基于专利的5G网络技术下的无人驾驶关键技术分析
王继梅
【摘要】 ? ?5G网络具有超高带宽、低延迟、大容量的特点，5G网络技术的发展改善了智能驾驶中环境感知，智能避障，路径规划等技术在实际运用中的信息交互效率，提高了无人驾驶中信息处理的及时性。本文将涉及5G网络技术下的无人驾驶中的关键技术的专利申请作为研究对象，基于专利数据库进行专利检索并进行专利数据分析，提取了5G网络环境下无人驾驶中一些关键技术进行分析，预测无人驾驶在我国的发展趋势以期进一步促进无人驾驶技术的发展。
【关键词】 ? ?无人驾驶 ? ?5G ? ?感知 ? ?传感器 ? ?智能避障 ? ?路径规划
引言：
在我国，随着汽车保有量以及汽车产量的持续增加，城市公路呈现出越来越拥堵的趋势并且已经严重影响到了居民的出行感受。随着车联网技术的发展，越来越多的自动控制技术被运用到汽车上。智能联网汽车被认为是产业的发展方向，其对提高交通效率，改善司乘出行感受具有重要意义。2018年以来，工信部陆续发布了多个推动智能联网车汽车发展的政策性文件，2020年3月9日工信部发布了《汽车自动驾驶自动化分级》推荐性国家标准报批公式并在2021年1月1日起实施，这意味着自动驾驶技术将走向实际的应用，在上述政策的指引下将会进一步助力自动驾驶技术中关键技术的发展。
2021年我国将实现5G网络的大规模商用，5G网络将实现人和人、人和物、物和物之间的泛在互联，5G具有超高带宽、低延迟、大容量的特点，5G时代的到来将会大大提高了传输数据的速度，会给我们的生活带来更多的便利。5G网络的高速率和低时延对于自动驾驶车辆在复杂的交通环境中及时的感知危险环境并且实时接收和执行控制指令十分重要。5G网络能进一步增强复杂的交通道路环境下传感器设备与自动驾驶车辆之间的交互效率，提高复杂交通道路环境下的自动驾驶车辆的事件处置能力。
随着5G网络技术的发展和无人驾驶发展的需求，出现了一大批无人驾驶相关的专利申请，各个企业也在该领域进行专利布局以期提升自身的竞争实力并在未来获取更大的市场份额。
一、5G网络技术的特点
5G网络具有增强移动宽带eMBB、海量机器类通信mMTC和超可靠低时延通信URLLC三大特点。其中URLLC 典型应用于工业控制、无人机控制、智能驾驶控制等可靠性要求比较高，对时延又极其敏感的业务。5G网络在容量方面可以实现比4G网络单位面积移动数据流量增长1000倍，在传输速率方面，5G网络的单用户数据传输速率也提升了10到1000倍，峰值传输速率也达到了4G网络的100倍，5G网络的端到端时延进一步缩短了5倍，在可接入性方面，可接入的网络设备数量也增加了10到100倍[1]。
凭借5G网络增强带宽、海量连接、低时延的优势，可以使得无人驾驶车辆与数据处理核心实现数据同步，无人驾驶车辆通过传感器将本地采集到的环境数据和定位数据上报给车内的中央处理单元，中央处理单元将高精度地图、实时环境数据及路况信息等数据发给无人驾驶车辆的智能驾驶仪[2]，通过5G网络实现了驾驶指令的急送即达，为无人驾驶车辆在特殊场景的路径规划提供了新的工具。
二、5G网络下的无人驾驶关键技术
本文将涉及5G网络技术下的无人驾驶中的关键技术的专利申请作为研究对象，基于专利数据库进行专利检索并进行专利数据分析，提取了5G网络环境下无人驾驶中一些关键技术进行分析如下。
2.1 5G 环境下无人驾驶中的关键技术
2.1.1 环境感知
无人驾驶车辆中的感知系统由超声波雷达处理单元以及视觉感知处理单元组成，超声波雷达处理单元由多个超声波雷达及雷达控制器组成，通过超声波雷达采集车辆与障碍物之间的距离信息，并在处理之后将该距离信息发送给路径规划决策单元用于路径规划以躲避障碍物。视觉感知处理单元由多个高清广角摄像头以及视觉处理控制器组成，高清广角摄像头采集自动驾驶车辆周围的全景图像发送给视觉处理控制器处理，在无人驾驶车辆中的感知系统安装5G通信模块，将其接入5G通信网络，5G网络带宽比4G网络提升了百倍，可以有效降低无人驾驶车辆感知系统中传感器本身数据计算和处理的要求，处理后的图像信息通过5G网络发送给远程控制云平台来实现无人驾驶车辆的远程驾驶控制，通过5G网络发送采集的环境信息，能够实现对环境信息的高速和及时的处理，从而提供更精确的远程控制。
2.1.2 智能避障
沿道路的各个路段铺设多个5G基站，5G基站能够为无人驾驶车辆提供更加精确的定位，同时5G网络也保障了障碍物信息上报和反馈的实时性。无人驾驶车辆通过感知系统中各个传感器的协同感知判断行驶路径中障碍物的位置、大小以及与车辆的距离信息，通过5G网络的精准定位以及远程控制云平台的控制算法完成高精度的自主避障，感知系统将感知的障碍物信息和路径轨迹信息上传至远端控制云平台，云平台记录新的路径更新轨迹从而为下一次的路径规划提供依据。另外，通过5G网络技术也可以使得车辆之间保持安全的行驶距离，5G基站将车辆的实时速度信息，车辆头部和尾部的位置信息实时的传输给远端控制云平台，从而使得无人驾驶车辆根据远端云平台传输的信息判断本车与前车之间的安全间距。
2.1.3 路径规划决策
5G网络用于传递无人驾驶车辆向远端控制云平台请求的路径规划方案、无人驾驶车辆同时将自身的位置信息以及目的地信息也通过5G网络发送给远端控制云平台，远端控制云平台通过计算得出路径规划方案之后通过5G网络下达给无人驾驶车辆。在无人驾驶车辆根据规划路径进行驾驶的过程中，无人驾驶车辆的感知系统实时进行协同感知，并通过远端控制云平台实时的通过5G网络更新路径规划方案。
2.2 5G网络下无人驾驶关键技术相关专利申请量以及专利布局情况分析
随着5G的发展以及自动驾驶应用的需求，全球各大公司都在进行专利布局，近几年出现了大批相关的专利申请，图1示出了5G网络下自动驾驶相关专利申请量的变化趋势图，从该图显示数据来看，专利申请量增长出现了2016年，在2019年前后出现高峰，这也正契合了5G网络发展的进程。图2为专利申请地域分布情况，从专利地域布局来看，主要专利集中分布在中国，美国，欧洲，韩国和日本，专利申请量占比达到了总专利申请量的80%以上，我国在该领域的专利申请量占据优势地位，分析主要原因是因为我国汽车保有量巨大，在我国城市巨大的车辆非常容易造成交通拥堵，我国非常重视无人驾驶技术的发展以期解决中国城市的交通难题。
在未来为了解决我国交通城市痼疾，会进一步促进无人驾驶技术的发展，随着5G网络技术的发展，道路设施的更加完善，5G网络技术与车联网的结合会更加紧密，无人驾驶数据以及控制指令的传输时延会进一步降低，汽车行驶的灵敏性也会进一步提高，预测在未来中国的自动驾驶市场会具有巨大的潜在消费市场。
三、结束语
5G是目前移动通信技术发展的最高峰，其能够针对不同的需求灵活动态的分配资源，因此，能够为垂直行业提供定制化的网络服务。无人驾驶将是未来产业的发展方向。5G网络技术能使自动驾驶车辆在复杂的交通环境中更加及时的感知危险并且改善接收和执行控制指令的及时性。随着5G网络技术和无人驾驶技术的持续发展，将会进一步提高复杂交通道路环境下的自动驾驶车辆的事件處置能力，从而缓解交通拥堵、减少交通管理压力，改善人们的生活品质。
参 ?考 ?文 ?献
[1] IMT-2000（5G）推进组，5G无人机应用白皮书，2018，09
[2] 张骥等，5G 背景下无人驾驶车辆关键技术在疫情环境中的应用研究[J]， 信息通信技术与政策. 2020，（05）
