李軍

（中鐵通信信號(hào)勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100000）

0 引言

“十四五”時(shí)期，交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)將會(huì)加速，積極推動(dòng)智能化交通，對(duì)于助力交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略實(shí)施具有重要意義。目前，24 個(gè)省市已經(jīng)將智能交通寫入當(dāng)?shù)亍笆奈濉币?guī)劃綱要，積極推進(jìn)智能鐵路、智慧地鐵以及公路等建設(shè)。構(gòu)建基于5G 的應(yīng)用場(chǎng)景和產(chǎn)業(yè)生態(tài)，在智能交通、智慧物流、智慧能源、智慧醫(yī)療等重點(diǎn)領(lǐng)域開展試點(diǎn)示范。實(shí)際上智慧地鐵的概念早已提出，并且已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)踐，但智慧化水平相對(duì)較低，隨著通信技術(shù)和其他技術(shù)的應(yīng)用升級(jí)，地鐵的智慧化水平會(huì)不斷提高。現(xiàn)圍繞智慧地鐵下的通信系統(tǒng)構(gòu)建，進(jìn)行具體分析。

1 智慧地鐵概述

以湖南長(zhǎng)沙智慧地鐵為例，引入5G 技術(shù)賦能地鐵，提高了地鐵的智慧化水平。目前，長(zhǎng)沙地鐵1、2、3、4、5 號(hào)線已經(jīng)全部開通了5G，長(zhǎng)沙市全面進(jìn)入5G地鐵時(shí)代。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，升級(jí)了地鐵通信系統(tǒng)。對(duì)各個(gè)站臺(tái)和站廳層開展全面測(cè)試，并且對(duì)隧道內(nèi)和地鐵口等位置進(jìn)行多輪模擬用戶感知測(cè)試，實(shí)時(shí)化調(diào)整漏纜功率、小區(qū)覆蓋以及切換參數(shù)等，切實(shí)保障地鐵高速運(yùn)行狀態(tài)下移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。從測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，地鐵5G 網(wǎng)絡(luò)下載速率達(dá)到1Gbps，上行速率達(dá)到275Mbps，市民在體驗(yàn)高速地鐵的同時(shí)，更可以享受高速5G 網(wǎng)絡(luò)。智慧地鐵帶給人們舒適的體驗(yàn)感，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，快速掃碼。截止到2020年長(zhǎng)沙軌道交通運(yùn)營(yíng)情況如表1 所示，城區(qū)實(shí)現(xiàn)了“半個(gè)小時(shí)地鐵生活圈”。長(zhǎng)沙地鐵3 號(hào)線和5 號(hào)線，配置了微光互聯(lián)掃碼設(shè)備，為現(xiàn)場(chǎng)購(gòu)票和通行服務(wù)提供支持。乘客可在售檢票上利用各種在線支付渠道進(jìn)行購(gòu)票，例如微信和支付寶等，也可以在APP 上掃碼過(guò)閘，比如“我的長(zhǎng)沙”，增強(qiáng)了乘客體驗(yàn)感。第二，信號(hào)暢通體驗(yàn)?；?G 網(wǎng)絡(luò)的地鐵運(yùn)行環(huán)境下，4G信號(hào)網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)，乘客可以自如地進(jìn)行文圖網(wǎng)頁(yè)的瀏覽、朋友圈的自拍發(fā)圖、觀看視頻和直播等。人們?cè)诘罔F上使用網(wǎng)絡(luò)，也不會(huì)給地鐵運(yùn)營(yíng)帶來(lái)不良影響。隨著5G 的部署和優(yōu)化，人們的信號(hào)體驗(yàn)感會(huì)更強(qiáng)。第三，5G+智慧維保。利用5G 的大帶寬和低時(shí)延以及廣連接等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，促使維護(hù)保障能力得到全面提高。構(gòu)建5G+AR 遠(yuǎn)程協(xié)作模式，利用5G-AR 眼鏡，能為維護(hù)人員進(jìn)行巡檢工作提供有力的技術(shù)支持。借助5G+工業(yè)機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵線路和地鐵隧道等設(shè)備的自動(dòng)化巡檢。構(gòu)建的5G+車地高速通信系統(tǒng)，借助5G 大帶寬網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建車地通信高速通路，有效打破了車地之間的傳輸障礙，實(shí)現(xiàn)對(duì)車廂內(nèi)突發(fā)事件和違法行為等的實(shí)時(shí)化響應(yīng)，全面提高公共安全水平。上述功能的實(shí)現(xiàn)都離不開通信系統(tǒng)的支持與保障，智慧地鐵的建設(shè)背景下，對(duì)通信的要求不斷提高，必須要做好積極應(yīng)對(duì)。

表1 長(zhǎng)沙軌道交通情況

2 智慧地鐵給地鐵通信專業(yè)帶來(lái)的具體影響

2.1 地鐵的變化

構(gòu)建智慧地鐵，采用了現(xiàn)代化的信息與通信技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)各類信息的有效感知、采集以及整合分析等，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)營(yíng)管理和建設(shè)管理的綜合化管理，能夠面對(duì)企業(yè)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等各類需求，做出自動(dòng)化處理以及智能化響應(yīng)，形成了軌道交通信息化系統(tǒng)。從地鐵智慧化的實(shí)現(xiàn)情況分析，地鐵有了很大的變化，主要體現(xiàn)見表2。地鐵調(diào)度專業(yè)在智慧化地鐵背景下不會(huì)再按照線路區(qū)分，將會(huì)按照專業(yè)區(qū)分，達(dá)到線網(wǎng)調(diào)度，即行調(diào)管理多條線路以及電調(diào)管理多條線路等，調(diào)度人員可以根據(jù)信息系統(tǒng)輔助決策。取消專業(yè)的概念，構(gòu)建綜合運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理體系，全部都叫做調(diào)度員，不再區(qū)分成多個(gè)專業(yè)[1]。

表2 地鐵智慧化帶來(lái)的變化主要體現(xiàn)

2.2 地鐵通信系統(tǒng)全面升級(jí)

從當(dāng)前的地鐵智慧化建設(shè)情況分析，普遍進(jìn)行5G的部署，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的升級(jí)和優(yōu)化。很多城市都在積極推進(jìn)5G 的接入，力求為客戶提供更加流暢的網(wǎng)絡(luò)，提升客戶的乘車體驗(yàn)感。如何實(shí)現(xiàn)5G 信號(hào)的全面覆蓋以及如何應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)不流暢等，都是需要思考的問(wèn)題。從技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，當(dāng)前地鐵里覆蓋的5G 信號(hào)同現(xiàn)有的4G 信號(hào)沒有本質(zhì)上的差別，推進(jìn)5G 的覆蓋不會(huì)面臨特別的技術(shù)難度。通過(guò)安裝基站或者漏泄電纜等方式，實(shí)現(xiàn)5G 的基本部署。兩者的關(guān)鍵區(qū)別為，5G 系統(tǒng)中的工作頻段會(huì)略高于4G 系統(tǒng)，5G 基站發(fā)射的信號(hào)具有傳播短的特點(diǎn)，因此在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與建設(shè)上存在差異。例如，施工時(shí)需要增加基站發(fā)射功率并且多部署一些基站等。需要注意的是，5G 系統(tǒng)在地鐵覆蓋的初期，由于系統(tǒng)尚未優(yōu)化，所以工作頻段很高，遇到的電磁信號(hào)衰減、穿透以及遮擋等問(wèn)題也會(huì)比4G 更為嚴(yán)重，需做好后期的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與調(diào)試，進(jìn)而有效解決系統(tǒng)的問(wèn)題。未來(lái)，智慧地鐵的建設(shè)，必然會(huì)全面部署5G，5G 通信系統(tǒng)建設(shè)可能面臨著各類問(wèn)題，都需要進(jìn)行全面研究和分析，探索出適宜的解決方案，高效化落實(shí)通信升級(jí)[2]。

2.3 智慧地鐵帶來(lái)的技術(shù)變革

隨著智慧地鐵的建設(shè)，將會(huì)促使管理更加扁平化，線網(wǎng)中心將會(huì)成為各個(gè)專業(yè)的“大腦”與核心，尤其是弱電，適用于地鐵各類數(shù)據(jù)的計(jì)算與存儲(chǔ)。從線網(wǎng)中心的智慧化實(shí)現(xiàn)角度分析，主要體現(xiàn)為借助大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)以及物聯(lián)網(wǎng)等多樣化技術(shù)，為乘客提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理和建設(shè)管理的提高。實(shí)際應(yīng)用時(shí)利用各類數(shù)據(jù)，能夠?yàn)榈罔F建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理提供支持，輔助智慧化發(fā)展，全面提高維護(hù)管理水平。除此之外，還能夠提高智慧化車站設(shè)備集成化。利用控制中心，把車站前端設(shè)備當(dāng)做數(shù)據(jù)采集的工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)車站的管理，有效整合設(shè)備并且統(tǒng)一設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)接口。通過(guò)每個(gè)專業(yè)設(shè)備的集成化管理，更好發(fā)揮裝備的價(jià)值。地鐵智慧化系統(tǒng)的構(gòu)建，設(shè)置了調(diào)度管理智能化模塊，促使線網(wǎng)中心計(jì)算能力得到提高，并且增強(qiáng)了車站末端設(shè)備的集成化水平。采用虛擬化技術(shù)和服務(wù)器調(diào)度等技術(shù)，結(jié)合IP RAN 技術(shù)和OTN 網(wǎng)絡(luò)等，搭建多功能的云網(wǎng)絡(luò)。

與此同時(shí)，還能夠?qū)崿F(xiàn)態(tài)勢(shì)感知和信息安全等的有效融合。在地鐵的建設(shè)以及智慧化運(yùn)營(yíng)管理方面，還結(jié)合利用了BIM 技術(shù)、GIS 技術(shù)以及三維地圖等，促使位置信息有效集成，滿足管理的實(shí)際需求。按照“無(wú)感乘車、有感服務(wù)”的需求，綜合運(yùn)用了人工智能技術(shù)，例如機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、客流統(tǒng)計(jì)分析以及人臉識(shí)別技術(shù)等，可為乘客提供高質(zhì)量的引導(dǎo)服務(wù)。結(jié)合利用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、音頻分析技術(shù)、音頻告警技術(shù)等，提供智能化服務(wù)。從乘客服務(wù)的角度分析，集成了二維碼和支付寶以及微信等平臺(tái)，為乘客提供移動(dòng)支付環(huán)境，提高乘客乘車的體驗(yàn)感[3]。

除此之外，還采用了生物識(shí)別技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)全息地理信息的有效獲取，并且能夠?qū)崿F(xiàn)視頻監(jiān)視與音頻監(jiān)聽的有效采集，結(jié)合利用其他技術(shù)手段，增強(qiáng)乘客信息的安全感知，比如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。根據(jù)地鐵運(yùn)行管理的需求，比如決策與設(shè)備維護(hù)等，通過(guò)建設(shè)線網(wǎng)中心，利用數(shù)據(jù)交換共享平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的共享和挖掘以及分析，并且將分析結(jié)果合理應(yīng)用，輔助建設(shè)管理和運(yùn)行管理等[4]。

3 智慧地鐵對(duì)地鐵通信專業(yè)影響的應(yīng)對(duì)策略

3.1 積極推進(jìn)通信基礎(chǔ)設(shè)施的升級(jí)優(yōu)化

智慧城市背景下的智慧交通建設(shè)，智慧地鐵為關(guān)鍵和重點(diǎn)。在推進(jìn)地鐵智慧化方面，必須要注重完善通信基礎(chǔ)設(shè)施，全面提高通信水平。從信息通信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)角度分析，必須要結(jié)合實(shí)際需求，做好智慧地鐵的有力部署。以湖南為例，在2018年-2020年，提出三年行動(dòng)計(jì)劃，明確提出由中國(guó)鐵塔統(tǒng)籌集約利用社會(huì)資源，依托全省市政道路、鐵路、地鐵、視頻桿、路燈桿、公交站點(diǎn)等公用設(shè)施，提前儲(chǔ)備5G 站址資源。城市的智慧地鐵建設(shè)，也都在積極引入5G技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信的升級(jí)，也是對(duì)當(dāng)前的通信設(shè)施的補(bǔ)充。目前，我國(guó)的4G 帶寬與頻段劃分，同5G 并未在相同區(qū)間，例如，中國(guó)移動(dòng)（見表3）。隨著5G 的覆蓋，實(shí)現(xiàn)了通信系統(tǒng)的拓展，為市民提供了更加“高速的通信渠道”，并不會(huì)給交通體系運(yùn)行帶來(lái)影響。未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，智慧地鐵建設(shè)5G 通信部署為重點(diǎn)，需著力解決相關(guān)技術(shù)問(wèn)題。

表3 中國(guó)移動(dòng)4G 與5G 的對(duì)比

3.2 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

貫徹智慧化理念，推進(jìn)地鐵智慧化建設(shè)工作，將會(huì)不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，促使架構(gòu)更加扁平化，達(dá)到通信與其他弱電設(shè)備以及平臺(tái)實(shí)現(xiàn)融合。例如，建設(shè)ANCC 與COCC 平臺(tái)，控制中心被打造為統(tǒng)一中心，實(shí)現(xiàn)計(jì)算和存儲(chǔ)以及管理等功能的集成化，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為展示層、路網(wǎng)層與中心層。根據(jù)智慧地鐵網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，按照扁平化設(shè)計(jì)要求，來(lái)進(jìn)行控制中心的優(yōu)化，例如將公務(wù)電話專業(yè)設(shè)備有效納入到云平臺(tái)管理，不再獨(dú)立布置服務(wù)器，實(shí)施模塊化管理，促使云資源得到有效集中與整合，借助軟件升級(jí)來(lái)進(jìn)行功能優(yōu)化，降低設(shè)備運(yùn)維管理的投入。采取網(wǎng)絡(luò)扁平化設(shè)計(jì)方案，促使車站前端設(shè)備被有效簡(jiǎn)化，不同專業(yè)前端設(shè)備也實(shí)現(xiàn)了通用化，專業(yè)設(shè)備接口也趨于標(biāo)準(zhǔn)化。

一般來(lái)說(shuō)，車站前端管理設(shè)備具有很高的集成化水平，設(shè)備通用化也會(huì)使得設(shè)備一體化水平更高，為了實(shí)現(xiàn)各類功能，滿足實(shí)際需求，需要提供統(tǒng)一的接入平臺(tái)，這需要有關(guān)的硬件廠家做好設(shè)備改造，或者提供可以支持即插即用的接口。需要注意的是，隨著智慧地鐵的建設(shè)，將會(huì)使得軟硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)升級(jí)，對(duì)工作人員的要求也不斷提高，需具備一定的技術(shù)能力，掌握跨專業(yè)技術(shù)支持，比如弱電專業(yè)設(shè)備和設(shè)備維護(hù)使用方法。這需要加大數(shù)據(jù)產(chǎn)品的維護(hù)使用技術(shù)研究，例如服務(wù)器等，滿足智慧地鐵的需求。加大對(duì)地鐵維護(hù)工作崗位人員的培訓(xùn)，提高業(yè)務(wù)能力水平，適應(yīng)智慧化地鐵的發(fā)展和需求，創(chuàng)造更多的效益。

3.3 積極推廣5G 技術(shù)

從智慧地鐵的建設(shè)角度分析，5G 技術(shù)為當(dāng)前高水平通信技術(shù)的代表，將會(huì)被積極推廣應(yīng)用，上行速率將會(huì)不斷提升。5G 通信也會(huì)被應(yīng)用到車地?zé)o線通信領(lǐng)域，滿足設(shè)備之間通信的基本需求，轉(zhuǎn)變有線通信的方法，目前的有線通信系統(tǒng)會(huì)轉(zhuǎn)為備用，將會(huì)啟用無(wú)線通信系統(tǒng)。從當(dāng)前的智慧化地鐵建設(shè)實(shí)際分析，很多基礎(chǔ)設(shè)備都實(shí)現(xiàn)了功能性的突破，例如檢票閘機(jī)，打破了無(wú)線傳輸發(fā)射功率的限制，促使檢票閘機(jī)利用5G 通信傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，具有技術(shù)可能性。隨著5G 技術(shù)和其他技術(shù)的有效結(jié)合利用，能夠促使地鐵通信系統(tǒng)不斷優(yōu)化升級(jí)，創(chuàng)造更多的效益，為地鐵運(yùn)行和管理提供支持，全面提高管理的水平和效益。

3.4 建設(shè)企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心

智慧地鐵的運(yùn)行和管理，離不開數(shù)據(jù)信息的支持。根據(jù)地鐵智慧化管理的需求，搭建企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心，利用中心進(jìn)行大數(shù)據(jù)的積累，搭建業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型，采用數(shù)據(jù)挖掘和分析技術(shù)等，更好地服務(wù)地鐵運(yùn)行、乘客服務(wù)、運(yùn)維養(yǎng)護(hù)等，全面提高地鐵運(yùn)行管理的水平。積極梳理底層數(shù)據(jù)信息，加大對(duì)通信全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化的研究力度，為數(shù)據(jù)中心建設(shè)和應(yīng)用提供支持。與此同時(shí)，要注重挖掘和利用通信設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，比如維護(hù)動(dòng)態(tài)日志數(shù)據(jù)以及日巡檢數(shù)據(jù)等，助力大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，全面提高地鐵運(yùn)行維護(hù)管理的水平。通過(guò)對(duì)智慧地鐵建設(shè)的內(nèi)容、要求和需求進(jìn)行全面分析，明確技術(shù)難題和問(wèn)題，加大研究力度，提出優(yōu)化和完善的措施，助力地鐵智慧化建設(shè)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智慧地鐵對(duì)地鐵通信專業(yè)影響很大，促進(jìn)通信的升級(jí)和創(chuàng)新，對(duì)通信提出了更高的要求。為高質(zhì)量推進(jìn)地鐵智慧化建設(shè)，創(chuàng)造更多的效益，需要積極推進(jìn)地鐵通信的建設(shè)與升級(jí)，做好關(guān)鍵技術(shù)的研究，不斷地提高地鐵通信系統(tǒng)運(yùn)行水平。未來(lái)，各類技術(shù)的集成化應(yīng)用，將會(huì)促使地鐵通信服務(wù)水平得到全面提升，實(shí)現(xiàn)地鐵的智慧化目標(biāo)。