5G 通信技術在城市軌道交通的應用

曹輝飛

（廣西通信規劃設計咨詢有限公司，廣西 南寧 530001）

0 引 言

5G 通信技術是基于4G 通信技術發展起來的一種新的通信技術。與4G 通信技術相比，5G 通信技術具有更高的數據傳送速度，可以傳送更多的數據，而且穩定性較高，對我國城市軌道交通中應用信息傳遞的質量和效率產生明顯的影響。5G 通信技術的運用可以為城市軌道交通中多種高級智能裝置的使用提供保障，更好地適應每一位用戶的真實需要。因此將5 G 通信技術引入城市軌道交通中，可以有效提升城市軌道交通的運營品質和效率，并且可以使城市軌道交通運營企業實現更好的經濟效益和社會效益[1]。

1 5G 通信技術的概念

5G 通信技術是4G 通信技術的擴展，主要特點是速度快、延時低、帶寬大以及可靠性高。在5G 通信網絡下，其下載速率可以達到10 Gb/s，極大地滿足了人們工作和生活的需要，為人們創造極為便利的網絡條件。

近年來，我國和各國政府在5G 通信技術上投入了巨大的精力和財力，大力改善了5G 通信的質量。通過幾個階段的試驗，最終建成了5G 移動通信系統。當前，5G 通信技術在全球處于領先地位，對促進我國通信行業的發展有重要意義[2]。5G 通信技術的優勢如下。

第一，在設計思想上要優于其他技術。當前，通信業務已覆蓋生產生活的各個領域，因此對5G 通信技術的需求越來越大，它的設計思想是對傳統觀念的升華與革新，為個體、公司等機構提供更好的服務，并通過多種方式改進業務，使顧客感受到更多的智慧。

第二，有效降低收費。根據相關調查數據，4G通信網路的使用費用相對比較昂貴，使用者必須承受相當高的費用。而在5G 通信網絡的設計和建設中，技術人員應更加注重對系統的組態設計。5G 通信網絡的建設既能提高網絡資源的利用率，又能滿足用戶的實際需要，有效避免了資源的浪費，進一步降低了運行費用。從目前通信產業的發展趨勢來看，運行費用下降是大勢所趨，而5G 通信技術將會極大降低運行費用，為用戶提供更好的使用體驗。

第三，增加了不同頻率的使用。5G 通信技術相對于4G 來說有很多優點，不但可以提高服務質量，還可以提供更好的數據傳輸特性。傳統的通信方式并不具備5G 的優越性，隨著5G 通信技術的推廣使用，通信系統的性能也有了很大的提高。通過分析通信技術，高頻的使用率有很大提升，而高頻無線電波的穿透能力也越來越強，無線寬帶技術和輕負載無限網技術相結合，使其能夠更好地利用高頻頻譜資源。在科學技術快速發展的今天，光束無限網絡等相關技術可以得到很好應用。5 代移動通信網絡對比如表1 所示。

表1 5 代移動通信網絡對比

2 5G 通信技術的網絡架構

管控表現在對接入移動管理功能（Access and Mobility Management Function，AMF）的感知作用等管理和控制。在運算方面，主要體現在對上報的感知資料信息的智能計算。開放指能看到的信息和數據，既可以向網絡內部提供，也可以向網絡外部提供。在Nx 接口中，利用NEF 對外界的調用，或者利用網絡內的NF 進行感知功能的調用，并對感知結果上報；利用Ny 接口完成通信感知功能單元對AMF 感知功能的控制；利用N2 接口，AMF 可以對gNB 的感知功能進行控制，并向gNB 傳送該感知網絡單元的控制指令[3]。在使用端，N3 和N6 這2 個接口被多路使用。gNB 的感知數據可以通過N3 接口上報，而gNB 所獲得的感知數據是通過N6 接口傳送到融合感知功能網元，如圖1 所示。

圖1 通信感知融合系統架構方案

3 城市軌道交通中5G 通信的具體應用

5G 通信技術在城市軌道交通中的運用，不僅限于車路的通信，在城市軌道交通運輸管理等諸多方面都有深度應用。在智能交通運輸的環境背景下，綜合運用云計算技術和人工智能技術等，最終實現了城市軌道交通經營的智能化管理[4]。隨著5G 通信技術的發展，我國的城市軌道交通管理和服務水平也有了很大的提高。

3.1 在設備維護中的應用

在城市軌道交通的運營體系中，經常需要對各種設備進行維修管理，并且維修時間很長，通常都是分散在各個大城市的核心地區，單純地靠人力進行維修和巡視很容易造成錯誤檢測和疏忽，并且費用高昂、效率低下。因此必須建立一套具有高度智能一體化的運營和維護體系，實現對該系統的實時在線監測，便于維護人員及時制定針對性維護策略。利用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術來建立一個全方位的監督體系，利用5G 網絡的高速信號傳遞將以前的被動處理轉變為主動控制，既提升了設備維護的質量，又節約了大量的人力資源。

3.2 在安全保障中的應用

在城市軌道交通運營管理中，買票通道是乘坐城市軌道交通的必經之路，過去用4G網絡進行購票時，會存在一些卡頓，而5G 網絡的低延時使得買票系統順暢。進站前，在5G 網絡的輔助下，手機掃碼能夠更快速、更準確地進行，同行工作效率也可以得到進一步提高。此外，利用大數據的分析功能來滿足廣大旅客的需要，為旅客帶來智能的互動體驗，實現了一對一服務，大大提高了旅客的出行舒適性，滿足了廣大旅客多元化的出行需求。

3.3 在車地通信中的應用

在城市軌道交通車輛的快速行駛中，對信息的傳輸速度有很高的需求。5G 技術為車輛和地面建立了高速通信通道，因此可以在較短時間內完成對列車圖像的高速傳送。通過5G 網絡技術建立車-地間無線網絡，可以將列車上采集到的影像和視頻迅速傳送到地面，并進行數據轉存，同時也能實現對軌道交通的一體化調度，從而提升軌道交通的控制效能。通過5G 通信技術可以實時監測列車的狀態，當車廂中出現緊急情況時，能夠迅速做出反應，改善軌道交通運輸的安全性。在智能化運營管理系統中，構建以5G網絡為核心的信息通道，打造出一個包含了基礎設施層、能力平臺層與智慧應用層的集成運營管理平臺，實現了信息的智能化和網絡化，并且能夠對管理、業務、運行和其他智能化的應用方案做技術支撐[5]。

3.4 在客流量檢測中的應用

隨著我國各大、中型城市的交通壓力不斷增加，軌道交通的運營壓力也隨之增加，部分地區軌道交通的運營出現了超載現象，真實運載能力遠遠超出了規定。尤其在每日早晚高峰期間，旅客的數量急劇增加，既提高了軌道交通的客運能力，又增加了軌道交通的安全風險。為了緩解這種矛盾，有的城市采用了增加列車班次和延長站臺長度的辦法。很多人都喜歡坐在離自己最近的地方，導致不同座位的占有率不同，有的車廂空座位很多，有的車廂空座位很少。這時，基于5G 技術的旅客流量監測和分析將發揮巨大作用，每一輛車搭載的高清晰度檢測儀可以收集分析每一輛車所載的旅客資料信息，可以推算出車輛的擁擠程度。基于5G 網絡，將計算結果上傳到車載乘客信息系統（Passenger Information System，PIS）數據服務器，并將各個車廂的擁擠數據實時公布出來，實時展示各個車廂里乘客的擁擠狀況。在乘坐擁堵的情況下，亦會使用紅、黃、綠3 種色彩加以區分，同時也會提供指引，讓乘客可以更容易地選擇乘坐輕軌。在軌道交通中加裝高清晰度攝像機，并在軌道交通前后各增加一臺旁通的影像解析服務器，使得軌道交通中的資訊信息可以有效呈現與播放，將列車上的旅客密度監測系統和車載CCTV 進行組合，可以大大節省資金。

3.5 在防災預警中的作用

大部分軌道交通屬于封閉的地下空間，如果在軌道交通中遇到火災和洪水等災害，將會對軌道交通造成極大的威脅。通過對各區域、各機位的監控數據進行采集與分析，能夠在最短時間內應對突發事件。將水浸監測、火災探測以及視頻監控等分散配置于各個單元和計算機室的不同部位。在區間或機房內出現火災或水患時，使用5G 通信技術，以區間火災探測、區間視頻監視數據和水浸監測信號為依據，將監測信息反饋到中央匯聚核心網，由中心核心設備對其進行計算，按照預設的場景處理條件，聯動消防和PIS 等子系統進行同步處理。通過對現場情況的分析，中央調度人員可以對現場情況進行分析，并做出相應的調度決策。在此基礎上，以大規模區段監控信息為基礎，構建基于多源異構信息融合的“線-網”智慧情景突發事件處理系統，提升無人駕駛列車的安全性和運營管理水平。

4 結 論

5G 通信技術為人們的日常生活提供了更多的便利，同時對城市軌道交通的發展有促進作用。5G 通信技術可以更好地促進調度工作、安全管理工作的開展，提升列車運行效率等。我國城市軌道交通應充分利用5G 通信技術，提高城市軌道交通的運營效率，在此基礎上應對新的管理監測方法加以重視。通過對通信系統結構進行簡化，確保信息數據的快速傳輸，從而為實現經濟效益和社會效益的目標打下堅實基礎。