5G通信與公交智能化的發(fā)展綜述

　　公交智能化如今已從可有可無(wú)的示范項(xiàng)目，已成為公交企業(yè)、出行者、相關(guān)管理部門(mén)日常工作不可或缺的“利器”，然而受通信技術(shù)環(huán)境的影響，諸多功能的研發(fā)與應(yīng)用不盡人意。2019被稱(chēng)為5G元年，曾經(jīng)因通信環(huán)境限制的公交智能化，將迎來(lái)的發(fā)展機(jī)遇。

　　現(xiàn)狀

　　城市公共交通系統(tǒng)在向出行者提供服務(wù)的過(guò)程中，因“人、車(chē)、路”等因素變化的影響所提供的服務(wù)，導(dǎo)致出行者不能按計(jì)劃達(dá)到目的地。在如今倡導(dǎo)綠色出行、提升公交服務(wù)質(zhì)量的背景下，對(duì)出行質(zhì)量的需求在不斷增加，這些非公交企業(yè)所為的、以前看似“不可抗逆”因素，對(duì)出行產(chǎn)生的影響，已經(jīng)越來(lái)越不為出行者所接受。長(zhǎng)期以來(lái)，雖然公交企業(yè)的經(jīng)營(yíng)者為提高服務(wù)質(zhì)量做出過(guò)許多努力，作為現(xiàn)代公交管理不可或缺的公交智能管理系統(tǒng)的功能也有大幅度提高。但是隨著城市經(jīng)濟(jì)大環(huán)境的變化，影響公共交通管理的因素也增加了不少。而公交智能管理系統(tǒng)除自身的因素外，其信息的采集、處理的能力受到通信系統(tǒng)技術(shù)的限制，跟不上運(yùn)營(yíng)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)變化，以于不能及時(shí)更新運(yùn)營(yíng)計(jì)劃，導(dǎo)致乘客出行耗時(shí)延長(zhǎng)、舒適度下降等現(xiàn)象，成為公交企業(yè)提高管理水平的一道門(mén)檻和瓶頸。

　　1.1 運(yùn)營(yíng)管理

　　公交運(yùn)營(yíng)中，因?yàn)槎萝?chē)等道路突發(fā)擁堵事件時(shí)有發(fā)生，此時(shí)在同一車(chē)道運(yùn)行的公交車(chē)堵在一起，出現(xiàn)公交車(chē)“列車(chē)長(zhǎng)龍”的現(xiàn)象也成為常態(tài)。為了避免此類(lèi)事件對(duì)運(yùn)營(yíng)的這類(lèi)干擾，需要智能管理系統(tǒng)自動(dòng)提醒駕駛員控制運(yùn)營(yíng)車(chē)速，提前與前車(chē)保持適當(dāng)?shù)木嚯x行駛，以避免公交車(chē)擠在一起“扎堆兒”。這就需要運(yùn)用大數(shù)據(jù)將各車(chē)隊(duì)（運(yùn)營(yíng)線路）的車(chē)輛進(jìn)行統(tǒng)一管理，才能有效、及時(shí)的調(diào)整運(yùn)營(yíng)計(jì)劃。在目前的通信環(huán)境下，要同時(shí)實(shí)施對(duì)上千輛車(chē)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控與運(yùn)營(yíng)計(jì)劃的自動(dòng)調(diào)整，其難度與成本公交企業(yè)基本都不能接受。

　　1.2 無(wú)人駕駛公交車(chē)

　　通過(guò)無(wú)人駕駛公交車(chē)的試運(yùn)行證明，僅靠激光雷達(dá)，是不能要確保城市中無(wú)人駕駛公交車(chē)的安全運(yùn)行的。而目前的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致V2X（vehicle to everything）大規(guī)模應(yīng)用的難度增加，使無(wú)人駕駛公交車(chē)不能融入整個(gè)城市的智能交通系統(tǒng)中，不能使用V2X也成為增加車(chē)輛造價(jià)的因素之一。因此通信技術(shù)的升級(jí)也成為無(wú)人駕駛公交車(chē)大規(guī)模發(fā)展的瓶頸之一。

　　1.3 出行即服務(wù)（MasS）

　　在推廣運(yùn)用出行即服務(wù)（MasS）的過(guò)程中，需要將城市中包括公交車(chē)、軌道交通、輪船、飛機(jī)等所有交通方式與出行者的需求進(jìn)行匹配，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行資源配置優(yōu)化、決策，建立無(wú)縫銜接的、以出行者為核心的交通系統(tǒng)，并使用安全、快捷的移動(dòng)支付新方法，來(lái)提供符合出行者需求的、更為靈活、、經(jīng)濟(jì)的出行服務(wù)。目前的4G LTE通信對(duì)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的速率及帶寬，是滿足不了上述基于數(shù)據(jù)的共享服務(wù)（Sharedservices built on data）的較高要求的。

　　2. 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展及5G

　　1976年美國(guó)摩托羅拉公司的工程師馬丁·庫(kù)珀于將無(wú)線電應(yīng)用于移動(dòng)電話。1978年底，美國(guó)貝爾試驗(yàn)室研制成功移動(dòng)電話系統(tǒng)(Advanced MobilePhone System，AMPS)，1986年，套移動(dòng)通訊系統(tǒng)在美國(guó)芝加哥誕生。發(fā)展今，已經(jīng)有誕生了第五代（5G）通信技術(shù)：

　　1) 1G（語(yǔ)音時(shí)代）：這是指代無(wú)線電話技術(shù)，即移動(dòng)通信。它使用模擬信號(hào)，速度高達(dá)2.4kbps；

　　2) 2G（文本時(shí)代）：被稱(chēng)為GPRS（General PacketRadio Service，通用分組無(wú)線服務(wù)），這是指數(shù)據(jù)速率介于 56－114kbps的第二代數(shù)字移動(dòng)技術(shù)。2G 實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音通信數(shù)字化，功能機(jī)有了小屏幕可以發(fā)短信了；

　　3) 3G（圖片時(shí)代）：是指提供 384kbps數(shù)據(jù)速率的第三代移動(dòng)電話技術(shù)，它可以輕松瀏覽網(wǎng)站和流式傳輸音樂(lè)；（WCDMA/CDMA 2000/TD-SCDMA）；

　　4) 4G（視頻時(shí)代）：被稱(chēng)為 LTE（Long Term Evolution長(zhǎng)期演進(jìn)），是指數(shù)據(jù)速率可達(dá)100Mbps以上第四代移動(dòng)技術(shù)，與家中或辦公室的 Wi-Fi 一樣，穩(wěn)定快速。

　　5) 5G（互聯(lián)時(shí)代）：指的是第 5 代移動(dòng)通信技術(shù)，個(gè)5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是2018年6月13日在美國(guó)亞哥3GPP（3rd Generation Partnership Project第三代合作伙伴項(xiàng)目）5G NR標(biāo)準(zhǔn) SA（Standalone，獨(dú)立組網(wǎng)）方案在3GPP第80次TSG RAN全會(huì)正式完成并發(fā)布的。相比前者，5G 網(wǎng)絡(luò)主要有三大特點(diǎn)，極高的速率 (eMBB)、極大的容量(mMTC)、極低的延時(shí)(URLLC)。

　　3G時(shí)，我們有了手機(jī)QQ，開(kāi)始了聊天的文字、語(yǔ)音時(shí)代。接著4G帶我們享受到了視覺(jué)盛宴，從3G文字、語(yǔ)音時(shí)代邁向了4G視頻時(shí)代，而5G則顛覆性的改變了通信的定義。

　　3. 5G與公交

　　現(xiàn)代城市對(duì)公共交通的要求是綠色、快捷、安全、準(zhǔn)時(shí)，其中“準(zhǔn)時(shí)”涉及到出行者在各種公交工具間的一體化換乘與接駁效率。但是在公共交通服務(wù)過(guò)程中，如發(fā)生：道路條件、交通事故、車(chē)輛故障、各種突發(fā)事件等情況，由于5G的極高的速率 (eMBB)、極大的容量(mMTC)的優(yōu)勢(shì)，可提高涉及系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)的采集與傳輸速度，通過(guò)信息共享和云計(jì)算，極低的延時(shí)(URLLC)可以確保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)更新，使相關(guān)管理部門(mén)得以有效調(diào)控交通流；使公交企業(yè)得以及時(shí)調(diào)整運(yùn)營(yíng)方案。同時(shí)，通過(guò)各種媒體和APP，讓出行者在時(shí)間獲取信息。針對(duì)這一系列影響整個(gè)服務(wù)環(huán)節(jié)“人、車(chē)、路”的信息互聯(lián)互通，公共交通的管理系統(tǒng)盡可能的減少了這些因素對(duì)服務(wù)質(zhì)量的影響，盡可能的減少了因?yàn)楦鞣N突發(fā)事件而導(dǎo)致較大的延誤，使城市中采用公共交通系統(tǒng)的出行者，由此可以獲得相對(duì)較高的出行效率。

　　3.1 運(yùn)營(yíng)管理

　　相對(duì)于4G，5G在傳輸技術(shù)方面有根本性的差異，并且突破了現(xiàn)有4G技術(shù)帶寬不夠的壁壘，逼近理論極限，其速率比4G提高10倍以上，帶寬則是4G的100倍。在此通信環(huán)境下，通過(guò)引入人工智能進(jìn)行“感知、預(yù)測(cè)、決策”，可以實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)人調(diào)度：將實(shí)時(shí)采集的數(shù)千輛行駛于同向道路的公交車(chē)定位數(shù)據(jù)，與共享的全城交通大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)營(yíng)公交車(chē)的合理間距及運(yùn)營(yíng)計(jì)劃。高質(zhì)量的無(wú)人調(diào)度系統(tǒng)，因此而提高公交企業(yè)的管理效益，進(jìn)而大幅度降低運(yùn)營(yíng)成本。

　　3.2 無(wú)人駕駛公交車(chē)

　　1) V2X

　　V2X是指包括車(chē)輛到車(chē)輛（Vehicle-to-Vehicle，V2V），車(chē)輛到基礎(chǔ)設(shè)施（Vehicle-to-Infrastructure，V2I），車(chē)輛到行人（Vehicle-to-Pedestrian，V2P）和車(chē)輛到網(wǎng)絡(luò)（Vehicle-to-Network，V2N）通信等組件。具有車(chē)與車(chē)，車(chē)與路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施、車(chē)與路人之間的傳遞信息的能力，實(shí)時(shí)感知車(chē)輛周邊狀況，實(shí)現(xiàn)車(chē)與X（人、車(chē)、路、后臺(tái)等）智能信息的交換共享，具備復(fù)雜的環(huán)境感知、智能決策、及時(shí)預(yù)警、協(xié)同控制和執(zhí)行等功能。V2X將幫助汽車(chē)與周邊車(chē)輛、交通信號(hào)燈、云端等進(jìn)行直接連接。能夠?qū)⑺熊?chē)輛、道路基礎(chǔ)設(shè)施等都在一個(gè)公共頻段上將各自的位置、意圖等信息廣播出來(lái)，讓汽車(chē)更快速感知周邊環(huán)境并做出響應(yīng)。雷達(dá)可能會(huì)受到天氣、障礙、距離等因素影響，V2X則能夠彌補(bǔ)各種雷達(dá)等現(xiàn)有視距傳感器的不足，比如轉(zhuǎn)彎時(shí)提示駕駛員轉(zhuǎn)角盲區(qū)有汽車(chē)、自行車(chē)等障礙物靠近，遠(yuǎn)距離的向車(chē)輛提供信號(hào)燈狀態(tài)信息等。在這個(gè)多元化的生態(tài)系統(tǒng)中，V2X能保證車(chē)輛安全、舒適、、行駛。V2X的特點(diǎn)提高了無(wú)人駕駛車(chē)輛的安全性能，根據(jù)美國(guó)交通部提供的數(shù)據(jù)，V2V技術(shù)可幫助預(yù)防80%各類(lèi)交通事故的發(fā)生。

　　2) V2x與5G

　　由于V2X需要高速傳輸海量數(shù)據(jù)，并且必須保證其控制信號(hào)能夠一直以足夠快的響應(yīng)速度來(lái)傳輸，將車(chē)輛控制信號(hào)傳輸延時(shí)控制到盡可能的小，才能確保無(wú)人駕駛公交車(chē)在遇到極端危險(xiǎn)狀況緊急制動(dòng)時(shí)仍可限度保證安全。在DSRC（Dedicated Short Range Communications，專(zhuān)用短程通信）和4G LTE條件下，V2X會(huì)延遲和“堵車(chē)”，無(wú)法滿足大規(guī)模行駛的無(wú)人駕駛公交車(chē)對(duì)通信環(huán)境的需求。而5G的大容量、高速率和低延時(shí)性特點(diǎn)，卻能夠超低延遲的高速傳輸大數(shù)據(jù)文件，讓公交車(chē)能夠像第六感一樣近乎實(shí)時(shí)地獲取與周?chē)h(huán)境相關(guān)的信息。無(wú)人駕駛公交車(chē)搭載的“CV2X”，因?yàn)橛辛?G通信環(huán)境的支持，才能夠正常使用基于云的人工智能和數(shù)據(jù)，并能與路上其他汽車(chē)和包括紅綠燈、等的各種交通基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行“  溝通”，進(jìn)而提高運(yùn)營(yíng)的可靠性、安全性。

　　3.3 MasS

　　MasS并不僅是一種交通工具，而是一種服務(wù)的方式。MasS是一個(gè)由客車(chē)制造商、租賃公司、渠道商、金融、租賃、保險(xiǎn)等多方機(jī)構(gòu)組建的出行服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)，這個(gè)大的生態(tài)系統(tǒng)就是為公共出行服務(wù)的MasS平臺(tái)。因?yàn)橛辛?G通信，就可保障MasS平臺(tái)系統(tǒng)內(nèi)各方以及出行者安全、快捷的聯(lián)通，為平臺(tái)的生態(tài)融合與運(yùn)行創(chuàng)造了條件。5G通信因其大容量、快速的特點(diǎn)，也會(huì)加快具有率、低成本優(yōu)勢(shì)的無(wú)人駕駛公交車(chē)進(jìn)入MasS平臺(tái)的步伐。因?yàn)闊o(wú)人駕駛公交車(chē)的助力，MasS這種創(chuàng)新的出行服務(wù)模式，為出行者提供個(gè)性化、定制化、門(mén)到門(mén)全鏈條服務(wù)效果更容易得到出行者的認(rèn)可。當(dāng)然，各種無(wú)人駕駛車(chē)輛大規(guī)模使用之后，將顛覆傳統(tǒng)公共交通的服務(wù)理念，并可能對(duì)傳統(tǒng)城市公交企業(yè)產(chǎn)生沖擊，如何融入MasS平臺(tái)，也將成為一道現(xiàn)有傳統(tǒng)公交企業(yè)意味深長(zhǎng)的思考題。

　　3.4 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的臨境仿真

　　由于VR（Virtual Reality虛擬現(xiàn)實(shí)）/AR（Augmented Reality增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)在4G狀態(tài)下應(yīng)用會(huì)出現(xiàn)約70ms的時(shí)延，導(dǎo)致該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中受到限制，場(chǎng)景就像“動(dòng)畫(huà)片”不甚。5G的高容量、低延遲和更好的網(wǎng)絡(luò)均勻性，使這些技術(shù)在公共交通領(lǐng)域的應(yīng)用成為真正的現(xiàn)實(shí)。

　　1) 線路優(yōu)化

　　為了應(yīng)對(duì)城市交通設(shè)施、交通流的變化，運(yùn)營(yíng)線路、運(yùn)力、運(yùn)能的優(yōu)化已成為常態(tài)。優(yōu)化方案形成之后，需要對(duì)公共交通與其它交通方式的換乘與接駁的可靠性，以及對(duì)社會(huì)交通的影響程度等因素實(shí)地預(yù)先評(píng)估。這項(xiàng)工作到現(xiàn)在為止，是由運(yùn)營(yíng)規(guī)劃人員按照經(jīng)驗(yàn)來(lái)做的，或者直接上線路實(shí)測(cè)，其結(jié)果往往不能能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。有了5G通信條件之后，降低了VR/AR的技術(shù)與成本門(mén)檻，就可采用VR/AR與視頻場(chǎng)景顯示技術(shù)，通過(guò)對(duì)優(yōu)化之后的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行臨境仿真。由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)實(shí)景的算法，輸入優(yōu)化數(shù)據(jù)之后，相對(duì)真實(shí)的模擬出優(yōu)化后客流、車(chē)流道路、設(shè)施的場(chǎng)景，并進(jìn)行直觀評(píng)估，將優(yōu)化的不理想程度降到，而且可縮短規(guī)劃周期、節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。

　　2) 培訓(xùn)

　　對(duì)駕駛員、修理工的培訓(xùn)，是公交企業(yè)人力資源管理的主要內(nèi)容之一，目前的培訓(xùn)的手段還局限于PPT和有限的視頻，除了實(shí)地操作，基本沒(méi)有實(shí)地互動(dòng)，由于培訓(xùn)局限于課堂與書(shū)本，效果不理想。如果以VR/AR技術(shù)構(gòu)建虛擬工作環(huán)境，“沉浸感”將使駕駛員在培訓(xùn)場(chǎng)地體驗(yàn)虛擬行車(chē)現(xiàn)場(chǎng)、處置障礙及突發(fā)事件、行車(chē)事故等場(chǎng)景；修理工則會(huì)在“沉浸感”的影響下，在培訓(xùn)場(chǎng)地體驗(yàn)虛擬修理廠、新車(chē)結(jié)構(gòu)、故障排除等場(chǎng)景，通過(guò)虛擬的形象、生動(dòng)、直觀的臨境仿真場(chǎng)景，來(lái)表現(xiàn)老駕駛員、修理師傅的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，學(xué)習(xí)參與人員通過(guò)沉浸式體驗(yàn)，融入到“現(xiàn)場(chǎng)”實(shí)景中，其培訓(xùn)質(zhì)量會(huì)大為提高。

　　4. 結(jié)束語(yǔ)

　　借助5G的信息技術(shù)手段，通過(guò)優(yōu)化人、車(chē)、路、環(huán)境、云端監(jiān)控，將改變公交行業(yè)原有的分散式、條塊式管理模式，配合開(kāi)發(fā)新的數(shù)據(jù)采集、模型和算法，公共交通也由此將進(jìn)入“智能+”的智能網(wǎng)聯(lián)交通時(shí)代。公交企業(yè)應(yīng)針對(duì)行業(yè)的特點(diǎn)和城市交通的變化，進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)技術(shù)攻關(guān)，完善其在不同復(fù)雜場(chǎng)景下的應(yīng)用，與交通部門(mén)、汽車(chē)廠商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的通力合作，用新一輪技術(shù)創(chuàng)新將智能化真正與公交行業(yè)相融合，構(gòu)建5G環(huán)境下的公交生態(tài)系統(tǒng)，將是未來(lái)“智能+公共交通” 系統(tǒng)研究的主要方向。