近年來，在“交通強國”政策的指引下，我國鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在全國范圍內(nèi)加速開展。目前，我國在鐵路，尤其是在高速鐵路和重載鐵路等領(lǐng)域的技術(shù)實力已處于全球領(lǐng)先水平?！缎聲r代交通強國鐵路先行規(guī)劃綱要》明確提出，“鐵路自主創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化水平全面提升，鐵路科技創(chuàng)新體系健全完善，關(guān)鍵核心技術(shù)裝備自主可控、先進適用、安全高效，智能高鐵率先建成，智慧鐵路加快實現(xiàn)?！?/p>

隨著5G技術(shù)的發(fā)展，5G的大帶寬、低時延、廣連接等優(yōu)勢充分體現(xiàn)在鐵路的建設(shè)運營中。在新一代鐵路移動通信系統(tǒng)建設(shè)中，5G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)加速融合，結(jié)合邊緣計算和網(wǎng)絡(luò)切片等技術(shù)，助力中國鐵路實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動中國鐵路智慧發(fā)展進入全新階段。

鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展預(yù)期

目前，鐵路建設(shè)部門通過3GPP所擬定的GSM或LTE網(wǎng)絡(luò)的子協(xié)議，構(gòu)建了面向鐵路的專用網(wǎng)絡(luò)(GSM-R和LTE-R網(wǎng)絡(luò))，并取得了良好的應(yīng)用成效。但隨著業(yè)務(wù)的增長，GSM-R已無法滿足日益增長的鐵路通信需求。GSM-R作為第二代移動通信技術(shù)，屬于窄頻通信系統(tǒng)，主要承載語音業(yè)務(wù)和少量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸速率較低，且不支持視頻、圖片的傳輸，目前在現(xiàn)有的GSM-R平臺上很難再開拓新業(yè)務(wù)。而這些“不足”也加速了5G在鐵路行業(yè)的應(yīng)用，5G的大帶寬、低時延、廣連接等特點可以完美地解決以上問題。在5G時代，鐵路在網(wǎng)絡(luò)層面的規(guī)劃主要聚焦在四個方面。第一，適時引入5G技術(shù)，對鐵路專網(wǎng)進行升級，形成5G-R網(wǎng)絡(luò);第二，使用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)打造“空地一體”無縫覆蓋網(wǎng)絡(luò)，保障運輸全程重點數(shù)據(jù)傳輸連續(xù)不中斷，車輛位置監(jiān)控到位;第三，在基礎(chǔ)電信運營商提供的網(wǎng)絡(luò)(包括5G定制網(wǎng))與內(nèi)部專網(wǎng)實現(xiàn)一體化融合的基礎(chǔ)上，進行有效分工，使得不同密級的數(shù)據(jù)承載在不同的網(wǎng)絡(luò)上;第四，引入量子通信等先進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，保障鐵路通信的安全。

智慧鐵路技術(shù)研究

智慧鐵路的發(fā)展，需要有三大核心技術(shù)的支持：一是北斗導(dǎo)航，二是5G技術(shù)，三是自動駕駛。北斗導(dǎo)航為智慧鐵路提供精準(zhǔn)定位、自主導(dǎo)航等基礎(chǔ)支撐;5G為鐵路聯(lián)網(wǎng)、車路協(xié)同、人車交流等提供重要支撐;自動駕駛則更為直觀地推動鐵路智能化發(fā)展進程。其中，5G在鐵路上應(yīng)用的技術(shù)核心點可以概括為以下幾個方面。一是面向超高速的5G公共網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)，核心場景是乘客在高速列車上能夠獲得相對較好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體驗;二是面向火車站等室內(nèi)超大客流場景下的技術(shù)支持;三是面向應(yīng)急保障的服務(wù)體系建設(shè);四是面向各類站場的5G定制網(wǎng)場景落地;五是面向運營商5G定制網(wǎng)與鐵路專用5G-R網(wǎng)絡(luò)的融合發(fā)展。

智慧鐵路應(yīng)用案例

智慧鐵路的建設(shè)是當(dāng)前鐵路信息化的重點發(fā)展方向，近年來已經(jīng)產(chǎn)生了一些應(yīng)用案例，特別是與5G融合的智慧鐵路應(yīng)用案例。

案例1：北京鐵路局的5G智慧車站

智慧車站利用新型室分基站和大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)室內(nèi)外定位、人流軌跡分析、票務(wù)數(shù)據(jù)匯總、實時監(jiān)控等功能，可為客流分析、應(yīng)急管理、候車大廳商業(yè)價值分析、廣告精準(zhǔn)投放等貢獻(xiàn)價值。通過室內(nèi)蜂窩網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、人工智能、可視化等技術(shù)應(yīng)用，5G智慧車站能夠讓車站的運營管理工作變得更加智能化、數(shù)據(jù)化，以可視化的畫面、可量化的數(shù)字幫助車站進行運營決策支撐、信息化改造以及客流價值轉(zhuǎn)換?；?G與終端的結(jié)合，實現(xiàn)對車站內(nèi)客流的全方位數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)大客流預(yù)警、精準(zhǔn)營銷支撐等功能。

智慧車站系統(tǒng)通過“5G+MEC”專網(wǎng)與車站內(nèi)的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，利用“5G+MEC”專網(wǎng)的高帶寬、低時延傳輸特性并結(jié)合大數(shù)據(jù)，可提高車站旅客服務(wù)質(zhì)量、擴展車站服務(wù)場景、逐步降低車站運營成本。在安檢環(huán)節(jié)，利用5G將人臉識別數(shù)據(jù)上傳至AI云平臺進行匹配對比，從而實現(xiàn)“秒”進站，提高安檢效率。此外，安檢工作人員可以通過佩戴AR眼鏡，實現(xiàn)紅外體溫檢測和可視化融合指揮調(diào)度等。車站內(nèi)的5G服務(wù)機器人還可以為旅客提供余票查詢、最優(yōu)路徑選擇等互動式旅客服務(wù);車站內(nèi)的VR娛樂設(shè)備也可以為旅客提供云游戲等娛樂服務(wù)，滿足旅客多樣化的娛樂需求。

案例2：西安鐵路局基于“5G+AI”的火車頭“醫(yī)生”

對于司機的監(jiān)管：通過5G技術(shù)進行視頻的平臺轉(zhuǎn)儲，當(dāng)火車頭緩慢進入列車段時，車載終端自動與軌旁基站建立千兆以上的高速通道，轉(zhuǎn)儲速率最大可達(dá)1.5Gbit/s以上?；疖囶^執(zhí)行一次任務(wù)產(chǎn)生的近30GB數(shù)據(jù)，在3分鐘之內(nèi)即可自動完成轉(zhuǎn)儲。全量司機視頻錄像數(shù)據(jù)采用5G技術(shù)回傳，通過高速緩存設(shè)備進入智能分析中心后，可借助AI技術(shù)自動識別司機的違規(guī)行為。該方案還可根據(jù)實際場景，進行視頻行為分析算法的定制開發(fā)，目前已實現(xiàn)了11個違章項的自動智能識別，如未比手勢、玩手機、未握大閘、瞌睡等，并通過構(gòu)建司機智能評價模型規(guī)范其行為。

對于火車頭機械設(shè)備健康的監(jiān)管：基于走行部車載傳感器數(shù)據(jù)以及地面運安、整備、檢修等數(shù)據(jù)，結(jié)合合作伙伴長期在走行部領(lǐng)域積累的大量專家經(jīng)驗和故障樣本，構(gòu)建火車頭走行部故障預(yù)測及健康管理模型，實現(xiàn)走行部的健康評估、壽命預(yù)測等功能，推進火車頭從“計劃修”向“預(yù)測修”的轉(zhuǎn)型。

案例3：廣州鐵路局的5G高鐵智能運維

將預(yù)設(shè)在動車走行線路的電務(wù)車載懸掛設(shè)備防松脫檢測站所拍攝的高清外觀檢測圖片，通過5G網(wǎng)絡(luò)上傳至鐵路局?jǐn)?shù)據(jù)處理中心進行智能分析，形成檢測報告，用以排除設(shè)備隱患，防止危險發(fā)生，為安全出行掃清障礙。該檢測站拍攝角度更精準(zhǔn)，清晰度更高，可實現(xiàn)精度和效率的雙提升。

5G海量車地數(shù)據(jù)自動下載轉(zhuǎn)儲是基于5G的巨量車載行車數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲業(yè)務(wù)，實現(xiàn)列車運行中的數(shù)據(jù)傳輸，大幅提升了傳輸效率，簡化了傳統(tǒng)有線傳輸、移動硬盤拷貝等繁瑣的人工操作環(huán)節(jié)，實現(xiàn)無感知、無人工干預(yù)的數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到10倍以上效率的提升。

5G高鐵超視距預(yù)警“千里眼”是在高鐵沿線開展“視頻上車”業(yè)務(wù)，可將視距外的路況高清視頻通過5G網(wǎng)絡(luò)實時回傳到動車組司機室的監(jiān)控預(yù)視屏上，為司機提供“千里眼”功能;同時將前方的安全告警視頻實時傳輸上車，并給出預(yù)視提示，便于司機及時作出應(yīng)急決策并采取相應(yīng)處理措施，提升行車安全，為人民群眾生命財產(chǎn)安全保駕護航。

結(jié)束語

綜上，5G在鐵路運輸智慧車站、智能運維、車地通信和高清監(jiān)控視頻傳輸?shù)葓鼍暗膽?yīng)用，不僅增強了鐵路運輸?shù)陌踩浴⑻岣吡诉\輸效率和線路巡檢效率，還節(jié)約了大量的人力成本。5G技術(shù)的應(yīng)用為中國鐵路智能化建設(shè)提供了自主創(chuàng)新能力，使中國鐵路不僅在速度上，更在技術(shù)上領(lǐng)先于世界。