現代高速列車智能化技術及其發展趨勢

周紀超　穆俊斌

摘要：文章介紹了現代高速列車的智能化技術，包括智能化網絡監測保護、故障處理的自動化引導、智能化旅客信息服務系統、智能化運營控制、智能化維修技術，最后闡述了現代高速列車智能化的發展趨勢。

關鍵詞：現代高速列車；智能化技術；網絡監測保護；故障處理；旅客信息服務系統；運營控制 文獻標識碼：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90年代以來，鐵路在世界范圍內再度全面振興，高速鐵路的發展就是其中最主要的標志之一。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難題之后，得到了迅猛發展。國際上高速列車的發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展，現代高速列車的智能化是一項重要的技術指標，也是鐵路現代化水平的重要體現。

在高速列車研制上，國內已經具備并引領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，這可通過高速列車的智能化技術來實現。

1 智能化網絡監測保護

1.1 智能化網絡監測保護系統的特點

智能列車狀態實時動態監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數據獲取手段。具有以下顯著特點：（1）具備車載感知網，包括物聯網和傳感網；（2）具備系統性更強、監測對象更多的動態數字化平臺；（3）將動態數字化平臺無縫植入高速列車，實現智能高速列車全壽命狀態監測。

1.2 車載智能網絡監測保護系統

高速列車車載智能網絡的建立，實現了將傳感網、物聯網與列車控制網絡的多網融合，形成了動態數字化平臺，對列車運行狀態、各關鍵部件進行實時、完備、準確的監測，形成了列車智能網絡監測保護體系。其拓撲結構如圖1所示。

2 故障處理的自動化引導

智能列車通過車載數據處理中心實現故障處理的自動化引導。

2.1 在智能列車上配備車載數據處理中心

車載數據處理中心采用貫穿全列的快速以太網，融合傳感網、物聯網、車載控制網等多個子網的信息，為智能列車提供數據整合、診斷評估、數據存儲、數據傳輸等多項服務，能夠實現更多重要部件的狀態感知和信息標識。通過車載數據處理中心，智能列車能夠綜合監控牽引、制動、輔助電源、空調、高壓、轉向架等多個系統，并對監測數據進行存儲、管理。對數據進行初步處理和分析，及時給出面向應用的各種結果及故障信息，為車上維護人員提供故障處理的自動化引導。車地網絡匯聚系統實現列車與地面之間的數據交換，使地面專家實時掌握列車狀態，并對車上維護人員進行故障處理指導。

2.2 對列車狀態進行實時監控與預警

（1）狀態顯示及報警：對影響運行安全、乘客舒適度的狀態進行顯示；（2）數據分析：對實時數據進行分析，辨識列車運行異常情況；（3）異常預警：根據技術規范及安全標準對列車運行狀況進行評估，對可能出現的異常情況進行預警及應急處理。

2.3 在智能化列車上配備車載人機界面

將設備狀態參數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方式展現列車狀態，以便司機、隨車機械師快速了解列車狀態。依據報警條件及報警內容的不同，對于狀態參數存在異常的設備，采用不同方式予以報警顯示。實現基于嵌入式數據庫的電子手冊，建立了基于嵌入式的三維可視化平臺，實現相關子系統、設備的功能、工作過程、性能參數、操作方法的展示。

3 智能列車旅客信息服務系統

為了向旅客提供及時、準確、周到、方便、個性化、多樣化的信息服務，并以此提升旅客對鐵路服務的信任度和滿意度，各國的鐵路運輸企業十分重視面向旅客的信息服務工作，積極采用先進的技術手段和裝備，建立智能列車旅客信息服務系統。

3.1 系統功能

智能列車旅客服務系統給旅客提供了更加方便快捷的服務，系統主要包括旅客信息服務和乘務管理服務兩大部分，其功能結構如圖2所示：

3.2 關鍵技術

（1）旅客服務資訊交互平臺。實現多元服務信息的交互與融合技術，設計服務信息管理和檢索機制，實現多元服務信息的靈活快速交互；研制面向乘客、乘務人員等不同用戶、位于高速列車不同位置的旅客服務終端，便捷、直觀地向旅客提供各種服務信息。（2）電子票務服務與出行決策支持。建立包含時刻表、列車運行動態等信息的地面支持系統，并將該系統與電子客票系統相連，實現旅客服務資訊交互平臺與地面支持系統的雙向互聯技術，提供車載實時的電子票務服務和出行決策支持。（3）寬帶互聯網與移動通信網接入。實現列車在高速運行條件下寬帶數據傳輸和數字語音信號傳輸的實時性與穩定性，建立車載互聯網服務平臺和移動通信網接入平臺，為旅客定制列車娛樂、資訊、互聯網接入以及移動通信等個性化服務。

4 智能化運營控制

全球范圍內鐵路服務需求的增加，給現有的鐵路運輸能力和基礎設施帶來前所未有的壓力，然而日益老化的系統與傳統的業務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，而中國具有相當大的新基礎設施的增長優勢，利用新興技術的發展優勢，跨越式開發當前鐵路基礎設施系統，通過建立地面數據處理中心獲取整個鐵路網的信息，實現列車的智能化運營控制。

4.1 地面數據處理中心的任務

地面數據處理中心是一個大型的綜合數據處理平臺，接收、處理、保存著全路智能列車的運行數據和地面運行環境的相關數據，為地面的實時監控、診斷評估、檢修維護、管理決策、三維仿真等多項前臺應用提供數據支撐。地面數據處理中心的主要任務有：（1）實現智能列車與地面的數據通信；（2）對列車的運行數據進行整合評估；（3）對大容量數據進行分布存儲；（4）實現數據挖掘與并行計算；（5）為前臺應用程序提供高效檢索。endprint