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铁路5G应用六基于5G技术的铁路编组站可视化生产运营管控一体化平台研究

admin

11 月 12, 2023 #应用, #智能化应用

应用智能化水平较低_应用智能化工作原理_智能化应用/

编者注

5G,全称“第五代移动通信技术”,是最新一代蜂窝移动通信技术。 5G技术是当前具有代表性和领先性的网络信息技术。 它将实现泛在的万物互联和深度的人机交互。 实体经济高质量发展的关键信息基础设施。 随着产业变革和科技革命不断兴起,5G、人工智能等新技术在各行业得到广泛应用。

2020年8月,中国国家铁路集团有限公司印发《新时代交通强国铁路超前规划纲要》,明确指出铁路是国家战略性、先导性、重点重大基础设施,在交通强国建设中要大力发展。 先行者。 随着科学技术的不断发展,科技创新成为交通强国的第一驱动力。 国家也在不断出台政策,加速5G技术与铁路的“碰撞”。 “和谐HXD3D”402号大功率电力机车首次搭载5G。 设备、到春节期间5G信号覆盖的广深港高铁正式投入运营,越来越多的新技术在铁路运输行业生根发芽。

造福人民的事情就会兴盛起来。 科技是国家的强大武器,国家靠科技强,人民靠科技。 5G时代的开启,必将把中国铁路的发展推向新的高度!

基于5G技术的铁路编组站可视化生产运营管控一体化平台研究

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应用智能化水平较低_智能化应用_应用智能化工作原理/

随着现代信息技术的不断发展,大数据、人工智能、云计算、物联网、5G通信、北斗等新技术正在与行业深度融合。 在铁路运输领域,信息技术(IT)、通信技术(CT)和运营技术(OT)深度融合已成为当今世界铁路发展的主要趋势; 发展智能铁路也成为国家铁路的战略愿景。 多项智能化科研项目及试验线建设。 智慧铁路是广泛应用云计算、物联网、大数据、人工智能、机器人、下一代通信、北斗卫星导航、BIM等新技术,实现高度信息化、自动化、智能化、智能化创新带动整个铁路产业生态进入新阶段。

2021年,工信部等10部门发布《5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》,其中提到聚焦重点行业发展“5G+”工业互联网”和打造典型应用场景是推广新技术的关键。 时代铁路高质量发展是实现交通强国铁路领先的重要领域和重要基础。 有利于推动铁路通信技术升级,提高铁路安全和信息化、智能化水平。 有利于提高铁路服务质量和效率,巩固中国。 铁路领域全球领先优势,有利于推动5G相关产业链发展,加快推进5G全国铁路布局。

中国铁路广州局集团有限公司(简称广州局集团公司)期望密切关注铁路在货运编组站的现状和智能化需求,充分利用5G技术、云计算、大数据、物联网、人工智能、北斗技术等。以新兴信息技术为代表,编组站将建设一套共享的智能服务平台和各类智能业务应用,实现新兴技术与铁路业务的高效融合,从而优化运输服务质量,增强安全水平,提高组织效率,目标是降低成本,提高效率,提高运营效率。

1、编组站智能化、智能化建设需求

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广州局集团公司江村编组站位于广州市北郊江高镇北端,京广、广深、广三铁路交汇处。

江村编组站下属的江高镇、郭塘、茅山货场具有编组站接送车辆方便、车辆供应充足、发货迅速的优势,并拥有专业的装卸队伍和高水平的运输能力。 -优质的货运团队。 货物运输速度和服务质量大幅提升,组织开通了沉阳、哈尔滨、武汉、西安、郑州、成都、乌鲁木齐等7个城市的“五定”货运班列。

1.1

信息技术融合创新面临数据通信瓶颈

目前,随着数字化货运站建设的不断深入,视频监控、物联网等信息技术在货运站得到广泛应用。 技术应用融合创新遇到数据通信瓶颈,新技术与货运站业务融合应用受到阻碍,拖慢了铁路货运站数字化发展步伐。

1.2

现有通信技术无法满足技术装备发展需求

货运站装卸、货物检验等作业过于依赖现场人员,设备智能化水平不高。 如果不高,则安全卡控制效果不理想。 为了加快新技术的应用,物流技术装备的现代化水平也要与之相匹配。 通过泛在互联,增强各运营环节的业务协同能力。 目前,GSM-R、4G-LTE、Wi-Fi等通信网络已经实现了一些业务场景信息的传输需求,但在带宽、连接密度、时延可靠性等方面还有提升空间,从而产生问题如信息传输实时可靠率低、信息源点连接数量有限、信息传输量有限等。 例如:4G网络20~30Mbit/s的带宽可以满足生产作业产生的图像和视频的压缩传输,但大量高清图像和超高清图像的无压缩、无损、稳定传输所需的带宽-高清视频至少40Mbit/s,4G移动通信技术已不能满足货运站技术设备泛在互联、智能化的发展要求。

1.3

编组站运行要求

铁路编组站承担货运列车的拆装、编组业务。 列车到站、解组、发车是技术站的核心技术操作流程。 专业人员相互配合,有效地开展各项活动,完成编组站的整体运作。 基于编组站核心作业流程,对作业内容进行专业划分,对编组站涉及的作业需求、未来发展和通信需求进行梳理,铁路编组站作业需求如图表格1。

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表1 铁路编组站运行要求

1.4

5G宽带移动通信需求

除与主线相同的业务外,江村编组站还包括大量的本地通信和信息服务。 具有作业人员密集、车辆密集、吞吐量大、作业安全防护水平高的特点。

江村编组站现有一套400MHz无线通信系统,功能单一,系统分散,频率利用率低,系统容量有限,语音和数据业务争夺信道,传输可靠性低,数据传输能力差,干扰严重。 具有网络能力,不存在保密等问题。 GSM-R作为窄带通信系统,其4MHz频率带宽业务承载能力有限。 各大火车站、枢纽地区、合线地区都出现了系统内同频、邻频干扰等问题,网络规划日益困难。

根据《5G应用“起航”行动计划(2021-2023年)》,充分利用5G公网资源统筹推进铁路应用,提出加强5G通信等新型基础设施建设和应用网络、大数据、物联网,推动新一代信息技术与铁路深度融合,助力铁路数字化转型升级,赋能我国铁路智能化、智能化发展。

为进一步保障铁路运营安全、提高运营效率、提高服务质量,对移动通信业务的需求日益增长。 5G通信具有多连接、低时延、大带宽的特点。 可以实现人与物、物与物之间无所不在的互联。 它是支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施。

通过调研发现,除了行车安全相关业务需求外,江村编组站目前在生产作业、运维方面还有大量的无线通信业务需求。 业务需求可以分为三类:驾驶安全业务需求和安全监控业务需求。 、运维业务需求。 其中,行车安全业务要求可靠性高、带宽小、时延低、业务优先级高; 安全监控业务对可靠性要求稍低,但带宽较大,时延较低,业务优先级较高; 运维业务要求可靠性要求最低,带宽大,时延低,业务优先级最低。

1.5

集成平台要求

通过对江村编组站机车、电务、机修、工程等业务部门进行调研分析发现,在日常运维作业中,人员、车辆的位置存在不确定性,操作反馈不准确。不方便,车地信息交互方式少,移动操作是人工下达预案效率低、遇到问题时缺乏远程可视化支持、站台摄像头有线访问受限等实际业务痛点。通过新技术的应用来解决。

结合北斗高精度定位、多媒体通信、GIS地图服务、视频监控、电子围栏、视频分析等技术,构建基于5G承载的可视化生产运营管控一体化平台。 一方面利用5G运营商网络的边缘处理分流能力,另一方面为编组站业务智能化提供以下公共支撑服务:信息基础设施服务、大数据服务、物联网服务、高精度定位服务、综合通信服务、人工智能服务和安防视频监控服务,实现资源共享和信息同步减少硬件资源重复。

2、编组站智能化整体设计思路

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编组站智能化是一项复杂的系统工程,生产作业和运行维护的安全控制是重要的建设内容。 要紧紧围绕铁路编组站现状和智能化需求,充分应用云计算、大数据。 、物联网、5G技术、北斗技术等新兴信息技术,实现新兴技术与编组站业务深度融合,建设5G公网专用通信网络、可视化生产运营管控综合平台及各类智能化应用,实现“高效调度指挥、数字化运维、立体安全保障、科学管理决策”的智能化系统,实现编组站生产效率的全面提升、运维成本的精细化优化,显着降低运输安全风险。

2.1

平台架构

在江村编组站,基于“感知-传输-平台-应用”(见图1),构建了一套采用IP多媒体子系统(IMS)技术的集成信息技术、通信技术的综合可视化生产运营管控平台。 、运营技术等深度融合,在同一平台上实现不同专业的业务应用。

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图1 江村编组站可视化生产运营管控综合平台架构

(1)感知层实现物体和环境信息的采集、压缩和预处理,将模拟量转换为数字量,包括智能终端、车载终端、手持终端、视频采集终端、调车机车、5GCPE及各类专业在线操作设备等

(2)传输层实现物联网海量数据的高效传输、汇聚、存储和处理,包括运营商5G、铁路数据网、北斗卫星、Wi-Fi等。

(3)平台层实现可视化生产运营管控一体化平台的核心处理能力,包括用户认证、GIS地图管理、视频监控管理、北斗高精度定位管理及核心能力提供。

(4)应用层针对编组站各专业的实际工作实现具体的业务应用,包括列车和地面的可视化调度、操作人员和调车机车的定位、操作人员和调车机车的轨迹、电子围栏、设备监控、 ETC。

2.2

综合空间和地面网络

江村编组站采用天地一体化组网方式建设整个传输承载网(见图2)。 它利用天基(北斗卫星)和地面(5G公网/铁路数据网)网络的深度融合,在系统层面实现地面与非地面。 地面网络的全面融合,实现了协议、网络、服务、终端等方面的深度融合,为可视化生产运营管控一体化平台的运行提供了强大的传输和承载通道。

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图2 天地一体化组网架构

2.3

业务功能实现

【作业可视化调度功能】

系统支持调度中心值班人员、调车机车司机、现场工作人员(货检、列检、拉风工、现场服务、电务、工务、供电等)的可视化调度指挥,有音视频单呼、组呼、会议、集群对讲、即时通讯、高清视频回传等功能; 支持语音识别呼叫功能,可以通过语音控制呼叫任意用户。

【高精度GIS全景调度功能】

采用GIS技术与融合通信相结合,以高精度GIS地图实现全景调度,在一张地图上呈现车站、操作人员、调车机车及相关设备的全景,实现对操作人员和调车人员的监控驾驶员圈子调用、信息查询、精准定位、行驶轨迹等功能; 点击即可查看站​​内视频监控、调车机车视频、车站设备、检修计划等信息。

【生产运营信息功能】

可视化生产运行管控一体化平台,可与工业供电检修计划、调车运行计划系统互联,自动获取运行计划数据。 统一界面可以查看月度、周度、日度计划,日度计划可以查看未执行、正在进行、未执行的计划。 它还具有在调度终端全景地图上自动生成电子围栏的功能,确保维护人员和其他工作人员的人身安全。

【设备监控智能功能】

以物联网技术为核心,在传感信息采集、传输和集成三个方面进行技术创新。 通过标准化协议和接口,完成编组站相关设备传感组的建设和接入,结合现有监控系统传感数据的统一连接。 以感知安全框架为保障,建立智能感知标准体系,实现感知设备“可查”、感知设备“可管”、感知数据“看得见”。

3、业务应用场景

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3.1

可视化管控全覆盖

GIS全景地图包括工人、调车机、视频监控、电子围栏、设备信息、报警信息等。通过GIS全景地图,利用北斗高精度技术,精准显示工人和调车机的实时位置,根据图标颜色区分工人位置,实时下达操作指令,并具有音视频通话、电子围栏、一键求助等功能。 ,作业管理者可以实时掌控作业过程,实现远程精准指挥,保障作业人员人身安全,提高安全管控水平。 GIS全景可视化调度示例如图6所示。

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图6 GIS全景可视化调度示例

根据人员的不同位置,在GIS地图上设置不同的颜色进行区分,方便管理人员识别。 同时,位置信息实时显示在GIS地图上,可关联调车作业和维护作业。 调车作业范围内无作业人员。 操作或进入,从而保证工人的安全; 在GIS地图上显示调车机车的位置信息,作业过程中关联相关作业信息,自动生成线路电子围栏,确保作业安全和人员安全; 根据不同专业、不同设备,在GIS地图上用颜色和形状呈现设备信息,一目了然,便于查询; 点击GIS地图上呈现的任意图标(包括操作员、调车机车、摄像机、信号灯、转辙机等),就会出现相关信息内容。 例如:点击员工图标,可查看员工姓名、位置信息、轨迹查询、工作计划以及功能选项(通话、会议、消息、上拉等)。

3.2

移动作业可视化控制及安全警示

值班人员的货检、列检、通风、野外作业、工程、电工、供电等作业人员的工作计划通过5G无线实时传输到操作手持终端。 当工人进行流动作业时,将根据计划的变化来组织作业。 ,改变传统在固定办公地点接收操作指令、报告操作进度的方式,操作过程中可传输操作可视通讯、人员定位、操作轨迹、操作过程记录、一键帮助等到实时室调度执勤。

现场操作人员佩戴带有北斗高精度定位模块的手持终端。 操作过程中,他们可以记录整个操作过程。 操作完成后,视频图像通过5G公网专网上传至中心进行存储; 操作人员的轨迹通过北斗技术实时记录,可在调度终端上查询; 管理人员可以通过操作人员佩戴的手持终端实现可视化沟通。

现场工作人员佩戴带有北斗高精度定位模块的手持终端。 手持终端通过北斗差分高精度定位系统将定位信息传回服务器,当人员定位超出或进入指定坐标范围时,在调度终端上呈现并规划出指定坐标范围内的电子围栏(见图7)。指定范围内,系统会将报警信息推送给相关人员。

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图7 电子围栏安全警示示例

3.3

车地视觉调度

基于5G+北斗的车地通信技术,克服了编组站400MHz窄带通信干扰严重、传输不稳定等问题,将车载视频图像、机车实时位置等信息传输至编组站GIS地图。实时并呈现在大屏幕上,值班操作员可以通过GIS地图上的音视频通话,直观地调度和指挥任何调车机车。

编组站值班人员点击调度终端GIS地图界面上的调车机车图标,即可发起与司机的可视化沟通。 与司机交谈。

3.4

智能设备监控

管理网络上运行的设备全生命周期,实现设备隐患和故障分析,为状态修复和预防性修复创造条件,实现设备感知融合和综合监控应用,推动智能化运维。

故障预测与健康管理系统(Prognostics and Health Management,PHM)的智能分析功能是对现有电力及公用工程设备监控系统的强化,可与集中监控配合使用,提供更丰富的参考信息、补充完善监测预报方法,探索从计划修向状态修转变,其中转辙机、信号机、轨道电路均由电力部门管理,是重要的信号基础设施设备,用于实现道岔的转换和锁定,直接关系到行车安全设备,对于保障行车安全、提高运输效率发挥着重要作用。 电气设备PHM监控如图8所示。

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图8 电气设备PHM监控

设备监控智能分析(见图9)包括工作状态数据曲线、状态变化趋势分析、故障预警、辅助决策报告、健康管理文档等。

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图9 设备监控智能分析

4。结论

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建立铁路编组站列车、机械、工程、电力、车辆日常运营、施工作业、维修作业的统一安全管控平台是发展趋势。 利用5G多连接、低时延、大带宽的特点,进一步拓展5G技术在垂直行业(铁路)的应用,实现日常作业、施工作业、维护作业的安全监控和远程协作功能。 利用5G多连接技术在综合可视化生产运营管控平台上实现编组站更多不同设备和服务的统一管理,利用5G低时延技术实现车地数据快速交互,利用5G大数据-带宽技术实现编组站多路音频、视频和数据在同一时间和空间的交互,利用北斗高精度技术实现电力、工程、车辆操作人员和调车机车的高精度定位,利用电子围栏技术提高了操作人员的安全性,利用GIS技术实现了编组站的全景可视化调度指挥。

在铁路编组站生产作业安全管控的发展过程中,5G不能简单地视为一个孤立的通信承载系统,其功能特性(如大连接、边缘计算、基站定位等)需要有待充分探索和拓展。 同时,还需要考虑其他新技术(如5G+高清视频、5G+AI、5G+AR、5G+大数据等)的结合应用,使5G技术与生产运营融为一体安全管理与控制可以深度融合、相辅相成,最终实现铁路生产运营的安全。 管控一体化智能化发展。

摘自《中国铁路》2022年第9期