陷。两者相互配合，可更为全面地搜集人流、车流信息。

在人流、车流信息的处理方面，设计者运用控制中心进行人、车流量信息的处理，根据实际的交通状况，灵活调整红绿灯的开放时间。比如，针对某方向路段车、人流量大的状况，控制中心可以向红绿灯传输延长绿灯放行时间的信号，提升此方向路段的人、车通行效率。

5.2 及时进行危险预警

及时进行危险预警的目的是减少交通事故损失的扩大化。由于交通路口的人车密度较大，导致在发生事故后，相应的行人以及驾驶者不能及时对交通事故进行避让，引起二次性、连续性交通事故。

具体的危险预警原理是：控制中心通过摄像头、物理网（IoT）交通智能终端以及5G信息基站采集的事故信息（速度变化、车辆位置以及车辆有可能发生的撞击信息），将这些信息传递给驾驶者的车载终端，以及行人终端，使其了解前方路段的交通事故状况，及时避让，减少交通事故损失的扩大化。

5.3 优化人们的出行路线

控制中心系统根据智能物理网IoT交通智能终端、5G信息基站中的数据，了解各个路段中的人车流通状况，并将这些信息通过5G信息基站再次传递到手机终端或汽车终端，让人们了解前方路况信息，进行相应路线的选择。与此同时，云端计算系统可通过后台海量计算形成并推荐更为便捷的路线，合理利用道路资源。

5.4 及时进行安全提醒

安全提醒功能的实现基于抓拍高清摄像头的周界联动功能：比如行人抓拍摄像头实时采集分析路口行人是否越线；机动车抓拍摄像头和地感线圈联动实时采集机动车是否越线。另外是传送信息。控制中心搜集上述信息，并将其通过5G信息基站传递给行人终端以及车辆终端，进行安全提醒，减轻交通事故的发生概率。

6 制约新一代智能交通路口开发的技术瓶颈

6.1 技术问题

（1）需建立稳定、低时延的5G网络，并部署具有边缘计算能力的物理网（IoT）交通智能终端。在物理网（IoT）交通智能终端融合了3C功能（控制Control、通信Communication、指挥Conduct），对车流采集、人流采集、交通信号指示装置等的管理、分析，与云平台及交通控制中心的通信功能，与路口交通指示装置的控制功能。

（2）检测系统尚未具备人形识别功能。检测系统包括高清摄像机以及视频检测器两部分，用于检测、处理车辆、行人信息，并将这些信息传递给云端数据，实现相应的交通控制。这一块功能提升需要国内摄像IC芯片厂家提供高性能视频编解码SoC和图像信号处理器芯片，以及基于这些芯片的优化软件算法，进行人形识别功能的嵌入，更为准确地进行人流、车流量的识别与监控。

（3）构建高效的控制中心平台。控制中心平台是指云计算，是现在最为常见的一种分布式计算方式。云计算的工作原理是通过网络“云”，对海量的信息进行处理，并将处理的结果传递给用户。假如交通路段位于商业街的中心，则在此位置会出现很多的行人和车辆，这些人车信息会同时传输到控制中心。为此，控制中心平台需要构建高效的云计算，处理这些信息，并将最后的处理结果以最快的方式传递给行人、车辆等终端用户，开展相应的交通管理，最终实现优化交通资源配置的状况。