智能聯(lián)接助力智慧鐵路系統(tǒng)建設(shè)
——“十四五”鐵路通信發(fā)展展望

姜永富

交通強(qiáng)國(guó)，鐵路先行，是鐵路服務(wù)社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)建設(shè)的戰(zhàn)略支撐，是滿足人民日益增長(zhǎng)美好生活需要的現(xiàn)實(shí)要求，也是推動(dòng)新時(shí)代鐵路高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在需要，順應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的必然選擇。2020 年8 月，國(guó)鐵集團(tuán)發(fā)布了《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》［1］，在“發(fā)展自主先進(jìn)的技術(shù)裝備技術(shù)體系”“提升基礎(chǔ)設(shè)施裝備技術(shù)水平”“以新型基礎(chǔ)設(shè)施賦能智慧發(fā)展”等方面［2］，明確提出加強(qiáng)5G 通信網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和應(yīng)用，豐富應(yīng)用場(chǎng)景，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，統(tǒng)籌推進(jìn)鐵路新一代移動(dòng)通信專網(wǎng)建設(shè)，構(gòu)建泛在先進(jìn)、安全、高效的現(xiàn)代鐵路信息基礎(chǔ)設(shè)施體系。以推進(jìn)新一代信息技術(shù)與鐵路深度融合、賦能賦智為牽引，打造現(xiàn)代智慧鐵路系統(tǒng)。

《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》系統(tǒng)地展示了我國(guó)未來(lái)智慧鐵路系統(tǒng)的總體架構(gòu)，定位準(zhǔn)確，目標(biāo)清晰，我們必須抓住這一重大歷史機(jī)遇，圍繞鐵路5G 技術(shù)、大數(shù)據(jù)中心建設(shè)，精心描繪新時(shí)代鐵路通信發(fā)展藍(lán)圖，構(gòu)建新時(shí)代智能鐵路通信技術(shù)體系，充分發(fā)揮鐵路通信網(wǎng)，特別是5G 網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋、大帶寬、高可靠和低時(shí)延的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，貼近業(yè)務(wù)、用戶和應(yīng)用，打造人、物與數(shù)據(jù)之間的智能聯(lián)接平臺(tái)，賦能智慧鐵路系統(tǒng)建設(shè)。

1 高鐵發(fā)展促進(jìn)鐵路通信技術(shù)持續(xù)進(jìn)步

鐵路通信是鐵路信息化、數(shù)字化、現(xiàn)代化、智能化的重要基礎(chǔ)設(shè)施和關(guān)鍵載體，在保障行車安全、服務(wù)經(jīng)營(yíng)管理、提高運(yùn)輸效率等方面發(fā)揮著不可替代的作用。在我國(guó)高鐵技術(shù)發(fā)展的十余年歷程中，鐵路通信技術(shù)發(fā)展取得顯著成績(jī)。

1） 建立了第二代數(shù)字化專用移動(dòng)通信技術(shù)（GSM-R） 體系。2003 年，中國(guó)鐵路在工業(yè)和信息化部的支持下，取得了高鐵發(fā)展必需的鐵路移動(dòng)專網(wǎng)專用頻率資源，實(shí)現(xiàn)了鐵路無(wú)線通信由傳統(tǒng)的模擬無(wú)線技術(shù)向新型數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)的跨越式發(fā)展，成功運(yùn)用于高鐵列車運(yùn)行控制、自動(dòng)駕駛、重載組合列車機(jī)車同步操控等技術(shù)領(lǐng)域，創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了行車命令信息上車，傳統(tǒng)的行車調(diào)度指揮由語(yǔ)音通信向數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)變，提高了行車指揮效率，優(yōu)化了司機(jī)作業(yè)流程。GSM-R 移動(dòng)通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使鐵路運(yùn)輸“人與人”“物與物”的聯(lián)接走向數(shù)字時(shí)代。

2） 配套完善了我國(guó)鐵路通信專網(wǎng)架構(gòu)?！笆濉焙汀笆濉逼陂g持續(xù)推進(jìn)鐵路通信網(wǎng)技術(shù)改造，在鐵通公司劃轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，改造和新建了六大骨干傳輸網(wǎng)、骨干數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、骨干時(shí)鐘網(wǎng)和鐵路外部服務(wù)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)骨干網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模通達(dá)國(guó)鐵集團(tuán)和18 個(gè)鐵路局集團(tuán)公司；鐵路局集團(tuán)公司區(qū)域傳輸網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)建設(shè)全面推進(jìn)。GSM-R 成為鐵路新線標(biāo)準(zhǔn)配置，既有線路持續(xù)推進(jìn)技術(shù)改造，移動(dòng)通信系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用呈現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。

3）高鐵的發(fā)展拉動(dòng)通信技術(shù)整體提升。列車指揮調(diào)度通信實(shí)現(xiàn)了固、移融合應(yīng)用，視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)覆蓋全部高鐵線路和沿途客站，新型車載通信設(shè)備集成了列車調(diào)度通信、調(diào)度指揮信息傳送、防護(hù)報(bào)警等行車通信功能。高鐵和干線鐵路光纜徑路安全顯著提升，纖芯容量瓶頸問(wèn)題得到徹底解決?？傮w上，鐵路通信在技術(shù)層面上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模“更大、更快、更寬”，整體裝備技術(shù)達(dá)到國(guó)際鐵路領(lǐng)域先進(jìn)水平。

2 以5G 技術(shù)在鐵路中的應(yīng)用推動(dòng)鐵路通信技術(shù)發(fā)展

2.1 鐵路5G 專網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)

加快鐵路5G 專網(wǎng)技術(shù)科技攻關(guān)，全面掌握5G核心和關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)合鐵路應(yīng)用需求和特點(diǎn)，合作研發(fā)鐵路5G 專網(wǎng)設(shè)備，建立架構(gòu)完整、具有自主能力的鐵路5G 專網(wǎng)技術(shù)體系，包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、技術(shù)裝備體系、工程建設(shè)體系和智能運(yùn)維體系。力爭(zhēng)在2023 年底前完成5G 專網(wǎng)核心網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)、移動(dòng)終端以及配套天線、車載模塊、物聯(lián)模組、SIM/eSIM 卡、MCx 業(yè)務(wù)系統(tǒng)、安全管控、傳輸加密、邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片等關(guān)鍵技術(shù)的研究和技術(shù)裝備的研發(fā)和試驗(yàn)，為2024 年起實(shí)施規(guī)模建設(shè)創(chuàng)造條件［3］。

2.2 鐵路5G 專網(wǎng)頻率攻關(guān)

鐵路相關(guān)部門配合國(guó)家5G 專網(wǎng)頻率資源主管部門完成專網(wǎng)用頻規(guī)劃方案和頻率兼容協(xié)調(diào)工作，為鐵路5G 專網(wǎng)建設(shè)和應(yīng)用爭(zhēng)取發(fā)展空間，創(chuàng)造良好的電磁環(huán)境。系統(tǒng)地研究推進(jìn)列尾裝置、無(wú)線防護(hù)報(bào)警等相關(guān)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)遷移方案和頻率騰退方案，制定各類無(wú)線電業(yè)務(wù)使用頻率騰退路線圖和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，穩(wěn)步推進(jìn)既有業(yè)務(wù)向5G 專網(wǎng)遷移，實(shí)現(xiàn)鐵路專用無(wú)線電頻率資源的科學(xué)配置。充分利用鐵路既有400MHz 無(wú)線電頻率資源，研究次要線路無(wú)線列調(diào)數(shù)字化技術(shù)和5G 專網(wǎng)區(qū)段無(wú)線調(diào)度通信災(zāi)備技術(shù)。

2.3 增強(qiáng)智能聯(lián)接能力

1）通過(guò)聚焦關(guān)鍵業(yè)務(wù)和應(yīng)用，增強(qiáng)智能聯(lián)接能力。

一是加強(qiáng)無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)研究，重點(diǎn)解決交匯、交越、并線地段和樞紐站場(chǎng)、大型客站室內(nèi)、長(zhǎng)大隧道、長(zhǎng)大橋梁等特殊地段無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋和運(yùn)用問(wèn)題。定制研發(fā)滿足鐵路專網(wǎng)安全性和可靠性要求的無(wú)線網(wǎng)設(shè)備，關(guān)鍵設(shè)備實(shí)現(xiàn)雙套化和整機(jī)冗余。適應(yīng)鐵路不同環(huán)境、不同場(chǎng)景5G 專網(wǎng)建設(shè)需要，研發(fā)適用于室內(nèi)、室外、隧道、站場(chǎng)等不同場(chǎng)景下的系列基站設(shè)備，構(gòu)建譜系化的專網(wǎng)產(chǎn)品。優(yōu)化區(qū)間通信機(jī)房建設(shè)，部署一體化基站設(shè)備，降低5G 專網(wǎng)建設(shè)綜合成本。

二是研發(fā)部署基于5G 專網(wǎng)和北斗技術(shù)的新一代車載移動(dòng)通信綜合接入平臺(tái)，集中安排既有機(jī)車綜合無(wú)線通信設(shè)備（CIR）技術(shù)改造，面向移動(dòng)裝備“車地聯(lián)接、物物聯(lián)接、數(shù)數(shù)聯(lián)接”提供5G公、專網(wǎng)融合接入平臺(tái)［4］。面向?qū)嶋H應(yīng)用，建設(shè)覆蓋干線鐵路、客貨站場(chǎng)和機(jī)務(wù)、動(dòng)車、車輛、工務(wù)、大機(jī)段等主要生產(chǎn)站段的5G 專網(wǎng)，為運(yùn)輸生產(chǎn)、安全管理實(shí)現(xiàn)信息化應(yīng)用，提供豐富的聯(lián)接帶寬和接入能力，打造智能聯(lián)接平臺(tái)。

三是推進(jìn)毫米波無(wú)線接入技術(shù)與5G 專網(wǎng)的融合應(yīng)用，重點(diǎn)解決機(jī)務(wù)段、動(dòng)車段等熱點(diǎn)地區(qū)的超大帶寬數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。協(xié)調(diào)落實(shí)鐵路應(yīng)用毫米波技術(shù)的頻譜資源配置方案，增強(qiáng)對(duì)各專業(yè)5G 專網(wǎng)應(yīng)用的通信服務(wù)保障能力。

四是推進(jìn)5G 專網(wǎng)智能應(yīng)用、終端接入、安全管控和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的研究，為相關(guān)專業(yè)部署智能應(yīng)用、提升基礎(chǔ)設(shè)施和外部環(huán)境狀態(tài)感知能力、實(shí)現(xiàn)泛在接入提供技術(shù)支撐。

2） 統(tǒng)籌5G 專網(wǎng)建設(shè)和鐵路主數(shù)據(jù)中心等業(yè)務(wù)需要，系統(tǒng)提升鐵路承載網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)和配套維護(hù)系統(tǒng)的智能聯(lián)接能力。

一是系統(tǒng)研究鐵路通信光纜、傳輸網(wǎng)擴(kuò)容補(bǔ)強(qiáng)方案，推進(jìn)鐵路承載網(wǎng)技術(shù)升級(jí)［4］。按照“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品主流化、承載綜合化”等原則，充分比選5G 專網(wǎng)SPN、IP-RAN 等接入承載技術(shù)，在充分試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，選用最適用于鐵路專網(wǎng)的技術(shù)，增強(qiáng)承載網(wǎng)接入層的綜合承載能力。研究構(gòu)建第二平面骨干傳輸網(wǎng)，提升骨干通信網(wǎng)能力。適應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和鐵路通信應(yīng)用更大帶寬、更小顆粒等多樣化特定需求，打造鐵路通信承載網(wǎng)全光網(wǎng)絡(luò)。面向終端用戶實(shí)際需要，完善“最后一公里”光接入系統(tǒng)建設(shè)，加快推進(jìn)“光纖進(jìn)班組、光終端到桌面”，實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)全光傳輸、業(yè)務(wù)全光接入、終端全光應(yīng)用”。跟蹤通信全光交換技術(shù)的演進(jìn)，推進(jìn)鐵路承載網(wǎng)軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、應(yīng)用交付網(wǎng)絡(luò)（ADN）的技術(shù)應(yīng)用，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)行調(diào)度、智能感知管理、靈活高效運(yùn)用的能力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和業(yè)務(wù)運(yùn)用可視、可管、可控，統(tǒng)一承載，平滑演進(jìn)。

二是充分運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，推進(jìn)綜合視頻、應(yīng)急通信、視頻會(huì)議等業(yè)務(wù)系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)；推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)檢測(cè)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步；推進(jìn)IPv6 技術(shù)應(yīng)用和調(diào)度通信等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的IP 化，采用“平臺(tái)+接入”方式和“一局一中心”原則，構(gòu)建新型可視化智能多媒體調(diào)度通信平臺(tái)，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的語(yǔ)音調(diào)度、視頻監(jiān)視、應(yīng)急通信為一體的智能融合應(yīng)用。完善應(yīng)急通信保障技術(shù)，試點(diǎn)高通量國(guó)產(chǎn)寬帶衛(wèi)星應(yīng)急通信技術(shù)，構(gòu)建空天地一體的新型鐵路專用應(yīng)急通信技術(shù)體系。

三是整合各類網(wǎng)絡(luò)管理、監(jiān)測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)的計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源，構(gòu)建基于云技術(shù)的鐵路通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)平臺(tái)（網(wǎng)管云）［5］和鐵路通信綜合檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)（監(jiān)測(cè)云），優(yōu)化資源配置，提高資源利用率，降低系統(tǒng)能耗，深化各類數(shù)據(jù)共享應(yīng)用。

四是夯實(shí)智能鐵路通信的關(guān)鍵“底座”。增強(qiáng)傳統(tǒng)蓄電池在線監(jiān)測(cè)、在線均衡、在線活化等新技術(shù)應(yīng)用，淘汰高耗低效電源設(shè)備；積極采用綠色、節(jié)能、低碳環(huán)保的電源技術(shù)，結(jié)合5G 專網(wǎng)建設(shè)，發(fā)展新型鋰電電池和新型智能電源設(shè)備，提升電源綜合使用效能；推進(jìn)通信鐵塔及構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和簡(jiǎn)統(tǒng)化，增強(qiáng)鐵塔和主要關(guān)鍵構(gòu)件的狀態(tài)感知能力，推廣新型單元組合式通信鐵塔的應(yīng)用，為“數(shù)字鐵塔”應(yīng)用創(chuàng)造條件。

3 完善通信全程全網(wǎng)運(yùn)維管理體系

1）堅(jiān)持通信網(wǎng)全程全網(wǎng)集中統(tǒng)一管理。依托北京鐵路通信技術(shù)中心、各鐵路局通信網(wǎng)管中心，建立與鐵路通信網(wǎng)運(yùn)維管理體制相適應(yīng)的通信網(wǎng)運(yùn)維管理體系。建立國(guó)鐵集團(tuán)通信網(wǎng)全網(wǎng)運(yùn)行安全管控中心和鐵路局集團(tuán)公司區(qū)域通信網(wǎng)運(yùn)行管控中心，按照“網(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)行、資源智能管理、系統(tǒng)智能維護(hù)、業(yè)務(wù)智能應(yīng)用”的目標(biāo)，增強(qiáng)全路通信網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)感知、資源靈活配置和調(diào)度的能力。

2）加強(qiáng)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全管理體系建設(shè)，建立國(guó)鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司二級(jí)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全管理中心，分級(jí)、分層管理通信網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，增強(qiáng)通信網(wǎng)抵御網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)的能力；落實(shí)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)要求；強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)管理人才隊(duì)伍建設(shè)，建立網(wǎng)絡(luò)工程師、安全主管、系統(tǒng)管理員、審計(jì)管理員等通信網(wǎng)運(yùn)行管理、網(wǎng)絡(luò)安全管理崗位工作制；完善網(wǎng)絡(luò)安全管理體系［6-7］。

3）系統(tǒng)開(kāi)展鐵路通信網(wǎng)運(yùn)維支撐技術(shù)、通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全管理技術(shù)的研究和應(yīng)用，把握需求導(dǎo)向，掌握關(guān)鍵技術(shù)，增強(qiáng)自主研發(fā)和創(chuàng)新能力。圍繞狀態(tài)修方向，深化在線接口和業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)、無(wú)線電干擾監(jiān)測(cè)、無(wú)線電干擾防護(hù)、無(wú)線網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)、綜合大數(shù)據(jù)分析等維護(hù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工具的研究和融合應(yīng)用，健全完善網(wǎng)絡(luò)綜合檢測(cè)技術(shù)體系和配套檢測(cè)工裝體系，按照“經(jīng)濟(jì)、適用、合理”的原則，科學(xué)配置檢修檢測(cè)工裝器具。研究建立與鐵路實(shí)際業(yè)務(wù)相適配的5G 專網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。

4） 建立國(guó)鐵集團(tuán)5G 專網(wǎng)聯(lián)合試驗(yàn)環(huán)境，充分調(diào)動(dòng)科研院所和生產(chǎn)企業(yè)、合作伙伴投身鐵路5G 專網(wǎng)技術(shù)研究的積極性，依托東郊環(huán)行試驗(yàn)基地和相關(guān)單位實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，構(gòu)建與鐵路5G 專網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)、軟硬件版本一致的仿真試驗(yàn)環(huán)境。依托仿真試驗(yàn)環(huán)境，全面支撐專網(wǎng)運(yùn)行、維護(hù)和產(chǎn)品入網(wǎng)測(cè)試驗(yàn)證。

5） 加快5G 技術(shù)鐵路人才隊(duì)伍建設(shè)。發(fā)揮國(guó)鐵集團(tuán)科技攻關(guān)課題引領(lǐng)作用，鼓勵(lì)鐵路局集團(tuán)公司專業(yè)技術(shù)人員參與國(guó)鐵集團(tuán)相關(guān)課題研究，掌握5G 關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)將過(guò)去積累的經(jīng)驗(yàn)融入到新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和裝備研發(fā)當(dāng)中。結(jié)合工程項(xiàng)目，有針對(duì)性地培養(yǎng)5G 專網(wǎng)運(yùn)維管理人才，補(bǔ)強(qiáng)運(yùn)維技術(shù)短板；鼓勵(lì)各鐵路局集團(tuán)公司、各個(gè)設(shè)計(jì)院加強(qiáng)與相關(guān)企業(yè)、大專院校的技術(shù)合作，重點(diǎn)在鐵路5G 技術(shù)和應(yīng)用研究方面建立人才合作、聯(lián)合培養(yǎng)的工作機(jī)制，力爭(zhēng)在全網(wǎng)建設(shè)前儲(chǔ)備一批高素質(zhì)、具有實(shí)戰(zhàn)能力的運(yùn)維保障力量。

4 結(jié)束語(yǔ)

展望未來(lái)，機(jī)遇難得，難點(diǎn)多，挑戰(zhàn)大。立足當(dāng)前先進(jìn)成熟的通信技術(shù)，加快推進(jìn)我國(guó)鐵路通信特別是專用移動(dòng)通信的技術(shù)進(jìn)步，具備良好的內(nèi)外部條件。鐵路通信部門必須抓住新時(shí)代鐵路快速發(fā)展的有利時(shí)機(jī)，準(zhǔn)確把握鐵路應(yīng)用需求，創(chuàng)新推進(jìn)鐵路通信技術(shù)應(yīng)用，提升鐵路通信智能聯(lián)接能力，更好地助力智慧鐵路系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展。