5G 通信技术在城市轨道交通的应用

曹辉飞

（广西通信规划设计咨询有限公司，广西 南宁 530001）

0 引 言

5G 通信技术是基于4G 通信技术发展起来的一种新的通信技术。与4G 通信技术相比，5G 通信技术具有更高的数据传送速度，可以传送更多的数据，而且稳定性较高，对我国城市轨道交通中应用信息传递的质量和效率产生明显的影响。5G 通信技术的运用可以为城市轨道交通中多种高级智能装置的使用提供保障，更好地适应每一位用户的真实需要。因此将5 G 通信技术引入城市轨道交通中，可以有效提升城市轨道交通的运营品质和效率，并且可以使城市轨道交通运营企业实现更好的经济效益和社会效益[1]。

1 5G 通信技术的概念

5G 通信技术是4G 通信技术的扩展，主要特点是速度快、延时低、带宽大以及可靠性高。在5G 通信网络下，其下载速率可以达到10 Gb/s，极大地满足了人们工作和生活的需要，为人们创造极为便利的网络条件。

近年来，我国和各国政府在5G 通信技术上投入了巨大的精力和财力，大力改善了5G 通信的质量。通过几个阶段的试验，最终建成了5G 移动通信系统。当前，5G 通信技术在全球处于领先地位，对促进我国通信行业的发展有重要意义[2]。5G 通信技术的优势如下。

第一，在设计思想上要优于其他技术。当前，通信业务已覆盖生产生活的各个领域，因此对5G 通信技术的需求越来越大，它的设计思想是对传统观念的升华与革新，为个体、公司等机构提供更好的服务，并通过多种方式改进业务，使顾客感受到更多的智慧。

第二，有效降低收费。根据相关调查数据，4G通信网路的使用费用相对比较昂贵，使用者必须承受相当高的费用。而在5G 通信网络的设计和建设中，技术人员应更加注重对系统的组态设计。5G 通信网络的建设既能提高网络资源的利用率，又能满足用户的实际需要，有效避免了资源的浪费，进一步降低了运行费用。从目前通信产业的发展趋势来看，运行费用下降是大势所趋，而5G 通信技术将会极大降低运行费用，为用户提供更好的使用体验。

第三，增加了不同频率的使用。5G 通信技术相对于4G 来说有很多优点，不但可以提高服务质量，还可以提供更好的数据传输特性。传统的通信方式并不具备5G 的优越性，随着5G 通信技术的推广使用，通信系统的性能也有了很大的提高。通过分析通信技术，高频的使用率有很大提升，而高频无线电波的穿透能力也越来越强，无线宽带技术和轻负载无限网技术相结合，使其能够更好地利用高频频谱资源。在科学技术快速发展的今天，光束无限网络等相关技术可以得到很好应用。5 代移动通信网络对比如表1 所示。

表1 5 代移动通信网络对比

2 5G 通信技术的网络架构

管控表现在对接入移动管理功能（Access and Mobility Management Function，AMF）的感知作用等管理和控制。在运算方面，主要体现在对上报的感知资料信息的智能计算。开放指能看到的信息和数据，既可以向网络内部提供，也可以向网络外部提供。在Nx 接口中，利用NEF 对外界的调用，或者利用网络内的NF 进行感知功能的调用，并对感知结果上报；利用Ny 接口完成通信感知功能单元对AMF 感知功能的控制；利用N2 接口，AMF 可以对gNB 的感知功能进行控制，并向gNB 传送该感知网络单元的控制指令[3]。在使用端，N3 和N6 这2 个接口被多路使用。gNB 的感知数据可以通过N3 接口上报，而gNB 所获得的感知数据是通过N6 接口传送到融合感知功能网元，如图1 所示。

图1 通信感知融合系统架构方案

3 城市轨道交通中5G 通信的具体应用

5G 通信技术在城市轨道交通中的运用，不仅限于车路的通信，在城市轨道交通运输管理等诸多方面都有深度应用。在智能交通运输的环境背景下，综合运用云计算技术和人工智能技术等，最终实现了城市轨道交通经营的智能化管理[4]。随着5G 通信技术的发展，我国的城市轨道交通管理和服务水平也有了很大的提高。

3.1 在设备维护中的应用

在城市轨道交通的运营体系中，经常需要对各种设备进行维修管理，并且维修时间很长，通常都是分散在各个大城市的核心地区，单纯地靠人力进行维修和巡视很容易造成错误检测和疏忽，并且费用高昂、效率低下。因此必须建立一套具有高度智能一体化的运营和维护体系，实现对该系统的实时在线监测，便于维护人员及时制定针对性维护策略。利用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技术来建立一个全方位的监督体系，利用5G 网络的高速信号传递将以前的被动处理转变为主动控制，既提升了设备维护的质量，又节约了大量的人力资源。

3.2 在安全保障中的应用

在城市轨道交通运营管理中，买票通道是乘坐城市轨道交通的必经之路，过去用4G网络进行购票时，会存在一些卡顿，而5G 网络的低延时使得买票系统顺畅。进站前，在5G 网络的辅助下，手机扫码能够更快速、更准确地进行，同行工作效率也可以得到进一步提高。此外，利用大数据的分析功能来满足广大旅客的需要，为旅客带来智能的互动体验，实现了一对一服务，大大提高了旅客的出行舒适性，满足了广大旅客多元化的出行需求。

3.3 在车地通信中的应用

在城市轨道交通车辆的快速行驶中，对信息的传输速度有很高的需求。5G 技术为车辆和地面建立了高速通信通道，因此可以在较短时间内完成对列车图像的高速传送。通过5G 网络技术建立车-地间无线网络，可以将列车上采集到的影像和视频迅速传送到地面，并进行数据转存，同时也能实现对轨道交通的一体化调度，从而提升轨道交通的控制效能。通过5G 通信技术可以实时监测列车的状态，当车厢中出现紧急情况时，能够迅速做出反应，改善轨道交通运输的安全性。在智能化运营管理系统中，构建以5G网络为核心的信息通道，打造出一个包含了基础设施层、能力平台层与智慧应用层的集成运营管理平台，实现了信息的智能化和网络化，并且能够对管理、业务、运行和其他智能化的应用方案做技术支撑[5]。

3.4 在客流量检测中的应用

随着我国各大、中型城市的交通压力不断增加，轨道交通的运营压力也随之增加，部分地区轨道交通的运营出现了超载现象，真实运载能力远远超出了规定。尤其在每日早晚高峰期间，旅客的数量急剧增加，既提高了轨道交通的客运能力，又增加了轨道交通的安全风险。为了缓解这种矛盾，有的城市采用了增加列车班次和延长站台长度的办法。很多人都喜欢坐在离自己最近的地方，导致不同座位的占有率不同，有的车厢空座位很多，有的车厢空座位很少。这时，基于5G 技术的旅客流量监测和分析将发挥巨大作用，每一辆车搭载的高清晰度检测仪可以收集分析每一辆车所载的旅客资料信息，可以推算出车辆的拥挤程度。基于5G 网络，将计算结果上传到车载乘客信息系统（Passenger Information System，PIS）数据服务器，并将各个车厢的拥挤数据实时公布出来，实时展示各个车厢里乘客的拥挤状况。在乘坐拥堵的情况下，亦会使用红、黄、绿3 种色彩加以区分，同时也会提供指引，让乘客可以更容易地选择乘坐轻轨。在轨道交通中加装高清晰度摄像机，并在轨道交通前后各增加一台旁通的影像解析服务器，使得轨道交通中的资讯信息可以有效呈现与播放，将列车上的旅客密度监测系统和车载CCTV 进行组合，可以大大节省资金。

3.5 在防灾预警中的作用

大部分轨道交通属于封闭的地下空间，如果在轨道交通中遇到火灾和洪水等灾害，将会对轨道交通造成极大的威胁。通过对各区域、各机位的监控数据进行采集与分析，能够在最短时间内应对突发事件。将水浸监测、火灾探测以及视频监控等分散配置于各个单元和计算机室的不同部位。在区间或机房内出现火灾或水患时，使用5G 通信技术，以区间火灾探测、区间视频监视数据和水浸监测信号为依据，将监测信息反馈到中央汇聚核心网，由中心核心设备对其进行计算，按照预设的场景处理条件，联动消防和PIS 等子系统进行同步处理。通过对现场情况的分析，中央调度人员可以对现场情况进行分析，并做出相应的调度决策。在此基础上，以大规模区段监控信息为基础，构建基于多源异构信息融合的“线-网”智慧情景突发事件处理系统，提升无人驾驶列车的安全性和运营管理水平。

4 结 论

5G 通信技术为人们的日常生活提供了更多的便利，同时对城市轨道交通的发展有促进作用。5G 通信技术可以更好地促进调度工作、安全管理工作的开展，提升列车运行效率等。我国城市轨道交通应充分利用5G 通信技术，提高城市轨道交通的运营效率，在此基础上应对新的管理监测方法加以重视。通过对通信系统结构进行简化，确保信息数据的快速传输，从而为实现经济效益和社会效益的目标打下坚实基础。