試析5G與物聯(lián)網(wǎng)融合在城市軌道交通運(yùn)維中的應(yīng)用

趙靖 金仲軍 易希為

浙江眾合科技股份有限公司，中國·浙江 杭州 310051

5G 系統(tǒng)現(xiàn)已受到廣泛的關(guān)注，其支撐的物聯(lián)網(wǎng)擁有著較大的接入量及覆蓋面，可以更好地適應(yīng)多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展需求。通過5G 系統(tǒng)合理的運(yùn)用至城市軌道交通運(yùn)維管理工作中，使得其自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分彰顯，同時(shí)可以對(duì)城市軌道交通的運(yùn)營及維護(hù)產(chǎn)生重要的影響，論文從這種角度出發(fā)提出合理化的建議及對(duì)策。

5G 系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；城市軌道；交通運(yùn)維

1 引言

第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)現(xiàn)已成為了世界移動(dòng)通信大會(huì)的關(guān)注焦點(diǎn)，相對(duì)于3G 和4G 而言，5G 系統(tǒng)進(jìn)一步強(qiáng)化了移動(dòng)寬帶及海量連接物聯(lián)網(wǎng)的性能，呈現(xiàn)出“萬物互聯(lián)”的模式。依照CSMA 的預(yù)測，直到2020年，蜂窩技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將會(huì)達(dá)到驚人的10-20 億，物與物之間的聯(lián)系呈現(xiàn)出更為豐富和多樣的狀態(tài)。截止到2016年末，中國大陸共涉及到30 個(gè)開通了城市軌道交通運(yùn)營，133 條線路，總長度達(dá)到了4152.8km[1]。隨著運(yùn)營線路的逐步增多，使得客流量呈現(xiàn)出日益增長的趨勢(shì)，系統(tǒng)日益多元，促使著運(yùn)營線路網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)更加明顯。

2 5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本概述

2.1 概念

在4G 飛速發(fā)展的進(jìn)程中，5G 憑借著自身的優(yōu)勢(shì)成為了關(guān)注的焦點(diǎn)，國際掀起了研究5G 系統(tǒng)的熱潮。5G 系統(tǒng)峰值速率以及覆蓋范圍等優(yōu)于3G 和4G，為多種領(lǐng)域的發(fā)展提供了有益的支持。

2.2 技術(shù)

5G 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)集中在無線技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面，在無線技術(shù)領(lǐng)域重點(diǎn)涉及到新型多址接入技術(shù)，同時(shí)還有新型多載波技術(shù)等，通過將所有的技術(shù)合理的運(yùn)用起來，使得各個(gè)行業(yè)的發(fā)展成績更加顯著。相較于其他的系統(tǒng)，5G 技術(shù)系統(tǒng)可以讓單位面積移動(dòng)數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)出明顯增長的趨勢(shì)，達(dá)到1000 倍的效果，在傳輸?shù)乃俾噬希部商岣咧?0～100 倍[2]。

2.3 預(yù)期

5G 在多年的發(fā)展中，此項(xiàng)技術(shù)取得了明顯的成績，2013年開始，中國積極的投入5G 移動(dòng)通信研究及發(fā)展的活動(dòng)中，積極的參與了5G 標(biāo)準(zhǔn)的制定行動(dòng)。依照國家工信部的具體規(guī)劃分析，在2017年勢(shì)必加快5G 等重點(diǎn)頻率的規(guī)劃和協(xié)調(diào)?，F(xiàn)階段，中國的5G 技術(shù)開始展開了各種試驗(yàn)，接下來將會(huì)繼續(xù)驗(yàn)證相關(guān)的成果，將通過多種行動(dòng)分析5G 技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。軌道交通內(nèi)，尤其在目前城市軌道交通成網(wǎng)的情況下，5G 技術(shù)對(duì)于地鐵運(yùn)營大數(shù)據(jù)的應(yīng)用有廣闊前景，可以通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及5G 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)客流預(yù)測、實(shí)時(shí)客流監(jiān)控以及突發(fā)情況下的換乘引導(dǎo)等，提升乘客乘坐體驗(yàn)，提高運(yùn)營效率。

圖1 5G 系統(tǒng)示意圖

3 物聯(lián)網(wǎng)的基本概述

圖2 軌道交通維護(hù)業(yè)務(wù)示意圖

物聯(lián)網(wǎng)誕生于美國麻省理工大學(xué)的研究人員，物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)涵蓋著以RFID 為代表的物品識(shí)別技術(shù)及傳感技術(shù)等。借助于微型的感應(yīng)芯片技術(shù)，使得人和物能實(shí)現(xiàn)有效的連接，在彼此的“交流”中，使得“萬物互聯(lián)”的模式得以呈現(xiàn)出來。物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)已運(yùn)用至多種領(lǐng)域，影響到人們生活的方方面面，如工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)控以及城市公共安全等。在2017年1月17日，中國工信部制定出信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃物聯(lián)網(wǎng)分冊(cè)，針對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展做出了細(xì)致的規(guī)劃，主張使其呈現(xiàn)出規(guī)?；陌l(fā)展?fàn)顟B(tài)，確定未來的發(fā)展方向，明確基本的路徑和發(fā)展重點(diǎn)，加快物聯(lián)網(wǎng)及行業(yè)領(lǐng)域的有效融合，逐步的深化智慧城市領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用成效。在地鐵運(yùn)維中，基于5G 以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備間的通信，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)能力及自適應(yīng)能力。

4 5G 與物聯(lián)網(wǎng)融合在城市軌道交通運(yùn)維中的應(yīng)用

5G 及物聯(lián)網(wǎng)的相互結(jié)合，使得傳感器以及處理器等充分的降低了成本支出，各個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)的終端成本明顯降低，相應(yīng)的功耗以及數(shù)據(jù)成本等明顯縮減。軌道交通內(nèi)需要維護(hù)的設(shè)備很多，涉及列車、線路軌旁設(shè)備等，設(shè)備數(shù)量較多，維護(hù)工作量巨大。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集各個(gè)工務(wù)、電務(wù)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過5G 網(wǎng)絡(luò)回送給各個(gè)專業(yè)維護(hù)人員，讓軌道交通維護(hù)由以往的被動(dòng)維護(hù)轉(zhuǎn)為智能監(jiān)管，此類突破性的進(jìn)展讓軌道交通運(yùn)維環(huán)境對(duì)改善，提高了維護(hù)效率[3]。

4.1 實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的遠(yuǎn)程監(jiān)控

在5G 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)合理運(yùn)用的過程中，使得軌道交通多種設(shè)備能實(shí)現(xiàn)相對(duì)合理的遠(yuǎn)程監(jiān)控目標(biāo)，同時(shí)又能大大的提升相應(yīng)的工作效率，保證工作的成效更為理想。無線網(wǎng)絡(luò)的部署難度明顯小于有線網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)于緩解相關(guān)工作人員的工作壓力有著積極的影響。軌道交通物聯(lián)網(wǎng)的部署速度也可呈現(xiàn)出相對(duì)明顯的加快趨勢(shì)，除了新建的設(shè)備應(yīng)該考慮物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際帶有的功能之外，還應(yīng)該重視一些其他模塊的存在，如數(shù)量眾多的既有設(shè)備，應(yīng)該分析智能模塊的增加成效。通過合理的遠(yuǎn)程監(jiān)控，使得相應(yīng)的部署成本明顯降低，同時(shí)也能穩(wěn)步的提升相應(yīng)的工作效率。

4.2 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的智能采集

在軌道交通中的多個(gè)系統(tǒng)服務(wù)要求存在著明顯不一致的情況，運(yùn)維中要求的等級(jí)也存在著明顯的差別。不同的子系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備運(yùn)用到的采集數(shù)據(jù)帶寬以及周期等主要的參數(shù)，需要結(jié)合業(yè)務(wù)的實(shí)際情況加以分析，進(jìn)行相對(duì)合理的分配，依照網(wǎng)絡(luò)的基本性能實(shí)現(xiàn)合理科學(xué)的調(diào)整，由此體現(xiàn)出智能化的優(yōu)勢(shì)之處。依照運(yùn)維數(shù)據(jù)的積累作用，將設(shè)備系統(tǒng)可能存在的隱患及問題及時(shí)地分析出來，實(shí)現(xiàn)節(jié)能管理的基本目標(biāo)。在這樣的實(shí)際運(yùn)用中，促使著設(shè)備以及設(shè)施能統(tǒng)一高效的管理[4]。

4.3 可視化的管理與實(shí)踐

通過將5G 和物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有效的融合，給虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。管理人員可以在控制中心以及車站網(wǎng)管室、設(shè)備室等各個(gè)區(qū)域借助于VR 設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場情況的分析，同時(shí)又能運(yùn)用AR 設(shè)備讓軌道交通中的各個(gè)設(shè)備和設(shè)施等加以維護(hù)，實(shí)現(xiàn)有效的在線監(jiān)管和維修。針對(duì)運(yùn)營過程中出現(xiàn)的管線改造問題和設(shè)備安裝問題等，在實(shí)際作業(yè)的時(shí)候受到多種因素的影響，如環(huán)境較為狹窄、安裝的復(fù)雜程度較高等，難免出現(xiàn)管線相互碰撞的問題，很容易發(fā)生誤工和返工的情況，可以借助于相關(guān)的技術(shù)加以操作。5G 系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的有效聯(lián)系，使得AR 和VR的實(shí)際應(yīng)用效果顯現(xiàn)出來，通過親臨現(xiàn)場和互動(dòng)效果的真實(shí)性，讓遠(yuǎn)程作業(yè)的精細(xì)化程度更加明顯，極大地簡化了繁瑣的操作流程，同時(shí)降低了人力以及物力資源的投入。

4.4 合理的空間定位及監(jiān)管

借助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的RFID 技術(shù)，能讓人員以及設(shè)備等實(shí)現(xiàn)科學(xué)精準(zhǔn)的空間定位。通過相應(yīng)的手段，能實(shí)時(shí)追蹤車站施工作業(yè)人員位置和設(shè)備位置目標(biāo)，尤其對(duì)夜間在區(qū)間的維保人員提供幫助，保證人員的調(diào)度更加合理。在科學(xué)技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展的進(jìn)程中，能自動(dòng)移動(dòng)的機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)自主作業(yè)，這對(duì)于提升作業(yè)的效率有很大的幫助。通過合理的使用RFID 技術(shù)，促使運(yùn)維中的智能化識(shí)別和定位等更加有效的規(guī)范起來[5]。

5 結(jié)語

5G 和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相互結(jié)合成為一種必然的趨勢(shì)，能在軌道交通領(lǐng)域內(nèi)讓設(shè)備運(yùn)維管理工作趨向統(tǒng)一，同時(shí)又能體現(xiàn)出智能維護(hù)的效果，實(shí)現(xiàn)全過程、全系統(tǒng)的信息化管理目標(biāo)，保證軌道交通運(yùn)營單位構(gòu)建起科學(xué)合理的維護(hù)管理體系，強(qiáng)化相應(yīng)的工作成效，降低相應(yīng)的成本支出，促使城市軌道交通逐步的邁向“工業(yè)4.0”。