5G無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用

文｜楊振

隨著信息化技術(shù)的逐步推進(jìn)，5G技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，交通行業(yè)也不例外，隨著人們出行需求的逐步增加，交通行業(yè)也逐漸向著智慧化的方向不斷推進(jìn)。而傳統(tǒng)的WLAN技術(shù)、LTE技術(shù)已經(jīng)很難滿足現(xiàn)階段軌道交通發(fā)展的實(shí)際需求，因此，在軌道交通領(lǐng)域5G通信技術(shù)的應(yīng)用場景也越來越多。因此，在本文中就首先簡單介紹了5G無線通信技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，探討了5G技術(shù)在軌道交通中的具體應(yīng)用，并且對(duì)未來5G通信技術(shù)的具體應(yīng)用方案進(jìn)行了分析。

一、引言

隨著人們出行需求的日益增長，很多大中型城市都開始大力發(fā)展軌道交通項(xiàng)目，由于其具備快速、便捷、綠色等特點(diǎn)，已經(jīng)成為目前城市發(fā)展中的重要交通形式之一。隨著軌道交通工程的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的通信技術(shù)已經(jīng)很難滿足其發(fā)展的實(shí)際需求，因此也加大了5G技術(shù)的應(yīng)用力度，由于5G技術(shù)具備低延時(shí)、高帶寬、高速率等多種優(yōu)勢，所以在軌道交通領(lǐng)域中獲得了非常廣泛的應(yīng)用。

二、5G無線通信技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

在實(shí)際應(yīng)用過程中，5G技術(shù)更加注重于用戶的體驗(yàn)，所以也進(jìn)一步降低了網(wǎng)絡(luò)平均吞吐速度以及傳輸延時(shí)，將5G技術(shù)與3D技術(shù)、VR技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，也逐步衍生出了新型的移動(dòng)業(yè)務(wù)，這些都能夠有效提升通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用性能，與傳統(tǒng)的通信方式相比，5G技術(shù)能夠進(jìn)行物理層的傳輸，還可以實(shí)現(xiàn)小區(qū)與小區(qū)、用戶和用戶之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)，從整體構(gòu)架方面來講，也能夠進(jìn)一步提升其傳輸性能，5G技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中使用了高頻段頻譜資源，但是由于受到無線電波的限制，還需要聯(lián)合應(yīng)用光載無線組網(wǎng)和其他的技術(shù)手段。此外，5G技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中也進(jìn)一步提升了軟配置的要求，也就是指各大運(yùn)營商應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源的實(shí)際配置需求來調(diào)整業(yè)務(wù)流量，從而降低企業(yè)發(fā)展過程中的運(yùn)營成本。

三、5G無線通信技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用

（一） 車地通信

在軌道交通系統(tǒng)中使用5G技術(shù)能夠建立車與地面之間的無線網(wǎng)絡(luò)，從而將列車中收集到的圖像視頻傳輸?shù)降孛妫愿斓乃俣韧瓿蓴?shù)據(jù)的存儲(chǔ)，然后將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理，能夠有效提升列車的運(yùn)行效率。使用5G技術(shù)還能夠?qū)α熊嚨膶?shí)時(shí)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，一旦車廂內(nèi)部出現(xiàn)意外狀況，就能夠第一時(shí)間進(jìn)行響應(yīng)，以此來保證軌道交通系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為廣大乘客提供更加安全的出行環(huán)境。控制中心也可以利用5G技術(shù)隨時(shí)下載列車上的監(jiān)控圖像和視頻，為控制中心進(jìn)行決策提供便利。此外，使用5G網(wǎng)絡(luò)還能夠?yàn)檫\(yùn)營管理系統(tǒng)打開信息通道，建造集平臺(tái)層、設(shè)施層、應(yīng)用層于一體的智慧化管理平臺(tái)，這樣管理平臺(tái)就具備更強(qiáng)的智能分析感知聯(lián)動(dòng)能力，為上層的運(yùn)營服務(wù)提供更多的技術(shù)支持。

（二）輕軌車站機(jī)器人巡檢

通過在輕軌站臺(tái)內(nèi)放置巡檢機(jī)器人，也能夠?qū)φ古_(tái)的安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，訓(xùn)練機(jī)器人上搭載了性能更高的監(jiān)控設(shè)備，例如測溫儀、高清攝像、紅外成像儀等等，會(huì)根據(jù)提前設(shè)置好的巡檢路徑，對(duì)于車站內(nèi)部的各項(xiàng)設(shè)施和區(qū)域進(jìn)行全面檢查，這樣就能夠有效減少固定傳感器以及監(jiān)測儀器的數(shù)量，從而減少線纜鋪設(shè)的工作量，同時(shí)對(duì)于一些原有的設(shè)備也不需要再次進(jìn)行升級(jí)改造，有效降低了車站運(yùn)營的整體成本投入。巡檢機(jī)器人的自動(dòng)化巡檢范圍能夠擴(kuò)大至輕軌的配電系統(tǒng)、隧道、線路以及一些其他的設(shè)備，在巡檢過程中，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的傳輸以及圖像的傳輸都是利用5G技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，將這些數(shù)據(jù)信息傳遞到控制中心以后，就會(huì)通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)于設(shè)備運(yùn)行過程中潛在的故障進(jìn)行快速分析和定位，確保能夠在第一時(shí)間內(nèi)對(duì)故障進(jìn)行處理，處理完成后還能夠?qū)收衔恢眠M(jìn)行再次檢查，以此來保障軌道交通系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過巡檢機(jī)器人對(duì)于重要的位置進(jìn)行仔細(xì)巡檢，也能夠有效降低巡查人員的作業(yè)量，提升工作效率。

（三） 網(wǎng)絡(luò)切片管理

第一，軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行過程中，不同的應(yīng)用場景對(duì)于網(wǎng)絡(luò)空口也會(huì)有著不同的要求，在利用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署和管理時(shí)，需要結(jié)合不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)際要求，包括帶寬、安全性等等進(jìn)行科學(xué)合理的劃分。充分利用其靈活性特點(diǎn)，來滿足不同場景對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需求，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)還是一個(gè)端到端的網(wǎng)絡(luò)，可以使用一組網(wǎng)絡(luò)資源與構(gòu)件進(jìn)行連接，形成一個(gè)網(wǎng)格切片。在軌道交通系統(tǒng)中使用5G技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)必然是未來的發(fā)展主要趨勢。第二，在3GPP標(biāo)準(zhǔn)下，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)已經(jīng)逐步能夠完成基本的網(wǎng)絡(luò)切片定義以及相關(guān)功能，也為未來5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)切片部署和業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)。就目前的實(shí)際狀況來看，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)并沒有實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，但是仍然可以結(jié)合軌道交通系統(tǒng)的實(shí)際特點(diǎn)，設(shè)置特定的網(wǎng)絡(luò)切片方案。具體如圖1所示。

圖1 城市軌道交通車地通信的網(wǎng)絡(luò)切片設(shè)計(jì)

（四）客流量檢測

隨著人們出行量的日益增加，軌道交通內(nèi)部經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)乘客擁擠的現(xiàn)象，這時(shí)就可以利用5G技術(shù)的客流量密度檢測功能，對(duì)車站內(nèi)部進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測，通過車站內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備來采集不同車廂中客流量的信息，然后利用相關(guān)的模型對(duì)擁擠度進(jìn)行計(jì)算，最終將結(jié)果上傳到PIS數(shù)據(jù)服務(wù)器，這樣就能夠及時(shí)發(fā)布車廂內(nèi)部的擁擠信息，還可以在展臺(tái)上實(shí)時(shí)顯示車廂內(nèi)部乘客的擁擠狀態(tài)，可以使用紅、黃、綠三種顏色用于區(qū)分，引導(dǎo)乘客分流乘坐列車。在列車上部也會(huì)安裝高清攝像頭，通過在車頭或者車尾的位置安裝旁路視頻分析設(shè)備，然后再使用其他現(xiàn)有的設(shè)備來顯示車廂內(nèi)部的擁擠信息，將車載CCTV和乘客密度檢測系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，只需要在車頭或者車尾的位置安裝服務(wù)器，就能夠有效降低軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營成本。

四、5G無線通信技術(shù)的應(yīng)用方案

第一，軌道交通系統(tǒng)發(fā)展過程中，對(duì)于無線通信技術(shù)的帶寬也有著更高的要求，可以在地鐵內(nèi)部建立專用5G網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)有的資源下，充分利用1.8GHz和5.8GHz頻段，在使用NR-U和5GNR技術(shù)，確保能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶要求低、可靠性要求高的安全業(yè)務(wù)。第二，在軌道交通系統(tǒng)發(fā)展過程中，LTE-M系統(tǒng)的應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較短，在同樣的帶寬下無機(jī)通信技術(shù)在性能上優(yōu)勢不夠明顯，所以在軌道交通系統(tǒng)中可以建立5G+LTE-M的方案來實(shí)現(xiàn)車地通信的相關(guān)功能。

五、結(jié)束語

現(xiàn)如今，大部分的城市已經(jīng)完成了軌道交通系統(tǒng)的5G建設(shè)，而在未來發(fā)展過程中，我們也需要全面研究軌道交通系統(tǒng)中5G技術(shù)應(yīng)用中存在的不足，并且采取有效的完善對(duì)策，充分發(fā)揮5G無線通信技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，更好地解決軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行中面臨的難題，以此來促進(jìn)交通行業(yè)的良性發(fā)展。