数字化智慧铁路（智慧铁路数字化）

近年来，在“交通强国”政策的指引下，我国铁路基础设施建设在全国范围内加速推进。目前，中国在铁路方面的技术实力，特别是在高速铁路和重载铁路方面，已经处于世界领先水平。《新时期交通强国铁路推进规划纲要》明确提出，“全面提升铁路自主创新能力和产业链现代化水平，完善铁路科技创新体系，关键核心技术和装备自主可控、先进适用、安全高效，率先建成智能高速铁路，加快推进智能铁路。”

随着5G技术的发展，5G的带宽大、时延低、连接广等优势在铁路建设和运营中得到充分体现。在新一代铁路移动通信系统建设中，5G、大数据、物联网等新兴技术加速融合，结合边缘计算、网络切片等技术，助力中国铁路实现数字化转型，推动中国铁路智能化发展进入新阶段。

铁路通信网的现状及未来发展展望

目前，铁路建设部门通过3GPP拟定的GSM或LTE网络子协议，建设了铁路专用网络(GSM-R和LTE-R网络)，取得了良好的应用效果。然而，随着业务的增长，GSM-R已经无法满足铁路通信日益增长的需求。GSM-R作为第二代移动通信技术，是一种窄带通信系统，主要承载语音业务和少量的数据业务。数据传输速率低，不支持视频和图片的传输。目前，在现有的GSM-R平台上很难开发新的业务。这些“短板”也加速了5G在铁路行业的应用。5G的大带宽、低时延、广连接等特性可以完美解决上述问题。5G时代，网络层面的铁路规划主要集中在四个方面。一是适时引入5G技术升级铁路专网，形成5G-R网络；第二，利用卫星网络打造“空地一体”的无缝覆盖网络，保证整个运输过程中关键数据的持续传输和车辆位置监控到位；第三，基于基础电信运营商提供的网络(包括5G定制网络)与内部专网的融合，进行有效分工，使不同安全等级的数据承载在不同的网络上；第四，引入量子通信等先进网络技术，保障铁路通信安全。

智能铁路技术研究

智能铁路的发展需要北斗导航、5G技术、自动驾驶三大核心技术的支撑。北斗导航为智慧铁路提供精确定位、自主导航等基础支撑；5G为铁路联网、车路协同、人车通信提供了重要支撑。自动驾驶更直观的推动铁路智能化发展。其中，5G在铁路应用的技术核心点可以概括为以下几个方面。首先是超高速5G公网服务技术。最核心的场景是乘客在高速列车上可以获得相对较好的网络服务体验；二是火车站等室内超大客流场景的技术支持；三是应急保障服务体系建设；四是各站5G定制网络场景的落地；第五，运营商5G定制网络与铁路专用5G-R网络的融合发展。

智能铁路应用案例

智慧铁路建设是当前铁路信息化的重点发展方向。近年来产生了一些应用案例，尤其是融合5G的智能铁路应用案例。

案例一:北京铁路局5G智慧车站

智慧车站利用新房子基站和大数据平台，实现室内外定位、客流轨迹分析、车票数据汇总、实时监控等功能，可为客流分析、应急管理、候车大厅商业价值分析、精准广告投放等做出贡献。5G智慧车站通过室内蜂窝网络、大数据、人工智能、可视化等技术的应用，可以使车站的运营管理更加智能化、数据化，以直观的画面和可量化的数字帮助车站进行运营决策支持、信息转化和客流价值转换。基于5G与终端的结合，可全方位采集站内客流数据，实现大客流预警、精准营销支持等功能。

智能车站系统通过“5G+MEC”专网与站内各业务系统进行数据交换。利用“5G+MEC”专网的高带宽、低时延传输特性，结合大数据，提升车站旅客服务质量，拓展车站服务场景，逐步降低车站运营成本。在安检中，利用5G将人脸识别数据上传到AI云平台进行匹配比对，实现“秒”进站，提高安检效率。此外，安保人员可以通过佩戴AR眼镜实现红外测温和视觉融合指挥调度。站内的5G服务机器人还可以为乘客提供车票查询、最优路径选择等交互式乘客服务。站内的VR娱乐设备还可以为旅客提供云游戏等娱乐服务，满足旅客多样化的娱乐需求。

案例二:基于“5G+AI”的Xi铁路局机车“医生”

对司机的监管:视频通过5G技术倾倒在平台上。当机车缓慢进入列车区段时，车载终端自动与轨道旁的基站建立高速通道，倾倒速率最高可达1.5Gbit/s以上。一台机车执行任务产生的近30GB数据，可以在3分钟内自动转储。司机视频数据全量通过5G技术回传。通过缓存设备进入智能分析中心后，司机的违章行为可以被AI技术自动识别。该方案还可以根据实际场景定制视频行为分析算法。目前已实现不比对手势、玩手机、不扶闸、睡觉等11项违法行为的自动智能识别。，并通过构建智能评价模型，规范了驾驶员的行为。

机车机械设备健康监管:以走行部车载传感器数据、地面运输、安全、整备、维护等数据为基础，结合合作伙伴在走行部领域长期积累的大量专家经验和故障样本，构建机车走行部故障预测与健康管理模型，实现走行部健康评估和寿命预测，推动机车由“计划维修”向“预知维修”转变。

案例三:广州铁路局5G高铁智能运维

在动车动线电动车载悬挂设备防松检测站预设的高清外观检测图片，通过5G网络上传至铁路局数据处理中心进行智能分析，形成检测报告，从而消除设备隐患，预防危险，为安全出行扫清障碍。该检测站拍摄角度更准确，清晰度更高，可实现精度和效率的双重提升。

5G海量车辆数据自动下载转储是基于5G的庞大的车辆行驶数据和视频数据转储服务，实现列车运行中的数据传输，大大提高传输效率，简化传统有线传输、移动硬盘拷贝等繁琐的人工操作环节，实现无感知、无人干预的数据传输，从而实现10倍以上的效率提升。

5G高铁的超视距预警“千里眼”是高铁沿线的“视频登车”服务，可通过5G网络将超视距的路况高清视频实时传输至动车组司机室的监控预览屏，为司机提供“千里眼”功能；同时将前方安全预警视频实时传输到车内，并给出预览提示，方便驾驶员及时做出应急决策并采取相应的处理措施，提高行车安全性，保护人民生命财产安全。

结束语

综上所述，5G在铁路运输智慧车站、智能运维、车地通信、高清监控视频传输等方面的应用，不仅增强了铁路运输的安全性，提高了运输效率和线路巡检效率，还节省了大量的人力成本。5G技术的应用为中国铁路的智能化建设提供了自主创新能力，使中国铁路不仅在速度上领先于世界，在技术上也领先于世界。

*本文发表于《通信世界》。

2023年8月10日925号15号

原标题:“5G助力智能铁路数字化转型”

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