5G在鐵路智能車(chē)站中的應(yīng)用

陳瑞鳳，李君，徐春婕，程清波，呂曉軍

（1. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081； 2. 北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081）

1 引言

5G通信的全面商用是我國(guó)發(fā)展“新基建”的重點(diǎn)工作之一，加速5G發(fā)展已上升為國(guó)家戰(zhàn)略，對(duì)搶占全球科技制高點(diǎn)、推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)意義重大，也是驅(qū)動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生產(chǎn)生活方式發(fā)生巨大變革的重要引擎。

5G通信與物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新型信息技術(shù)的融合應(yīng)用[1-2]，推動(dòng)了智能交通、工業(yè)、醫(yī)療、教育、能源等相關(guān)行業(yè)利用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型進(jìn)程，也催生了一系列通用產(chǎn)品，例如車(chē)聯(lián)網(wǎng)、群體無(wú)人機(jī)、云VR/AR可穿戴設(shè)備、智能機(jī)器人、攝像頭、安檢儀等智能監(jiān)控識(shí)別設(shè)備等，在自動(dòng)駕駛、運(yùn)維巡檢、遠(yuǎn)程監(jiān)控、高清直播傳輸、遠(yuǎn)程培訓(xùn)等應(yīng)用場(chǎng)景將發(fā)揮巨大的潛力和優(yōu)勢(shì)[3]。

隨著數(shù)字化、智能化技術(shù)的突飛猛進(jìn)，各應(yīng)用領(lǐng)域均取得了突破性進(jìn)展，作為綜合運(yùn)輸體系骨干的鐵路行業(yè)也面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)?！爸悄荑F路”的概念應(yīng)運(yùn)而生[4]，近年來(lái)德國(guó)、法國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家圍繞智能鐵路技術(shù)已展開(kāi)了一系列創(chuàng)新實(shí)踐。與此同時(shí)，我國(guó)的高速鐵路發(fā)展也取得了顯著成就，積極響應(yīng)“交通強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略方針，形成了具有中國(guó)特色、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高鐵成套技術(shù)裝備和體系，為高速鐵路建設(shè)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

智能車(chē)站作為“智能鐵路”的重要組成部分[5]，借助先進(jìn)的客運(yùn)管理理念和新型信息技術(shù)，具有為旅客提供便捷精準(zhǔn)的出行服務(wù)、營(yíng)造溫馨舒適的候車(chē)環(huán)境、提升客運(yùn)管理效率、實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)智能車(chē)站已在長(zhǎng)沙南站、昆明南站、中國(guó)鐵路鄭州局集團(tuán)有限公司等都開(kāi)展了試點(diǎn)推廣應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是，一部分客運(yùn)服務(wù)應(yīng)用（例如旅客站內(nèi)出行引導(dǎo)、環(huán)境舒適度監(jiān)控等），目前仍采用傳統(tǒng)的藍(lán)牙定位、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，存在部署成本高、施工量較大、運(yùn)維困難等問(wèn)題。隨著5G技術(shù)的規(guī)?；逃茫藗冇斜匾獙?G應(yīng)用于智能車(chē)站信息化建設(shè)中，只需借助既有的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，便可實(shí)現(xiàn)智能車(chē)站出行引導(dǎo)、環(huán)境舒適度監(jiān)控等客運(yùn)服務(wù)業(yè)務(wù)信息的可靠、穩(wěn)定、高速傳輸。

因?yàn)?G通信具有高速率、低時(shí)延、廣連接、高可靠、支持快速部署、支持高速移動(dòng)性等優(yōu)勢(shì)，其在智能車(chē)站的建設(shè)中具有非?？捎^(guān)和廣闊的應(yīng)用前景。隨著智能車(chē)站的迅猛發(fā)展，5G通信對(duì)支撐智能車(chē)站客運(yùn)服務(wù)與管理業(yè)務(wù)具有著重要意義，因此非常有必要采用5G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能車(chē)站相關(guān)業(yè)務(wù)信息的可靠、穩(wěn)定、高速傳輸，為旅客出行和客運(yùn)管理提供智能化、全方位的信息服務(wù)。

2 鐵路智能車(chē)站發(fā)展現(xiàn)狀

作為鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分，鐵路客運(yùn)車(chē)站在客運(yùn)服務(wù)過(guò)程中占據(jù)著舉足輕重的作用。客運(yùn)車(chē)站是直接面向旅客并提供客運(yùn)服務(wù)的主要場(chǎng)所，為旅客提供進(jìn)站、候車(chē)、換乘、出站等全行程出行的綜合信息服務(wù)。

隨著5G通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新型信息和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，鐵路客運(yùn)車(chē)站也將向數(shù)字化、智能化的發(fā)展方向轉(zhuǎn)型，因此，鐵路智能車(chē)站應(yīng)運(yùn)而生[6]。鐵路智能車(chē)站借助先進(jìn)的現(xiàn)代鐵路管理理念，在5G通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等新信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)旅客便捷出行、車(chē)站溫馨服務(wù)、生產(chǎn)高效組織、安全實(shí)時(shí)保障、設(shè)備節(jié)能環(huán)保等功能。智能車(chē)站服務(wù)主要涉及旅客出行服務(wù)、智能生產(chǎn)組織、智能安全保障、智能綠色節(jié)能等業(yè)務(wù)，具備全面感知、自助服務(wù)、資源共享、協(xié)同聯(lián)動(dòng)、主動(dòng)適應(yīng)等特征[7]，如圖1所示。

圖1 智能車(chē)站概念示意圖

目前，智能車(chē)站已在國(guó)內(nèi)數(shù)個(gè)鐵路客運(yùn)車(chē)站開(kāi)展了試點(diǎn)應(yīng)用，在旅客出行服務(wù)、生產(chǎn)組織、安全應(yīng)急、綠色節(jié)能等方面部署了大量的信息系統(tǒng)及自助化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了車(chē)站相關(guān)業(yè)務(wù)的信息化，為旅客提供便捷溫馨的出行服務(wù)，為工作人員提供生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程的智能化手段[8]。

2.1 智能車(chē)站旅客出行服務(wù)

在旅客出行過(guò)程中的進(jìn)站核驗(yàn)、出行引導(dǎo)、查詢(xún)交互以及重點(diǎn)旅客服務(wù)等方面，智能車(chē)站都采用了智能化信息系統(tǒng)和自助設(shè)備，提升旅客出行體驗(yàn)。隨著全面“電子客票”的普及實(shí)施，我國(guó)鐵路客運(yùn)車(chē)站已實(shí)現(xiàn)了基于人臉和身份證的實(shí)名制進(jìn)站核驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)刷臉進(jìn)站方式，縮短旅客排隊(duì)驗(yàn)票時(shí)間，提升進(jìn)站通行效率。國(guó)內(nèi)一部分車(chē)站已上線(xiàn)應(yīng)用了基于藍(lán)牙定位技術(shù)的站內(nèi)旅客引導(dǎo)導(dǎo)航系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)站內(nèi)定位、目的地語(yǔ)音導(dǎo)航、室內(nèi)外一體化導(dǎo)航等旅客出行引導(dǎo)功能。此外，北京西站在站臺(tái)上設(shè)置了電子引導(dǎo)標(biāo)識(shí)，可以動(dòng)態(tài)顯示列車(chē)車(chē)廂位置及編組情況，引導(dǎo)旅客快速乘車(chē)。目前，針對(duì)旅客查詢(xún)交互業(yè)務(wù)，在西安北站、廣州南站、太原站等客運(yùn)車(chē)站已經(jīng)應(yīng)用了智能旅客服務(wù)機(jī)器人，為旅客提供車(chē)次、候車(chē)室、正晚點(diǎn)、車(chē)站概況、車(chē)站布局等信息的查詢(xún)服務(wù)和移動(dòng)導(dǎo)航服務(wù)。國(guó)內(nèi)大中型車(chē)站均設(shè)置自助查詢(xún)機(jī)，便于旅客查詢(xún)列車(chē)車(chē)次及時(shí)間信息、?？空拘畔ⅰ⒐坏罔F等換乘信息、周邊旅游信息、賓館住宿信息等。針對(duì)老弱病殘?jiān)械戎攸c(diǎn)旅客的出行服務(wù)需求，智能車(chē)站為重點(diǎn)旅客提供多渠道預(yù)約服務(wù)、無(wú)障礙出行服務(wù)以及母嬰室、閱讀室、按摩室、休息室、無(wú)障礙衛(wèi)生間等延伸服務(wù)。

2.2 智能車(chē)站生產(chǎn)組織

在傳統(tǒng)的鐵路客運(yùn)車(chē)站生產(chǎn)組織模式中，工作人員排班基本采用“定員定崗”的形式，人員組織安排也采用傳統(tǒng)的人工組織和通知，按照以天為時(shí)間單位制訂并打印的行車(chē)計(jì)劃進(jìn)行作業(yè)，通過(guò)站內(nèi)對(duì)講機(jī)完成作業(yè)計(jì)劃的通知和反饋。

隨著智能車(chē)站的上線(xiàn)應(yīng)用，客運(yùn)車(chē)站生產(chǎn)和服務(wù)業(yè)務(wù)流程得以重組和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)客運(yùn)作業(yè)計(jì)劃一體化編制，緊密銜接和組織各生產(chǎn)業(yè)務(wù)。智能車(chē)站管理平臺(tái)可以基于運(yùn)營(yíng)圖信息和調(diào)度信息，生成和調(diào)整列車(chē)到發(fā)計(jì)劃，結(jié)合車(chē)站運(yùn)營(yíng)環(huán)境，一體化編制全站作業(yè)計(jì)劃，涵蓋排班、廣播、導(dǎo)向、上水、檢票等計(jì)劃，并根據(jù)車(chē)站實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的變化情況，按需配置作業(yè)、人員和設(shè)備等生產(chǎn)資源，統(tǒng)一、自動(dòng)調(diào)整全站客運(yùn)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)組織的快捷、高效管理，提升車(chē)站客運(yùn)生產(chǎn)組織和管理效率。智能車(chē)站將編制好的作業(yè)計(jì)劃和命令下發(fā)至廣播、導(dǎo)向屏、閘機(jī)等客運(yùn)設(shè)備和相關(guān)信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)、人員和設(shè)備的一體化協(xié)同聯(lián)動(dòng)，打造客運(yùn)生產(chǎn)指揮新模式。

2.3 智能車(chē)站安全保障

智能車(chē)站采用智能視頻監(jiān)控、感知傳感器、人工智能和通信技術(shù)，在車(chē)站重點(diǎn)區(qū)域部署智能監(jiān)控?cái)z像頭，對(duì)車(chē)站的整體運(yùn)營(yíng)環(huán)境進(jìn)行感知，基于人工智能算法對(duì)旅客聚集密度、異常聚集與擴(kuò)散、異物侵入、人群異常行為等情況進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別與分析，做出評(píng)判和決策建議，以快速開(kāi)展應(yīng)急響應(yīng)處置，保障客運(yùn)組織的有序開(kāi)展和旅客出行的安全。

智能車(chē)站構(gòu)建了完善的應(yīng)急處置辦法，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急策略，保障車(chē)站的日常運(yùn)營(yíng)安全和旅客財(cái)產(chǎn)生命安全。應(yīng)急疏散采用一體化設(shè)計(jì)方案，通過(guò)部署獨(dú)立的應(yīng)急疏散標(biāo)識(shí)和設(shè)備設(shè)施的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，構(gòu)建旅客安全疏散流線(xiàn)。當(dāng)發(fā)生地震、火災(zāi)等突發(fā)緊急事件時(shí)，自動(dòng)檢票機(jī)、閘機(jī)、安全門(mén)等各類(lèi)服務(wù)設(shè)備設(shè)施采用聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，自動(dòng)暢通疏散流線(xiàn)，并通過(guò)消防廣播、應(yīng)急照明、地面LED標(biāo)識(shí)等，指示旅客快速疏散。

2.4 智能車(chē)站綠色節(jié)能

智能車(chē)站采用物聯(lián)網(wǎng)、智能感知等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)溫度、濕度、亮度、噪聲、空氣質(zhì)量等運(yùn)營(yíng)環(huán)境要素的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)感知、采集和捕獲，并采用人工智能算法對(duì)運(yùn)營(yíng)環(huán)境要素的變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警和動(dòng)態(tài)展示。同時(shí)，在為旅客營(yíng)造舒適候車(chē)環(huán)境的基礎(chǔ)上，采用自動(dòng)控制等技術(shù)，結(jié)合列車(chē)到發(fā)業(yè)務(wù)，對(duì)空調(diào)、照明、導(dǎo)向屏等能耗設(shè)備進(jìn)行合理的節(jié)能控制，達(dá)到綠色環(huán)保、節(jié)能降耗的目的。

基于運(yùn)營(yíng)環(huán)境要素的在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)情況，智能車(chē)站可生成對(duì)空調(diào)、照明、廣播、通風(fēng)等客運(yùn)設(shè)備的控制作業(yè)計(jì)劃和輔助決策，自動(dòng)控制客運(yùn)設(shè)備并調(diào)節(jié)運(yùn)營(yíng)環(huán)境，在為旅客提供溫馨舒適的候車(chē)環(huán)境的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)設(shè)備節(jié)能降耗的目標(biāo)。

3 智能車(chē)站的5G應(yīng)用需求

5G通信面向增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（enhanced mobile broadband，eMBB）、超可靠低時(shí)延通信（ultra reliable low latency communication，uRLLC）、大連接物聯(lián)網(wǎng)（massive machine type communication，mMTC）三大應(yīng)用場(chǎng)景[9]，其中，eMBB具有大帶寬高速率特性，uRLLC具有低時(shí)延高可靠特性，mMTC具有多連接廣覆蓋特性。5G通信將全面提升包括峰值速率、移動(dòng)性、時(shí)延、體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度、流量密度和能效等能力，同時(shí)滿(mǎn)足“人與人通信”和“物與物連接”的需求。

5G通信具備大寬帶高速率、低時(shí)延高可靠、多連接廣覆蓋等特性，結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、云計(jì)算等信息技術(shù)，借助機(jī)器人、高清攝像頭、傳感器等多種手段，可滿(mǎn)足對(duì)旅客出行服務(wù)、生產(chǎn)組織、安全保障、綠色節(jié)能等智能車(chē)站業(yè)務(wù)的全面、精準(zhǔn)管理需求。表1詳細(xì)列出了5G通信三大場(chǎng)景分別對(duì)應(yīng)的智能車(chē)站業(yè)務(wù)需求，具體描述了不同的智能車(chē)站業(yè)務(wù)應(yīng)用和傳輸指標(biāo)需求[10]。

表1 5G通信三大場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的智能車(chē)站業(yè)務(wù)需求

移動(dòng)邊緣計(jì)算（mobile edge computing，MEC）作為5G核心網(wǎng)的重要應(yīng)用功能[11-12]，對(duì)滿(mǎn)足5G在鐵路智能車(chē)站應(yīng)用的業(yè)務(wù)需求具有重要作用。以大型鐵路客運(yùn)站為例，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，通常在車(chē)站的信息接入機(jī)房部署MEC服務(wù)器，并在MEC服務(wù)器上部署智能車(chē)站的不同應(yīng)用，以支持車(chē)站視頻監(jiān)控等大帶寬業(yè)務(wù)、應(yīng)急處置等高可靠業(yè)務(wù)和運(yùn)營(yíng)環(huán)境監(jiān)測(cè)等大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

智能車(chē)站5G應(yīng)用需求架構(gòu)如圖2所示，智能車(chē)站基于5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、邊緣計(jì)算等新型信息技術(shù)，依托智能視頻監(jiān)控、感知傳感器、手持作業(yè)終端、智能機(jī)器人等監(jiān)測(cè)和服務(wù)設(shè)備，通過(guò)智能車(chē)站管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)旅客服務(wù)、生產(chǎn)組織、安全保障、綠色節(jié)能等智能車(chē)站業(yè)務(wù)的支撐，為旅客提供便捷、舒適的出行體驗(yàn)，提升客運(yùn)組織管理的工作效率和智能化水平。

圖2 智能車(chē)站5G應(yīng)用需求架構(gòu)

4 基于云邊協(xié)同的智能車(chē)站5G通信網(wǎng)絡(luò)

智能車(chē)站的機(jī)電裝備在日常運(yùn)營(yíng)中將會(huì)產(chǎn)生海量的圖像、視頻等客運(yùn)服務(wù)數(shù)據(jù)，需結(jié)合5G通信、人工智能、邊緣計(jì)算、云邊協(xié)同等技術(shù)，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析及智能識(shí)別。5G通信的高速率、低時(shí)延、廣覆蓋特性能夠滿(mǎn)足云端人工智能對(duì)運(yùn)算和存儲(chǔ)能力的網(wǎng)絡(luò)要求，并且5G的免布線(xiàn)特性能夠滿(mǎn)足設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)部署實(shí)施的快速施工、靈活部署需求，因此，5G與邊緣計(jì)算、云計(jì)算和人工智能的融合將有助于智能車(chē)站運(yùn)營(yíng)模式的升級(jí)轉(zhuǎn)型。

云邊協(xié)同的智能車(chē)站5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖如圖3所示，基于云邊協(xié)同的智能車(chē)站5G通信網(wǎng)絡(luò)部署方案具體流程為：在面向旅客服務(wù)、生產(chǎn)組織、安全保障和綠色節(jié)能業(yè)務(wù)的各類(lèi)終端設(shè)備上搭載5G通信模組，在車(chē)站內(nèi)部署5G客戶(hù)前置設(shè)備（customer premise equipment，CPE）等通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并將智能車(chē)站客運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)功能部署到車(chē)站本地邊緣計(jì)算服務(wù)器上，云端部署人工智能算法并將訓(xùn)練模型、用戶(hù)畫(huà)像等信息推送至本地邊緣云，通過(guò)5G大寬帶高速率的實(shí)時(shí)通信，可以為智能車(chē)站客運(yùn)服務(wù)與管理提供新型的、便捷靈活的運(yùn)營(yíng)模式。

圖3 云邊協(xié)同的智能車(chē)站5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

為了滿(mǎn)足車(chē)站用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)不同業(yè)務(wù)的需求，智能車(chē)站將采用MEC數(shù)據(jù)分流機(jī)制，5G核心網(wǎng)的用戶(hù)面功能（user plane function，UPF）網(wǎng)元在支持MEC分流機(jī)制中發(fā)揮著重要作用[13]。根據(jù)智能車(chē)站的業(yè)務(wù)需求，UPF需要下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，與車(chē)站MEC相連，靈活部署在車(chē)站本地，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流量的本地分流。通常的，智能車(chē)站的UPF和MEC服務(wù)器部署在車(chē)站信息機(jī)房，MEC服務(wù)器與智能車(chē)站應(yīng)用服務(wù)器直接相連，并與5G核心網(wǎng)、車(chē)站5G基站建立通信路由。當(dāng)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)不同業(yè)務(wù)時(shí)，MEC側(cè)UPF進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分流，通過(guò)MEC分流機(jī)制將用戶(hù)5G公網(wǎng)業(yè)務(wù)分流到核心網(wǎng)，將智能車(chē)站的業(yè)務(wù)分流到智能車(chē)站應(yīng)用服務(wù)器，滿(mǎn)足智能車(chē)站低時(shí)延和數(shù)據(jù)安全需求，并降低數(shù)據(jù)回傳對(duì)核心網(wǎng)的壓力。

在智能車(chē)站5G網(wǎng)絡(luò)安全保障方面，通過(guò)建立一套完善、全面的安全架構(gòu)體系及安全防御體系，確保智能車(chē)站的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)傳輸安全和系統(tǒng)運(yùn)行安全。在智能車(chē)站管理平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)出口部署防火墻、安全通信部件等安全設(shè)備，對(duì)進(jìn)入平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)體（包括用戶(hù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等）實(shí)施訪(fǎng)問(wèn)控制和基于角色的授權(quán)管理，確保系統(tǒng)不被非法訪(fǎng)問(wèn)。智能車(chē)站5G網(wǎng)絡(luò)的各部分帶寬要保證接入網(wǎng)和核心網(wǎng)滿(mǎn)足業(yè)務(wù)高峰期需要，按照業(yè)務(wù)需求的重要次序定義帶寬分配的優(yōu)先級(jí)，在網(wǎng)絡(luò)擁堵時(shí)優(yōu)先保障重要業(yè)務(wù)傳輸。承載重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的重要網(wǎng)段不能直接與外部系統(tǒng)連接，需要和其他網(wǎng)段隔離，單獨(dú)劃分區(qū)域。

車(chē)站本地移動(dòng)邊緣云能夠與中心云的客運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)協(xié)同，整合資源，形成“中心—邊緣”的云邊協(xié)同融合架構(gòu)，有助于系統(tǒng)扁平化，系統(tǒng)運(yùn)行更加便捷，更便于智能車(chē)站旅客服務(wù)、生產(chǎn)組織、安全保障和綠色節(jié)能等業(yè)務(wù)的管理。

5 基于5G和云邊協(xié)同的智能車(chē)站業(yè)務(wù)應(yīng)用

圍繞5G通信eMBB、uRLLC和mMTC三大場(chǎng)景，本文將詳細(xì)描述5G在旅客出行服務(wù)、生產(chǎn)組織、安全保障、綠色節(jié)能等智能車(chē)站業(yè)務(wù)的應(yīng)用架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。

5.1 基于5G和云邊協(xié)同的旅客出行服務(wù)應(yīng)用

旅客對(duì)鐵路出行服務(wù)的信息化、智能化水平要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的鐵路出行服務(wù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，探索基于5G的智能旅客出行服務(wù)技術(shù)在智能車(chē)站建設(shè)中具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

基于5G通信的eMBB特性，借助車(chē)站智能問(wèn)詢(xún)機(jī)、服務(wù)機(jī)器人和旅客移動(dòng)終端等設(shè)備，結(jié)合智能人臉識(shí)別、語(yǔ)音交互、機(jī)器學(xué)習(xí)等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建基于5G通信的智能車(chē)站旅客出行服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)，通過(guò)直觀(guān)、友好的交互接口實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航、信息問(wèn)詢(xún)、資訊推送等功能，為旅客提供便捷、無(wú)障礙、精確的智能出行服務(wù)。

基于5G的旅客出行服務(wù)應(yīng)用示意圖如圖4所示，旅客可采用車(chē)站問(wèn)詢(xún)機(jī)、服務(wù)機(jī)器人和智能移動(dòng)終端等服務(wù)設(shè)備，通過(guò)人臉識(shí)別和語(yǔ)音交互技術(shù)，提供站內(nèi)出行引導(dǎo)、問(wèn)詢(xún)、查詢(xún)等信息服務(wù)功能。通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備自動(dòng)采集的旅客頭像信息上傳至邊緣計(jì)算服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng)過(guò)快速精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理，從而獲取進(jìn)站旅客的出行信息，通過(guò)5G將在本站的開(kāi)檢時(shí)間、檢票口、乘車(chē)引導(dǎo)等信息回傳至服務(wù)設(shè)備，精準(zhǔn)地為旅客投送候車(chē)、檢票等信息，并按照旅客需求推送站內(nèi)定位導(dǎo)航服務(wù)，全方位、多層次、圖形化、智能化地滿(mǎn)足旅客的候車(chē)需求，使得旅客可以全程無(wú)憂(yōu)地候車(chē)，不誤點(diǎn)不漏乘，提升旅客的出行體驗(yàn)。

圖4 基于5G的旅客出行服務(wù)應(yīng)用示意圖

5.2 基于5G和云邊協(xié)同的智能車(chē)站生產(chǎn)組織應(yīng)用

隨著5G通信、云計(jì)算和邊緣計(jì)算等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，智能車(chē)站生產(chǎn)組織的業(yè)務(wù)架構(gòu)將采用云化模式，手持檢票機(jī)、移動(dòng)作業(yè)終端等相關(guān)生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備都將支持接入云化系統(tǒng)，出現(xiàn)云檢票、云辦公、云作業(yè)等新型生產(chǎn)組織業(yè)務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)檢票、智能生產(chǎn)作業(yè)、移動(dòng)辦公等多功能。

結(jié)合5G切片網(wǎng)絡(luò)能力、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、邊緣計(jì)算、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能檢票、云作業(yè)等立體生產(chǎn)作業(yè)模式，改變既有生產(chǎn)組織方式?；?G的智能車(chē)站生產(chǎn)組織業(yè)務(wù)信息交互示意圖如圖5所示，邊緣計(jì)算具有較強(qiáng)大的計(jì)算和存儲(chǔ)能力，可以通過(guò)車(chē)站5G通信網(wǎng)將生產(chǎn)作業(yè)的處理結(jié)果傳輸至車(chē)站工作人員，經(jīng)移動(dòng)作業(yè)終端顯示后，同時(shí)也將工作人員的執(zhí)行反饋結(jié)果傳輸回車(chē)站邊緣云。

圖5 基于5G的智能車(chē)站生產(chǎn)組織業(yè)務(wù)信息交互示意圖

（1）基于5G通信的AR云檢票

工作人員佩戴AR檢票眼鏡，可對(duì)旅客的人臉、票面和證件的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和智能識(shí)別，并將旅客信息通過(guò)車(chē)站5G通信網(wǎng)上傳至移動(dòng)邊緣云，通過(guò)人證比對(duì)算法實(shí)時(shí)獲得結(jié)果，將人證比對(duì)結(jié)果通過(guò)車(chē)站5G通信網(wǎng)實(shí)時(shí)反饋回工作人員。同時(shí)，工作人員也能借助AR眼鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)人員的安全巡檢，如果發(fā)現(xiàn)重點(diǎn)危險(xiǎn)人員，通過(guò)5G通信和云計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)人員的智能識(shí)別，將報(bào)警信息反饋回工作人員。

（2）基于車(chē)站5G通信網(wǎng)的移動(dòng)生產(chǎn)作業(yè)

工作人員在日常生產(chǎn)作業(yè)中，隨身攜帶的移動(dòng)作業(yè)終端可以自動(dòng)識(shí)別工作人員人臉和身份信息，并通過(guò)車(chē)站5G通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人員到崗定位功能，客運(yùn)管理后臺(tái)將生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃和調(diào)度命令等下發(fā)至移動(dòng)終端，工作人員在完成相關(guān)指令之后，將作業(yè)反饋結(jié)果通過(guò)車(chē)站5G網(wǎng)絡(luò)返回至客運(yùn)管理后臺(tái)。

5.3 基于5G的智能車(chē)站安全保障業(yè)務(wù)

5G通信能夠滿(mǎn)足大帶寬傳輸、超高清分辨率以及快速部署場(chǎng)景的監(jiān)控需求，因此在智能車(chē)站超高清視頻監(jiān)控和智能識(shí)別等安全監(jiān)控業(yè)務(wù)中具有巨大的應(yīng)用前景，例如精準(zhǔn)人臉識(shí)別、車(chē)站人群異常行為監(jiān)測(cè)等應(yīng)用。

基于5G的智能車(chē)站安全保障業(yè)務(wù)架構(gòu)示意圖如圖6所示，基于5G網(wǎng)絡(luò)的智能車(chē)站安全保障應(yīng)用系統(tǒng)主要由感知層、承載層、平臺(tái)層和應(yīng)用層組成。其中，感知層的感知設(shè)備主要由視頻和圖像采集器（例如站內(nèi)高清監(jiān)控?cái)z像頭、人臉識(shí)別進(jìn)站閘機(jī)等）以及環(huán)境異常報(bào)警器組成，感知對(duì)象包含人員、設(shè)備和環(huán)境等生產(chǎn)要素的狀態(tài)信息；承載層主要由5G傳輸網(wǎng)、視頻監(jiān)控專(zhuān)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等構(gòu)成，其中，覆蓋車(chē)站的5G網(wǎng)絡(luò)可支撐站內(nèi)快速部署的高清監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的可靠傳輸；平臺(tái)層涵蓋人臉庫(kù)、事件庫(kù)、模型庫(kù)等各類(lèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供用戶(hù)認(rèn)證、權(quán)限、接口、配置、查詢(xún)等平臺(tái)管理和服務(wù)功能；應(yīng)用層借助顯示終端設(shè)備，提供精準(zhǔn)人臉識(shí)別、人群密度與客流量監(jiān)測(cè)、越界報(bào)警、人群聚集等異常行為識(shí)別、電梯逆行、設(shè)備監(jiān)測(cè)、煙霧報(bào)警等安全監(jiān)控應(yīng)用以及報(bào)警功能。

圖6 基于5G的智能車(chē)站安全保障業(yè)務(wù)架構(gòu)示意圖

5.4 基于5G的智能車(chē)站綠色節(jié)能業(yè)務(wù)

5G泛在互聯(lián)、低功耗、低時(shí)延、安全可靠的特性，極大地解決了智能車(chē)站運(yùn)營(yíng)環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的部署實(shí)施和數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問(wèn)題，也保障了智能車(chē)站設(shè)備管控?cái)?shù)據(jù)的安全傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)智能車(chē)站運(yùn)營(yíng)環(huán)境的實(shí)時(shí)可靠監(jiān)測(cè)以及客運(yùn)設(shè)備的連接管理、智能管控和節(jié)能降耗等功能。

（1）基于5G的運(yùn)營(yíng)環(huán)境監(jiān)測(cè)

基于5G的智能車(chē)站綠色節(jié)能業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖7所示，在智能車(chē)站內(nèi)部署各類(lèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器、5G窄帶物聯(lián)網(wǎng)（narrow band internet of things，NB-IoT）、5G接入設(shè)備和邊緣云，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站內(nèi)不同區(qū)域的溫度、濕度、亮度、空氣質(zhì)量、噪聲等環(huán)境信息，通過(guò)5G上傳至邊緣云服務(wù)器，服務(wù)器在強(qiáng)大的數(shù)據(jù)資源池進(jìn)行算法分析和預(yù)測(cè)，并將相應(yīng)客運(yùn)設(shè)備的管控決策指令下發(fā)至車(chē)站，例如在預(yù)定時(shí)間調(diào)節(jié)空調(diào)的溫度、控制站內(nèi)的照明、調(diào)節(jié)不同區(qū)域廣播的音量等，對(duì)車(chē)站的環(huán)境舒適度調(diào)控進(jìn)行輔助決策。

圖7 基于5G的智能車(chē)站綠色節(jié)能業(yè)務(wù)架構(gòu)

（2）基于5G的設(shè)備能耗監(jiān)測(cè)及節(jié)能控制

針對(duì)車(chē)站客運(yùn)設(shè)備（照明、通風(fēng)、空調(diào)、給排水、電扶梯、變配電、供熱等設(shè)備），實(shí)現(xiàn)基于5G的設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和在線(xiàn)遠(yuǎn)程控制。在智能車(chē)站客運(yùn)設(shè)備上搭載5G通信模組，采集不同區(qū)域、不同設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)，并通過(guò)車(chē)站5G通信網(wǎng)傳輸至后臺(tái)，為能耗能效評(píng)估分析提供數(shù)據(jù)支撐，超出閾值時(shí)報(bào)警提醒，提示工作人員查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并通過(guò)5G通信網(wǎng)遠(yuǎn)程控制相關(guān)能耗設(shè)備，達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)5G商用服務(wù)的開(kāi)啟，通信運(yùn)營(yíng)商、垂直行業(yè)以及技術(shù)公司正在積極合作與實(shí)踐，將5G通信技術(shù)逐步應(yīng)用于工業(yè)制造、交通運(yùn)輸、傳媒與物流等諸多垂直行業(yè)。順應(yīng)5G科技革命的潮流，鐵路客運(yùn)行業(yè)也孕育著重大的技術(shù)創(chuàng)新需求和發(fā)展機(jī)遇，將5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用在智能車(chē)站客運(yùn)服務(wù)與管理的各個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域中，打造更加安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、溫馨舒適、方便快捷、節(jié)能環(huán)保的智能車(chē)站運(yùn)營(yíng)服務(wù)，從而助力開(kāi)啟智能車(chē)站的新時(shí)代。