5G通信技术在城市轨道交通视频监控系统中的应用

崔融

【摘要】    轨道交通现有视频监控系统需要进行现代化改造，以适应智能轨道交通的发展方向，5G通信是第五代高速无线通信技术，本文对5G通信在城市轨道交通视频监控系统中的应用进行了研究，利用5G通信的网络接口和边缘计算技术，构建了5G视频监控系统。

【关键词】    城市轨道交通    5G通信技术    视频监控系统    应用

以4G网络技术为基础，逐渐取代了以WLAN为基础的地面通信系統（WLAN）。如何保证城市轨道交通的安全运营，提高城市客运服务水平，是一个亟待解决的问题。据行业统计，城市交通是以铁路为主导的，城市人口流量最大的城市，轨道交通各线路施工时间长，行车性能一直处于世界领先水平，受施工过程技术条件的制约，新老线路的视频监控系统完全不同，既有模拟标准，也有数字标准定义模式。随着城市轨道交通数字化发展，对视频监控系统可控性、稳定性和扩展性的要求越来越高，5G将成为国家重点发展战略领域，并将在2019年进入快速发展阶段，利用5G通信网络：在5G通信网络的基础上建立城市轨道交通视频监控系统，这也是对现有视频监控系统进行改造的一个可行系统。

一、5G技术概述

1.1 5G介绍

5G将在传输延迟，可靠性，安全性和覆盖范围方面得到改进。移动通信系统的应用领域也已扩大，增加了端到端的通信功能（D2D，设备到设备），同时还提高了传感器质量和机器通信（M2M）的便携性，这不仅能提升5G在不同领域的应用，还能满足未来不同领域的用户体验。

1.2技术优势

5G网络可以跨越4G网络，5G还增加了D2D的通信能力，4G采用的直接通信技术可以减轻基站的负荷，减少通信延迟。在我负责的频率资源中，D2D通信只占一半，而蜂窝通信就是如此。另外，通过D2D用户间的通信可以降低传输性能和能耗。但同时5G性能的提高也对系统的安全可靠性提出了更高的要求，5G性能的提高有助于提高城市轨道交通系统的运行性能。

二、城市轨道交通视频监控系统主要功能和组成的介绍

2.1对视频监控系统功能的分析

对于视频监控系统来说，它可以对显示设备的行为、车辆的运行状态和指挥效率等多个方面进行有效监控。此外，该系统还能利用合适的列车摄像机、编码器、网络等设备，为安保人员提供准确的信息，接收灾害预防和社会安全视频信息。

1.对监视范围的介绍。

由于隧道入口、 U型监控室等关键机电设备的不断改进，实现了实时监控，使许多操作人员能够在各自的显示器上获取相关信息。

2.对视频存储功能的介绍。

该系统能够有效存储长时间的视频信息，实时存储各摄像机采集的视频信号，同时实现各自工作人员的通话、观看等权利，保证证据的记录。

3.对控制功能的介绍。

监控室相关人员可在本地控制云摄像机远程优先权丢失设置，对事项进行分权管理。一般来说，优先考虑的是操作者。使用者的使用环境是预先设定的，并能在紧急情况下迅速切换及调整。

2.2对视频监控系统构成的介绍

系统主要包括“中心、站、线、库”子系统，实现了对系统的安全监控。每个线路都有中心层和各车站。每个层次都可以有效地监控系统中的图像。监测能力独立，互不干扰，具有实时管理功能。本系统主要包括图像采集、集中控制处理、信号传输和网络管理等部分，通过视频处理装置，可以将车站视频信号传输到交换存储设备，并可与公安机关等有关部门进行信息交换，从而加快了智能化进程，提高了视频清晰度，增强了监控能力，保证和促进了轨道交通的高效运行。

三、5G通信技术在城市轨道交通视频监控系统建设中的应用契机

与4G通信技术相比，5G通信技术更加强调人与物、物与物之间的联系。为了满足企业的不同需求，5G通信技术的核心网络是基于服务的网络架构，该网络结构具有虚拟化网络功能，将控制层和数据层分开，并根据业务需求对网络进行分解，将应用计算能力集中到网络边缘（NFV），从而实现了业务分离，包括改进移动宽带（eMBB）、低延迟和高可靠（uRLLC）。借助以上技术的优势，通过5G通信技术对视频监控系统进行改造，使其更适合于高分辨率、移动化和智能化的发展趋势。

3.1网络切片技术在视频监控系统中的运用

5G端端通信技术能够达到与专用网相同的安全和隔离水平。通过这种技术，可以构建自主虚拟移动网络。磁盘上只能由授权的设备访问和通信磁盘。同时，端到端NFV和软件定义网络技术（SDN）能够实现网络资源动态灵活分配，以应对突发事件增加的网络资源情况，例如，在节日期间特定地区增加视频监控密度，5G通信网络具有较大的网络灵活性、较高的灵活性和快速应用实现能力，而不是自建光纤专用网。

3.2边缘计算技术在视频监控系统中的运用

高清视频监控系统的核心是提高计算性能，纠正高清视频监控系统传输和存储的瓶颈，如果摄像机连续采集高分辨率图像，则需要对摄像机进行智能控制，为快速、及时地传输流媒体，采用边缘计算方法，在5G通信载波网络的边缘上可以将视频处理页面传送到用户页面，基站下摄像机采集的信息可以本地存储，：视频数据分析的延时，同时可根据5G通信技术+边缘计算平台的参数，实现基于边缘计算平台和视频服务质量的动态优化处理，视频监控业务流程不需要通过运营商的核心网络，而是直接从边缘计算平台路由到本地网，确保业务流的私有化和安全管理与控制，同时本地流量的重新定向可以减少对提取带宽的消耗，减少服务等待时间，提高服务体验。另外，在用户页面上建立5G通信技术+基于云计算的边缘计算平台等对时延敏感的企业，可根据实际业务需求向边缘计算平台下沉，打造强大的客户端计算能力，为城市轨道交通线路的智能化运营维护、无人值守运营、基于高清视频的客流管理和人脸识别等信息创新应用提供支撑。

四、基于5G通信技术的轨道交通视频监控系统

5G通信技术的公共交通视频监控系统总体结构，分布式Pidi站用于地铁站台和站厅的5G信号覆盖，Acer站用于地铁和停车场的5G信号覆盖。HD摄像机接入端，可采用基于Cu/Du的二级结构，使用5G通信技术，在Cu上建立一个区域数据中心，并考虑其在OCC（OperationControl）站点的实际位置。挖掘了核心网络的部分应用功能，并在Cu上使用了边缘计算服务器。该系统除可用于視频监控系统外，还可根据车辆控制界面平台的低延时要求对人工智能能力（人工智能）进行预定位，支持车辆和管路的运行和维护这是一个由中央控制中心3C组成的视频监控系统，轨道交通总队通过本地交通网与5G通信网络相连。城市轨道交通5G通信网络视频监控服务与5G公共网络服务按网络段分开。用户可拨打视频监控，地铁站的HD摄像机可根据上层视频监控系统的指令记录视频，并高速地通过5G通信空中接口传送;本地数据中心设有边缘计算服务器，核心可存储和处理本地返回的HD视频（如数据分析、图像识别和识别等），还可根据上层视频监控系统的要求，实现对摄像机的智能控制。

介质存储层是运营商的5G通信网，两端为中央监控点和接收视频监控点。与已有系统相比，网络装瓶减少了中间处理的潜在故障点，有利于日常运行和维护，可降低和提高系统的可控性和可控性。

以5G通信网络为基础的城市轨道交通视频监控系统，能快速响应城市轨道交通运营维护期间视频监控点的临时增加和物理状态变化的要求。若视频发展到超高清，还能满足带宽倍增的业务需求，以及公司的快速引进和视频监控系统的简易扩展，将极大地提高视频监控系统的灵活性，有助于考虑未来智能轨道交通的发展趋势。

五、5G技术在城市轨道交通中的应用

5.1端到端通信

为了避免基于CBTC技术的列车调度系统中的列车因轨道网故障而产生逃逸或停线现象，在列车运行线路上设计相互冗余的独立轨道通信网。但是，老线路改造难度加大，后期难以施工，通讯设施的建设费用也增加。

5G通信采用了端到端（D2D）通信技术，无需基站就能在设备之间传输数据。D2D通信技术可以作为冗余通信的另一个途径。一旦网络发生故障，它可以在列车之间建立直接通信，并互相传递其位置和运行信息，以保证列车安全运行，同时保证列车安全。通过D2D通信技术，可以进一步减少列车之间的通信延迟，提高列车运行效率，提高行车安全。

D2D通信技术为后台通信提供了新的手段。以往，列车前、后均需设置通路，增加了改造旧普通列车的难度。利用D2D技术，车辆两端的车辆控制装置无需通过车辆的地面网络，也无需移动前、后侧的线路，就可以直接通过无线线路进行通信。它不仅缩短了换车时间，而且为车辆的后期维修提供了便利。D2D通信技术为地铁的建设、施工、运营和维护提供了更加灵活的通信方式。

5.2海量用户超密集组网

在5G网络中增加通信带宽，5G网络就能提供更多的服务，并能传输大量无线设备。现有有线和地面网络的一部分可被交换成无线网络。而且设备分布灵活，减少了集中放置在较大空间的设备需求，便于设备的安装和维护。

5.3大规模天线阵列

伴随着城市的不断发展，交通压力越来越大。因此，城市轨道交通是绿色，环保，节能的重要交通工具。轨道交通中，由于乘客密度大，乘客组成复杂，空间相对封闭。因此，要不断完善信息安全网的覆盖范围，有效地控制了旅客运输，实现了有效的停车。预期5G网络将采用大规模天线阵列，天线空分特性可以满足多用户的需要，不仅提高了频率利用率，而且还提高了传输可靠性，为未来的轨道交通建设提供了较好的技术支持。

六、结语

网络技术的研究与应用在城市轨道交通建设中具有重要的现实意义。针对我国城市轨道交通系统在应用中存在的问题，提出了一种具有更高效率、更灵活的应用功能的新思路，同时，5G网络技术可以提高系统效率，降低能耗，进一步降低部分成本，实现国家推荐的节能减排和绿色交通。基于运营商5G通信网的EmbB业务场景，采用网络交叉、边缘计算等技术，快速部署新业务，充分满足动态交通管理等需求，提供系统安全保障，提高整体视频监控和高清视频监控系统的灵活性，实现移动化和智能化。此外，通过与运营商合作，可充分利用轨道交通网内资源和运营商5G通信手段，通过优势互补，扩大5G通信网络覆盖范围，提高系统建设成本。

参  考  文  献

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