王小磊：5G通信技術(shù)與城市公共交通智能運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的創(chuàng)新
發(fā)布時(shí)間：：2021-10-28
5G通信技術(shù)與城市公共交通智能運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的創(chuàng)新
3G時(shí)，我們有了手機(jī)QQ，開始了聊天的文字、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?，F(xiàn)代通信技術(shù)的更新，必然帶來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域的革命，在智能公交概念開始普及的今天，5G的應(yīng)用將打破哪些因受通信技術(shù)環(huán)境制約，給城市公共交通運(yùn)營(yíng)管理帶來(lái)哪些變化，城市公共交通的智能化運(yùn)營(yíng)將在哪些方面得到提升，是本文所關(guān)注的主題。
在倡導(dǎo)低碳綠色出行的背景下，城市公共交通優(yōu)先已經(jīng)得到了政府和各界的認(rèn)同。伴隨城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和多元化交通方式的誕生，社會(huì)交通流的“人、車、路”等因素變化也更加復(fù)雜和擁擠，智能化管理涉及的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，城市公共交通系統(tǒng)向出行者提供服務(wù)質(zhì)量收到較大影響，導(dǎo)致出行者不能按計(jì)劃達(dá)到目的地，其結(jié)果就是對(duì)城市公共交通的滿意度下降。這些非公交企業(yè)主觀所為的、以前看似“不可抗逆”因素，對(duì)出行產(chǎn)生的影響。用智能化來(lái)提升公交服務(wù)質(zhì)量，，是長(zhǎng)期以來(lái)公交企業(yè)改變窘境的主要方法。但是公交智能管理系統(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、實(shí)時(shí)調(diào)度，智能公交系統(tǒng)在城市道路交通條件變化時(shí)喪失“智能”。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檻和瓶頸。
2. 運(yùn)營(yíng)管理創(chuàng)新
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。由于5G的峰值速率可達(dá)Gbit/s、可支持500km/h的高速移動(dòng)、流量密度達(dá)到10Mbps/m2、極低的延時(shí)(低1ms)的優(yōu)勢(shì)，在公共交通服務(wù)過(guò)程中，如發(fā)生：道路條件、交通事故、車輛故障、各種突發(fā)事件等情況，可提高公共交通系統(tǒng)內(nèi)移動(dòng)端的所有數(shù)據(jù)的采集與傳輸速度，來(lái)滿足各種情況下，行駛在城市各條道路上公交車信息傳輸和接收的需求。5G的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以達(dá)到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新和處理，使相關(guān)管理部門得以達(dá)到有效調(diào)控交通流和公交企業(yè)得以及時(shí)調(diào)整運(yùn)營(yíng)方案的目的。同時(shí)，通過(guò)APP和各種媒體廣播，讓出行者在時(shí)間獲取公共交通的實(shí)時(shí)信息。針對(duì)這一系列涉及整個(gè)服務(wù)環(huán)節(jié)“人、車、路”的信息互聯(lián)互通，公共交通的智能管理系統(tǒng)可以進(jìn)一步降低因社會(huì)交通的突發(fā)事件對(duì)公共交通服務(wù)質(zhì)量的影響，信息的及時(shí)廣播，也讓出行者對(duì)所選擇的交通方式有了一定的預(yù)判能力，盡可能的減少因?yàn)楦鞣N突發(fā)事件而導(dǎo)致延誤，進(jìn)而獲得相對(duì)較高的出行效率，增加城市公共交通系統(tǒng)的吸引力。
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)采集城市中所有在道路上行駛的公交車數(shù)據(jù)，并且與城市中其它交通工具的大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)營(yíng)公交車的合理間距及運(yùn)營(yíng)計(jì)劃，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。
在常規(guī)的智能公交系統(tǒng)中，公交的運(yùn)營(yíng)計(jì)劃，是預(yù)先制定好的，存在電腦內(nèi)有序的自動(dòng)發(fā)往車站和參加運(yùn)營(yíng)的車輛，如果遇到造成堵車或道路交通不暢的突發(fā)事件，在道路交通受阻車輛不能準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行的情況下，計(jì)劃的發(fā)車與到站秩序?qū)⒈淮騺y，在大、中型城市中此類事件發(fā)生的頻率是比較高的。在5G狀態(tài)下，區(qū)域內(nèi)運(yùn)營(yíng)公交車的行駛速度異常，因?yàn)闆](méi)有移動(dòng)通信的速度障礙，信息將迅速回傳調(diào)度中心，由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行研判，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)迅速制定應(yīng)對(duì)方案，及時(shí)調(diào)整車輛運(yùn)營(yíng)時(shí)刻和區(qū)域，不會(huì)因?yàn)橥蝗怀霈F(xiàn)的道路擁堵，擾亂公司的運(yùn)營(yíng)秩序，整個(gè)過(guò)程好比車隊(duì)的一位有豐富經(jīng)驗(yàn)的調(diào)度員操作還準(zhǔn)確、迅速。從出現(xiàn)異常到調(diào)整調(diào)度方案，短時(shí)間內(nèi)向區(qū)域內(nèi)的多條線路發(fā)出調(diào)度指令，如果沒(méi)有通信技術(shù)做保障，是不可能實(shí)現(xiàn)的。
在城市道路擁堵的情況下，駕駛員不知道前方情況會(huì)一直往前擠，此時(shí)在相同方向運(yùn)行的公交車堵在一起，出現(xiàn)公交車“列車長(zhǎng)龍”的現(xiàn)象。公交車擠在一起“扎堆兒”，對(duì)公交公司來(lái)說(shuō)是滿載率低運(yùn)營(yíng)成本增加，對(duì)出行者而言因?yàn)檐囕v都集中在一起，會(huì)增加下一班車的等待發(fā)生時(shí)間。因此，公交車長(zhǎng)龍是公交公司、駕駛員和出行者都不愿意看到的，由于隨機(jī)性比較強(qiáng)，單是從調(diào)度員的角度幾乎無(wú)法及時(shí)去進(jìn)行人工干預(yù)，在高速率和大容量的移動(dòng)通信、大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)的條件下，在公交車行駛速度異常時(shí)，及時(shí)根據(jù)該路段所有公交車的坐標(biāo)、行駛速度，由系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出指令，提醒駕駛員通過(guò)控制運(yùn)營(yíng)車速，注意與前車保持適當(dāng)?shù)男旭偩嚯x，并且對(duì)始發(fā)站的發(fā)車時(shí)間及時(shí)予以調(diào)整，同時(shí)通過(guò)各種信息廣播渠道向乘客告知。在5G條件下同時(shí)實(shí)施對(duì)上千輛車的數(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，避免公交車“扎堆兒”應(yīng)該是可能的。
車輛的駕駛艙主要是向駕駛員展示信息，與傳統(tǒng)車輛不同的是，由于公交車運(yùn)輸?shù)膶?duì)象是眾多出行者，駕駛員作為車輛的控制者，對(duì)公交車駕駛艙信息的監(jiān)控是公共交通運(yùn)營(yíng)安全管理的重要環(huán)節(jié)之一。在通信技術(shù)條件不具備的情況下，調(diào)度中心對(duì)駕駛員、車輛、道路的情況不能及時(shí)了解，更談不上實(shí)時(shí)互動(dòng)。引入5G通信技術(shù)后，位于調(diào)度中心的智能系統(tǒng)，可以將車輛傳回的原生的信息加工后研判，在人、車可能出現(xiàn)危機(jī)的異常情況時(shí)，會(huì)果斷介入、奪取車輛控制權(quán)并執(zhí)行安全策略，的保護(hù)駕駛者與乘客的安全。
1) 道路狀況：駕駛員在行車過(guò)程中，其全部的注意力和關(guān)注點(diǎn)都集中在視覺(jué)可達(dá)的前方道路、四周的車輛以及周邊的設(shè)施，對(duì)遠(yuǎn)處視覺(jué)看不見(jiàn)的道路狀況則不能提前了解。在5G條件下，如果線路中出現(xiàn)道路擁堵的狀況，為了控制運(yùn)營(yíng)秩序，調(diào)度中心可及時(shí)向該路段行駛的公交車發(fā)出信息，提醒駕駛員注意行駛線路或控制車速。鑒于駕駛員在駕車過(guò)程中視覺(jué)信息的處理要求較高，聽覺(jué)則相對(duì)寬松很多，故比較適宜采用語(yǔ)音提醒的方法。
2) 駕駛員健康狀態(tài)：人的生命體征是與行為直接關(guān)聯(lián)的。公交車駕駛員是車輛的操控者，其行為也要受生命體征影響。生命體征的異?？赡軐?dǎo)致駕車過(guò)程中的知覺(jué)或統(tǒng)覺(jué)障礙，影響駕駛員在行車過(guò)程中的反應(yīng)速度，例如：在行車中不能集中精力、心不在焉，影響對(duì)某些障礙和事件危險(xiǎn)性的認(rèn)識(shí)和理解，產(chǎn)生統(tǒng)覺(jué)障礙，從而產(chǎn)生知覺(jué)延時(shí)——不能提前控制車輛，甚可能因失去安全駕駛的能力而發(fā)生交通事故的發(fā)生。通過(guò)位于駕駛艙的智能終端發(fā)出的駕駛員監(jiān)測(cè)生命體征的異常變化的信息，經(jīng)人工智能研判后，直接用語(yǔ)音通知駕駛員，如果無(wú)效，可遠(yuǎn)程控制車輛避免行車事故的發(fā)生。
3) 車輛機(jī)械技術(shù)狀態(tài)：駕駛艙展示的車輛技術(shù)狀態(tài)信息幾乎全部來(lái)自CAN總線，車載智能終端會(huì)把信息傳調(diào)度中心的服務(wù)器。車輛的機(jī)械和“三電”系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，故障信息會(huì)在駕駛艙的顯示屏顯示出來(lái)，調(diào)度中心的服務(wù)器也會(huì)同時(shí)研判，如果涉及行車安全，服務(wù)器會(huì)自動(dòng)觸發(fā)應(yīng)急處理程序并通知駕駛員，以保障乘客和駕駛員的安全。
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，已成為道路公共交通的常態(tài)，按照對(duì)城市規(guī)劃和交通流的預(yù)測(cè)所形成的優(yōu)化方案，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進(jìn)行評(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)。在目前的技術(shù)條件下，可以用VR（Virtual Reality虛擬現(xiàn)實(shí)）/AR（Augmented Reality增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)預(yù)評(píng)估，但是在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)。有了5G通信條件之后，降低了VR/AR的技術(shù)與成本門檻，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。
在5G通信環(huán)境下，公交運(yùn)營(yíng)的智能化和網(wǎng)聯(lián)化得以大幅度提升，通過(guò)優(yōu)化人、車、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，配合開發(fā)新的數(shù)據(jù)采集、模型和算法，將誕生如：定制公交、商務(wù)班車、社區(qū)公交、循環(huán)公交等多種業(yè)態(tài)的出行服務(wù)等等的公共交通的多元化服務(wù)。公交智能系統(tǒng)可拓展多維度的智慧升級(jí)。智慧維修、智能工資核算、能耗管理、智能空調(diào)管理、智慧場(chǎng)站等一系列綜合性服務(wù)也為整個(gè)公交的運(yùn)營(yíng)提供了強(qiáng)大助力。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、汽車廠商、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。
