隨著交通強國建設綱要的印發(fā)實施盯拱，我國軌道交通從快速建設階段正式轉入智能化發(fā)展的新時期祥得。與此同時，5G 移動通信技術的成熟及商用助力我國智慧軌道交通的創(chuàng)新應用撩轰。文章提出 8 個基于 5G 技術與智慧軌道交通建設路徑融合的“5G + 智慧軌道交通”重點應用場景胯甩，以及智慧軌道交通發(fā)展過程中 5G 技術需要面臨的4項技術挑戰(zhàn)昧廷，最后提出 5G + 智慧軌道交通的技術架構堪嫂，并對未來智慧軌道交通的發(fā)展進行展望

No.1

5G + 軌道交通應用場景

我國軌道交通不斷增加的路網(wǎng)里程和客流量使得各城市的軌道交通通信網(wǎng)絡承受了巨大的壓力，同時姚熊，在軌道交通智慧化發(fā)展的大背景下猖沈，各類智慧化應用對通信網(wǎng)絡的能力需求不斷增加，無論是旅客服務红最，還是軌道交通的日常運營維護诲狐、列車運行，都對通信網(wǎng)絡有了更高的要求拟艳。在這樣的背景下喧畏，5G 技術成為最有希望解決軌道交通移動通信網(wǎng)絡現(xiàn)存問題的新型移動通信技術。5G 技術與 4G 技術相比悦浙，具備大容量愤栽、廣連接、高可靠挟七、低時延的特點齿喧，能夠組建成更加完善、高效相贺、智能的移動通信網(wǎng)絡平臺轻欣，更好地與其他智能化技術密切結合省咨，為軌道交通智慧化發(fā)展提供了更大的想象空間。

1.1 智慧建造

智慧建造將建筑信息模型（building infomation model玷室，BIM）零蓉、地理信息系統(tǒng)（geometry infommation system，GIS）穷缤、數(shù)字孿生壁公、 虛擬現(xiàn)實 / 增強現(xiàn)實（virtual reality/augmented reality，AR/VR）绅项、邊緣計算等技術與先進的工程建造技術相融合紊册，實現(xiàn)軌道交通工程項目勘察設計、物料管理快耿、工程施工等建設全流程的精細化囊陡、智能化管理，例如掀亥，在設計階段可以提供多工種技術協(xié)作平臺撞反，大幅提升專業(yè)間配合、協(xié)作效率搪花，提升設計精度遏片；實現(xiàn)工程全要素、全流程數(shù)字化岛牺，為計算分析和數(shù)據(jù)應用提供充分依據(jù)辫慎。5G 技術為這些技術的高效協(xié)同創(chuàng)造了可能性。

1.2 智能調(diào)度

受限于移動通信網(wǎng)絡的容量涮愧，傳統(tǒng)的調(diào)度通信系統(tǒng)主要實現(xiàn)語音業(yè)務叶偶。基于 5G 技術大幅提升的容量能力订搏，在智慧軌道交通時代锯运，調(diào)度通信系統(tǒng)將迎來業(yè)務范圍的極大拓展。在終端側框辞，除傳統(tǒng)的手持臺蛔颖、車載臺、桌面終端外缤媒，各類新型終端形態(tài)如攝像頭政拾、AR 眼鏡、智能頭盔抬泛、無人機攻臀、機器人等都可接入調(diào)度系統(tǒng)，基于廣泛的感知終端和平臺統(tǒng)一接入、智能分析的能力刨啸，未來的調(diào)度系統(tǒng)將成為軌道交通智慧運營的核心平臺堡赔，承載音視頻調(diào)度、視頻會議设联、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析善已、安全要素管理、遠程 AR/VR 指揮等各類業(yè)務离例；在業(yè)務上换团，可以實現(xiàn)基于多媒體、GIS 等技術的多種新型業(yè)務宫蛆，如通過與應急通信艘包、災害監(jiān)測、周界防護等系統(tǒng)的整合和聯(lián)動耀盗，增強行車指揮人員掌握現(xiàn)場安全狀況的能力想虎，為各運輸站段、班組提供更加可靠的專用調(diào)度通信猎之。

1.3 智能組織

傳統(tǒng)的軌道交通運輸組織主要基于人為決策桶悍，隨著新一代通信信息技術的應用，軌道交通運輸組織也將進入更加智能鹃远、高效的新時代讼逐。基于軌道交通客流數(shù)據(jù)的智能感知和分析嚎闹，以及多源客流數(shù)據(jù)融合的精準計算凸翩，能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡客流的監(jiān)測預警、運力資源的優(yōu)化配置沛愕、運能運量的精準匹配册安，進而實現(xiàn)全自動的運輸計劃編制和列車行車組織；在軌道交通的重要樞紐姑享，通過進行客流態(tài)勢演變分析、客流協(xié)同管控苇皂、安全風險智能感知罪褒，能夠提高運輸效率、保障行車安全仰铃、提升車站管理能力婿着；在不同交通模式協(xié)同方面，在運輸要素充分數(shù)字化醋界、智能化的基礎上竟宋，軌道交通內(nèi)部將研究實現(xiàn)市區(qū)城軌、市域鐵路形纺、城際鐵路丘侠、國鐵干線鐵路等“多網(wǎng)融合”的綜合軌道交通運輸網(wǎng)絡徒欣，同時增強與民航、公交等多種運輸方式之間的協(xié)調(diào)銜接蜗字，實現(xiàn)在城市打肝、地區(qū)、國家主管部門協(xié)調(diào)組織下交通資源的信息共享和協(xié)同運用挪捕，構建運能運量精準匹配粗梭、線網(wǎng)運輸互聯(lián)互通、乘客出行快捷便利级零、網(wǎng)絡化運輸組織高效的未來出行服務網(wǎng)絡断医。

1.4 智能作業(yè)

飛速發(fā)展的通信信息技術為軌道交通的檢修工作提供了多種新的思路，如通過多種物聯(lián)網(wǎng)傳感器淤汽、雷達設備等對沿線基礎設施路统、列車關鍵設備進行全面實時監(jiān)測；利用巡檢機器人抚送、無人機等新裝備替代人工乞审，大大提升巡檢的效率和范圍；利用視頻智能分析帕卦、北斗高精度定位等鸠丸，能夠實現(xiàn)對現(xiàn)場作業(yè)人員的精準管理和安全保障÷樱基于 5G 技術提供的更大接入能力赡脚，能夠實現(xiàn)現(xiàn)場設備設施、生產(chǎn)任務躁盗、檢修作業(yè)流程的互聯(lián)幸持，通過數(shù)據(jù)的融合分析和應用，能夠實現(xiàn)生產(chǎn)計劃自動編排拗酌、作業(yè)任務自動派發(fā)川砌、測試數(shù)據(jù)自動提報、作業(yè)工器具自動清點派發(fā)春哨、作業(yè)地點和軌跡自動記錄荆隘、作業(yè)關鍵環(huán)節(jié)自動卡控，從而提高各類作業(yè)標準化赴背、智能化水平椰拒。

1.5 智慧物流

傳統(tǒng)軌道交通貨運業(yè)務主要以鐵路長大干線的大宗貨物運輸為主，而對于快件凰荚、分散物流運輸領域燃观，軌道交通的運能一直沒有得到充分的挖掘，這是由于軌道交通的運輸特點更適合運輸“站到站”的標準化、封閉集裝箱 / 行包缆毁，對于要求“門對門”服務的現(xiàn)代物流業(yè)番川，缺乏末端的高效銜接機制，也未打通與城市物流鏈“微循環(huán)”积锅。5G 時代爽彤，得益于更強大的網(wǎng)絡連接能力和物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，使軌道交通實現(xiàn)分散化缚陷、非標準化物流高效運輸成為可能适篙，如通過物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)運輸全程狀態(tài)（溫濕度、振動情況）感知拱矫，更好服務冷鏈漂手、精密儀器等特殊運輸需求；開發(fā)適用于快件物流的智能標準集裝箱牌聋，提升貨物裝卸效率曼散，提升運輸資源量化水平，更加便于運輸資源的計劃嫂前、調(diào)配和運作污兄；基于運輸全環(huán)節(jié)的數(shù)字化加強與上下游運輸環(huán)節(jié)的銜接，從而充分調(diào)動社會物流企業(yè)積極性萝渐、降低物流服務成本午四、提升軌道交通物流運輸服務水平。

1.6 智慧車站

智慧車站包含智慧乘客服務和智慧車站管理 2 方面內(nèi)容磨慷。

（1）在乘客服務方面支礼，以 5G 為代表的新技術的應用將極大提升乘客服務的便捷化、舒適化薇痛、智能化水平滨溉。如通過動態(tài)引導系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的人工指引和墻壁標識，能夠更靈活地根據(jù)客流情況和開行計劃調(diào)整通行方案长赞，大大提升車站通行效率晦攒；基于高精度室內(nèi)定位為乘客提供便捷的站內(nèi)導航服務，旅客可以通過移動端涧卵、車站專用終端等一鍵搜索目的地并生成地圖勤家，快速獲取路徑參考；通過 AR/VR柳恐、專用熱點等方式，可以為旅客提供多種智能休閑娛樂體驗热幔，增加候車乐设、等待時間的趣味性，提升軌道交通出行方式的競爭力；基于物聯(lián)網(wǎng)實時感知和車站設備的聯(lián)動控制近尚，能夠對車站環(huán)境的溫濕度蠕啄、光照進行實時調(diào)控，提升車站環(huán)境的舒適度戈锻。

（2）在車站管理方面艺踪，基于智能音視頻分析、物聯(lián)網(wǎng)感知彬膘、精準安檢等系統(tǒng)滚讼，能夠實現(xiàn)站內(nèi)安全要素的智慧感知，第一時間識別危險因素绝皇，發(fā)生安全事件時绊域，通過一體化智慧系統(tǒng)進行快速處置，并第一時間協(xié)調(diào)醫(yī)療呐猴、消防等援助資源湘都；通過對車站設備的全面狀態(tài)監(jiān)測、自動控制常废，實現(xiàn)車站設備設施的全生命周期管理旱唧，構建智慧車站綜合運管平臺，提高車站設備設施的安全運行質(zhì)量蝇蝶，打造綠色恤鞭、節(jié)能、高效的智慧車站嗤详。

1.7 智慧票務

軌道交通行業(yè)已基本實現(xiàn)了電子購票和無紙化乘車个扰，未來基于各類身份認證技術的發(fā)展和通信網(wǎng)絡能力的增強，可以進一步提升票務服務的智能化水平葱色，如利用生物識別递宅、無感支付等多制式身份認證，提高售檢票苍狰、乘車的效率和智能化水平办龄；基于視頻監(jiān)控、生物識別淋昭、人工智能等技術的結合應用俐填，可以探索與軌道交通客流相適應的智慧票檢、安檢合一的新模式翔忽，實現(xiàn)“人”“票”“物”以及異常行為四合一核驗英融，提高效率、安全和服務品質(zhì)歇式；基于實名制驶悟、個人信用體系等認證機制膨桥，擴大可信乘車憑證的互聯(lián)互通范圍水孩，推進跨平臺钮药、跨場景的乘車票務服務棱悄，提高城市間乘車便捷度；票務系統(tǒng)的充分數(shù)字化使得管理部門能夠更加精細的掌握客流數(shù)據(jù)鸥萌，從而促進客流數(shù)據(jù)運用智慧化水平的提升幻渤。

1.8 智慧接駁

在多種交通方式網(wǎng)絡化運營的大背景下，中轉壹霍、換乘環(huán)節(jié)的有效牌完、便利銜接能夠大大增強交通的通達性，也可極大地改善乘客體驗惫吝。隨著 5G 等新一代通信信息技術的應用匹憎，整個交通行業(yè)的數(shù)字化水平不斷提升，將建立平臺化的服務模式每镀，乘客业满、各類交通資源、管理部門的信息能夠打破壁壘形成一個整體克矿，為乘客創(chuàng)造順暢李臀、無縫、靈活的出行體驗冷离，例如吵冒，軌道交通樞紐車站與出租車、網(wǎng)約車西剥、公共交通實時共享客流情況痹栖、協(xié)調(diào)交通資源，從而減少乘客滯留等待的時間瞭空；整合實時城市天氣揪阿、路面交通擁擠度信息，為乘客提供室內(nèi)交通路徑參考咆畏；中轉聯(lián)程環(huán)節(jié)通過深度合作機制提升換乘效率南捂，如機場、車站實現(xiàn)安檢互認旧找、行李直達等服務溺健，減少重復環(huán)節(jié)、節(jié)省乘客換乘時間钮蛛。

No.2

5G + 智慧軌道交通面臨的

關鍵技術挑戰(zhàn)

5G 移動通信技術的目標是提高數(shù)據(jù)速率鞭缭、減少延遲、節(jié)省能源轮砸、提高系統(tǒng)容量和實現(xiàn)大規(guī)模設備連接学蛤。軌道交通智能化需求有其自身的特點贮祥，包括單一場景下的差異化業(yè)務服務需求夫次、高安全性和高可靠性夭菲，其應用場景也具有高速移動等典型特征。因此搔冈，利用 5G 技術支撐軌道交通智能化發(fā)展仍然面臨多方面的技術挑戰(zhàn)摇轨，包括信道與天線技術、物聯(lián)網(wǎng)技術肩菲、邊緣計算技術和網(wǎng)絡切片技術翠坟。

2.1 多天線技術

多天線技術是 5G 無線通信系統(tǒng)能夠實現(xiàn)高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設備連接的關鍵技術。然而列車高速移動場景下信道會同時發(fā)生時域和頻域的選擇性衰落犹佣，多天線技術需要能夠通過快速對波束進行調(diào)整從而跟蹤信道的變化醒狭，因此需進一步關注軌道交通應用場景波束管理的相關研究，研究重點包括：高速移動場景下魯棒的皱辞、低開銷的波束對準方法君板，太赫茲無線回傳網(wǎng)波束管理技術，可減少干擾并最大化網(wǎng)絡性能的波束管理策略股冗，面向高速移動用戶的大規(guī)模多入多出（MIMO）高增益波束成型算法等關鍵問題霹陡。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)可以全面感知交通運輸基礎設施、工具的使用狀況止状，監(jiān)控交通運行情況烹棉，因此，物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展將為智慧軌道交通系統(tǒng)的進一步發(fā)展和完善注入了新的動力怯疤。物聯(lián)網(wǎng)的技術挑戰(zhàn)主要是以下 2 方面：①物聯(lián)網(wǎng)技術需要與軌道交通行業(yè)信息化需求緊密結合浆洗，在智慧軌道交通物聯(lián)網(wǎng)中關鍵技術、標準化集峦、產(chǎn)業(yè)化等方面亟待突破伏社；②亟需具備更精確、更全面的感知能力少梁，解決低功耗洛口、小型化和低成本的問題。

2.3 邊緣計算

利用物聯(lián)網(wǎng)自主收集數(shù)據(jù)只是基礎任務凯沪，而智慧軌道交通更高的挑戰(zhàn)是自主決策第焰。邊緣計算技術采用網(wǎng)絡、計算卫削、存儲产贤、應用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務赌矩，以實現(xiàn)低時延的精準決策為目標鹦房。軌道交通領域中邊緣計算應用場景眾多且差異化較大娇晦，針對多樣化需求，存在巨大的性能及功能差異性悲社。面向智慧軌道交通的邊緣計算系統(tǒng)需要能夠針對不同工作負載镀匈，設置指標的權重和優(yōu)先級，以便系統(tǒng)選擇最優(yōu)分配策略反没。此外砰洗，當前邊緣計算產(chǎn)品缺乏通用技術標準，現(xiàn)有邊緣計算設備接口缺员、數(shù)據(jù)的標準不一致穿桃，相互之間無法互認，跨廠商的互聯(lián)互通和互操作存在巨大挑戰(zhàn)弯囊，需要在智能交通領域針對接口痰哨、數(shù)據(jù)協(xié)議、網(wǎng)絡能力等方面建立統(tǒng)一的技術要求匾嘱。軌道交通系統(tǒng)要求的高可靠性和高安全性也對邊緣計算的安全提出了嚴峻挑戰(zhàn)斤斧，邊緣計算的分布式架構增加了攻擊向量的維度，智慧交通客戶端越智能奄毡，越容易受到惡意軟件感染和安全漏洞攻擊折欠，車輛高度動態(tài)的環(huán)境也會使網(wǎng)絡更加易受攻擊和難以保護。

2.4 網(wǎng)絡切片

網(wǎng)絡切片技術是在同一個物理網(wǎng)絡上構建端到端吼过、按需定制和隔離的邏輯網(wǎng)絡锐秦，提供不同的功能、性能盗忱、成本酱床、連接關系的組合，支持獨立運維趟佃，為不同的業(yè)務和用戶群體提供差異化的網(wǎng)絡服務扇谣。智慧軌道交通擁有豐富的應用業(yè)務場景，各個場景對于網(wǎng)絡性能的需求存在差異性闲昭。由于網(wǎng)絡切片技術可根據(jù)特定網(wǎng)絡能力和網(wǎng)絡特性提供組建邏輯網(wǎng)絡的能力冕咒，因此，網(wǎng)絡切片技術可以為不同業(yè)務場景的智慧交通業(yè)務提供端到端的大帶寬益爽、低時延彭理、高可靠性的靈活定制化服務，實現(xiàn)業(yè)務的快速上線和更極致的用戶體驗企棘。然而凝顿，智慧交通領域業(yè)務場景豐富，要實現(xiàn)端到端服務質(zhì)量（quality of service射传，QoS）和確定性時延的保障方法則需要進一步研究菌菇。

No.3

智慧軌道交通技術架構

未來智慧軌道交通技術架構是諸多新思路泛驰、新技術的融合，將從感知層浪顽、網(wǎng)絡層寺帽、平臺層、應用層多個層面進行重構整合限禀。以 5G 技術為代表的新一代信息通信技術將促成一系列行業(yè)信息通信（information and communications崔败，ICT）技術架構的變革：促成網(wǎng)絡、存儲姥芥、計算等資源的集中管控和使用；促成數(shù)據(jù)資源的集中管理汇鞭、分享以及安全保護凉唐；促成無線制式的多樣式發(fā)展，融合專用寬帶通信網(wǎng)絡霍骄、公眾移動通信網(wǎng)絡台囱、窄帶大連接物聯(lián)網(wǎng)絡為行業(yè)所用；促成人工智能技術對行業(yè)應用的升級和改造读整，催生出新業(yè)務簿训、新模態(tài)。

智慧軌道交通技術架構的發(fā)展將遵循“大智移云物”的技術路線米间，綜合采用大數(shù)據(jù)强品、人工智能、移動通信屈糊、云計算的榛、物聯(lián)網(wǎng)等技術，具體架構如圖 1 所示潦故。

（1）智能感知層作為構建智慧軌道交通的基礎仔同，是感知真實世界的觸手，也是融合物理世界和信息世界的紐帶庐穴。智能感知層的功能是采集信息圃靖，包括通過傳感網(wǎng)、攝像頭蝇硅、檢測設備榛蜻、作業(yè)設備等多種手段，自動化獲取設備設施健康狀況蛮昭、外部環(huán)境條件峰礁、人員作業(yè)信息等數(shù)據(jù)，全方位了解整個軌道交通運輸系統(tǒng)的運行情況腋积，為上層的精細化管理提供支撐鞠洪。智能感知層包括傳感器蹲自、攝像頭、監(jiān)測檢測設備乏唤、作業(yè)終端等設備颗介。智能感知層獲得的信息包括設備設施信息、人員信息苇经、作業(yè)過程信息赘理、環(huán)境信息等。 

（2）寬帶與泛在的通信網(wǎng)絡既包括有線傳輸網(wǎng)絡扇单、數(shù)據(jù)網(wǎng)商模，也包括各類無線網(wǎng)絡；既包括軌道交通專網(wǎng)蜘澜，也包括運營商公網(wǎng)施流、WLAN 網(wǎng)絡等；既包括地面網(wǎng)絡鄙信，也包括衛(wèi)星系統(tǒng)瞪醋，目標為構建空天地一體、公專融合的通信網(wǎng)絡装诡。

（3）平臺方面银受，云計算平臺可為數(shù)據(jù)共享及應用集成基礎平臺提供統(tǒng)一、可彈性擴容鸦采、便于實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成的集約彈性基礎設施宾巍，可避免煙囪式建設問題，并有效降低軟硬件投資及運維成本偿股；大數(shù)據(jù)平臺等提供大數(shù)據(jù)處理澄俘、智能分析、融合運用功能堤麻，通過人工智能服務提供智能分析及輔助決策能力酸儿，支撐上層各類主題應用。

No.3

總結與展望

5G 移動通信系統(tǒng)作為新基建的核心技術紧甫，是軌道交通智慧化建設的重要支撐昵鳍。為實現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)的智慧建造、智能調(diào)度匀洪、智能組織难宋、智能作業(yè)、智慧物流厕扼、智慧車站乙闰、智慧票務和智慧接駁等八大應用，5G 移動通信技術還面臨著多天線、物聯(lián)網(wǎng)互墓、邊緣計算和網(wǎng)絡切片等方面技術的挑戰(zhàn)必尼，需要根據(jù)軌道交通的應用特征和需求特征進行深入研究和技術創(chuàng)新。本文提出的基于“大智移云物”技術路線的智慧軌道交通技術架構篡撵，可為未來以 5G 技術為代表的新一代通信信息技術將為智慧軌道交通建設提供有力支撐判莉。

（現(xiàn)代城市軌道交通）

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