對(duì)智能城軌列車(chē)關(guān)鍵技術(shù)的探索及未來(lái)發(fā)展的展望

劉偉鵬 牟志成 丁昊 劉嘉琛

摘 要：隨著城市公共軌道交通的不斷發(fā)展，城軌車(chē)輛的智能化也越來(lái)越受到重視。傳統(tǒng)的城軌車(chē)輛雖然能滿(mǎn)足基本的日常運(yùn)行功能，但因其智能化水平不高，造成運(yùn)行成本高，日常維護(hù)復(fù)雜等不利的影響。因此，本文從現(xiàn)有的已經(jīng)初具模型的關(guān)鍵智能技術(shù)出發(fā)，對(duì)列車(chē)未來(lái)的智能化進(jìn)行探索和展望。

關(guān)鍵詞：智能列車(chē);專(zhuān)家診斷;LCU;圖像識(shí)別;多網(wǎng)融合

近幾年來(lái)，城軌車(chē)輛技術(shù)以驚人的速度發(fā)展。其有效建設(shè)為人們的出行帶來(lái)了極大的便利，給我們營(yíng)造了一個(gè)非常舒適的生活環(huán)境。而值得注意的是，城軌車(chē)輛的日常維護(hù)成本非常高，而且維護(hù)過(guò)程復(fù)雜，為了能節(jié)約成本，簡(jiǎn)化維護(hù)流程，提高車(chē)輛的可用性和安全性，對(duì)城軌列車(chē)智能化的探討勢(shì)在必行。

1智能列車(chē)關(guān)鍵技術(shù)

1.1專(zhuān)家診斷分析系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)軌道交通行業(yè)的調(diào)查分析，我們發(fā)現(xiàn)軌道交通行業(yè)有以下幾種迫切的發(fā)展需求：

（1）運(yùn)用狀況和運(yùn)用成本精細(xì)化管理需求上升

（2）充分利用狀態(tài)監(jiān)控信息、運(yùn)用信息等大數(shù)據(jù)資源，提供更加全面的維修服務(wù)

（3）快速發(fā)現(xiàn)、診斷、修復(fù)故障

（4）通過(guò)數(shù)據(jù)分析，建立優(yōu)化修程修制管理能力，做出預(yù)測(cè)性維修能力的建設(shè)和探索。

地面專(zhuān)家診斷分析系統(tǒng)可以利用5G、WLAN等技術(shù)收集和發(fā)送車(chē)輛主要的運(yùn)行信息，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在地面服務(wù)器。其組成為地面服務(wù)器、車(chē)載信息收集設(shè)備、地面運(yùn)行控制中心信息設(shè)備、車(chē)輛段信息設(shè)備、以及其它軌旁設(shè)備。其中，地面服務(wù)器可以通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)的處理分析獲得正在運(yùn)營(yíng)列車(chē)的狀態(tài)，實(shí)時(shí)跟蹤列車(chē)的健康狀態(tài)，對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)和報(bào)警。

1.2邏輯控制單元LCU技術(shù)

邏輯控制單元LCU（logic control unit）是應(yīng)用于軌道交通的數(shù)字邏輯控制裝置，通過(guò)運(yùn)用電子處理單元與PLC編程技術(shù)，將列車(chē)傳統(tǒng)繼電器等若干獨(dú)立的控制裝置完全替代，實(shí)現(xiàn)列車(chē)原有邏輯控制功能，提高了車(chē)輛運(yùn)行的安全性、可靠性及可維護(hù)性。

傳統(tǒng)的繼電器邏輯電路由于其自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，存在一些不可避免的弊端，比如走線工藝復(fù)雜、邏輯變更困難、可靠性及可用性低，日常維護(hù)困難等。而邏輯控制單元可以完全避免硬線繼電器電路造成的缺點(diǎn)?？傮w來(lái)說(shuō)，有以下幾大優(yōu)勢(shì)：

1.由于采用邏輯板卡控制方式，大大降低了傳統(tǒng)繼電器因振動(dòng)與頻繁動(dòng)作造成的故障幾率。

2.數(shù)字控制技術(shù)可以直達(dá)控制點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)繼電器的分層驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。

3.采用熱備冗余策略，可大大降低城軌列車(chē)控制電路的故障率，可廣泛應(yīng)用于多種城軌車(chē)輛。

此外，在系統(tǒng)配置方面LCU單元也比較靈活，它可以根據(jù)列車(chē)不同的編組方式來(lái)選擇配置具體的數(shù)量。而且每個(gè)LCU的板卡組成也比較靈活，可以根據(jù)項(xiàng)目不同的需求來(lái)選擇配置主控板、電源板、通信板的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能。

1.3圖像識(shí)別技術(shù)

在城軌車(chē)輛運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，司機(jī)對(duì)于車(chē)內(nèi)及車(chē)外的監(jiān)控只限于操控臺(tái)上的攝像頭屏幕和目視觀察，而傳統(tǒng)的車(chē)載攝像頭只具有錄像存儲(chǔ)的功能，不能實(shí)現(xiàn)距離檢測(cè)及物體檢測(cè)等功能。為了提高司機(jī)的駕駛體驗(yàn)以及無(wú)人駕駛技術(shù)的可靠性，圖像識(shí)別技術(shù)都能發(fā)揮十分重要的作用。

圖像識(shí)別系統(tǒng)可以分為客室內(nèi)人物識(shí)別技術(shù)和車(chē)體外人物識(shí)別技術(shù)?？褪覂?nèi)人物識(shí)別技術(shù)將從動(dòng)畫(huà)像檢測(cè)任務(wù)的存在與否及動(dòng)作。該技術(shù)的核心在于軟件處理部分，通過(guò)對(duì)軟件的改進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)多功能化，比如人的存在檢測(cè)、動(dòng)作檢測(cè)、人數(shù)檢測(cè)等。對(duì)軟件要求再高一點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)乘客行為能力分析、遺留物分析，危險(xiǎn)識(shí)別等功能。

車(chē)外人物物體識(shí)別技術(shù)主要是對(duì)列車(chē)前進(jìn)方向上的人物物體識(shí)別。目前司機(jī)駕駛列車(chē)時(shí)，對(duì)前方物體的判斷主要依靠目視，而攝像頭檢測(cè)物體不受天氣，時(shí)間等客觀因素的影響，它是通過(guò)動(dòng)畫(huà)實(shí)時(shí)測(cè)試到所照物體的距離。當(dāng)前方出現(xiàn)影響安全駕駛的情況時(shí)，司機(jī)可以提前得到提示，做出合適的操作。

1.4多網(wǎng)融合技術(shù)

現(xiàn)有城軌列車(chē)中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)眾多，由于各個(gè)系統(tǒng)之間不兼容，所以每個(gè)子系統(tǒng)在每個(gè)車(chē)廂里都要單獨(dú)配備一個(gè)交換機(jī)設(shè)備用來(lái)實(shí)現(xiàn)自己內(nèi)部的通信，每個(gè)車(chē)廂上的交換機(jī)只能有少部分的端口被利用。這樣一來(lái)，不僅布線重復(fù)，而且交換機(jī)的利用率也不高，大部分端口都被閑置。

地鐵車(chē)輛智能化要求車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)具有兼容性，實(shí)現(xiàn)資源共享、降低成本。多網(wǎng)融合技術(shù)目的在于簡(jiǎn)化布線復(fù)雜度，減少交換機(jī)設(shè)備的數(shù)量（控制成本），實(shí)現(xiàn)智能化控制。同時(shí)，還可以降低后期維護(hù)的難度，維護(hù)人員只需要一個(gè)維護(hù)端口即可對(duì)整車(chē)所有的子系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)，更新。

在多網(wǎng)融合下的列車(chē)網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)，在主線路斷開(kāi)的情況下，可以快速切換至備份線路，從而保證線路的穩(wěn)定可靠傳輸。每輛車(chē)配置一臺(tái)交換機(jī)設(shè)備，其端口數(shù)根據(jù)每節(jié)車(chē)的子系統(tǒng)端口數(shù)具體確定，所有交換機(jī)通過(guò)跨接的方式相連，組成列車(chē)網(wǎng)絡(luò)。

2智能軌道交通未來(lái)方向

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)不斷提升，新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，軌道交通未來(lái)的方向一定是更加智能化?；谀壳暗目萍妓?，并考慮到軌道交通承擔(dān)著國(guó)家重大的客、貨日常運(yùn)輸?shù)闹匾?，?duì)智能列車(chē)的可靠性、穩(wěn)定性及通用性都有著很高的要求。因此，未來(lái)幾年內(nèi)，智能列車(chē)的發(fā)展方向應(yīng)該更加偏向于列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的高自動(dòng)化，乘坐列車(chē)體驗(yàn)中的便捷智能，列車(chē)維護(hù)過(guò)程中的自我診斷三大方向進(jìn)行發(fā)展。

采用云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等高智能化手段，以高鐵、機(jī)車(chē)、貨車(chē)、城軌等為載體，結(jié)合列車(chē)線路、列車(chē)車(chē)載、旅客出行等維度來(lái)發(fā)展智能列車(chē)。并將智能列車(chē)與整個(gè)軌道交通運(yùn)行體系有機(jī)結(jié)合好，最終實(shí)現(xiàn)智能軌道交通運(yùn)行體系的建立。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)城軌車(chē)輛智能化的研究隨時(shí)都處在正在進(jìn)行時(shí)，新理念不斷提出，新技術(shù)不斷誕生。我們作為行業(yè)中的參與者，必須緊隨智能控制技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和動(dòng)向，在優(yōu)勢(shì)技術(shù)上做到精益求精，在前沿陌生領(lǐng)域也要敢于邁出腳步，形成自己的優(yōu)勢(shì)。在整個(gè)時(shí)代智能化的大背景下，城軌車(chē)輛的智能化必然是未來(lái)的大趨勢(shì)，誰(shuí)能緊跟趨勢(shì)，誰(shuí)就能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

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