現(xiàn)代高速列車智能化技術(shù)及其發(fā)展趨勢

周紀(jì)超　穆俊斌

摘要：文章介紹了現(xiàn)代高速列車的智能化技術(shù)，包括智能化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測保護(hù)、故障處理的自動化引導(dǎo)、智能化旅客信息服務(wù)系統(tǒng)、智能化運營控制、智能化維修技術(shù)，最后闡述了現(xiàn)代高速列車智能化的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代高速列車；智能化技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測保護(hù)；故障處理；旅客信息服務(wù)系統(tǒng)；運營控制 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TN929 文章編號：1009-2374（2015）23-0120-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.061

20世紀(jì)90年代以來，鐵路在世界范圍內(nèi)再度全面振興，高速鐵路的發(fā)展就是其中最主要的標(biāo)志之一。近代高速鐵路核心的高速列車，在克服了高速帶來的一系列技術(shù)難題之后，得到了迅猛發(fā)展。國際上高速列車的發(fā)展方向是在不斷提高列車運行速度的同時，更加注重列車智能化的發(fā)展，現(xiàn)代高速列車的智能化是一項重要的技術(shù)指標(biāo)，也是鐵路現(xiàn)代化水平的重要體現(xiàn)。

在高速列車研制上，國內(nèi)已經(jīng)具備并引領(lǐng)高速列車研制的能力和水平。但列車要在高速下持久的運行，首先要解決安全問題，因此需要實時地掌握列車的運行狀態(tài)，這可通過高速列車的智能化技術(shù)來實現(xiàn)。

1 智能化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測保護(hù)

1.1 智能化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)的特點

智能列車狀態(tài)實時動態(tài)監(jiān)測是用于高速列車安全評估、服役性能評估和可靠性評估的動態(tài)數(shù)據(jù)獲取手段。具有以下顯著特點：（1）具備車載感知網(wǎng)，包括物聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)；（2）具備系統(tǒng)性更強、監(jiān)測對象更多的動態(tài)數(shù)字化平臺；（3）將動態(tài)數(shù)字化平臺無縫植入高速列車，實現(xiàn)智能高速列車全壽命狀態(tài)監(jiān)測。

1.2 車載智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)

高速列車車載智能網(wǎng)絡(luò)的建立，實現(xiàn)了將傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)與列車控制網(wǎng)絡(luò)的多網(wǎng)融合，形成了動態(tài)數(shù)字化平臺，對列車運行狀態(tài)、各關(guān)鍵部件進(jìn)行實時、完備、準(zhǔn)確的監(jiān)測，形成了列車智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測保護(hù)體系。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 故障處理的自動化引導(dǎo)

智能列車通過車載數(shù)據(jù)處理中心實現(xiàn)故障處理的自動化引導(dǎo)。

2.1 在智能列車上配備車載數(shù)據(jù)處理中心

車載數(shù)據(jù)處理中心采用貫穿全列的快速以太網(wǎng)，融合傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車載控制網(wǎng)等多個子網(wǎng)的信息，為智能列車提供數(shù)據(jù)整合、診斷評估、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷囗椃?wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更多重要部件的狀態(tài)感知和信息標(biāo)識。通過車載數(shù)據(jù)處理中心，智能列車能夠綜合監(jiān)控牽引、制動、輔助電源、空調(diào)、高壓、轉(zhuǎn)向架等多個系統(tǒng)，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、管理。對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理和分析，及時給出面向應(yīng)用的各種結(jié)果及故障信息，為車上維護(hù)人員提供故障處理的自動化引導(dǎo)。車地網(wǎng)絡(luò)匯聚系統(tǒng)實現(xiàn)列車與地面之間的數(shù)據(jù)交換，使地面專家實時掌握列車狀態(tài)，并對車上維護(hù)人員進(jìn)行故障處理指導(dǎo)。

2.2 對列車狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控與預(yù)警

（1）狀態(tài)顯示及報警：對影響運行安全、乘客舒適度的狀態(tài)進(jìn)行顯示；（2）數(shù)據(jù)分析：對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，辨識列車運行異常情況；（3）異常預(yù)警：根據(jù)技術(shù)規(guī)范及安全標(biāo)準(zhǔn)對列車運行狀況進(jìn)行評估，對可能出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行預(yù)警及應(yīng)急處理。

2.3 在智能化列車上配備車載人機界面

將設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的物理量及其變化過程映射到三維空間并顯示，以三維可視化的方式代替部分傳統(tǒng)方式展現(xiàn)列車狀態(tài)，以便司機、隨車機械師快速了解列車狀態(tài)。依據(jù)報警條件及報警內(nèi)容的不同，對于狀態(tài)參數(shù)存在異常的設(shè)備，采用不同方式予以報警顯示。實現(xiàn)基于嵌入式數(shù)據(jù)庫的電子手冊，建立了基于嵌入式的三維可視化平臺，實現(xiàn)相關(guān)子系統(tǒng)、設(shè)備的功能、工作過程、性能參數(shù)、操作方法的展示。

3 智能列車旅客信息服務(wù)系統(tǒng)

為了向旅客提供及時、準(zhǔn)確、周到、方便、個性化、多樣化的信息服務(wù)，并以此提升旅客對鐵路服務(wù)的信任度和滿意度，各國的鐵路運輸企業(yè)十分重視面向旅客的信息服務(wù)工作，積極采用先進(jìn)的技術(shù)手段和裝備，建立智能列車旅客信息服務(wù)系統(tǒng)。

3.1 系統(tǒng)功能

智能列車旅客服務(wù)系統(tǒng)給旅客提供了更加方便快捷的服務(wù)，系統(tǒng)主要包括旅客信息服務(wù)和乘務(wù)管理服務(wù)兩大部分，其功能結(jié)構(gòu)如圖2所示：

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）旅客服務(wù)資訊交互平臺。實現(xiàn)多元服務(wù)信息的交互與融合技術(shù)，設(shè)計服務(wù)信息管理和檢索機制，實現(xiàn)多元服務(wù)信息的靈活快速交互；研制面向乘客、乘務(wù)人員等不同用戶、位于高速列車不同位置的旅客服務(wù)終端，便捷、直觀地向旅客提供各種服務(wù)信息。（2）電子票務(wù)服務(wù)與出行決策支持。建立包含時刻表、列車運行動態(tài)等信息的地面支持系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)與電子客票系統(tǒng)相連，實現(xiàn)旅客服務(wù)資訊交互平臺與地面支持系統(tǒng)的雙向互聯(lián)技術(shù)，提供車載實時的電子票務(wù)服務(wù)和出行決策支持。（3）寬帶互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)接入。實現(xiàn)列車在高速運行條件下寬帶數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)字語音信號傳輸?shù)膶崟r性與穩(wěn)定性，建立車載互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺和移動通信網(wǎng)接入平臺，為旅客定制列車娛樂、資訊、互聯(lián)網(wǎng)接入以及移動通信等個性化服務(wù)。

4 智能化運營控制

全球范圍內(nèi)鐵路服務(wù)需求的增加，給現(xiàn)有的鐵路運輸能力和基礎(chǔ)設(shè)施帶來前所未有的壓力，然而日益老化的系統(tǒng)與傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)實踐往往無法解決這些問題。美洲和歐洲的鐵路運營部門，以及知名信息技術(shù)公司也正在積極推行新的智能化鐵路運營方案，而中國具有相當(dāng)大的新基礎(chǔ)設(shè)施的增長優(yōu)勢，利用新興技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢，跨越式開發(fā)當(dāng)前鐵路基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，通過建立地面數(shù)據(jù)處理中心獲取整個鐵路網(wǎng)的信息，實現(xiàn)列車的智能化運營控制。

4.1 地面數(shù)據(jù)處理中心的任務(wù)

地面數(shù)據(jù)處理中心是一個大型的綜合數(shù)據(jù)處理平臺，接收、處理、保存著全路智能列車的運行數(shù)據(jù)和地面運行環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)，為地面的實時監(jiān)控、診斷評估、檢修維護(hù)、管理決策、三維仿真等多項前臺應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。地面數(shù)據(jù)處理中心的主要任務(wù)有：（1）實現(xiàn)智能列車與地面的數(shù)據(jù)通信；（2）對列車的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行整合評估；（3）對大容量數(shù)據(jù)進(jìn)行分布存儲；（4）實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘與并行計算；（5）為前臺應(yīng)用程序提供高效檢索。endprint