王小磊：工程師，土木工程學(xué)會(huì)城市公共交通分會(huì)智庫(kù)，曾經(jīng)任重慶市公共交通控股（集團(tuán)）有限公司電車公司總工程師、BRT公司書(shū)記兼副總經(jīng)理、公交維修公司總經(jīng)理、恒通客車顧問(wèn)、吉爾吉斯斯坦共和國(guó)史德洲（Шыдыр Жол Кей Джи）有限責(zé)任公司總機(jī)械師等。王小磊先生是實(shí)現(xiàn)公交筆碳的參與者。
“北斗+5G”在公交的應(yīng)用前景
王小磊
前言
2024年7月12日工業(yè)和信息化部辦公廳發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展工業(yè)和信息化領(lǐng)域北斗規(guī)模應(yīng)用試點(diǎn)城市遴選的通知》（以下簡(jiǎn)稱：《通知》）指出，此項(xiàng)工作“對(duì)于推進(jìn)新型工業(yè)化、培育新質(zhì)生產(chǎn)力，推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。”。鑒于《通知》為公交行業(yè)帶來(lái)的機(jī)遇，以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航和5G通信對(duì)智能公交系統(tǒng)升級(jí)、提速的重要性，作者在學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，就“北斗+5G”對(duì)公交智能化的應(yīng)用前景為題作如下討論。
1. “北斗+5G”=天地融合
1.1 北斗簡(jiǎn)介
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱北斗系統(tǒng)）是中自主建設(shè)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的重要時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施。北斗系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
i.抗遮擋能力強(qiáng)
北斗系統(tǒng)空間段采用三種軌道衛(wèi)星組成的混合星座，與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力強(qiáng)，尤其低緯度地區(qū)性能優(yōu)勢(shì)更為明顯。
ii.服務(wù)精度高
北斗系統(tǒng)提供多個(gè)頻點(diǎn)的導(dǎo)航信號(hào)，能夠通過(guò)多頻信號(hào)組合使用等方式提高服務(wù)精度。
iii.多種服務(wù)能力
北斗系統(tǒng)創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信能力，具備定位導(dǎo)航授時(shí)、星基增強(qiáng)、地基增強(qiáng)、精密單點(diǎn)定位、短報(bào)文通信和國(guó)際搜救等多種服務(wù)能力。
1.2 5G的新通信功能
5G技術(shù)的商用已接近5年，其間一直在不斷完善。特別是2022年6月9日在匈牙利布達(dá)佩斯，通信標(biāo)準(zhǔn)組織（3GPP）第96次全會(huì)宣布，備受矚目的3GPP 5G Release 17（即：R17）標(biāo)準(zhǔn)被正式凍結(jié)，標(biāo)志著5G通信將進(jìn)入一個(gè)新的高度。早在發(fā)展初期，5G就已經(jīng)從單純的上下行速度提升，轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)展的策略，幾年之后R17的加持，標(biāo)志著5G的階段演進(jìn)已經(jīng)全部完成，5G技術(shù)將邁入嶄新的第二階段—5.5G時(shí)代。在接下來(lái)的幾年，5G的三大革命性功能（eMBB超級(jí)移動(dòng)寬帶、uRLLC超可靠低時(shí)延和eMMTC超密度海量）將能夠真正實(shí)現(xiàn)。5G不再局限于提升網(wǎng)絡(luò)速率，設(shè)備將更、終端之間的直接通信會(huì)更容易，衛(wèi)星通信能力也會(huì)提升。在R17的加持下，5G的新通信功能將會(huì)對(duì)公交智能化系統(tǒng)的功能進(jìn)行升級(jí)換代：
i. 定位
利用5G高速度和大容量的特點(diǎn)，可以穩(wěn)定傳輸衛(wèi)星地基增強(qiáng)時(shí)空位置修正信號(hào)，使得衛(wèi)星的時(shí)空精度更高。再加上移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)覆蓋能力，高精度定位服務(wù)可以覆蓋到人類和機(jī)械所涉及的所有空間。通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)的通信信號(hào)替代衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位導(dǎo)航，可以將定位服務(wù)從室外擴(kuò)展到室內(nèi)，兩者的信號(hào)覆蓋互為補(bǔ)充，大大提高了定位的能力和精度。
ii.直連通信
在R17之前的R16階段，通過(guò)擴(kuò)展的傳感器的協(xié)作通信，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)V2V的數(shù)據(jù)交換，即車-車之間的直連通信功能。直連通信的意思是，終端之間沒(méi)有通過(guò)基站進(jìn)行的通信。直連通訊和對(duì)講機(jī)有相似之處，但更加。對(duì)講機(jī)需要按一下才能講，但在直連通信下，雙方可以同時(shí)交流。把兩個(gè)通信終端調(diào)到一個(gè)頻道上就可以通信；而且直連通信更靈活，既可以通過(guò)基站來(lái)建立連接，也可以由兩個(gè)支持直連通信的終端互相找到對(duì)方然后進(jìn)行連接，直連通信將催生城市公交行業(yè)數(shù)字化的一系列變革性應(yīng)用。
iii.無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)
無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)（Passive IoT）指的是一類傳感器或標(biāo)簽，它們無(wú)需電源或電池支撐就能夠正常工作，并通過(guò)外部激勵(lì)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳輸。這些標(biāo)記可以吸收來(lái)自基站或讀寫器發(fā)出的如超高頻、高頻或低頻RFID信號(hào)，并使用此信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理以響應(yīng)請(qǐng)求或發(fā)送回信息，通常用于無(wú)線識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。相對(duì)于傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)更加容易在狹小空間中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和耐久性有保障。5.5G無(wú)源物聯(lián)技術(shù)是在蜂窩通信基站上內(nèi)生出物聯(lián)能力，具有低成本、免維護(hù)、廣適用、綠色低碳等優(yōu)勢(shì)。
1.3 “天地融合”
既然天上的北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)都具有了較好的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，理論上已存在雙網(wǎng)融合使用的可行性。5G和北斗具有融網(wǎng)絡(luò)、融科技、融技術(shù)、融終端、融應(yīng)用的天然優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，北斗可以構(gòu)建高精度、高可靠、高安全的新一代信息時(shí)空技術(shù)體系，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)都離不開(kāi)北斗，也離不開(kāi)5G。兩者在融合的同時(shí)，也將相互賦能。5G是智能化時(shí)代的基礎(chǔ)設(shè)施，其“極高速率、極大容量、極低時(shí)延”的特征，可為滿足未來(lái)數(shù)字孿生、智能制造、自動(dòng)駕駛等應(yīng)用需求提供基礎(chǔ)支撐。
2. “北斗+5G”在公交的應(yīng)用前景
北斗系統(tǒng)本身是重要的時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施，提供高精度的位置和時(shí)間信息，“北斗+5G”具有融網(wǎng)絡(luò)、融科技、融技術(shù)、融終端、融應(yīng)用的天然優(yōu)勢(shì)。基于采集運(yùn)營(yíng)公交車的數(shù)據(jù)的智能公交平臺(tái)，其數(shù)據(jù)本身就來(lái)自“衛(wèi)星+通信”系統(tǒng)，當(dāng)智能公交平臺(tái)與 “北斗+5G”融合，形成“北斗+5G+公交” 系統(tǒng)，不但會(huì)提升數(shù)據(jù)的傳輸速率和可靠度，還會(huì)使公共交通的數(shù)據(jù)采集與運(yùn)營(yíng)監(jiān)控路徑更簡(jiǎn)捷、系統(tǒng)更。
2.1 “北斗+5G+公交”i.安全管理
在某些沒(méi)有衛(wèi)星信號(hào)的區(qū)域，但是卻有通信信號(hào)。利用‘天地融合’的思路，能夠解決此類場(chǎng)景下衛(wèi)星信號(hào)缺失的問(wèn)題，同樣可以實(shí)現(xiàn)高精度定位（已經(jīng)有城市實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離地下通道的導(dǎo)航）。對(duì)無(wú)衛(wèi)星信號(hào)區(qū)域行駛公交車的運(yùn)營(yíng)管理而言，可以輕松的實(shí)現(xiàn)行駛在該區(qū)域公交車數(shù)據(jù)的連續(xù)性，進(jìn)而提高在隧道、立交橋、停車場(chǎng)等安全管理的區(qū)域的管理效率，降低事故發(fā)生頻率。
ii.運(yùn)營(yíng)秩序監(jiān)控
直連通信適合距離比較近的應(yīng)用場(chǎng)景，因?yàn)樗鼈鬏數(shù)姆秶邢?，基本是幾百米之?nèi)的比較小范圍，具體工作范圍和是否是視距傳輸（Line of Sight）以及具體傳播環(huán)境有關(guān)，其特點(diǎn)是：衰減小、速率高。根據(jù)城市中兩相鄰公交車站距離基本在500~800米之間的特點(diǎn)，利用直連通信的功能，來(lái)解決道路擁堵?tīng)顟B(tài)下解決公交車“成串”的列車化問(wèn)題，要比以往的方法更便捷、效率更高。
iii.維修材料管理
由于一枚超高頻RFID標(biāo)簽的零售價(jià)在幾元左右，大批量采購(gòu)僅需幾毛錢，成本可以說(shuō)非常低廉，通過(guò)5.5G無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋可以識(shí)別區(qū)域內(nèi)的超高頻RFID標(biāo)簽，而且RFID標(biāo)簽可以以不帶電源、電池，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)去識(shí)別終端位置，具備低成本、零功耗、易部署的優(yōu)勢(shì)。可以通過(guò)搭載無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)維修材料的“進(jìn)、銷、存”管理，以及對(duì)物資（如：輪胎、動(dòng)力電池等）的壽命周期管理。
2.2 “北斗+5G+公交+X”
在“北斗+5G+公交”的基礎(chǔ)上，以城市出行生態(tài)圈為背景，在分析出行需求、出行規(guī)律、客觀條件和各種交通制式的優(yōu)缺點(diǎn)的前提下，發(fā)揮公交企業(yè)具有豐富在出行服務(wù)經(jīng)驗(yàn)的專長(zhǎng)，以提供安全、、便捷的服務(wù)為目標(biāo)，通過(guò)構(gòu)建“北斗+5G+公交+X” 的智能公交服務(wù)體系，將公交運(yùn)營(yíng)與城市交通出行生態(tài)圈內(nèi)的其它交通方式進(jìn)行數(shù)字融合，以“北斗+5G+公交+X”的方式組建新型城市一體化的智慧公共交通系統(tǒng)。用數(shù)字化的融合創(chuàng)新，來(lái)擴(kuò)大公交服務(wù)的覆蓋范圍，將可能成為扭轉(zhuǎn)公交客運(yùn)量下滑局面的重要舉措。
3. 結(jié)語(yǔ)
《通知》強(qiáng)調(diào)“在各行各業(yè)培育形成一批“北斗+”融合創(chuàng)新應(yīng)用。引導(dǎo)企業(yè)開(kāi)展北斗與5G、高分遙感、慣性導(dǎo)航、高精度視覺(jué)、短距互聯(lián)、超寬帶（UWB）定位、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)融合”。本文所述只是?管中窺豹，意圖借此拋磚引玉開(kāi)拓思路，以此為契機(jī)來(lái)促進(jìn)公交行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)。隨著5G通信和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，“北斗+5G”的技術(shù)趨于成熟，公交企業(yè)應(yīng)借此作為推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的良機(jī)，挖掘“北斗+5G+公交”的應(yīng)用新場(chǎng)景，使“北斗+?5G”的技術(shù)將在城市公共交通更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，為公交的可持續(xù)發(fā)展注入新的動(dòng)力。
本文轉(zhuǎn)自公共交通資訊
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