通信技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用

陳爾論

中國(guó)鐵塔股份有限公司寧波市分公司 浙江 寧波 325000

引言

隨著城市交通壓力的不斷提高，為了有效改善地面交通擁堵現(xiàn)象，很多城市都采取了開(kāi)展城市軌道交通建設(shè)措施，而通信技術(shù)是城市軌道交通系統(tǒng)不可或缺的應(yīng)用技術(shù)，現(xiàn)階段5G通信技術(shù)得到快速普及應(yīng)用，5G通信技術(shù)可以說(shuō)是4G通信技術(shù)的升級(jí)版，在保證信息時(shí)效性和安全性等方面更具優(yōu)勢(shì)，將之合理應(yīng)用于城市軌道交通，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)通信技術(shù)的缺陷和短板，重點(diǎn)分析通信技術(shù)在城市軌道交通中的發(fā)展現(xiàn)狀以及城市軌道交通中5G通信技術(shù)的具體應(yīng)用，對(duì)于城市軌道交通的建設(shè)與發(fā)展來(lái)說(shuō)都具有重要意義。

1 5G通信技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用價(jià)值

當(dāng)代所采用通信技術(shù)來(lái)源于商業(yè)通信技術(shù)的升級(jí)和改造，當(dāng)前主流的以5G技術(shù)作為主要技術(shù)類型，相比較4G重新技術(shù)5G的安全性更強(qiáng)，適用性更加廣泛。5G具備高速的傳輸速度，并且在基站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中使用了新型的IP地址，在完成信息匯總后再將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿?dòng)設(shè)備中，當(dāng)前的5G技術(shù)仍然以接入網(wǎng)核心網(wǎng)以及局域網(wǎng)等三個(gè)不同的層次進(jìn)行數(shù)據(jù)組合然后開(kāi)展分類傳輸，在傳輸?shù)倪^(guò)程中還需要通過(guò)工作人員進(jìn)行操作完成測(cè)試過(guò)程，依據(jù)測(cè)試結(jié)果將最終的數(shù)據(jù)結(jié)論傳輸至服務(wù)平臺(tái)，完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的制定工作，使得數(shù)據(jù)信息得到快速高效的傳輸。

5G在當(dāng)前的通信領(lǐng)域中發(fā)展非常迅速，能夠通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，并在傳輸?shù)倪^(guò)程中使得信息處理效率得到了極大的提升，5G技術(shù)采用了多種不同的技術(shù)進(jìn)行整合，是在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的環(huán)境中為了適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展所產(chǎn)生的技術(shù)類型。當(dāng)前5G通信技術(shù)已經(jīng)廣泛涵蓋了社會(huì)各個(gè)階層和行業(yè)的商用和民用領(lǐng)域，及高效的傳輸速率以及較強(qiáng)的安全性已經(jīng)滲透至生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，5G技術(shù)的傳輸速度相比較4G技術(shù)有了大幅度的提高，我國(guó)在五G技術(shù)中的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)反映出了我國(guó)在通信技術(shù)方面的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了世界領(lǐng)先的水平。

5G通信技術(shù)的發(fā)展更好地利用了頻譜資源，擁有更大的系統(tǒng)容量，增強(qiáng)了用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)感，減少了能量消耗。通過(guò)有效科學(xué)地使用頻譜資源，提升了在網(wǎng)絡(luò)使用中的信息交換速度。通信層面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，通信數(shù)據(jù)的使用數(shù)量得到大幅提升，就要求數(shù)據(jù)交換必須具有穩(wěn)定性，但4G通信技術(shù)無(wú)法滿足網(wǎng)絡(luò)層次標(biāo)準(zhǔn)，必須發(fā)展5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。用戶對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸和交換的速度要求也越來(lái)越高，5G的高效率、高安全性可以使人們更好地享受網(wǎng)絡(luò)。我國(guó)對(duì)于能源消耗和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)注有限，5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展理念也在一定程度上減少了能源消耗。同時(shí)，5G通信技術(shù)可以構(gòu)建萬(wàn)物互聯(lián)的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，讓物體之間的連接不受空間限制。

通過(guò)對(duì)5G技術(shù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于更加廣泛的利用了頻譜資源，使得系統(tǒng)的容量得到了有效的提升，這種高效穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸使得用戶得到了較好的應(yīng)用體驗(yàn)，其高效的信息傳輸交換速率，時(shí)期能夠在多種不同的場(chǎng)景中進(jìn)行應(yīng)用。在通信技術(shù)中要想保證數(shù)據(jù)交換的高質(zhì)量就需要有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性作為保障，傳統(tǒng)的4G技術(shù)其網(wǎng)絡(luò)層次標(biāo)準(zhǔn)仍然不足使其無(wú)法滿足多場(chǎng)景的通信技術(shù)應(yīng)用，這也是我國(guó)大力投入研發(fā)5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要原因。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，各種不同類型的應(yīng)用對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笥辛溯^大的提升，5G技術(shù)的出現(xiàn)滿足了這種數(shù)據(jù)傳輸要求，同時(shí)相比較傳統(tǒng)的4G技術(shù)無(wú)機(jī)技術(shù)有效降低了能源消耗，同時(shí)保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，對(duì)于未來(lái)大批量的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)提供了技術(shù)保障，使得設(shè)備與設(shè)備之間能夠通過(guò)5G技術(shù)得到有效的信息交換[1]。

估計(jì)并不是完美的技術(shù)，在應(yīng)用的過(guò)程中5G技術(shù)也顯示出了一些缺陷和問(wèn)題，因?yàn)槠溥\(yùn)行過(guò)程中對(duì)于頻譜資源有著較高的要求，然而當(dāng)前頻譜資源的總數(shù)仍然有限不能夠全面的支撐5G技術(shù)。同時(shí)要開(kāi)展5G技術(shù)對(duì)于應(yīng)用場(chǎng)景中的操作人員有著一定的專業(yè)要求，因此為了能夠有效推進(jìn)5G技術(shù)的應(yīng)用還需要對(duì)技術(shù)人員加強(qiáng)培養(yǎng)同時(shí)提高5G技術(shù)的使用范圍以及更好的擴(kuò)展性能。

2 軌道交通網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前存在的問(wèn)題

2.1 車地通信水平仍然需要提高

在軌道交通指揮系統(tǒng)中，地鐵中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠幫助軌道交通指揮過(guò)程提供重要的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，使得保障軌道交通安全的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，例如在某城市開(kāi)通的多條鐵路線路中，其中兩條地鐵車廂中所采用的監(jiān)控信號(hào)傳輸以無(wú)線LET1.8G赫茲的頻譜專網(wǎng)作為傳輸基礎(chǔ)，其10兆赫茲的帶寬能夠保證車廂內(nèi)兩路視頻圖像所采集的相關(guān)信息傳輸至控制終端中，另一路地鐵線路則采用傳統(tǒng)的WLAN802.11技術(shù)，這種技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中存在著明顯的卡頓和不流暢問(wèn)題，能夠查看車廂內(nèi)約2~3條監(jiān)控線路，但是不能將這些監(jiān)控線路的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，在使用監(jiān)控的過(guò)程中只能通過(guò)人工拷貝的方式來(lái)完成。

2.2 應(yīng)急通訊效率有待提升

在地鐵發(fā)生突發(fā)事件或在某種應(yīng)急狀態(tài)下，地鐵應(yīng)當(dāng)依據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)的具體情況來(lái)進(jìn)行監(jiān)控或攝像設(shè)備的布置工作，以便能夠持續(xù)關(guān)注事故現(xiàn)場(chǎng)的具體狀況，在進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的布置過(guò)程中需要將監(jiān)控設(shè)備所采集的影音數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，同時(shí)可能需要與現(xiàn)場(chǎng)的影音設(shè)備和地鐵安保系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)通訊聯(lián)絡(luò)進(jìn)行有效的連接，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮功能。以某城市地鐵所采用以1.8G赫茲的信息系統(tǒng)為通信基礎(chǔ)，其帶寬水平在10MHz左右，在這種帶寬水平下，可能會(huì)出現(xiàn)帶寬不足的現(xiàn)象，其內(nèi)部包含的無(wú)線通信系統(tǒng)頻段為800MHz，無(wú)法有效地將視頻采集的圖像進(jìn)行有效的傳輸，在突發(fā)或應(yīng)急狀態(tài)下所能夠?qū)崿F(xiàn)的數(shù)據(jù)連通量極為有限，甚至需要通過(guò)對(duì)講系統(tǒng)來(lái)展開(kāi)聯(lián)絡(luò)，導(dǎo)致地鐵內(nèi)部系統(tǒng)的應(yīng)急水平和能力存在一定的不足。

2.3 列車狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在當(dāng)前的城市軌道交通系統(tǒng)中，列車的智能化水平正在以突飛猛進(jìn)的速度發(fā)生變化，當(dāng)前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了地鐵軌道交通的運(yùn)輸狀態(tài)數(shù)據(jù)能夠及時(shí)傳回控制平臺(tái)，使得控制平臺(tái)能夠?qū)φ谶\(yùn)行中的車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控，這有效提升了地鐵車輛運(yùn)輸?shù)陌踩阅躘2]。大多數(shù)地鐵系統(tǒng)的列車編組通常為8節(jié)車廂，在這些車廂中安裝了大量的傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)車輛的運(yùn)輸狀況，要將這些海量的傳感器所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳，就需要帶寬上限較高的通信系統(tǒng)作為支持。5G網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)檫@種數(shù)據(jù)傳輸提供技術(shù)支持，在未來(lái)能夠幫助列車的控制和管理系統(tǒng)提高效率，無(wú)論列車處于哪種狀態(tài)都能夠?qū)⑵洚?dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳輸，這對(duì)于地鐵系統(tǒng)的車輛的智能化水平有著極大的提升作用。

3 軌道交通中的通信技術(shù)應(yīng)用

在我國(guó)的城市軌道交通中所有的通信方式包含有線和無(wú)線兩種模式，隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，良好的及時(shí)通信能夠有效提升地鐵系統(tǒng)的控制水平同時(shí)能夠節(jié)約大量的時(shí)間成本。這對(duì)于我國(guó)地鐵的監(jiān)控以及管理系統(tǒng)的發(fā)展和提升有著非常積極的意義。公共交通系統(tǒng)作為交通運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)性設(shè)施，只有提升其管理質(zhì)量和水平才能夠促進(jìn)公共交通系統(tǒng)的快速發(fā)展。而這個(gè)過(guò)程中需要通信技術(shù)的良好支持才能夠?qū)⒐步煌ㄟ\(yùn)行過(guò)程中的各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的傳遞和共享，這對(duì)于提升軌道交通針對(duì)突發(fā)事件的處理能力，以及提升公共交通的運(yùn)營(yíng)水平都有著非常重要的作用[3]。軌道交通相比較傳統(tǒng)的公共交通他有著更加復(fù)雜的系統(tǒng)組成，特別是軌道交通的列車通常處于高速運(yùn)行狀態(tài)，這種狀態(tài)下要保證軌道交通的運(yùn)行安全就需要強(qiáng)大的通信技術(shù)支持。良好的通信技術(shù)除了能夠有效保證車輛行駛安全，還能夠加強(qiáng)控制中心對(duì)于軌道交通運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的各類控制和管理。當(dāng)前我國(guó)的軌道交通中所應(yīng)用的通信系統(tǒng)雖然已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步但仍然存在一些問(wèn)題。受到某些技術(shù)的限制，使得城市軌道交通的管理水平仍然有所不足，應(yīng)當(dāng)通過(guò)加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)特別是通信領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來(lái)改善和解決城市軌道交通發(fā)展過(guò)程中的問(wèn)題。

4 通信技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用和發(fā)展

隨著越來(lái)越多的城市開(kāi)設(shè)了軌道交通項(xiàng)目，我國(guó)的軌道交通建設(shè)水平以及管理水平在近些年都得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。軌道交通成為公共交通系統(tǒng)中的重要組成部分，而支撐軌道交通開(kāi)展科學(xué)化管理的重要技術(shù)基礎(chǔ)則集中在通信技術(shù)的應(yīng)用和提升過(guò)程，這是當(dāng)前軌道交通能夠保證安全性和穩(wěn)定性的重要前提條件。隨著5G技術(shù)的不斷成熟，越來(lái)越多的軌道交通項(xiàng)目開(kāi)始應(yīng)用5G技術(shù)，該技術(shù)能夠在網(wǎng)絡(luò)安全和穩(wěn)定性上給予列車行車安全更加強(qiáng)有力的保障[4]。因?yàn)?G技術(shù)本身屬于無(wú)線技術(shù)所以在車輛運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)不會(huì)受到有線信息傳輸過(guò)程中的阻礙和干擾。這使得列車在發(fā)生突發(fā)狀況的狀態(tài)下，軌道交通系統(tǒng)中的通信手段能夠保障將列車故障信息或其他突發(fā)事件所產(chǎn)生的信息進(jìn)行有效的傳遞，這對(duì)于行車安全有著非常重要的保證作用。同時(shí)利用5G技術(shù)能夠降低車輛與車輛之間的通信延遲，這使得車輛能夠以較為高效的編排方式開(kāi)展運(yùn)營(yíng)過(guò)程，有效提升了軌道交通的運(yùn)行效率。通過(guò)5G技術(shù)來(lái)保證車輛之間的信息交換，其安全性遠(yuǎn)高于上一代軌道交通通信技術(shù)這對(duì)于軌道交通的安全性有著非常重要的保障作用。

在眾多的無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)線保真技術(shù)常常被應(yīng)用在城市軌道交通在通信系統(tǒng)中，該系統(tǒng)的核心作用是為了對(duì)軌道交通運(yùn)行過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性提供相應(yīng)的保障。軌道交通中的車輛在運(yùn)行過(guò)程中一旦出現(xiàn)問(wèn)題可以通過(guò)無(wú)線保真系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行處理，該系統(tǒng)中所包含的權(quán)限保護(hù)以及防護(hù)墻系統(tǒng)能夠有效提升軌道交通的運(yùn)行安全。通常無(wú)線保健技術(shù)建立在無(wú)線通信技術(shù)的范圍內(nèi)，通過(guò)范圍內(nèi)的設(shè)備連接來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制作用。在我國(guó)軌道交通發(fā)展的過(guò)程中無(wú)線保真技術(shù)的應(yīng)用雖然有效提升了軌道交通的安全性但當(dāng)前無(wú)線保真技術(shù)仍然存在一些問(wèn)題，特別是無(wú)線保真技術(shù)容易受到外部因素的干擾，所以必須對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改良以提高其數(shù)據(jù)傳輸流程的可靠性。當(dāng)前我國(guó)軌道交通的控制功能仍然以人工控制為主，無(wú)線短程網(wǎng)是通信技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)類型之一，例如在軌道交通中常見(jiàn)的Zig Bee技術(shù)，因其具備較強(qiáng)的傳輸效率以及較大的帶寬，使得其傳輸數(shù)據(jù)的可靠性得到了有效的提升。因此該技術(shù)在我國(guó)軌道交通的通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用[5]。隨著5G技術(shù)在軌道交通的通信系統(tǒng)中的應(yīng)用水平加強(qiáng)，軌道交通的防災(zāi)能力也得到了較大的提升。

為了保證列車在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確送達(dá)控制中心，以及這些數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的安全可靠性，良好的通信技術(shù)能夠?qū)@些數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程給予相應(yīng)的保障作用，從另一個(gè)側(cè)面加強(qiáng)了列車運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性。除此之外還要對(duì)軌道交通運(yùn)行過(guò)程中車輛內(nèi)部的語(yǔ)音通信業(yè)務(wù)給予相應(yīng)的通訊支持，就能夠有效的促進(jìn)列車內(nèi)部的信息溝通交流效率，并且還能夠建立以3D VP可視化技術(shù)來(lái)對(duì)列車的行駛軌跡進(jìn)行模擬和觀察，通常這種技術(shù)基于較高的帶寬需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

在相關(guān)調(diào)查了解中得知，城市軌道交通已經(jīng)成為社會(huì)大眾普遍選擇的交通工具，不僅為民眾出行提供了很大便利，也促使城市交通效率得到大幅度提升，通信系統(tǒng)作為城市軌道交通重要功能系統(tǒng)之一，在保證城市軌道交通系統(tǒng)安全持續(xù)運(yùn)行方面發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，在5G通信技術(shù)不斷普及應(yīng)用的情況下，我們應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)城市軌道交通的5G通信技術(shù)的應(yīng)用研究。