曹輝飛

（廣西通信規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣西 南寧 530001）

0 引 言

5G 通信技術(shù)是基于4G 通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新的通信技術(shù)。與4G 通信技術(shù)相比，5G 通信技術(shù)具有更高的數(shù)據(jù)傳送速度，可以傳送更多的數(shù)據(jù)，而且穩(wěn)定性較高，對(duì)我國(guó)城市軌道交通中應(yīng)用信息傳遞的質(zhì)量和效率產(chǎn)生明顯的影響。5G 通信技術(shù)的運(yùn)用可以為城市軌道交通中多種高級(jí)智能裝置的使用提供保障，更好地適應(yīng)每一位用戶的真實(shí)需要。因此將5 G 通信技術(shù)引入城市軌道交通中，可以有效提升城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)品質(zhì)和效率，并且可以使城市軌道交通運(yùn)營(yíng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。

1 5G 通信技術(shù)的概念

5G 通信技術(shù)是4G 通信技術(shù)的擴(kuò)展，主要特點(diǎn)是速度快、延時(shí)低、帶寬大以及可靠性高。在5G 通信網(wǎng)絡(luò)下，其下載速率可以達(dá)到10 Gb/s，極大地滿足了人們工作和生活的需要，為人們創(chuàng)造極為便利的網(wǎng)絡(luò)條件。

近年來(lái)，我國(guó)和各國(guó)政府在5G 通信技術(shù)上投入了巨大的精力和財(cái)力，大力改善了5G 通信的質(zhì)量。通過(guò)幾個(gè)階段的試驗(yàn)，最終建成了5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)。當(dāng)前，5G 通信技術(shù)在全球處于領(lǐng)先地位，對(duì)促進(jìn)我國(guó)通信行業(yè)的發(fā)展有重要意義[2]。5G 通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)如下。

第一，在設(shè)計(jì)思想上要優(yōu)于其他技術(shù)。當(dāng)前，通信業(yè)務(wù)已覆蓋生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，因此對(duì)5G 通信技術(shù)的需求越來(lái)越大，它的設(shè)計(jì)思想是對(duì)傳統(tǒng)觀念的升華與革新，為個(gè)體、公司等機(jī)構(gòu)提供更好的服務(wù)，并通過(guò)多種方式改進(jìn)業(yè)務(wù)，使顧客感受到更多的智慧。

第二，有效降低收費(fèi)。根據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)，4G通信網(wǎng)路的使用費(fèi)用相對(duì)比較昂貴，使用者必須承受相當(dāng)高的費(fèi)用。而在5G 通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和建設(shè)中，技術(shù)人員應(yīng)更加注重對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)。5G 通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)既能提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，又能滿足用戶的實(shí)際需要，有效避免了資源的浪費(fèi)，進(jìn)一步降低了運(yùn)行費(fèi)用。從目前通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，運(yùn)行費(fèi)用下降是大勢(shì)所趨，而5G 通信技術(shù)將會(huì)極大降低運(yùn)行費(fèi)用，為用戶提供更好的使用體驗(yàn)。

第三，增加了不同頻率的使用。5G 通信技術(shù)相對(duì)于4G 來(lái)說(shuō)有很多優(yōu)點(diǎn)，不但可以提高服務(wù)質(zhì)量，還可以提供更好的數(shù)據(jù)傳輸特性。傳統(tǒng)的通信方式并不具備5G 的優(yōu)越性，隨著5G 通信技術(shù)的推廣使用，通信系統(tǒng)的性能也有了很大的提高。通過(guò)分析通信技術(shù)，高頻的使用率有很大提升，而高頻無(wú)線電波的穿透能力也越來(lái)越強(qiáng)，無(wú)線寬帶技術(shù)和輕負(fù)載無(wú)限網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，使其能夠更好地利用高頻頻譜資源。在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，光束無(wú)限網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)技術(shù)可以得到很好應(yīng)用。5 代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)比如表1 所示。

表1 5 代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)比

2 5G 通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

管控表現(xiàn)在對(duì)接入移動(dòng)管理功能（Access and Mobility Management Function，AMF）的感知作用等管理和控制。在運(yùn)算方面，主要體現(xiàn)在對(duì)上報(bào)的感知資料信息的智能計(jì)算。開放指能看到的信息和數(shù)據(jù)，既可以向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部提供，也可以向網(wǎng)絡(luò)外部提供。在Nx 接口中，利用NEF 對(duì)外界的調(diào)用，或者利用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的NF 進(jìn)行感知功能的調(diào)用，并對(duì)感知結(jié)果上報(bào)；利用Ny 接口完成通信感知功能單元對(duì)AMF 感知功能的控制；利用N2 接口，AMF 可以對(duì)gNB 的感知功能進(jìn)行控制，并向gNB 傳送該感知網(wǎng)絡(luò)單元的控制指令[3]。在使用端，N3 和N6 這2 個(gè)接口被多路使用。gNB 的感知數(shù)據(jù)可以通過(guò)N3 接口上報(bào)，而gNB 所獲得的感知數(shù)據(jù)是通過(guò)N6 接口傳送到融合感知功能網(wǎng)元，如圖1 所示。

圖1 通信感知融合系統(tǒng)架構(gòu)方案

3 城市軌道交通中5G 通信的具體應(yīng)用

5G 通信技術(shù)在城市軌道交通中的運(yùn)用，不僅限于車路的通信，在城市軌道交通運(yùn)輸管理等諸多方面都有深度應(yīng)用。在智能交通運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境背景下，綜合運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)和人工智能技術(shù)等，最終實(shí)現(xiàn)了城市軌道交通經(jīng)營(yíng)的智能化管理[4]。隨著5G 通信技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的城市軌道交通管理和服務(wù)水平也有了很大的提高。

3.1 在設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用

在城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)體系中，經(jīng)常需要對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行維修管理，并且維修時(shí)間很長(zhǎng)，通常都是分散在各個(gè)大城市的核心地區(qū)，單純地靠人力進(jìn)行維修和巡視很容易造成錯(cuò)誤檢測(cè)和疏忽，并且費(fèi)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(yùn)營(yíng)和維護(hù)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，便于維護(hù)人員及時(shí)制定針對(duì)性維護(hù)策略。利用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術(shù)來(lái)建立一個(gè)全方位的監(jiān)督體系，利用5G 網(wǎng)絡(luò)的高速信號(hào)傳遞將以前的被動(dòng)處理轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)控制，既提升了設(shè)備維護(hù)的質(zhì)量，又節(jié)約了大量的人力資源。

3.2 在安全保障中的應(yīng)用

在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理中，買票通道是乘坐城市軌道交通的必經(jīng)之路，過(guò)去用4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行購(gòu)票時(shí)，會(huì)存在一些卡頓，而5G 網(wǎng)絡(luò)的低延時(shí)使得買票系統(tǒng)順暢。進(jìn)站前，在5G 網(wǎng)絡(luò)的輔助下，手機(jī)掃碼能夠更快速、更準(zhǔn)確地進(jìn)行，同行工作效率也可以得到進(jìn)一步提高。此外，利用大數(shù)據(jù)的分析功能來(lái)滿足廣大旅客的需要，為旅客帶來(lái)智能的互動(dòng)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一服務(wù)，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(yīng)用

在城市軌道交通車輛的快速行駛中，對(duì)信息的傳輸速度有很高的需求。5G 技術(shù)為車輛和地面建立了高速通信通道，因此可以在較短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)列車圖像的高速傳送。通過(guò)5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立車-地間無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可以將列車上采集到的影像和視頻迅速傳送到地面，并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通的一體化調(diào)度，從而提升軌道交通的控制效能。通過(guò)5G 通信技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)列車的狀態(tài)，當(dāng)車廂中出現(xiàn)緊急情況時(shí)，能夠迅速做出反應(yīng)，改善軌道交通運(yùn)輸?shù)陌踩?。在智能化運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)中，構(gòu)建以5G網(wǎng)絡(luò)為核心的信息通道，打造出一個(gè)包含了基礎(chǔ)設(shè)施層、能力平臺(tái)層與智慧應(yīng)用層的集成運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了信息的智能化和網(wǎng)絡(luò)化，并且能夠?qū)芾?、業(yè)務(wù)、運(yùn)行和其他智能化的應(yīng)用方案做技術(shù)支撐[5]。

3.4 在客流量檢測(cè)中的應(yīng)用

隨著我國(guó)各大、中型城市的交通壓力不斷增加，軌道交通的運(yùn)營(yíng)壓力也隨之增加，部分地區(qū)軌道交通的運(yùn)營(yíng)出現(xiàn)了超載現(xiàn)象，真實(shí)運(yùn)載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了規(guī)定。尤其在每日早晚高峰期間，旅客的數(shù)量急劇增加，既提高了軌道交通的客運(yùn)能力，又增加了軌道交通的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了緩解這種矛盾，有的城市采用了增加列車班次和延長(zhǎng)站臺(tái)長(zhǎng)度的辦法。很多人都喜歡坐在離自己最近的地方，導(dǎo)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(shí)，基于5G 技術(shù)的旅客流量監(jiān)測(cè)和分析將發(fā)揮巨大作用，每一輛車搭載的高清晰度檢測(cè)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(wǎng)絡(luò)，將計(jì)算結(jié)果上傳到車載乘客信息系統(tǒng)（Passenger Information System，PIS）數(shù)據(jù)服務(wù)器，并將各個(gè)車廂的擁擠數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)公布出來(lái)，實(shí)時(shí)展示各個(gè)車廂里乘客的擁擠狀況。在乘坐擁堵的情況下，亦會(huì)使用紅、黃、綠3 種色彩加以區(qū)分，同時(shí)也會(huì)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(jī)，并在軌道交通前后各增加一臺(tái)旁通的影像解析服務(wù)器，使得軌道交通中的資訊信息可以有效呈現(xiàn)與播放，將列車上的旅客密度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和車載CCTV 進(jìn)行組合，可以大大節(jié)省資金。

3.5 在防災(zāi)預(yù)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(zāi)和洪水等災(zāi)害，將會(huì)對(duì)軌道交通造成極大的威脅。通過(guò)對(duì)各區(qū)域、各機(jī)位的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，能夠在最短時(shí)間內(nèi)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。將水浸監(jiān)測(cè)、火災(zāi)探測(cè)以及視頻監(jiān)控等分散配置于各個(gè)單元和計(jì)算機(jī)室的不同部位。在區(qū)間或機(jī)房?jī)?nèi)出現(xiàn)火災(zāi)或水患時(shí)，使用5G 通信技術(shù)，以區(qū)間火災(zāi)探測(cè)、區(qū)間視頻監(jiān)視數(shù)據(jù)和水浸監(jiān)測(cè)信號(hào)為依據(jù)，將監(jiān)測(cè)信息反饋到中央?yún)R聚核心網(wǎng)，由中心核心設(shè)備對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，按照預(yù)設(shè)的場(chǎng)景處理?xiàng)l件，聯(lián)動(dòng)消防和PIS 等子系統(tǒng)進(jìn)行同步處理。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的分析，中央調(diào)度人員可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行分析，并做出相應(yīng)的調(diào)度決策。在此基礎(chǔ)上，以大規(guī)模區(qū)段監(jiān)控信息為基礎(chǔ)，構(gòu)建基于多源異構(gòu)信息融合的“線-網(wǎng)”智慧情景突發(fā)事件處理系統(tǒng)，提升無(wú)人駕駛列車的安全性和運(yùn)營(yíng)管理水平。

4 結(jié) 論

5G 通信技術(shù)為人們的日常生活提供了更多的便利，同時(shí)對(duì)城市軌道交通的發(fā)展有促進(jìn)作用。5G 通信技術(shù)可以更好地促進(jìn)調(diào)度工作、安全管理工作的開展，提升列車運(yùn)行效率等。我國(guó)城市軌道交通應(yīng)充分利用5G 通信技術(shù)，提高城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)效率，在此基礎(chǔ)上應(yīng)對(duì)新的管理監(jiān)測(cè)方法加以重視。通過(guò)對(duì)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，確保信息數(shù)據(jù)的快速傳輸，從而為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的目標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。