王小磊：机遇前所未有，5G通信与公交智能化发展综述

　　王小磊：高级工程师，中国土木工程学会城市公共交通分会智库专家，曾经任重庆市公共交通控股（集团）有限公司电车公司总工程师、BRT公司书记兼副总经理、公交维修公司总经理、恒通客车顾问等。现任吉尔吉斯斯坦共和国史德洲（ШыдырЖолКейДжи）有限责任公司总机械师。

　　公交智能化如今已从可有可无的示范项目，已成为公交企业、出行者、相关管理部门日常工作不可或缺的“利器”，然而受通信技术环境的影响，诸多功能的研发与应用不尽人意。2019被称为5G元年，曾经因通信环境限制的公交智能化，将迎来前所未有的发展机遇。

　　现状

　　城市公共交通系统在向出行者提供服务的过程中，因“人、车、路”等因素变化的影响所提供的服务，导致出行者不能按计划达到目的地。在如今倡导绿色出行、提升公交服务质量的背景下，对出行质量的需求在不断增加，这些非公交企业所为的、以前看似“不可抗逆”因素，对出行产生的影响，已经越来越不为出行者所接受。长期以来，虽然公交企业的经营者为提高服务质量做出过许多努力，作为现代公交管理不可或缺的公交智能管理系统的功能也有大幅度提高。但是随着城市经济大环境的变化，影响公共交通管理的因素也增加了不少。而公交智能管理系统除自身的因素外，其信息的采集、处理的能力受到通信系统技术的限制，跟不上运营现场的实时变化，以至于不能及时更新运营计划，导致乘客出行耗时延长、舒适度下降等现象，成为公交企业提高管理水平的一道门槛和瓶颈。

　　1.1运营管理

　　公交运营中，因为堵车等道路突发拥堵事件时有发生，此时在同一车道运行的公交车堵在一起，出现公交车“列车长龙”的现象也成为常态。为了避免此类事件对运营的这类干扰，需要智能管理系统自动提醒驾驶员控制运营车速，提前与前车保持适当的距离行驶，以避免公交车挤在一起“扎堆儿”。这就需要运用大数据将各车队（运营线路）的车辆进行统一管理，才能有效、及时的调整运营计划。在目前的通信环境下，要同时实施对上千辆车的数据实时监控与运营计划的自动调整，其难度与成本公交企业基本都不能接受。

　　1.2无人驾驶公交车

　　通过无人驾驶公交车的试运行证明，仅靠激光雷达，是不能要确保城市中无人驾驶公交车的安全运行的。而目前的无线通信网络导致V2X（vehicletoeverything）大规模应用的难度增加，使无人驾驶公交车不能融入整个城市的智能交通系统中，不能使用V2X也成为增加车辆造价的因素之一。因此通信技术的升级也成为无人驾驶公交车大规模发展的瓶颈之一。

　　1.3出行即服务（MasS）

　　在推广运用出行即服务（MasS）的过程中，需要将城市中包括公交车、轨道交通、轮船、飞机等所有交通方式与出行者的需求进行匹配，运用大数据技术进行资源配置优化、决策，建立无缝衔接的、以出行者为核心的交通系统，并使用安全、快捷的移动支付新方法，来提供符合出行者需求的、更为灵活、高效、经济的出行服务。目前的4GLTE通信对数据互联互通的速率及带宽，是满足不了上述基于数据的共享服务（Sharedservicesbuiltondata）的较高要求的。

　　2.移动通信技术的发展及5G

　　1976年美国摩托罗拉公司的工程师马丁·库珀于首先将无线电应用于移动电话。1978年底，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统(AdvancedMobilePhoneSystem，AMPS)，1986年，第一套移动通讯系统在美国芝加哥诞生。发展至今，已经有诞生了第五代（5G）通信技术：

　　1)1G（语音时代）：这是指第一代无线电话技术，即移动通信。它使用模拟信号，速度高达2.4kbps；

　　2)2G（文本时代）：被称为GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分组无线服务），这是指数据速率介于56－114kbps的第二代数字移动技术。2G实现了语音通信数字化，功能机有了小屏幕可以发短信了；

　　3)3G（图片时代）：是指提供384kbps数据速率的第三代移动电话技术，它可以轻松浏览网站和流式传输音乐；（WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA）；

　　4)4G（视频时代）：被称为LTE（LongTermEvolution长期演进），是指数据速率可达100Mbps以上第四代移动技术，与家中或办公室的Wi-Fi一样，稳定快速。

　　5)5G（互联时代）：指的是第5代移动通信技术，第一个5G国际标准，是2018年6月13日在美国圣地亚哥3GPP（3rdGenerationPartnershipProject第三代合作伙伴项目）5GNR标准SA（Standalone，独立组网）方案在3GPP第80次TSGRAN全会正式完成并发布的。相比前者，5G网络主要有三大特点，极高的速率(eMBB)、极大的容量(mMTC)、极低的延时(URLLC)。

　　3G时，我们有了手机QQ，开始了聊天的文字、语音时代。接着4G带我们享受到了视觉盛宴，从3G文字、语音时代迈向了4G视频时代，而5G则颠覆性的改变了通信的定义。

　　3.5G与公交

　　现代城市对公共交通的要求是绿色、快捷、安全、准时，其中“准时”涉及到出行者在各种公交工具间的一体化换乘与接驳效率。但是在公共交通服务过程中，如发生：道路条件、交通事故、车辆故障、各种突发事件等情况，由于5G的极高的速率(eMBB)、极大的容量(mMTC)的优势，可提高涉及系统的所有数据的采集与传输速度，通过信息共享和云计算，极低的延时(URLLC)可以确保实时数据处理的实时更新，使相关管理部门得以有效调控交通流；使公交企业得以及时调整运营方案。同时，通过各种媒体和APP，让出行者在第一时间获取信息。针对这一系列影响整个服务环节“人、车、路”的信息互联互通，公共交通的管理系统尽可能的减少了这些因素对服务质量的影响，尽可能的减少了因为各种突发事件而导致较大的延误，使城市中采用公共交通系统的出行者，由此可以获得相对较高的出行效率。

　　3.1运营管理

　　相对于4G，5G在传输技术方面有根本性的差异，并且突破了现有4G技术带宽不够的壁垒，全面逼近理论极限，其速率比4G提高10倍以上，带宽则是4G的100倍。在此通信环境下，通过引入人工智能进行“感知、预测、决策”，可以实现真正的无人调度：将实时采集的数千辆行驶于同向道路的公交车定位数据，与共享的全城交通大数据进行数据融合处理，自动调整运营公交车的合理间距及运营计划。高质量的无人调度系统，因此而提高公交企业的管理效益，进而大幅度降低运营成本。

　　3.2无人驾驶公交车

　　1)V2X

　　V2X是指包括车辆到车辆（Vehicle-to-Vehicle，V2V），车辆到基础设施（Vehicle-to-Infrastructure，V2I），车辆到行人（Vehicle-to-Pedestrian，V2P）和车辆到网络（Vehicle-to-Network，V2N）通信等组件。具有车与车，车与路侧基础设施、车与路人之间的传递信息的能力，实时感知车辆周边状况，实现车与X（人、车、路、后台等）智能信息的交换共享，具备复杂的环境感知、智能决策、及时预警、协同控制和执行等功能。V2X将帮助汽车与周边车辆、交通信号灯、云端等进行直接连接。能够将所有车辆、道路基础设施等都在一个公共频段上将各自的位置、意图等信息广播出来，让汽车更快速感知周边环境并做出响应。雷达可能会受到天气、障碍、距离等因素影响，V2X则能够弥补各种雷达等现有视距传感器的不足，比如转弯时提示驾驶员转角盲区有汽车、自行车等障碍物靠近，远距离的向车辆提供信号灯状态信息等。在这个多元化的生态系统中，V2X能保证车辆安全、舒适、节能、高效行驶。V2X的特点提高了无人驾驶车辆的安全性能，根据美国交通部提供的数据，V2V技术可帮助预防80%各类交通事故的发生。

　　2)V2x与5G

　　由于V2X需要高速传输海量数据，并且必须保证其控制信号能够一直以足够快的响应速度来传输，将车辆控制信号传输延时控制到尽可能的小，才能确保无人驾驶公交车在遇到极端危险状况紧急制动时仍可最大限度保证安全。在DSRC（DedicatedShortRangeCommunications，专用短程通信）和4GLTE条件下，V2X会延迟和“堵车”，无法满足大规模行驶的无人驾驶公交车对通信环境的需求。而5G的大容量、高速率和低延时性特点，却能够超低延迟的高速传输大数据文件，让公交车能够像第六感一样近乎实时地获取与周围环境相关的信息。无人驾驶公交车搭载的“CV2X”，因为有了5G通信环境的支持，才能够正常使用基于云的人工智能和数据，并能与路上其他汽车和包括红绿灯、等的各种交通基础设施进行“沟通”，进而提高运营的可靠性、安全性。

　　3.3MasS

　　MasS并不仅是一种交通工具，而是一种服务的方式。MasS是一个由客车制造商、租赁公司、渠道商、金融、租赁、保险等多方机构组建的出行服务的生态系统，这个大的生态系统就是为公共出行服务的MasS平台。因为有了5G通信，就可保障MasS平台系统内各方以及出行者安全、快捷的联通，为平台的生态融合与运行创造了条件。5G通信因其大容量、快速的特点，也会加快具有高效率、低成本优势的无人驾驶公交车进入MasS平台的步伐。因为无人驾驶公交车的助力，MasS这种创新的出行服务模式，为出行者提供个性化、定制化、门到门全链条服务效果更容易得到出行者的认可。当然，各种无人驾驶车辆大规模使用之后，将颠覆传统公共交通的服务理念，并可能对传统城市公交企业产生冲击，如何融入MasS平台，也将成为一道现有传统公交企业意味深长的思考题。

　　3.4数据驱动的临境仿真

　　由于VR（VirtualReality虚拟现实）/AR（AugmentedReality增强现实）技术在4G状态下应用会出现约70ms的时延，导致该技术在应用过程中受到限制，场景就像“动画片”不甚完美。5G的高容量、低延迟和更好的网络均匀性，使这些技术在公共交通领域的应用成为真正的现实。

　　1)线路优化

　　为了应对城市交通设施、交通流的变化，运营线路、运力、运能的优化已成为常态。优化方案形成之后，需要对公共交通与其它交通方式的换乘与接驳的可靠性，以及对社会交通的影响程度等因素实地预先评估。这项工作到现在为止，是由运营规划人员按照经验来做的，或者直接上线路实测，其结果往往不能能达到预期目标。有了5G通信条件之后，降低了VR/AR的技术与成本门槛，就可采用VR/AR与视频场景显示技术，通过对优化之后的运营现场进行临境仿真。由数据驱动实景的算法，输入优化数据之后，相对真实的模拟出优化后客流、车流道路、设施的场景，并进行直观评估，将优化的不理想程度降到最低，而且可缩短规划周期、节约运营成本。

　　2)培训

　　对驾驶员、修理工的培训，是公交企业人力资源管理的主要内容之一，目前的培训的手段还局限于PPT和有限的视频，除了实地操作，基本没有实地互动，由于培训局限于课堂与书本，效果不理想。如果以VR/AR技术构建虚拟工作环境，“沉浸感”将使驾驶员在培训场地体验虚拟行车现场、处置障碍及突发事件、行车事故等场景；修理工则会在“沉浸感”的影响下，在培训场地体验虚拟修理厂、新车结构、故障排除等场景，通过虚拟的形象、生动、直观的临境仿真场景，来表现老驾驶员、修理师傅的经验和教训，学习参与人员通过沉浸式体验，融入到“现场”实景中，其培训质量会大为提高。

　　4.结束语

　　借助5G的信息技术手段，通过优化人、车、路、环境、云端全面监控，将改变公交行业原有的分散式、条块式管理模式，配合开发新的数据采集、模型和算法，公共交通也由此将进入“智能+”的智能网联交通时代。公交企业应针对行业的特点和城市交通的变化，进一步开展相关技术攻关，完善其在不同复杂场景下的应用，与交通部门、汽车厂商、互联网企业和研究机构的通力合作，用新一轮技术创新将智能化真正与公交行业相融合，构建5G环境下的公交生态系统，将是未来“智能+公共交通”系统研究的主要方向。