5G通信技術在城市軌道交通視頻監控系統中的應用

崔融

【摘要】? ? 軌道交通現有視頻監控系統需要進行現代化改造，以適應智能軌道交通的發展方向，5G通信是第五代高速無線通信技術，本文對5G通信在城市軌道交通視頻監控系統中的應用進行了研究，利用5G通信的網絡接口和邊緣計算技術，構建了5G視頻監控系統。

【關鍵詞】? ? 城市軌道交通? ? 5G通信技術? ? 視頻監控系統? ? 應用

以4G網絡技術為基礎，逐漸取代了以WLAN為基礎的地面通信系統（WLAN）。如何保證城市軌道交通的安全運營，提高城市客運服務水平，是一個亟待解決的問題。據行業統計，城市交通是以鐵路為主導的，城市人口流量最大的城市，軌道交通各線路施工時間長，行車性能一直處于世界領先水平，受施工過程技術條件的制約，新老線路的視頻監控系統完全不同，既有模擬標準，也有數字標準定義模式。隨著城市軌道交通數字化發展，對視頻監控系統可控性、穩定性和擴展性的要求越來越高，5G將成為國家重點發展戰略領域，并將在2019年進入快速發展階段，利用5G通信網絡：在5G通信網絡的基礎上建立城市軌道交通視頻監控系統，這也是對現有視頻監控系統進行改造的一個可行系統。

一、5G技術概述

1.1 5G介紹

5G將在傳輸延遲，可靠性，安全性和覆蓋范圍方面得到改進。移動通信系統的應用領域也已擴大，增加了端到端的通信功能（D2D，設備到設備），同時還提高了傳感器質量和機器通信（M2M）的便攜性，這不僅能提升5G在不同領域的應用，還能滿足未來不同領域的用戶體驗。

1.2技術優勢

5G網絡可以跨越4G網絡，5G還增加了D2D的通信能力，4G采用的直接通信技術可以減輕基站的負荷，減少通信延遲。在我負責的頻率資源中，D2D通信只占一半，而蜂窩通信就是如此。另外，通過D2D用戶間的通信可以降低傳輸性能和能耗。但同時5G性能的提高也對系統的安全可靠性提出了更高的要求，5G性能的提高有助于提高城市軌道交通系統的運行性能。

二、城市軌道交通視頻監控系統主要功能和組成的介紹

2.1對視頻監控系統功能的分析

對于視頻監控系統來說，它可以對顯示設備的行為、車輛的運行狀態和指揮效率等多個方面進行有效監控。此外，該系統還能利用合適的列車攝像機、編碼器、網絡等設備，為安保人員提供準確的信息，接收災害預防和社會安全視頻信息。

1.對監視范圍的介紹。

由于隧道入口、 U型監控室等關鍵機電設備的不斷改進，實現了實時監控，使許多操作人員能夠在各自的顯示器上獲取相關信息。

2.對視頻存儲功能的介紹。

該系統能夠有效存儲長時間的視頻信息，實時存儲各攝像機采集的視頻信號，同時實現各自工作人員的通話、觀看等權利，保證證據的記錄。

3.對控制功能的介紹。

監控室相關人員可在本地控制云攝像機遠程優先權丟失設置，對事項進行分權管理。一般來說，優先考慮的是操作者。使用者的使用環境是預先設定的，并能在緊急情況下迅速切換及調整。

2.2對視頻監控系統構成的介紹

系統主要包括“中心、站、線、庫”子系統，實現了對系統的安全監控。每個線路都有中心層和各車站。每個層次都可以有效地監控系統中的圖像。監測能力獨立，互不干擾，具有實時管理功能。本系統主要包括圖像采集、集中控制處理、信號傳輸和網絡管理等部分，通過視頻處理裝置，可以將車站視頻信號傳輸到交換存儲設備，并可與公安機關等有關部門進行信息交換，從而加快了智能化進程，提高了視頻清晰度，增強了監控能力，保證和促進了軌道交通的高效運行。

三、5G通信技術在城市軌道交通視頻監控系統建設中的應用契機

與4G通信技術相比，5G通信技術更加強調人與物、物與物之間的聯系。為了滿足企業的不同需求，5G通信技術的核心網絡是基于服務的網絡架構，該網絡結構具有虛擬化網絡功能，將控制層和數據層分開，并根據業務需求對網絡進行分解，將應用計算能力集中到網絡邊緣（NFV），從而實現了業務分離，包括改進移動寬帶（eMBB）、低延遲和高可靠（uRLLC）。借助以上技術的優勢，通過5G通信技術對視頻監控系統進行改造，使其更適合于高分辨率、移動化和智能化的發展趨勢。

3.1網絡切片技術在視頻監控系統中的運用

5G端端通信技術能夠達到與專用網相同的安全和隔離水平。通過這種技術，可以構建自主虛擬移動網絡。磁盤上只能由授權的設備訪問和通信磁盤。同時，端到端NFV和軟件定義網絡技術（SDN）能夠實現網絡資源動態靈活分配，以應對突發事件增加的網絡資源情況，例如，在節日期間特定地區增加視頻監控密度，5G通信網絡具有較大的網絡靈活性、較高的靈活性和快速應用實現能力，而不是自建光纖專用網。

3.2邊緣計算技術在視頻監控系統中的運用

高清視頻監控系統的核心是提高計算性能，糾正高清視頻監控系統傳輸和存儲的瓶頸，如果攝像機連續采集高分辨率圖像，則需要對攝像機進行智能控制，為快速、及時地傳輸流媒體，采用邊緣計算方法，在5G通信載波網絡的邊緣上可以將視頻處理頁面傳送到用戶頁面，基站下攝像機采集的信息可以本地存儲，：視頻數據分析的延時，同時可根據5G通信技術+邊緣計算平臺的參數，實現基于邊緣計算平臺和視頻服務質量的動態優化處理，視頻監控業務流程不需要通過運營商的核心網絡，而是直接從邊緣計算平臺路由到本地網，確保業務流的私有化和安全管理與控制，同時本地流量的重新定向可以減少對提取帶寬的消耗，減少服務等待時間，提高服務體驗。另外，在用戶頁面上建立5G通信技術+基于云計算的邊緣計算平臺等對時延敏感的企業，可根據實際業務需求向邊緣計算平臺下沉，打造強大的客戶端計算能力，為城市軌道交通線路的智能化運營維護、無人值守運營、基于高清視頻的客流管理和人臉識別等信息創新應用提供支撐。

四、基于5G通信技術的軌道交通視頻監控系統

5G通信技術的公共交通視頻監控系統總體結構，分布式Pidi站用于地鐵站臺和站廳的5G信號覆蓋，Acer站用于地鐵和停車場的5G信號覆蓋。HD攝像機接入端，可采用基于Cu/Du的二級結構，使用5G通信技術，在Cu上建立一個區域數據中心，并考慮其在OCC（OperationControl）站點的實際位置。挖掘了核心網絡的部分應用功能，并在Cu上使用了邊緣計算服務器。該系統除可用于視頻監控系統外，還可根據車輛控制界面平臺的低延時要求對人工智能能力（人工智能）進行預定位，支持車輛和管路的運行和維護這是一個由中央控制中心3C組成的視頻監控系統，軌道交通總隊通過本地交通網與5G通信網絡相連。城市軌道交通5G通信網絡視頻監控服務與5G公共網絡服務按網絡段分開。用戶可撥打視頻監控，地鐵站的HD攝像機可根據上層視頻監控系統的指令記錄視頻，并高速地通過5G通信空中接口傳送;本地數據中心設有邊緣計算服務器，核心可存儲和處理本地返回的HD視頻（如數據分析、圖像識別和識別等），還可根據上層視頻監控系統的要求，實現對攝像機的智能控制。

介質存儲層是運營商的5G通信網，兩端為中央監控點和接收視頻監控點。與已有系統相比，網絡裝瓶減少了中間處理的潛在故障點，有利于日常運行和維護，可降低和提高系統的可控性和可控性。

以5G通信網絡為基礎的城市軌道交通視頻監控系統，能快速響應城市軌道交通運營維護期間視頻監控點的臨時增加和物理狀態變化的要求。若視頻發展到超高清，還能滿足帶寬倍增的業務需求，以及公司的快速引進和視頻監控系統的簡易擴展，將極大地提高視頻監控系統的靈活性，有助于考慮未來智能軌道交通的發展趨勢。

五、5G技術在城市軌道交通中的應用

5.1端到端通信

為了避免基于CBTC技術的列車調度系統中的列車因軌道網故障而產生逃逸或停線現象，在列車運行線路上設計相互冗余的獨立軌道通信網。但是，老線路改造難度加大，后期難以施工，通訊設施的建設費用也增加。

5G通信采用了端到端（D2D）通信技術，無需基站就能在設備之間傳輸數據。D2D通信技術可以作為冗余通信的另一個途徑。一旦網絡發生故障，它可以在列車之間建立直接通信，并互相傳遞其位置和運行信息，以保證列車安全運行，同時保證列車安全。通過D2D通信技術，可以進一步減少列車之間的通信延遲，提高列車運行效率，提高行車安全。

D2D通信技術為后臺通信提供了新的手段。以往，列車前、后均需設置通路，增加了改造舊普通列車的難度。利用D2D技術，車輛兩端的車輛控制裝置無需通過車輛的地面網絡，也無需移動前、后側的線路，就可以直接通過無線線路進行通信。它不僅縮短了換車時間，而且為車輛的后期維修提供了便利。D2D通信技術為地鐵的建設、施工、運營和維護提供了更加靈活的通信方式。

5.2海量用戶超密集組網

在5G網絡中增加通信帶寬，5G網絡就能提供更多的服務，并能傳輸大量無線設備?，F有有線和地面網絡的一部分可被交換成無線網絡。而且設備分布靈活，減少了集中放置在較大空間的設備需求，便于設備的安裝和維護。

5.3大規模天線陣列

伴隨著城市的不斷發展，交通壓力越來越大。因此，城市軌道交通是綠色，環保，節能的重要交通工具。軌道交通中，由于乘客密度大，乘客組成復雜，空間相對封閉。因此，要不斷完善信息安全網的覆蓋范圍，有效地控制了旅客運輸，實現了有效的停車。預期5G網絡將采用大規模天線陣列，天線空分特性可以滿足多用戶的需要，不僅提高了頻率利用率，而且還提高了傳輸可靠性，為未來的軌道交通建設提供了較好的技術支持。

六、結語

網絡技術的研究與應用在城市軌道交通建設中具有重要的現實意義。針對我國城市軌道交通系統在應用中存在的問題，提出了一種具有更高效率、更靈活的應用功能的新思路，同時，5G網絡技術可以提高系統效率，降低能耗，進一步降低部分成本，實現國家推薦的節能減排和綠色交通。基于運營商5G通信網的EmbB業務場景，采用網絡交叉、邊緣計算等技術，快速部署新業務，充分滿足動態交通管理等需求，提供系統安全保障，提高整體視頻監控和高清視頻監控系統的靈活性，實現移動化和智能化。此外，通過與運營商合作，可充分利用軌道交通網內資源和運營商5G通信手段，通過優勢互補，擴大5G通信網絡覆蓋范圍，提高系統建設成本。

參? 考? 文? 獻

[1]無.5G技術在廣州地鐵投入商業運行實現視頻實時監控[J].軌道交通，2018，000（001）：P.22-22.

[2]5.8GHz無線頻段車-地視頻傳輸研究[Z].上海申通軌道交通研究咨詢有限公司.2008.

[3]毛磊，董立虎，陸詩釗.軌交行業5G網絡建設和合作分析[J].移動通信，2020，44（5）：56-60.