ARTIFICIAL INTELLIGENCE | 人工智能
摘要：在5G 时代下，一切都向着智能化、自动化的方向发展，轨道交通无人智能技术的发展也需要借用5G 技术。5G 技术具有 信号稳定、高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接等特点，能够有效提高轨道交通 的无人智能远程检测的效率。文章分析了传统视频监控技术存在的问题和发展瓶颈，介绍了 5G 技术在轨道交通远程监测方面 的应用，对5G 技术的发展和应用具有重要意义。 关键词：视频监控；5G；远程；智能
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5G 时代下轨道交通远程监测技术研究■文/李承连第五代移动通信技术简称5G 技术，是目前最新一代蜂 窝移动通信技术，网络架构将进一步简化，具备独立组网的 能力，网速及连接密度将极大提升，满足了超大带宽、超高 容量、超密站点、超可靠性、随时随地接入的各项要求。 5G 技术相比4G 技术具有更高速率、更大带宽、更高可靠性、 更低时延等特点，能够满足未来虚拟现实、超高清视频、智 能制造、自动驾驶等用户和行业的新型应用需求。随着5G 技术的不断创新发展，轨道交通利用5G 技术可以改造视频 监控系统，视频监控系统将朝着高清化、移动化、数字化、 智能化的方向发展。1.传统视频监控系统的主要问题
随着轨道交通建设的大规模兴起，国家正在逐步建设交 通强国，轨道交通载客吞吐量的增加和运营安防要求的不断 增加，对视频监控系统的要求越来越高，传统的视频监控系 统逐渐暴露出很多不足之处，主要体现如下。(1) 视频系统组网方式落后。视频系统釆用混合矩阵+
数字编解码的组合方式，造成系统结构复杂、设备繁多，不 能灵活调用摄像机图像，控制流程复杂，系统的灵活性和扩
展性受限。前端存储的图像多数釆用DVR 方式分别进行监 控和存储，系统缺乏统一性。(2) 系统与设备之间的兼容性差。目前，轨道交通视
频监控系统主要釆用H.264、MPEG-2、MPEG-4等解码方式， 由于不同系统对应的储存方式、通信协议、压缩格式的不同， 导致不同格式的编解码系统无法相互兼容，并且行业内的竞 争也造成技术客观化的差异性。随着监控对象的不断增大、 监控系统不断升级，视频监控管理单位将面临巨大的挑战。(3) 传输图像不佳。轨道交通视频监控系统多数采用
模拟系统，视频的远距离传输釆用模拟光端机，随着科学技 术的不断进步，将现场釆集的模拟视频信号和模拟声音信号 转换为数字信号，通过监控系统承载网进行传输。受现有网 络传输速率的限制，视频的垂直分辨率最高达到720，导致 图像效果不佳，有明显的颗粒感、卡顿现象。(4)监控对象急剧增加，实施监控效果差。随着社会 各级对公共安全管理日益重视与关注，轨道交通运营的安全 性越
来越受重视，视频监控系统的前端摄像设备在急剧增加， 按照每个车站120个的规模计算，轨道交通沿线20个车站 计算，单线摄像设备的数量已经达到2400个。多台摄像设 备的传输和控制对网络传输及人工检修都是比较大的挑战， 操作人员工作强度大，实时监控效果差。2.视频监控系统的发展瓶颈以数字高清晰摄像机结合高宽带传输网络，远程无人智 能监控成为可以实现的目标。远程智能监控技术通过监控视
频图像的实时分析，对动态场景的目标进行定位、识别和跟 踪，根据系统算法识别、判断，并及时做出反应，实现实时 监测、防范未然。数字高清晰摄像机的快速发展受限于网络 带宽，轨道交通视频监控管理要提高视频图像清晰度，不得 不调节网络码流的码率、帧率、分辨率和图像质量等参数，
来提高网络传输的效果，实现图像质量和传输质量双兼顾。 例如，前几年行业中出现的双码流回放技术，让用户可以根
据网络带宽灵活选择码流格式，达到本地高清存储，同时后 端低码流网络传输，成为一些对视频清晰度要求较高行业的 选择。随着网络带宽的提高，尤其是5G 技术的突破，超高
速的传输速率足以让一直饱受传输系统中“带宽不够，传输 慢”严重制约远程智能监控系统发展的问题得以解决。3.5G 技术在轨道交通远程监测的应用3.1接触网设备运行状态静态监测5G 技术可以提供10Gb/s 的下行速度，是LTE 版4G 网
络的100倍，具备毫秒级的超低传输时延，高达500km/h 的 髙速移动性。利用5G 技术高速传输的特点，以远程红外高 清摄像设备为载体，监测接触网设备及接触网零部件等重要 点的运行状态。对于大型基础设施的质量监测，目前己经有相关研究团 队开展大型桥梁健康检测概念与检测系统设计研究，充分考 量自动化检测可能性，在轨道交通通信领域建设中也在逐步
2020年第23期•中国高新科技115
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引入5G技术，深圳轨道交通11号线试行5G车地无线通信，在短短的150s内，深圳轨道交通11号线列车上40个高清摄像头带来的监控视频、设备监测等高达25GB的车载数据，通过部署在列车和车站的5G车地设备完成了自动传输。深圳轨道交通试行的5G车地无线通信是全球首例轨道交通5G超宽带车地无线通信。
高清摄像技术已经成功应用于道路监控、智能建筑管理、桥梁巡检及轨道交通运营维护等方方面面，但对铁路接触网的运营管理还缺乏深入的探讨。接触网是向电力机车提供动力的关键设备，其稳定性直接影响着整个铁路运输系统的安全与效率。由于接触网露天架设，受环境、气候等因素的影像，运行的电力机车对接触网设备具有较强的冲击性和不稳定性，接触网成成为铁路运行中的主要故障点，接触网设备及零部件的检修作业也是运营管理单位关注的重点。接触网设备检修频率高、周期长、范
围广，检修通常釆用人工巡检的方式，对专业人员的技术水平要求较高。
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利用5G对区段接触网设备实时监测，与以往人工检修具有很多优势，如表1所示。结构的重量和列车的
载荷，在线路工程中引线框架
处于最不稳定的环节，
路基几何尺寸的不平
顺，将会引起轨道的
印泥盒物理变形，路基的沉
降观测和分析对轨道铺设起着决定性作用。
典型地基沉降特性曲线如图1所示。从路基沉降时程曲线不难发现，真实合理的监测数据曲线呈“S”形的4个阶段：
①发生阶段；②发展阶段；③成熟阶段；④极限阶段。
3.2.2路基沉降监测
在轨道交通建设及运营维护过程中，可以无线传感网的监测方案，利用5G快速网络部署需求，减少专业的网络配置工作（自动组网），同时满足远程配置和分析的需求。
3.3供电设备运行状态动态监测
电能传输依靠高压输电线路，输电线路及其附属设备多分布在空旷、地形复杂的地区，自然环境极为恶劣，输电线
路及其附属设备长期暴露在野
表15G监测技术和人工检修技术对比分析
对比项目5G监测技术人工检修实时性实时监测、及时反馈定期检修
缺陷记录电子联网存储不易丢失人工记录极易造成记录失真，甚至造成缺陷记录丢失
成本及技术要求无须人工，巡检全面不会有问题遗漏，
对人员专业性要求降低
蚀刻液再生需定期组织人员及专业施工队伍，
对检修人员的技术要求也极髙
准确性高精度，多点巡査多数情况下凭借施匸经验进行缺陷
判定
放电、漏电监测可视性、可靠性高声音判定极难查外，持续受力、电气闪络、材料老化的影响，极易产生不同程度的损伤，需及时进行维修，因此需要定期对输电线路及其附属设备进行巡检。
传统的人工巡检面临着工作强度大、工作环境危险的难
高压智能环网柜
3.2路基沉降监测
路基沉降的变化对铁路线运营及维护有着十分重要的意义，无论是对于有祚轨道还是无祚轨道都需要定期跟踪沉降点的变化。传统的沉降观测一般釆用高精度数字水准仪进行沉降观测测量，实现小范围沉降自动化观测。对于有祚轨道货运专线，常年的轨道扰动和巨大的货运吞吐量造成路基沉降，尤其是无祚轨道对结构的刚度和基础的沉降十分敏感，其永久变形只能通过调整扣件才能恢复轨道的几何形状，但扣件的调整量非常有限，因此只能严格限制线下工程的沉降量来保障无祚轨道的安全稳定性。因此，铁路客运专线对路基、桥涵、隧道等线下工程的工后沉降提出了十分严格的要求。
3.2.1路基沉降特征分析
ito粉路基是铁路线路工程的一个重要组成部门，承受着轨道题，严重威胁着输电线路的安全稳定运行，因此研发一套无人机动态紫外成像在线监测和智能诊断预警系统是保障线路安全运行的有效方法。输电线路机载紫外巡检和故障诊断技术利用无人机搭载紫外成像仪，对线路数据进行实时传输，以实现输电线路在线检测与诊断，同时系统可通过设定临界值对光子计数的变化进行分析处理实时预警，能够实时地发现问题、反馈问题，给予工作人员准确、快捷的信息，能够及时解决处理问题，从而达到零故障发生的目标。
4.结语
在5G时代下，网络化、高清化及智能化是未来轨道交通视频监控技术的发展趋势。通过5G技术在轨道交通场景的研究可知，5G技术将会逐渐渗透到轨道交通系统的各个方面，为实现智能轨道交通提供有力的技术支撑。
（作者单位：中铁■一局集团电务工程有限公司）
116•中国髙新科技2020年第23
期
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