5G在公共交通中的應(yīng)用

張 斌

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司福州分公司，福建 福州 350003）

0 引 言

5G技術(shù)擁有超高速、低延時、高可靠性以及高容量等特點，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、交通、運輸生產(chǎn)等領(lǐng)域，為人們的生活帶來便利。若將5G技術(shù)應(yīng)用于公共交通，公共交通的信息覆蓋面及接入量將會大幅擴(kuò)展，從而滿足日益增長的公共交通管理和維護(hù)需求。5G技術(shù)應(yīng)用在公共交通上不僅能夠滿足人們的乘車需求，還能滿足人們的各項服務(wù)需求。

1 5G的概念

第5代移動通信技術(shù)簡稱5G，是在4G的基礎(chǔ)上延伸的移動通信技術(shù)。結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)，5G網(wǎng)絡(luò)在公共交通中具有較高的應(yīng)用價值與前景。首先，在超高速場景中，5G可應(yīng)用于超高速列車的控制系統(tǒng)通信，實現(xiàn)實時高效的狀態(tài)信息傳輸，從而提升高速列車在運行中的安全和穩(wěn)定性。其次，5G在低時延和高可靠場景下可不斷拓展覆蓋范圍，實現(xiàn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的實時通信，從而提高通信的可靠程度。再次，在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)場景中，5G可使通信設(shè)備滿足大規(guī)模連接需求，完成多人通信和同步交流，構(gòu)建出萬物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)體系。最后，5G在高體驗性場景中可以使信息無障礙傳輸，同時能實現(xiàn)更自由和更開放的網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用互動性、安全性、高效性以及便利性。

2 公共交通概念

公共交通泛指向大眾開放并給予運輸服務(wù)的所有交通形式，通常是商業(yè)付費服務(wù)，但有少數(shù)免費狀況。從廣義上講，公共交通包括多種交通形式，如鐵路、民航、水路以及公路等。從狹義上看，公共交通是指在城市范圍內(nèi)的定線運營交通方式。5G在公共交通中的主要應(yīng)用體現(xiàn)在城市軌道交通、公交、民航以及水上運輸?shù)确矫妗?/p>

3 5G在公共交通中的應(yīng)用

3.1 5G在城市軌道交通中的應(yīng)用

傳統(tǒng)衛(wèi)星信號已經(jīng)無法滿足現(xiàn)今城市軌道交通在實時通信方面的需求。由于技術(shù)的不斷進(jìn)步，列車的行駛速度逐漸加快。因城市軌道交通穿行于城市的地下及高樓之間，地下和樓宇之間的信號阻隔使通信受到了很大影響，因此出現(xiàn)了信號不穩(wěn)定和通信安全水平低等情況。5G的出現(xiàn)恰恰解決了此類通信問題。5G在城市軌道交通中的應(yīng)用可提升通信網(wǎng)絡(luò)的頻譜速率，將平均下行通信速率提升為18.4～37 Mb/s，平均上行通信速率提升為41～84 Mb/s，極大地提高了通信效率與質(zhì)量，滿足了多業(yè)務(wù)并行的城市軌道交通通信需求。利用5G網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合先進(jìn)技術(shù)，在城市軌道交通中能夠有很高的應(yīng)用價值和前景。超高速場景，城市軌道對于超高速度的要求較高，高速列車的通信網(wǎng)絡(luò)需要能夠滿足各種信息的高效傳輸，以提高列車運行的穩(wěn)定性與安全性。覆蓋范圍廣、延遲低以及可靠性高的5G網(wǎng)絡(luò)，可使列車內(nèi)部各系統(tǒng)實現(xiàn)實時信息共享，數(shù)據(jù)可靠性高且不易丟失。利用5G網(wǎng)絡(luò)不僅可滿足各種大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)模式的需求，實時連接人與物之間的交流和物與物的網(wǎng)絡(luò)體系，為公共交通提供智能化服務(wù)，還滿足了高體驗場景。高效的網(wǎng)絡(luò)傳輸能夠增加乘客的互動性和便利性。

城市軌道交通系統(tǒng)是一個復(fù)雜而龐大的信息系統(tǒng)的集合，其中城市軌道交通通信系統(tǒng)是城市軌道交通系統(tǒng)的一個重要組成部分。城市軌道交通通信系統(tǒng)包含很多業(yè)務(wù)通信，如乘客信息系統(tǒng)、視頻業(yè)務(wù)以及列車運行狀況監(jiān)測系統(tǒng)等，需要通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸信息和對信息進(jìn)行決策與執(zhí)行，從而保障城市軌道的安全平穩(wěn)運行，因此對網(wǎng)絡(luò)傳輸速率要求很高。5G技術(shù)能夠提供超高的傳輸速率，提升與改善城市軌道交通通信系統(tǒng)的運行效率和通信質(zhì)量，滿足城市軌道交通通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)需求。城市軌道交通的運行需要規(guī)范和有效的控制，不但要保證列車運行的效率，還需要控制運行質(zhì)量。對于列車何時進(jìn)站和是否停在原有設(shè)計的位置，都需要無線通信進(jìn)行控制。利用5G技術(shù)精確控制列車，可提高列車運行的可靠性、安全性以及穩(wěn)定性。

為使列車在規(guī)定時間間隔互不干擾、規(guī)范以及有效運行，需要控制列車的運行質(zhì)量，保證其運行效率。5G可以通過縮短端到端的通信時間至1 ms以內(nèi)，從而提高整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性以及安全性[1]。

3.2 5G在公交中的應(yīng)用

首先，5G應(yīng)用于公交系統(tǒng)主要表現(xiàn)在對公交的智能調(diào)度上，通過監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測車輛情況，收集公交運營中的載客情況和上下客流數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)回傳到客流分析平臺，從而準(zhǔn)確掌握各條線路公交車輛的數(shù)量和站點上下客流量，計算車輛的滿載程度和各個線路道路的擁堵狀況等有效數(shù)據(jù)，梳理出路網(wǎng)客流、公交站點客流以及區(qū)域客流的動態(tài)實時分布圖，以反映真實的客流情況。通過系統(tǒng)對以上信息、天氣以及時間等大數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，從而調(diào)節(jié)公交車的發(fā)車時間，實現(xiàn)實時智能調(diào)控，有效解決市民公交方面的問題，提升城市公共交通的效率[2]。

其次，5G能夠?qū)崿F(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)安全預(yù)警。5G技術(shù)應(yīng)用于汽車領(lǐng)域是當(dāng)前主要的研究方向。通過5G技術(shù)和其他的智能硬件，可實現(xiàn)對車輛車內(nèi)外環(huán)境的監(jiān)控。利用5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咝院蛯崟r性，可對車內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸分析，從而實現(xiàn)安全預(yù)警，包括車內(nèi)外環(huán)境預(yù)警、車輛自身的預(yù)警以及駕駛?cè)说陌踩A(yù)警。通過5G技術(shù)與智能軟硬件的結(jié)合，實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的安全預(yù)警平臺，降低了事故發(fā)生概率。車聯(lián)網(wǎng)安全預(yù)警平臺包括環(huán)境安全預(yù)警系統(tǒng)和治安預(yù)警系統(tǒng)，通過智能攝像頭監(jiān)測與分析車內(nèi)外環(huán)境，一旦發(fā)現(xiàn)違法行為，立即將信息通過5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實時傳輸?shù)焦矓?shù)據(jù)中心，從而有效保障人們的生命財產(chǎn)安全。

最后，5G技術(shù)可以應(yīng)用于公交的多媒體管理平臺和充電運營平臺，為兩個平臺提供網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持。乘客可以通過5G網(wǎng)絡(luò)觀看高速率、高畫質(zhì)以及無卡頓的視頻。在充電運營方面，5G技術(shù)能夠根據(jù)實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時預(yù)警充電存在的安全隱患，保證公交正常運營，預(yù)防發(fā)生事故。通過5G技術(shù)建立的充電運營平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可為工作人員提供相關(guān)的充電計劃優(yōu)化方案，使得工作人員可根據(jù)實際情況選擇最優(yōu)的充電方案，從而減少不必要的損失，降低運營成本。

3.3 5G在民航中的應(yīng)用

5G通信的應(yīng)用可使無人駕駛技術(shù)、云計算、4/8K視頻傳輸、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計、人工智能以及虛擬現(xiàn)實等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，在信息處理容量、速率以及時延上的需要被滿足，而這些產(chǎn)業(yè)是航空行業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵設(shè)施。例如，5G技術(shù)的應(yīng)用可實現(xiàn)對旅客和地面人員位置的感知，結(jié)合機(jī)場跑道、滑行道、廊橋以及助航燈光等設(shè)施的實時狀態(tài)參數(shù)，避免發(fā)生意外，從而保障機(jī)場地面人員的安全。在民航航空中應(yīng)用5G可推進(jìn)民航的數(shù)字化進(jìn)程，改變傳統(tǒng)通信模式，為未來民航帶來更安全的運行及監(jiān)管方式[3]。

5G技術(shù)應(yīng)用于航空領(lǐng)域，不但可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)信息掌控，還可以為民航的發(fā)展提供技術(shù)依據(jù)和數(shù)字化支持。5G技術(shù)應(yīng)用于民航能夠提供更全面的信息、更科學(xué)的方案以及更實時的數(shù)據(jù)，能夠改變航空領(lǐng)域的安全監(jiān)管模式和運行模式。航空領(lǐng)域自動化和智能化已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢，5G技術(shù)為航空的智能化提供了技術(shù)支持，利用人工智能技術(shù)將圖像識別和圖像處理機(jī)器學(xué)習(xí)與5G技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了基于跨媒體飛行的意圖推斷、基于知識圖譜的航班延誤原因分析以及管制輔助決策。此外，5G技術(shù)為人工智能更好地應(yīng)用于民航提供了技術(shù)支持，能夠解決很多高延遲和低速率問題，進(jìn)而提供更好的服務(wù)。

3.4 5G在水上運輸中的應(yīng)用

5G因具有高速率和低延遲等特點，提高了水上運輸中船與船、船與人、船與岸以及船與標(biāo)之間互聯(lián)互信的效果與效率，使通信更加高效暢通，加強(qiáng)了水上設(shè)備及人員和岸上設(shè)施的溝通與交流，為其他技術(shù)在水上運輸中的應(yīng)用提供了條件。因為5G技術(shù)支持比4G更多的終端節(jié)點，所以更多的設(shè)備可以進(jìn)行互聯(lián)互通，使得大范圍和大規(guī)模的數(shù)據(jù)探測與采集成為可能。

5G技術(shù)在船舶上的應(yīng)用也非常重要。利用5G構(gòu)建船聯(lián)網(wǎng)，使得船上的各種設(shè)備與通信體系聯(lián)通，實現(xiàn)船、標(biāo)以及岸3個對象的交互變得更加簡單、實時以及高效。船舶上使用的智能化設(shè)備需要滿足高速率和高帶寬的通信要求，如果出現(xiàn)延遲通信，將會導(dǎo)致船舶上各種系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)受到影響。5G技術(shù)很好地解決了這一問題，通過高速率和低延遲的傳輸，可滿足船舶上各個系統(tǒng)的信息需要，從而保證船上一切系統(tǒng)設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。5G技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模和大范圍的數(shù)據(jù)監(jiān)測與采集，使得船上所有設(shè)備和岸基設(shè)施互聯(lián)互通，形成了一個龐大而穩(wěn)定的物聯(lián)網(wǎng)體系。通過船載5G網(wǎng)絡(luò)對船的運行狀態(tài)進(jìn)行全方位和實時監(jiān)測，一旦發(fā)生意外，能夠立即發(fā)現(xiàn)并采取解決措施。

利用5G技術(shù)建設(shè)智慧港口。港口的綠色智慧建設(shè)是港口的發(fā)展趨勢，能夠提高碼頭的工作效率，減少污染。利用5G技術(shù)可以使碼頭的自動化裝卸作業(yè)變得智能化和高效化。要建設(shè)綠色智慧港口必須依賴5G技術(shù)，通過對港口中各種設(shè)施設(shè)備的監(jiān)測，實時發(fā)現(xiàn)不安全因素并進(jìn)行及時處理。這些大規(guī)模大范圍的監(jiān)測需要5G技術(shù)的支持。通過5G網(wǎng)絡(luò)可將裝卸設(shè)備、作業(yè)人員、港口貨物、運輸車輛以及進(jìn)出口船舶，構(gòu)建成一個全自動無縫銜接的網(wǎng)絡(luò)體系。此外，智慧港口的建立離不開大量無人系統(tǒng)的運用，而大量無人系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理需要高效率和低延遲的5G技術(shù)的支持。

建設(shè)智慧航道與航行。對于航道信息的智能感知是建設(shè)智慧航道的重要技術(shù)，可以通過5G技術(shù)實現(xiàn)航道信息的智能感知。雖然這些航道信息瞬息萬變，極為復(fù)雜，但是5G技術(shù)同樣有著高速率和低延時性，能夠及時將實時的航道信息傳回決策信息平臺，利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后做出正確的決策。5G技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用可促進(jìn)航運標(biāo)準(zhǔn)體系的變革，建設(shè)智慧水上運輸，使公共水上運輸變得更加智能化和人性化，從而保證水上運輸?shù)陌踩院凸ぷ鞯母咝裕瑸槌丝吞峁﹥?yōu)質(zhì)的服務(wù)。

4 5G技術(shù)應(yīng)用于公共交通面臨的挑戰(zhàn)

5G技術(shù)的應(yīng)用使得人們的出行變得更加便利、舒適以及安全。5G技術(shù)應(yīng)用于公共交通極大地滿足了人們對交通出行的需求，但也存在挑戰(zhàn)。一方面，5G網(wǎng)絡(luò)基站的建設(shè)并沒有實現(xiàn)全面覆蓋，只是在部分區(qū)域進(jìn)行了基站建設(shè)，部分地區(qū)對5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了試用。5G技術(shù)尚不成熟、基站建設(shè)周期和成本不可控以及現(xiàn)在的5G網(wǎng)絡(luò)實際應(yīng)用效果并不理想等，導(dǎo)致5G網(wǎng)絡(luò)沒有全面覆蓋。另一方面，現(xiàn)在的5G技術(shù)不成熟，目前仍處于實驗性階段，并沒有達(dá)到廣泛的應(yīng)用，如高昂的5G技術(shù)費用使得企業(yè)還沒有探索到成熟的商業(yè)模式。

5 結(jié) 論

5G在公共交通中的應(yīng)用推動了交通信息與管理的智能、系統(tǒng)以及規(guī)范化發(fā)展?；谝陨蟽?yōu)勢，在創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的戰(zhàn)略前提下，5G在公共交通領(lǐng)域的應(yīng)用將推動公共交通領(lǐng)域的發(fā)展，帶動城市經(jīng)濟(jì)的繁榮。5G技術(shù)的優(yōu)點明顯，雖然還不夠成熟，只是局部的應(yīng)用，但是將來5G在公共交通中的應(yīng)用會越來越深，從而有力推動公共交通智能化的發(fā)展。