近年來，在“交通強國”政策的指引下，我國鐵路基礎設施建設在全國范圍內加速開展。目前，我國在鐵路，尤其是在高速鐵路和重載鐵路等領域的技術實力已處于全球領先水平。《新時代交通強國鐵路先行規劃綱要》明確提出，“鐵路自主創新能力和產業鏈現代化水平全面提升，鐵路科技創新體系健全完善，關鍵核心技術裝備自主可控、先進適用、安全高效，智能高鐵率先建成，智慧鐵路加快實現。”

隨著5G技術的發展，5G的大帶寬、低時延、廣連接等優勢充分體現在鐵路的建設運營中。在新一代鐵路移動通信系統建設中，5G、大數據、物聯網等新興技術加速融合，結合邊緣計算和網絡切片等技術，助力中國鐵路實現數字化轉型，推動中國鐵路智慧發展進入全新階段。

鐵路通信網絡的現狀和未來發展預期

目前，鐵路建設部門通過3GPP所擬定的GSM或LTE網絡的子協議，構建了面向鐵路的專用網絡(GSM-R和LTE-R網絡)，并取得了良好的應用成效。但隨著業務的增長，GSM-R已無法滿足日益增長的鐵路通信需求。GSM-R作為第二代移動通信技術，屬于窄頻通信系統，主要承載語音業務和少量數據業務，數據傳輸速率較低，且不支持視頻、圖片的傳輸，目前在現有的GSM-R平臺上很難再開拓新業務。而這些“不足”也加速了5G在鐵路行業的應用，5G的大帶寬、低時延、廣連接等特點可以完美地解決以上問題。在5G時代，鐵路在網絡層面的規劃主要聚焦在四個方面。第一，適時引入5G技術，對鐵路專網進行升級，形成5G-R網絡;第二，使用衛星網絡打造“空地一體”無縫覆蓋網絡，保障運輸全程重點數據傳輸連續不中斷，車輛位置監控到位;第三，在基礎電信運營商提供的網絡(包括5G定制網)與內部專網實現一體化融合的基礎上，進行有效分工，使得不同密級的數據承載在不同的網絡上;第四，引入量子通信等先進網絡技術，保障鐵路通信的安全。

智慧鐵路技術研究

智慧鐵路的發展，需要有三大核心技術的支持：一是北斗導航，二是5G技術，三是自動駕駛。北斗導航為智慧鐵路提供精準定位、自主導航等基礎支撐;5G為鐵路聯網、車路協同、人車交流等提供重要支撐;自動駕駛則更為直觀地推動鐵路智能化發展進程。其中，5G在鐵路上應用的技術核心點可以概括為以下幾個方面。一是面向超高速的5G公共網絡服務技術，核心場景是乘客在高速列車上能夠獲得相對較好的網絡服務體驗;二是面向火車站等室內超大客流場景下的技術支持;三是面向應急保障的服務體系建設;四是面向各類站場的5G定制網場景落地;五是面向運營商5G定制網與鐵路專用5G-R網絡的融合發展。

智慧鐵路應用案例

智慧鐵路的建設是當前鐵路信息化的重點發展方向，近年來已經產生了一些應用案例，特別是與5G融合的智慧鐵路應用案例。

案例1：北京鐵路局的5G智慧車站

智慧車站利用新型室分基站和大數據平臺，實現室內外定位、人流軌跡分析、票務數據匯總、實時監控等功能，可為客流分析、應急管理、候車大廳商業價值分析、廣告精準投放等貢獻價值。通過室內蜂窩網絡、大數據、人工智能、可視化等技術應用，5G智慧車站能夠讓車站的運營管理工作變得更加智能化、數據化，以可視化的畫面、可量化的數字幫助車站進行運營決策支撐、信息化改造以及客流價值轉換。基于5G與終端的結合，實現對車站內客流的全方位數據采集，實現大客流預警、精準營銷支撐等功能。

智慧車站系統通過“5G+MEC”專網與車站內的各業務系統進行數據交換，利用“5G+MEC”專網的高帶寬、低時延傳輸特性并結合大數據，可提高車站旅客服務質量、擴展車站服務場景、逐步降低車站運營成本。在安檢環節，利用5G將人臉識別數據上傳至AI云平臺進行匹配對比，從而實現“秒”進站，提高安檢效率。此外，安檢工作人員可以通過佩戴AR眼鏡，實現紅外體溫檢測和可視化融合指揮調度等。車站內的5G服務機器人還可以為旅客提供余票查詢、最優路徑選擇等互動式旅客服務;車站內的VR娛樂設備也可以為旅客提供云游戲等娛樂服務，滿足旅客多樣化的娛樂需求。

案例2：西安鐵路局基于“5G+AI”的火車頭“醫生”

對于司機的監管：通過5G技術進行視頻的平臺轉儲，當火車頭緩慢進入列車段時，車載終端自動與軌旁基站建立千兆以上的高速通道，轉儲速率最大可達1.5Gbit/s以上。火車頭執行一次任務產生的近30GB數據，在3分鐘之內即可自動完成轉儲。全量司機視頻錄像數據采用5G技術回傳，通過高速緩存設備進入智能分析中心后，可借助AI技術自動識別司機的違規行為。該方案還可根據實際場景，進行視頻行為分析算法的定制開發，目前已實現了11個違章項的自動智能識別，如未比手勢、玩手機、未握大閘、瞌睡等，并通過構建司機智能評價模型規范其行為。

對于火車頭機械設備健康的監管：基于走行部車載傳感器數據以及地面運安、整備、檢修等數據，結合合作伙伴長期在走行部領域積累的大量專家經驗和故障樣本，構建火車頭走行部故障預測及健康管理模型，實現走行部的健康評估、壽命預測等功能，推進火車頭從“計劃修”向“預測修”的轉型。

案例3：廣州鐵路局的5G高鐵智能運維

將預設在動車走行線路的電務車載懸掛設備防松脫檢測站所拍攝的高清外觀檢測圖片，通過5G網絡上傳至鐵路局數據處理中心進行智能分析，形成檢測報告，用以排除設備隱患，防止危險發生，為安全出行掃清障礙。該檢測站拍攝角度更精準，清晰度更高，可實現精度和效率的雙提升。

5G海量車地數據自動下載轉儲是基于5G的巨量車載行車數據及視頻數據轉儲業務，實現列車運行中的數據傳輸，大幅提升了傳輸效率，簡化了傳統有線傳輸、移動硬盤拷貝等繁瑣的人工操作環節，實現無感知、無人工干預的數據傳輸，以達到10倍以上效率的提升。

5G高鐵超視距預警“千里眼”是在高鐵沿線開展“視頻上車”業務，可將視距外的路況高清視頻通過5G網絡實時回傳到動車組司機室的監控預視屏上，為司機提供“千里眼”功能;同時將前方的安全告警視頻實時傳輸上車，并給出預視提示，便于司機及時作出應急決策并采取相應處理措施，提升行車安全，為人民群眾生命財產安全保駕護航。

結束語

綜上，5G在鐵路運輸智慧車站、智能運維、車地通信和高清監控視頻傳輸等場景的應用，不僅增強了鐵路運輸的安全性、提高了運輸效率和線路巡檢效率，還節約了大量的人力成本。5G技術的應用為中國鐵路智能化建設提供了自主創新能力，使中國鐵路不僅在速度上，更在技術上領先于世界。