5G在公共交通中的應用

張 斌

（廣東省電信規劃設計院有限公司福州分公司，福建 福州 350003）

0 引 言

5G技術擁有超高速、低延時、高可靠性以及高容量等特點，廣泛應用于醫療、交通、運輸生產等領域，為人們的生活帶來便利。若將5G技術應用于公共交通，公共交通的信息覆蓋面及接入量將會大幅擴展，從而滿足日益增長的公共交通管理和維護需求。5G技術應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需求。

1 5G的概念

第5代移動通信技術簡稱5G，是在4G的基礎上延伸的移動通信技術。結合先進的技術，5G網絡在公共交通中具有較高的應用價值與前景。首先，在超高速場景中，5G可應用于超高速列車的控制系統通信，實現實時高效的狀態信息傳輸，從而提升高速列車在運行中的安全和穩定性。其次，5G在低時延和高可靠場景下可不斷拓展覆蓋范圍，實現內部網絡的實時通信，從而提高通信的可靠程度。再次，在大規模物聯網場景中，5G可使通信設備滿足大規模連接需求，完成多人通信和同步交流，構建出萬物互聯的網絡體系。最后，5G在高體驗性場景中可以使信息無障礙傳輸，同時能實現更自由和更開放的網絡建構，提高網絡的應用互動性、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的所有交通形式，通常是商業付費服務，但有少數免費狀況。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的定線運營交通方式。5G在公共交通中的主要應用體現在城市軌道交通、公交、民航以及水上運輸等方面。

3 5G在公共交通中的應用

3.1 5G在城市軌道交通中的應用

傳統衛星信號已經無法滿足現今城市軌道交通在實時通信方面的需求。由于技術的不斷進步，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，因此出現了信號不穩定和通信安全水平低等情況。5G的出現恰恰解決了此類通信問題。5G在城市軌道交通中的應用可提升通信網絡的頻譜速率，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量，滿足了多業務并行的城市軌道交通通信需求。利用5G網絡，結合先進技術，在城市軌道交通中能夠有很高的應用價值和前景。超高速場景，城市軌道對于超高速度的要求較高，高速列車的通信網絡需要能夠滿足各種信息的高效傳輸，以提高列車運行的穩定性與安全性。覆蓋范圍廣、延遲低以及可靠性高的5G網絡，可使列車內部各系統實現實時信息共享，數據可靠性高且不易丟失。利用5G網絡不僅可滿足各種大規模的物聯網模式的需求，實時連接人與物之間的交流和物與物的網絡體系，為公共交通提供智能化服務，還滿足了高體驗場景。高效的網絡傳輸能夠增加乘客的互動性和便利性。

城市軌道交通系統是一個復雜而龐大的信息系統的集合，其中城市軌道交通通信系統是城市軌道交通系統的一個重要組成部分。城市軌道交通通信系統包含很多業務通信，如乘客信息系統、視頻業務以及列車運行狀況監測系統等，需要通過網絡來傳輸信息和對信息進行決策與執行，從而保障城市軌道的安全平穩運行，因此對網絡傳輸速率要求很高。5G技術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的運行效率和通信質量，滿足城市軌道交通通信系統的網絡需求。城市軌道交通的運行需要規范和有效的控制，不但要保證列車運行的效率，還需要控制運行質量。對于列車何時進站和是否停在原有設計的位置，都需要無線通信進行控制。利用5G技術精確控制列車，可提高列車運行的可靠性、安全性以及穩定性。

為使列車在規定時間間隔互不干擾、規范以及有效運行，需要控制列車的運行質量，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，從而提高整個系統運行的穩定性、可靠性以及安全性[1]。

3.2 5G在公交中的應用

首先，5G應用于公交系統主要表現在對公交的智能調度上，通過監控系統實時監測車輛情況，收集公交運營中的載客情況和上下客流數據，并將數據回傳到客流分析平臺，從而準確掌握各條線路公交車輛的數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據，梳理出路網客流、公交站點客流以及區域客流的動態實時分布圖，以反映真實的客流情況。通過系統對以上信息、天氣以及時間等大數據進行計算，從而調節公交車的發車時間，實現實時智能調控，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能夠實現車聯網安全預警。5G技術應用于汽車領域是當前主要的研究方向。通過5G技術和其他的智能硬件，可實現對車輛車內外環境的監控。利用5G網絡傳輸的高效性和實時性，可對車內外的環境數據進行傳輸分析，從而實現安全預警，包括車內外環境預警、車輛自身的預警以及駕駛人的安全預警。通過5G技術與智能軟硬件的結合，實現車聯網的安全預警平臺，降低了事故發生概率。車聯網安全預警平臺包括環境安全預警系統和治安預警系統，通過智能攝像頭監測與分析車內外環境，一旦發現違法行為，立即將信息通過5G網絡技術實時傳輸到公安數據中心，從而有效保障人們的生命財產安全。

最后，5G技術可以應用于公交的多媒體管理平臺和充電運營平臺，為兩個平臺提供網絡技術支持。乘客可以通過5G網絡觀看高速率、高畫質以及無卡頓的視頻。在充電運營方面，5G技術能夠根據實時數據進行分析，及時預警充電存在的安全隱患，保證公交正常運營，預防發生事故。通過5G技術建立的充電運營平臺進行數據分析，可為工作人員提供相關的充電計劃優化方案，使得工作人員可根據實際情況選擇最優的充電方案，從而減少不必要的損失，降低運營成本。

3.3 5G在民航中的應用

5G通信的應用可使無人駕駛技術、云計算、4/8K視頻傳輸、大數據統計、人工智能以及虛擬現實等高新技術產業，在信息處理容量、速率以及時延上的需要被滿足，而這些產業是航空行業實現數字化轉型的關鍵設施。例如，5G技術的應用可實現對旅客和地面人員位置的感知，結合機場跑道、滑行道、廊橋以及助航燈光等設施的實時狀態參數，避免發生意外，從而保障機場地面人員的安全。在民航航空中應用5G可推進民航的數字化進程，改變傳統通信模式，為未來民航帶來更安全的運行及監管方式[3]。

5G技術應用于航空領域，不但可以實現遠距離的網絡信息掌控，還可以為民航的發展提供技術依據和數字化支持。5G技術應用于民航能夠提供更全面的信息、更科學的方案以及更實時的數據，能夠改變航空領域的安全監管模式和運行模式。航空領域自動化和智能化已經成為發展的必然趨勢，5G技術為航空的智能化提供了技術支持，利用人工智能技術將圖像識別和圖像處理機器學習與5G技術相結合，實現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技術為人工智能更好地應用于民航提供了技術支持，能夠解決很多高延遲和低速率問題，進而提供更好的服務。

3.4 5G在水上運輸中的應用

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、船與岸以及船與標之間互聯互信的效果與效率，使通信更加高效暢通，加強了水上設備及人員和岸上設施的溝通與交流，為其他技術在水上運輸中的應用提供了條件。因為5G技術支持比4G更多的終端節點，所以更多的設備可以進行互聯互通，使得大范圍和大規模的數據探測與采集成為可能。

5G技術在船舶上的應用也非常重要。利用5G構建船聯網，使得船上的各種設備與通信體系聯通，實現船、標以及岸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備需要滿足高速率和高帶寬的通信要求，如果出現延遲通信，將會導致船舶上各種系統的運轉受到影響。5G技術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的信息需要，從而保證船上一切系統設備的正常運轉。5G技術能夠實現大規模和大范圍的數據監測與采集，使得船上所有設備和岸基設施互聯互通，形成了一個龐大而穩定的物聯網體系。通過船載5G網絡對船的運行狀態進行全方位和實時監測，一旦發生意外，能夠立即發現并采取解決措施。

利用5G技術建設智慧港口。港口的綠色智慧建設是港口的發展趨勢，能夠提高碼頭的工作效率，減少污染。利用5G技術可以使碼頭的自動化裝卸作業變得智能化和高效化。要建設綠色智慧港口必須依賴5G技術，通過對港口中各種設施設備的監測，實時發現不安全因素并進行及時處理。這些大規模大范圍的監測需要5G技術的支持。通過5G網絡可將裝卸設備、作業人員、港口貨物、運輸車輛以及進出口船舶，構建成一個全自動無縫銜接的網絡體系。此外，智慧港口的建立離不開大量無人系統的運用，而大量無人系統的數據采集和處理需要高效率和低延遲的5G技術的支持。

建設智慧航道與航行。對于航道信息的智能感知是建設智慧航道的重要技術，可以通過5G技術實現航道信息的智能感知。雖然這些航道信息瞬息萬變，極為復雜，但是5G技術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，利用大數據進行分析后做出正確的決策。5G技術的發展與應用可促進航運標準體系的變革，建設智慧水上運輸，使公共水上運輸變得更加智能化和人性化，從而保證水上運輸的安全性和工作的高效性，為乘客提供優質的服務。

4 5G技術應用于公共交通面臨的挑戰

5G技術的應用使得人們的出行變得更加便利、舒適以及安全。5G技術應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。一方面，5G網絡基站的建設并沒有實現全面覆蓋，只是在部分區域進行了基站建設，部分地區對5G網絡進行了試用。5G技術尚不成熟、基站建設周期和成本不可控以及現在的5G網絡實際應用效果并不理想等，導致5G網絡沒有全面覆蓋。另一方面，現在的5G技術不成熟，目前仍處于實驗性階段，并沒有達到廣泛的應用，如高昂的5G技術費用使得企業還沒有探索到成熟的商業模式。

5 結 論

5G在公共交通中的應用推動了交通信息與管理的智能、系統以及規范化發展。基于以上優勢，在創新驅動發展的戰略前提下，5G在公共交通領域的應用將推動公共交通領域的發展，帶動城市經濟的繁榮。5G技術的優點明顯，雖然還不夠成熟，只是局部的應用，但是將來5G在公共交通中的應用會越來越深，從而有力推動公共交通智能化的發展。