5G通信技術(shù)在城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

崔融

【摘要】? ? 軌道交通現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要進(jìn)行現(xiàn)代化改造，以適應(yīng)智能軌道交通的發(fā)展方向，5G通信是第五代高速無(wú)線通信技術(shù)，本文對(duì)5G通信在城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，利用5G通信的網(wǎng)絡(luò)接口和邊緣計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建了5G視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】? ? 城市軌道交通? ? 5G通信技術(shù)? ? 視頻監(jiān)控系統(tǒng)? ? 應(yīng)用

以4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，逐漸取代了以WLAN為基礎(chǔ)的地面通信系統(tǒng)（WLAN）。如何保證城市軌道交通的安全運(yùn)營(yíng)，提高城市客運(yùn)服務(wù)水平，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)，城市交通是以鐵路為主導(dǎo)的，城市人口流量最大的城市，軌道交通各線路施工時(shí)間長(zhǎng)，行車性能一直處于世界領(lǐng)先水平，受施工過(guò)程技術(shù)條件的制約，新老線路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)完全不同，既有模擬標(biāo)準(zhǔn)，也有數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)定義模式。隨著城市軌道交通數(shù)字化發(fā)展，對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)可控性、穩(wěn)定性和擴(kuò)展性的要求越來(lái)越高，5G將成為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略領(lǐng)域，并將在2019年進(jìn)入快速發(fā)展階段，利用5G通信網(wǎng)絡(luò)：在5G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)，這也是對(duì)現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造的一個(gè)可行系統(tǒng)。

一、5G技術(shù)概述

1.1 5G介紹

5G將在傳輸延遲，可靠性，安全性和覆蓋范圍方面得到改進(jìn)。移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也已擴(kuò)大，增加了端到端的通信功能（D2D，設(shè)備到設(shè)備），同時(shí)還提高了傳感器質(zhì)量和機(jī)器通信（M2M）的便攜性，這不僅能提升5G在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，還能滿足未來(lái)不同領(lǐng)域的用戶體驗(yàn)。

1.2技術(shù)優(yōu)勢(shì)

5G網(wǎng)絡(luò)可以跨越4G網(wǎng)絡(luò)，5G還增加了D2D的通信能力，4G采用的直接通信技術(shù)可以減輕基站的負(fù)荷，減少通信延遲。在我負(fù)責(zé)的頻率資源中，D2D通信只占一半，而蜂窩通信就是如此。另外，通過(guò)D2D用戶間的通信可以降低傳輸性能和能耗。但同時(shí)5G性能的提高也對(duì)系統(tǒng)的安全可靠性提出了更高的要求，5G性能的提高有助于提高城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行性能。

二、城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要功能和組成的介紹

2.1對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能的分析

對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它可以對(duì)顯示設(shè)備的行為、車輛的運(yùn)行狀態(tài)和指揮效率等多個(gè)方面進(jìn)行有效監(jiān)控。此外，該系統(tǒng)還能利用合適的列車攝像機(jī)、編碼器、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備，為安保人員提供準(zhǔn)確的信息，接收災(zāi)害預(yù)防和社會(huì)安全視頻信息。

1.對(duì)監(jiān)視范圍的介紹。

由于隧道入口、 U型監(jiān)控室等關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備的不斷改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控，使許多操作人員能夠在各自的顯示器上獲取相關(guān)信息。

2.對(duì)視頻存儲(chǔ)功能的介紹。

該系統(tǒng)能夠有效存儲(chǔ)長(zhǎng)時(shí)間的視頻信息，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)各攝像機(jī)采集的視頻信號(hào)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各自工作人員的通話、觀看等權(quán)利，保證證據(jù)的記錄。

3.對(duì)控制功能的介紹。

監(jiān)控室相關(guān)人員可在本地控制云攝像機(jī)遠(yuǎn)程優(yōu)先權(quán)丟失設(shè)置，對(duì)事項(xiàng)進(jìn)行分權(quán)管理。一般來(lái)說(shuō)，優(yōu)先考慮的是操作者。使用者的使用環(huán)境是預(yù)先設(shè)定的，并能在緊急情況下迅速切換及調(diào)整。

2.2對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成的介紹

系統(tǒng)主要包括“中心、站、線、庫(kù)”子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的安全監(jiān)控。每個(gè)線路都有中心層和各車站。每個(gè)層次都可以有效地監(jiān)控系統(tǒng)中的圖像。監(jiān)測(cè)能力獨(dú)立，互不干擾，具有實(shí)時(shí)管理功能。本系統(tǒng)主要包括圖像采集、集中控制處理、信號(hào)傳輸和網(wǎng)絡(luò)管理等部分，通過(guò)視頻處理裝置，可以將車站視頻信號(hào)傳輸?shù)浇粨Q存儲(chǔ)設(shè)備，并可與公安機(jī)關(guān)等有關(guān)部門(mén)進(jìn)行信息交換，從而加快了智能化進(jìn)程，提高了視頻清晰度，增強(qiáng)了監(jiān)控能力，保證和促進(jìn)了軌道交通的高效運(yùn)行。

三、5G通信技術(shù)在城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用契機(jī)

與4G通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)更加強(qiáng)調(diào)人與物、物與物之間的聯(lián)系。為了滿足企業(yè)的不同需求，5G通信技術(shù)的核心網(wǎng)絡(luò)是基于服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能，將控制層和數(shù)據(jù)層分開(kāi)，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分解，將應(yīng)用計(jì)算能力集中到網(wǎng)絡(luò)邊緣（NFV），從而實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)分離，包括改進(jìn)移動(dòng)寬帶（eMBB）、低延遲和高可靠（uRLLC）。借助以上技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)5G通信技術(shù)對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其更適合于高分辨率、移動(dòng)化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)。

3.1網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用

5G端端通信技術(shù)能夠達(dá)到與專用網(wǎng)相同的安全和隔離水平。通過(guò)這種技術(shù)，可以構(gòu)建自主虛擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。磁盤(pán)上只能由授權(quán)的設(shè)備訪問(wèn)和通信磁盤(pán)。同時(shí)，端到端NFV和軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（SDN）能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源動(dòng)態(tài)靈活分配，以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件增加的網(wǎng)絡(luò)資源情況，例如，在節(jié)日期間特定地區(qū)增加視頻監(jiān)控密度，5G通信網(wǎng)絡(luò)具有較大的網(wǎng)絡(luò)靈活性、較高的靈活性和快速應(yīng)用實(shí)現(xiàn)能力，而不是自建光纖專用網(wǎng)。

3.2邊緣計(jì)算技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心是提高計(jì)算性能，糾正高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸和存儲(chǔ)的瓶頸，如果攝像機(jī)連續(xù)采集高分辨率圖像，則需要對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行智能控制，為快速、及時(shí)地傳輸流媒體，采用邊緣計(jì)算方法，在5G通信載波網(wǎng)絡(luò)的邊緣上可以將視頻處理頁(yè)面?zhèn)魉偷接脩繇?yè)面，基站下攝像機(jī)采集的信息可以本地存儲(chǔ)，：視頻數(shù)據(jù)分析的延時(shí)，同時(shí)可根據(jù)5G通信技術(shù)+邊緣計(jì)算平臺(tái)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)基于邊緣計(jì)算平臺(tái)和視頻服務(wù)質(zhì)量的動(dòng)態(tài)優(yōu)化處理，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)流程不需要通過(guò)運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)絡(luò)，而是直接從邊緣計(jì)算平臺(tái)路由到本地網(wǎng)，確保業(yè)務(wù)流的私有化和安全管理與控制，同時(shí)本地流量的重新定向可以減少對(duì)提取帶寬的消耗，減少服務(wù)等待時(shí)間，提高服務(wù)體驗(yàn)。另外，在用戶頁(yè)面上建立5G通信技術(shù)+基于云計(jì)算的邊緣計(jì)算平臺(tái)等對(duì)時(shí)延敏感的企業(yè)，可根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求向邊緣計(jì)算平臺(tái)下沉，打造強(qiáng)大的客戶端計(jì)算能力，為城市軌道交通線路的智能化運(yùn)營(yíng)維護(hù)、無(wú)人值守運(yùn)營(yíng)、基于高清視頻的客流管理和人臉識(shí)別等信息創(chuàng)新應(yīng)用提供支撐。

四、基于5G通信技術(shù)的軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)

5G通信技術(shù)的公共交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，分布式Pidi站用于地鐵站臺(tái)和站廳的5G信號(hào)覆蓋，Acer站用于地鐵和停車場(chǎng)的5G信號(hào)覆蓋。HD攝像機(jī)接入端，可采用基于Cu/Du的二級(jí)結(jié)構(gòu)，使用5G通信技術(shù)，在Cu上建立一個(gè)區(qū)域數(shù)據(jù)中心，并考慮其在OCC（OperationControl）站點(diǎn)的實(shí)際位置。挖掘了核心網(wǎng)絡(luò)的部分應(yīng)用功能，并在Cu上使用了邊緣計(jì)算服務(wù)器。該系統(tǒng)除可用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)外，還可根據(jù)車輛控制界面平臺(tái)的低延時(shí)要求對(duì)人工智能能力（人工智能）進(jìn)行預(yù)定位，支持車輛和管路的運(yùn)行和維護(hù)這是一個(gè)由中央控制中心3C組成的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，軌道交通總隊(duì)通過(guò)本地交通網(wǎng)與5G通信網(wǎng)絡(luò)相連。城市軌道交通5G通信網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控服務(wù)與5G公共網(wǎng)絡(luò)服務(wù)按網(wǎng)絡(luò)段分開(kāi)。用戶可撥打視頻監(jiān)控，地鐵站的HD攝像機(jī)可根據(jù)上層視頻監(jiān)控系統(tǒng)的指令記錄視頻，并高速地通過(guò)5G通信空中接口傳送;本地?cái)?shù)據(jù)中心設(shè)有邊緣計(jì)算服務(wù)器，核心可存儲(chǔ)和處理本地返回的HD視頻（如數(shù)據(jù)分析、圖像識(shí)別和識(shí)別等），還可根據(jù)上層視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)的智能控制。

介質(zhì)存儲(chǔ)層是運(yùn)營(yíng)商的5G通信網(wǎng)，兩端為中央監(jiān)控點(diǎn)和接收視頻監(jiān)控點(diǎn)。與已有系統(tǒng)相比，網(wǎng)絡(luò)裝瓶減少了中間處理的潛在故障點(diǎn)，有利于日常運(yùn)行和維護(hù)，可降低和提高系統(tǒng)的可控性和可控性。

以5G通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能快速響應(yīng)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)維護(hù)期間視頻監(jiān)控點(diǎn)的臨時(shí)增加和物理狀態(tài)變化的要求。若視頻發(fā)展到超高清，還能滿足帶寬倍增的業(yè)務(wù)需求，以及公司的快速引進(jìn)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的簡(jiǎn)易擴(kuò)展，將極大地提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的靈活性，有助于考慮未來(lái)智能軌道交通的發(fā)展趨勢(shì)。

五、5G技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用

5.1端到端通信

為了避免基于CBTC技術(shù)的列車調(diào)度系統(tǒng)中的列車因軌道網(wǎng)故障而產(chǎn)生逃逸或停線現(xiàn)象，在列車運(yùn)行線路上設(shè)計(jì)相互冗余的獨(dú)立軌道通信網(wǎng)。但是，老線路改造難度加大，后期難以施工，通訊設(shè)施的建設(shè)費(fèi)用也增加。

5G通信采用了端到端（D2D）通信技術(shù)，無(wú)需基站就能在設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。D2D通信技術(shù)可以作為冗余通信的另一個(gè)途徑。一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，它可以在列車之間建立直接通信，并互相傳遞其位置和運(yùn)行信息，以保證列車安全運(yùn)行，同時(shí)保證列車安全。通過(guò)D2D通信技術(shù)，可以進(jìn)一步減少列車之間的通信延遲，提高列車運(yùn)行效率，提高行車安全。

D2D通信技術(shù)為后臺(tái)通信提供了新的手段。以往，列車前、后均需設(shè)置通路，增加了改造舊普通列車的難度。利用D2D技術(shù)，車輛兩端的車輛控制裝置無(wú)需通過(guò)車輛的地面網(wǎng)絡(luò)，也無(wú)需移動(dòng)前、后側(cè)的線路，就可以直接通過(guò)無(wú)線線路進(jìn)行通信。它不僅縮短了換車時(shí)間，而且為車輛的后期維修提供了便利。D2D通信技術(shù)為地鐵的建設(shè)、施工、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)提供了更加靈活的通信方式。

5.2海量用戶超密集組網(wǎng)

在5G網(wǎng)絡(luò)中增加通信帶寬，5G網(wǎng)絡(luò)就能提供更多的服務(wù)，并能傳輸大量無(wú)線設(shè)備?，F(xiàn)有有線和地面網(wǎng)絡(luò)的一部分可被交換成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。而且設(shè)備分布靈活，減少了集中放置在較大空間的設(shè)備需求，便于設(shè)備的安裝和維護(hù)。

5.3大規(guī)模天線陣列

伴隨著城市的不斷發(fā)展，交通壓力越來(lái)越大。因此，城市軌道交通是綠色，環(huán)保，節(jié)能的重要交通工具。軌道交通中，由于乘客密度大，乘客組成復(fù)雜，空間相對(duì)封閉。因此，要不斷完善信息安全網(wǎng)的覆蓋范圍，有效地控制了旅客運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)了有效的停車。預(yù)期5G網(wǎng)絡(luò)將采用大規(guī)模天線陣列，天線空分特性可以滿足多用戶的需要，不僅提高了頻率利用率，而且還提高了傳輸可靠性，為未來(lái)的軌道交通建設(shè)提供了較好的技術(shù)支持。

六、結(jié)語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與應(yīng)用在城市軌道交通建設(shè)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)在應(yīng)用中存在的問(wèn)題，提出了一種具有更高效率、更靈活的應(yīng)用功能的新思路，同時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以提高系統(tǒng)效率，降低能耗，進(jìn)一步降低部分成本，實(shí)現(xiàn)國(guó)家推薦的節(jié)能減排和綠色交通?；谶\(yùn)營(yíng)商5G通信網(wǎng)的EmbB業(yè)務(wù)場(chǎng)景，采用網(wǎng)絡(luò)交叉、邊緣計(jì)算等技術(shù)，快速部署新業(yè)務(wù)，充分滿足動(dòng)態(tài)交通管理等需求，提供系統(tǒng)安全保障，提高整體視頻監(jiān)控和高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的靈活性，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)化和智能化。此外，通過(guò)與運(yùn)營(yíng)商合作，可充分利用軌道交通網(wǎng)內(nèi)資源和運(yùn)營(yíng)商5G通信手段，通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，擴(kuò)大5G通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，提高系統(tǒng)建設(shè)成本。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]無(wú).5G技術(shù)在廣州地鐵投入商業(yè)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控[J].軌道交通，2018，000（001）：P.22-22.

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