王小磊：5G通信技术与城市公共交通智能运营系统的创新
发布时间：：2021-10-28
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。现代通信技术的更新，必然带来应用领域的革命，在智能公交概念开始普及的今天，5G的应用将打破哪些因受通信技术环境制约，给城市公共交通运营管理带来哪些变化，城市公共交通的智能化运营将在哪些方面得到提升，是本文所关注的主题。
在倡导低碳绿色出行的背景下，城市公共交通优先已经得到了政府和各界的认同。伴随城市经济快速发展和多元化交通方式的诞生，社会交通流的“人、车、路”等因素变化也更加复杂和拥挤，智能化管理涉及的数据量越来越大，城市公共交通系统向出行者提供服务质量收到较大影响，导致出行者不能按计划达到目的地，其结果就是对城市公共交通的满意度下降。这些非公交企业主观所为的、以前看似“不可抗逆”因素，对出行产生的影响。用智能化来提升公交服务质量，，是长期以来公交企业改变窘境的主要方法。但是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，以于不能及时更新运营计划、实时调度，智能公交系统在城市道路交通条件变化时丧失“智能”。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。
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。由于5G的峰值速率可达Gbit/s、可支持500km/h的高速移动、流量密度达到10Mbps/m2、极低的延时(低1ms)的优势，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，可提高公共交通系统内移动端的所有数据的采集与传输速度，来满足各种情况下，行驶在城市各条道路上公交车信息传输和接收的需求。5G的技术优势，可以达到数据实时更新和处理，使相关管理部门得以达到有效调控交通流和公交企业得以及时调整运营方案的目的。同时，通过APP和各种媒体广播，让出行者在时间获取公共交通的实时信息。针对这一系列涉及整个服务环节“人、车、路”的信息互联互通，公共交通的智能管理系统可以进一步降低因社会交通的突发事件对公共交通服务质量的影响，信息的及时广播，也让出行者对所选择的交通方式有了一定的预判能力，尽可能的减少因为各种突发事件而导致延误，进而获得相对较高的出行效率，增加城市公共交通系统的吸引力。
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，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：将实时采集城市中所有在道路上行驶的公交车数据，并且与城市中其它交通工具的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，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。
在常规的智能公交系统中，公交的运营计划，是预先制定好的，存在电脑内有序的自动发往车站和参加运营的车辆，如果遇到造成堵车或道路交通不畅的突发事件，在道路交通受阻车辆不能准点运行的情况下，计划的发车与到站秩序将被打乱，在大、中型城市中此类事件发生的频率是比较高的。在5G状态下，区域内运营公交车的行驶速度异常，因为没有移动通信的速度障碍，信息将迅速回传调度中心，由系统自动进行研判，通过大数据分析和人工智能技术迅速制定应对方案，及时调整车辆运营时刻和区域，不会因为突然出现的道路拥堵，扰乱公司的运营秩序，整个过程好比车队的一位有丰富经验的调度员操作还准确、迅速。从出现异常到调整调度方案，短时间内向区域内的多条线路发出调度指令，如果没有通信技术做保障，是不可能实现的。
在城市道路拥堵的情况下，驾驶员不知道前方情况会一直往前挤，此时在相同方向运行的公交车堵在一起，出现公交车“列车长龙”的现象。公交车挤在一起“扎堆儿”，对公交公司来说是满载率低运营成本增加，对出行者而言因为车辆都集中在一起，会增加下一班车的等待发生时间。因此，公交车长龙是公交公司、驾驶员和出行者都不愿意看到的，由于随机性比较强，单是从调度员的角度几乎无法及时去进行人工干预，在高速率和大容量的移动通信、大数据分析和人工智能技术的条件下，在公交车行驶速度异常时，及时根据该路段所有公交车的坐标、行驶速度，由系统自动发出指令，提醒驾驶员通过控制运营车速，注意与前车保持适当的行驶距离，并且对始发站的发车时间及时予以调整，同时通过各种信息广播渠道向乘客告知。在5G条件下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，避免公交车“扎堆儿”应该是可能的。
车辆的驾驶舱主要是向驾驶员展示信息，与传统车辆不同的是，由于公交车运输的对象是众多出行者，驾驶员作为车辆的控制者，对公交车驾驶舱信息的监控是公共交通运营安全管理的重要环节之一。在通信技术条件不具备的情况下，调度中心对驾驶员、车辆、道路的情况不能及时了解，更谈不上实时互动。引入5G通信技术后，位于调度中心的智能系统，可以将车辆传回的原生的信息加工后研判，在人、车可能出现危机的异常情况时，会果断介入、夺取车辆控制权并执行安全策略，的保护驾驶者与乘客的安全。
1) 道路状况：驾驶员在行车过程中，其全部的注意力和关注点都集中在视觉可达的前方道路、四周的车辆以及周边的设施，对远处视觉看不见的道路状况则不能提前了解。在5G条件下，如果线路中出现道路拥堵的状况，为了控制运营秩序，调度中心可及时向该路段行驶的公交车发出信息，提醒驾驶员注意行驶线路或控制车速。鉴于驾驶员在驾车过程中视觉信息的处理要求较高，听觉则相对宽松很多，故比较适宜采用语音提醒的方法。
2) 驾驶员健康状态：人的生命体征是与行为直接关联的。公交车驾驶员是车辆的操控者，其行为也要受生命体征影响。生命体征的异常可能导致驾车过程中的知觉或统觉障碍，影响驾驶员在行车过程中的反应速度，例如：在行车中不能集中精力、心不在焉，影响对某些障碍和事件危险性的认识和理解，产生统觉障碍，从而产生知觉延时——不能提前控制车辆，甚可能因失去安全驾驶的能力而发生交通事故的发生。通过位于驾驶舱的智能终端发出的驾驶员监测生命体征的异常变化的信息，经人工智能研判后，直接用语音通知驾驶员，如果无效，可远程控制车辆避免行车事故的发生。
3) 车辆机械技术状态：驾驶舱展示的车辆技术状态信息几乎全部来自CAN总线，车载智能终端会把信息传调度中心的服务器。车辆的机械和“三电”系统出现故障时，故障信息会在驾驶舱的显示屏显示出来，调度中心的服务器也会同时研判，如果涉及行车安全，服务器会自动触发应急处理程序并通知驾驶员，以保障乘客和驾驶员的安全。
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，已成为道路公共交通的常态，按照对城市规划和交通流的预测所形成的优化方案，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进行评估。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。在目前的技术条件下，可以用VR（Virtual Reality虚拟现实）/AR（Augmented Reality增强现实）技术进行室内预评估，但是在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。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。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，而且可缩短规划周期、节约运营成本。
在5G通信环境下，公交运营的智能化和网联化得以大幅度提升，通过优化人、车、路、环境、云端监控，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，将诞生如：定制公交、商务班车、社区公交、循环公交等多种业态的出行服务等等的公共交通的多元化服务。公交智能系统可拓展多维度的智慧升级。智慧维修、智能工资核算、能耗管理、智能空调管理、智慧场站等一系列综合性服务也为整个公交的运营提供了强大助力。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。
