智慧地鐵對地鐵通信專業的影響及應對措施

李軍

（中鐵通信信號勘測設計院有限公司，北京 100000）

0 引言

“十四五”時期，交通強國建設將會加速，積極推動智能化交通，對于助力交通強國戰略實施具有重要意義。目前，24 個省市已經將智能交通寫入當地“十四五”規劃綱要，積極推進智能鐵路、智慧地鐵以及公路等建設。構建基于5G 的應用場景和產業生態，在智能交通、智慧物流、智慧能源、智慧醫療等重點領域開展試點示范。實際上智慧地鐵的概念早已提出，并且已經進行了實踐，但智慧化水平相對較低，隨著通信技術和其他技術的應用升級，地鐵的智慧化水平會不斷提高。現圍繞智慧地鐵下的通信系統構建，進行具體分析。

1 智慧地鐵概述

以湖南長沙智慧地鐵為例，引入5G 技術賦能地鐵，提高了地鐵的智慧化水平。目前，長沙地鐵1、2、3、4、5 號線已經全部開通了5G，長沙市全面進入5G地鐵時代。通過網絡優化，升級了地鐵通信系統。對各個站臺和站廳層開展全面測試，并且對隧道內和地鐵口等位置進行多輪模擬用戶感知測試，實時化調整漏纜功率、小區覆蓋以及切換參數等，切實保障地鐵高速運行狀態下移動網絡的質量。從測試的結果來看，地鐵5G 網絡下載速率達到1Gbps，上行速率達到275Mbps，市民在體驗高速地鐵的同時，更可以享受高速5G 網絡。智慧地鐵帶給人們舒適的體驗感，主要體現在以下幾個方面：第一，快速掃碼。截止到2020年長沙軌道交通運營情況如表1 所示，城區實現了“半個小時地鐵生活圈”。長沙地鐵3 號線和5 號線，配置了微光互聯掃碼設備，為現場購票和通行服務提供支持。乘客可在售檢票上利用各種在線支付渠道進行購票，例如微信和支付寶等，也可以在APP 上掃碼過閘，比如“我的長沙”，增強了乘客體驗感。第二，信號暢通體驗。基于4G 網絡的地鐵運行環境下，4G信號網絡平穩，乘客可以自如地進行文圖網頁的瀏覽、朋友圈的自拍發圖、觀看視頻和直播等。人們在地鐵上使用網絡，也不會給地鐵運營帶來不良影響。隨著5G 的部署和優化，人們的信號體驗感會更強。第三，5G+智慧維保。利用5G 的大帶寬和低時延以及廣連接等技術優勢，促使維護保障能力得到全面提高。構建5G+AR 遠程協作模式，利用5G-AR 眼鏡，能為維護人員進行巡檢工作提供有力的技術支持。借助5G+工業機器人，可實現對地鐵線路和地鐵隧道等設備的自動化巡檢。構建的5G+車地高速通信系統，借助5G 大帶寬網絡，構建車地通信高速通路，有效打破了車地之間的傳輸障礙，實現對車廂內突發事件和違法行為等的實時化響應，全面提高公共安全水平。上述功能的實現都離不開通信系統的支持與保障，智慧地鐵的建設背景下，對通信的要求不斷提高，必須要做好積極應對。

表1 長沙軌道交通情況

2 智慧地鐵給地鐵通信專業帶來的具體影響

2.1 地鐵的變化

構建智慧地鐵，采用了現代化的信息與通信技術，能實現各類信息的有效感知、采集以及整合分析等，實現對運營管理和建設管理的綜合化管理，能夠面對企業建設、運營、維護等各類需求，做出自動化處理以及智能化響應，形成了軌道交通信息化系統。從地鐵智慧化的實現情況分析，地鐵有了很大的變化，主要體現見表2。地鐵調度專業在智慧化地鐵背景下不會再按照線路區分，將會按照專業區分，達到線網調度，即行調管理多條線路以及電調管理多條線路等，調度人員可以根據信息系統輔助決策。取消專業的概念，構建綜合運營調度管理體系，全部都叫做調度員，不再區分成多個專業[1]。

表2 地鐵智慧化帶來的變化主要體現

2.2 地鐵通信系統全面升級

從當前的地鐵智慧化建設情況分析，普遍進行5G的部署，實現通信系統的升級和優化。很多城市都在積極推進5G 的接入，力求為客戶提供更加流暢的網絡，提升客戶的乘車體驗感。如何實現5G 信號的全面覆蓋以及如何應對網絡不流暢等，都是需要思考的問題。從技術層面來說，當前地鐵里覆蓋的5G 信號同現有的4G 信號沒有本質上的差別，推進5G 的覆蓋不會面臨特別的技術難度。通過安裝基站或者漏泄電纜等方式，實現5G 的基本部署。兩者的關鍵區別為，5G 系統中的工作頻段會略高于4G 系統，5G 基站發射的信號具有傳播短的特點，因此在網絡規劃與建設上存在差異。例如，施工時需要增加基站發射功率并且多部署一些基站等。需要注意的是，5G 系統在地鐵覆蓋的初期，由于系統尚未優化，所以工作頻段很高，遇到的電磁信號衰減、穿透以及遮擋等問題也會比4G 更為嚴重，需做好后期的網絡優化與調試，進而有效解決系統的問題。未來，智慧地鐵的建設，必然會全面部署5G，5G 通信系統建設可能面臨著各類問題，都需要進行全面研究和分析，探索出適宜的解決方案，高效化落實通信升級[2]。

2.3 智慧地鐵帶來的技術變革

隨著智慧地鐵的建設，將會促使管理更加扁平化，線網中心將會成為各個專業的“大腦”與核心，尤其是弱電，適用于地鐵各類數據的計算與存儲。從線網中心的智慧化實現角度分析，主要體現為借助大數據和云平臺以及物聯網等多樣化技術，為乘客提供服務，實現設備管理和建設管理的提高。實際應用時利用各類數據，能夠為地鐵建設和運營管理提供支持，輔助智慧化發展，全面提高維護管理水平。除此之外，還能夠提高智慧化車站設備集成化。利用控制中心，把車站前端設備當做數據采集的工具，實現對每個車站的管理，有效整合設備并且統一設備標準接口。通過每個專業設備的集成化管理，更好發揮裝備的價值。地鐵智慧化系統的構建，設置了調度管理智能化模塊，促使線網中心計算能力得到提高，并且增強了車站末端設備的集成化水平。采用虛擬化技術和服務器調度等技術，結合IP RAN 技術和OTN 網絡等，搭建多功能的云網絡。

與此同時，還能夠實現態勢感知和信息安全等的有效融合。在地鐵的建設以及智慧化運營管理方面，還結合利用了BIM 技術、GIS 技術以及三維地圖等，促使位置信息有效集成，滿足管理的實際需求。按照“無感乘車、有感服務”的需求，綜合運用了人工智能技術，例如機器學習技術、客流統計分析以及人臉識別技術等，可為乘客提供高質量的引導服務。結合利用語音識別技術、音頻分析技術、音頻告警技術等，提供智能化服務。從乘客服務的角度分析，集成了二維碼和支付寶以及微信等平臺，為乘客提供移動支付環境，提高乘客乘車的體驗感[3]。

除此之外，還采用了生物識別技術和射頻識別技術等，實現全息地理信息的有效獲取，并且能夠實現視頻監視與音頻監聽的有效采集，結合利用其他技術手段，增強乘客信息的安全感知，比如物聯網技術。根據地鐵運行管理的需求，比如決策與設備維護等，通過建設線網中心，利用數據交換共享平臺，進行數據信息的共享和挖掘以及分析，并且將分析結果合理應用，輔助建設管理和運行管理等[4]。

3 智慧地鐵對地鐵通信專業影響的應對策略

3.1 積極推進通信基礎設施的升級優化

智慧城市背景下的智慧交通建設，智慧地鐵為關鍵和重點。在推進地鐵智慧化方面，必須要注重完善通信基礎設施，全面提高通信水平。從信息通信基礎設施的建設角度分析，必須要結合實際需求，做好智慧地鐵的有力部署。以湖南為例，在2018年-2020年，提出三年行動計劃，明確提出由中國鐵塔統籌集約利用社會資源，依托全省市政道路、鐵路、地鐵、視頻桿、路燈桿、公交站點等公用設施，提前儲備5G 站址資源。城市的智慧地鐵建設，也都在積極引入5G技術，實現對通信的升級，也是對當前的通信設施的補充。目前，我國的4G 帶寬與頻段劃分，同5G 并未在相同區間，例如，中國移動（見表3）。隨著5G 的覆蓋，實現了通信系統的拓展，為市民提供了更加“高速的通信渠道”，并不會給交通體系運行帶來影響。未來一段時間內，智慧地鐵建設5G 通信部署為重點，需著力解決相關技術問題。

表3 中國移動4G 與5G 的對比

3.2 優化網絡架構

貫徹智慧化理念，推進地鐵智慧化建設工作，將會不斷優化網絡架構，促使架構更加扁平化，達到通信與其他弱電設備以及平臺實現融合。例如，建設ANCC 與COCC 平臺，控制中心被打造為統一中心，實現計算和存儲以及管理等功能的集成化，網絡架構為展示層、路網層與中心層。根據智慧地鐵網絡架構的建設標準，按照扁平化設計要求，來進行控制中心的優化，例如將公務電話專業設備有效納入到云平臺管理，不再獨立布置服務器，實施模塊化管理，促使云資源得到有效集中與整合，借助軟件升級來進行功能優化，降低設備運維管理的投入。采取網絡扁平化設計方案，促使車站前端設備被有效簡化，不同專業前端設備也實現了通用化，專業設備接口也趨于標準化。

一般來說，車站前端管理設備具有很高的集成化水平，設備通用化也會使得設備一體化水平更高，為了實現各類功能，滿足實際需求，需要提供統一的接入平臺，這需要有關的硬件廠家做好設備改造，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，將會使得軟硬件設備實現升級，對工作人員的要求也不斷提高，需具備一定的技術能力，掌握跨專業技術支持，比如弱電專業設備和設備維護使用方法。這需要加大數據產品的維護使用技術研究，例如服務器等，滿足智慧地鐵的需求。加大對地鐵維護工作崗位人員的培訓，提高業務能力水平，適應智慧化地鐵的發展和需求，創造更多的效益。

3.3 積極推廣5G 技術

從智慧地鐵的建設角度分析，5G 技術為當前高水平通信技術的代表，將會被積極推廣應用，上行速率將會不斷提升。5G 通信也會被應用到車地無線通信領域，滿足設備之間通信的基本需求，轉變有線通信的方法，目前的有線通信系統會轉為備用，將會啟用無線通信系統。從當前的智慧化地鐵建設實際分析，很多基礎設備都實現了功能性的突破，例如檢票閘機，打破了無線傳輸發射功率的限制，促使檢票閘機利用5G 通信傳輸網絡實現互聯，具有技術可能性。隨著5G 技術和其他技術的有效結合利用，能夠促使地鐵通信系統不斷優化升級，創造更多的效益，為地鐵運行和管理提供支持，全面提高管理的水平和效益。

3.4 建設企業級數據中心

智慧地鐵的運行和管理，離不開數據信息的支持。根據地鐵智慧化管理的需求，搭建企業級數據中心，利用中心進行大數據的積累，搭建業務數據模型，采用數據挖掘和分析技術等，更好地服務地鐵運行、乘客服務、運維養護等，全面提高地鐵運行管理的水平。積極梳理底層數據信息，加大對通信全業務數據化的研究力度，為數據中心建設和應用提供支持。與此同時，要注重挖掘和利用通信設備運行數據信息，比如維護動態日志數據以及日巡檢數據等，助力大數據中心的建設，全面提高地鐵運行維護管理的水平。通過對智慧地鐵建設的內容、要求和需求進行全面分析，明確技術難題和問題，加大研究力度，提出優化和完善的措施，助力地鐵智慧化建設。

4 結語

綜上所述，智慧地鐵對地鐵通信專業影響很大，促進通信的升級和創新，對通信提出了更高的要求。為高質量推進地鐵智慧化建設，創造更多的效益，需要積極推進地鐵通信的建設與升級，做好關鍵技術的研究，不斷地提高地鐵通信系統運行水平。未來，各類技術的集成化應用，將會促使地鐵通信服務水平得到全面提升，實現地鐵的智慧化目標。