工业4.0下智能铁路前沿技术问题综述

以铁路基础设施和车辆为主要研究对象,结合智能制造涉及的前沿技术和方法,阐述了合理利用工业4.0的内涵要素进行中国下一代智能铁路数字化建设、改造与升级的重要性和必要性;按照工业4.0的基本概念、技术内涵、系统模型和技术框架的影响效果,对比分析了智能基础设施、智慧列车、智能运维及相关技术的实施过程和存在问题,并在此基础上分析了以智慧列车为核心的智能铁路数字化平台建设关键技术;概括了铁路传统制造向智能制造数字化建设的具体技术要求,整理了利用工业4.0六维模型解决人工智能、大数据、云计算和数字孪生等前沿技术与铁路传统制造业的融合问题,包括数据传输与共享、信息通信与安全技术的潜力挖掘、智能管理、技术应用、信息安全、状态智能感知等各个方面。研究结果表明:中国铁路数字信息技术和智能技术与传统制造过程存在融合不足的问题;智能制造的核心技术储备不足,状态智能感知、数据在线分析、工业控制系统等软硬件技术自主性不强;铁路系统大数据建设的数据传输和标准体系也不够完善;未来智能铁路应该加强工业4.0下铁路传统制造的标准化管理系统与数据信息安全系统的数字化设计、升级与改造;需要深刻思考和分析人工智能和大数据驱动等前沿技术与铁路的融合与实施,通过工业4.0涵盖的各项关键技术的实施和准确评估真正有效推动中国智能铁路先进数字化平台的建设和发展。      

数字孪生演进模型及其在智能制造中的应用

数字孪生作为实现智能制造信息物理融合的关键使能技术受到广泛关注，而如何构建数字孪生模型成为当前研究的热点. 目前，数字孪生模型多聚焦于概念抽象或具体工程应用，而较少从构建方法和过程的角度考虑如何分阶段、有步骤地构建和应用数字孪生模型. 因此，本文提出数字孪生演进模型的概念，将数字孪生构建与应用过程分为数字模型、数字投影以及数字孪生3个演进阶段，给出各演进阶段的应用方法、关键技术与工具平台，并探讨数字孪生演进模型在智能装备、智能生产、智能运维方面的典型应用. 研究结果表明:所提模型为数字孪生在智能制造中的分步实施提供了可行的技术路线与有益的应用参考.      

轨道车辆结构振动损伤识别技术综述

从智能运维的角度阐述了利用结构振动损伤识别技术进行轨道车辆结构健康监测的重要性和必要性;根据不同损伤识别的适用范围,将结构振动损伤识别技术分为基于模型的方法和基于响应信号的方法;结合结构健康监测中损伤识别的不同层次,分析了以结构损伤的存在性、类型、定位和程度表征的不同识别方法;概括了轨道车辆运维过程中损伤识别技术的典型特征,讨论了基于模型的损伤识别中固有频率、模态形状、曲率模态等与模态参数有关方法的优缺点;分析了基于响应信号方法的应用现状和发展趋势,并阐述了模型修正和优化技术在结构损伤识别中的应用;重点分析了车辆关键部件故障诊断与监测中损伤识别技术的实施,讨论了结构振动损伤识别技术在未来轨道车辆智能运维策略中的主要发展方向,展望了未来轨道车辆部件的状态检修策略和智能运维技术。研究结果表明:轨道车辆的智能运维应该充分考虑结构振动损伤识别技术与人工智能等新技术的结合;大数据驱动的结构振动损伤识别技术能够更好解决车辆状态实时监测的技术难点;考虑复杂环境因素对轨道车辆结构部件损伤识别技术的影响,需要不断完善基于耦合振动效应的结构振动损伤识别技术及方法。      

车路协同环境下混合交通群体智能仿真与测试研究综述

归纳了车路协同及其仿真测试技术的发展历程,并结合典型仿真结果探讨了萌芽期、起步期、发展期阶段下的仿真需求、经典方法与技术瓶颈;在此基础上,提出了基于交通主体建模、群体行为仿真、测试结果分析的3层新型虚实交互仿真测试架构;针对混合交通主体仿真需求构建了异构交通主体模型,解析了混合交通运行机理,以此作为仿真系统底层模型支撑;结合设计的虚实交互仿真测试架构,突破了混合交通群体智能场景生成技术,提出了混合交通群体智能仿真方法;在此基础上,选取交叉口和路段典型交通场景,开展了不同群体智能决策控制方法的仿真试验,以验证所提方法的效能;最后,总结了车路协同的未来发展方向和相关建议。研究结果表明:相比于传统仿真测试方法,提出的虚实交互仿真测试方法的系统仿真粒度从500 ms减小到100 ms以内,仿真规模从9个节点和500个交通主体提升到150个节点和2 000个交通主体,仿真场景数量由36个扩展到98个,实现了异构交通主体渗透率0~100%动态可调,有效提高了车路协同混合交通仿真测试的效率、规模和覆盖度;目前新型混合交通环境下车路协同仿真测试需求快速朝着群体化、智能化、规模化演变,开展基于虚实交互和运行环境数据模拟的车路协同群体智能仿真测试方法技术研究,将有力推动下一代智能交通系统的发展。      

面向智慧化的重载铁路发展研究

云计算、物联网、人工智能、大数据等新一代信息科学技术的高速发展,推动着各行各界的智能化转型,重载铁路运输的未来发展方向也将转向智慧化.结合美国、澳大利亚、南非及巴西4个国家重载铁路相关技术的发展概况,对国际重载铁路技术的发展现状进行总结,进而分析重载铁路在运输组织、设备维修、运营安全及客户服务方面的特点及其智慧化需求.最后明确重载铁路智慧化发展的内涵,阐述重载铁路智能检测、智能运维、智能安防、智能控制、智能调度5个智慧化发展方向,为重载铁路智慧化发展提供参考.     

内河航运系统监管技术现状与展望

数字化、自动化及智能化监管技术是保障内河航运系统安全、高效及绿色运行的关键。从态势感知、事件监视及组织优化这3方面阐述内河航运系统监管技术研究现状，总结技术发展沿革与趋势，分析监管技术存在的不足。研究表明：内河航运监管态势感知研究伴随先进信息感知技术发展做适应性进步，从利用海事雷达技术捕捉船舶物理表象特征，逐步结合数据挖掘方法融合多源信息向多船态势感知和智能感知方向发展；事件监视研究起初受限于传感器设备感知水平不足而主要面向事件后分析，结合先进传感器技术和智能技术，逐渐向事件中检测和事件前预测方向发展；组织优化研究主要包括船舶运行空间优化方案和时间优化方案的制定，未来组织优化模型需考虑航道突发事件的影响，有利于推进组织运行方案的实际应用，更好地服务于海事监管需求。提炼内河航运系统多模式一体化融合感知网、全息场景图及智能管控系统构建的关键技术，面向未来新一代航运系统，探索内河航运平行监管模式，阐述内河要素物理及耦合关系平行建模和平行数据集建立与信息挖掘、平行监管及交互可视化等方面建设的核心内容，旨在采用基于数字孪生技术的虚实闭环交互机制实现内河航运系统的高效运行，为内河航运系统监管技术的研究与发展提出了创新方向。     

道路基础设施数字化教育部工程研究中心

正"道路基础设施数字化教育部工程研究中心"基于数字道路基础设施建设、智能监控与复杂工程管理及其实现技术,在智能感知、云端大脑、智能控制、智能决策等方向探索颠覆性的实现方式,致力于研发具有海量数据存储、超大型数据模型驱动、多源数据融合、群体协同智能、人机共融能力的数字道路建设与运营管理平台以及下一代智慧城市建设与管理关键核心技术。在交通基础设施数字化建造与智能运维、运行监控与智能管控、复杂工程管理系统等领域形成了一系列示范性、引领性的综合应用。     

基于数字孪生技术的准自由流收费方案研究

针对高速公路收费站的车辆拥堵问题,研究基于数字孪生技术的准自由流收费方案,以提高高速公路收费站的运营效率和服务质量。首先,介绍数字孪生技术的原理、特点和应用场景,阐明其在道路运营管理中的重要作用;采用数字孪生技术对收费站的交通流量、车道数量、人员配备等运营数据进行建模和仿真分析,提出准自由流收费方案,并通过数字孪生技术提出仿真和优化设计的技术路径;总结数字孪生技术在高速公路收费站管理中的应用。研究结果表明,数字孪生技术可为高速公路收费站的运营管理提供科学的数据支持与仿真分析。     

中国铁路智能运输系统模拟试验基地的总体规划

为了验证铁路智能运输系统(RITS)体系框架，试验RITS关键技术，完善、发展和推广RITS,提出依托国家环行铁道试验基地，在智能运营管理、智能列车控制与调度指挥、先进的铁路安全检测/监控、先进的铁路运输资源管理与维护、客户综合服务与智能导航、铁路电子商务6个涉及铁路运输核心环节的服务单元，建立能较完整反映RITS特征和结构体系的最小综合铁路智能运输模拟试验系统。论文详细研究了需求分析、建设意义、作用和目标，特别提出了RITS的创新性，模拟试验系统的建设原则、内容和总体框架，形成铁路智能运输系统模拟试验基地总体规划，对RITS及其模拟试验系统的设计和实施，起到指导和参考意义。     

铁路物流中基于短签名的实时跟踪协议

随着铁路物流软硬件建设的快速发展,大数据和物联网技术在铁路物流中得到广泛应用,以云计算、人工智能和实时在线监控技术为基础的智慧铁路物流系统研究成为一个热门课题。针对当前一些铁路智慧物流系统和设计方案在信息交互过程中缺乏安全认证和数据完整性保护的缺点,提出了一个基于身份标识的高效短签名方案,进一步以此签名方案为基础,设计了一种适用于铁路实时物流跟踪协议。对签名方案进行了协议交互的实验仿真,结果表明签名方案计算量小,效率较高,协议交互次数少,可有效的解决实时物流信息数据完整性保护和可靠性认证问题。     

结构健康监测中的可视化技术研究

介绍了结构智能健康监测系统中的可视化技术,提出了健康监测系统的软件框架.指出科学计算可视化技术、多媒体技术、工程数据库及智能技术是先进的健康监测软件的重要组成部分.并以深圳市民中心屋顶网架结构智能健康监测系统为例,采用多线程实现技术,利用OpenGL图形缩程接口,成功地实现了实时监测可视化.     

数字孪生在高速列车生命周期中的应用与挑战

数字孪生（DT）是推动轨道交通装备领域数字化、智能化的关键技术之一，但其相关研究仍处于起步阶段.围绕高速列车生命周期研发现状，系统剖析传统高速列车研发数字化转型过程中的设计闭环难、高保真度、高精度模型缺乏、信息物理数据交互融合难等问题，结合产业发展趋势归纳提出高速列车生命周期发展新需求；在此基础上提出数字孪生高速列车技术框架，并对高速列车生命周期数字孪生模型构建和功能服务两个方面进行深入探讨，指出数字孪生高速列车所面临的关键技术问题与挑战.通过展示前期在轨道车辆关键部件服役能力劣化方面的探索应用，以期为未来高速列车全生命周期数字化的深入研究和实践提供参考.     

混合交通流交叉口共享空间交互行为建模及仿真

为准确刻画交叉口共享空间内交通个体的运动和交互过程，并为智能汽车虚拟测试提供可靠背景交通流仿真环境，本文提出一种混合交通流交叉口共享空间交互行为模型。基于人类认知过程，模型被设计为“感知-决策-执行”的3层通用框架结构，模拟混合交通流中不同类型交 通个体从感知、决策直至执行的交互全过程。感知层提出一种二维平面交互对象选择方法，通过个体感知范围和轨迹冲突有序筛选交互对象，表征冲突交互的动态性特征；决策层基于当前时刻的交互对象和实时交通环境状况，使用交互行为决策方法为不同类型的交通个体分别选择适合的行为进行交互；执行层通过计算生成执行当前行为决策所需要的轨迹、加速度等关键参数，共 同控制仿真个体按照行为决策结果在二维平面上运动和交互。基于智能汽车Opendrive高精度 路网，构建虚拟测试仿真平台，并将所提出的模型注入平台进行测试。仿真结果表明，模型能较 好地复现交叉口共享空间中交通个体间的交互。研究结果有助于为智能汽车虚拟测试提供可靠背景交通流环境，并进一步提高虚拟测试工具的测试可信度、测试效率及泛化能力。     

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铁路智能运输系统是智能交通(IntelligentTransportationSystem ,ITS)与轨道运输相结合的产物,本文结合《铁路智能运输系统发展战略研究》项目,给出了铁路智能运输系统(RITS)的明确定义,介绍了RITS的关键技术体系,并分别对列车定位技术、通信技术、数据共享与综合技术和人工智能技术的应用现状进行了详细的描述,最后提出总体的技术战略,为深入进行铁路智能运输系统发展战略研究奠定基础.     

计算智能理论及其在RITS中的应用

从分析生物智能、人工智能和计算智能的发展过程及研究本质出发,给出了目前计算智 能的概念综述了主要研究方法和研究现状,特别指出了计算智能理论技术面临的挑战,并进行 了展望,最后分析了计算智能理论应用技术以及在铁路智能运输系统中的应用.     

智能制造关键问题研究

智能制造是先进制造技术、数字技术、网络技术以及人工智能技术的集成和融合,是高效、节能、安全可靠的新生代制造方式,是工业制造领域的一次根本性变革。文中在对比国内外智能制造发展历史和现状的基础上,阐述智能制造的关键技术,结合黑龙江省实际情况,提出传统制造向智能制造快速转变的途径。     

BIM在公路工程中的应用研究

为提高和优化传统CAD设计在工程项目上的工作效率,BIM(building information modeling)技术应运而生。利用BIM技术的可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等特点,将有效地提升交通运输的信息化和智能化水平,加快实现交通基础设施的"规划、设计、施工、运维"全生命周期的信息传递共享。BIM技术有着先进的理念,BIM技术的三维协同设计特性,在建筑生命周期的信息传递共享、对绿色建筑设计的支持、可视化的设计等等,这些理念的先进性提升了工程的品质和安全性,促进建设、养护、管理和运输服务协调发展,驱动交通行业产业转型和升级,提升企业核心竞争力。     

智能交通系统视景仿真

信息工程学院徐东平副教授主持的科研项目“智能交通系统视景仿真”,得到教育部资助. 1.项目研究目标、研究内容和拟解决的关键问题 采用实时交互视景仿真技术及其数据描述方法,实现逼真感视景虚拟及相关参数获取,低带宽传输,仿真再现与重演,是本研究的目标.实现视景相关参数窄带传输,模拟宽带传输支持的视频图像再现重演与分析.本研究中的关键问题是逼真感图像建模与仿真控制,包括视景描述、控制的数据规划、功能规划、压缩编码、窄带高效传输、视景仿真控制策略研究. 2.项目特色与创新之处 将实时动态交互视景仿真技术用于ITS视景监测与控制,以窄带传输模拟基于宽带的视频信号与显示技术,极大地降低了ITS视景处理所需的巨额投资. 科技处(余区办) 章爱武     

智能运维,我们还需要更多时间

所谓智能运维,是利用网络和计算机把设备信息共享,减少人力,投入大数据分析,把问题、故障在事前甄别,减少运维成本。目前研究得比较多的智能运维项目包括走行部监测(轴承温度、轴承振动)、空调温度监测、受电弓状态监测、轨底监测、客室环境在线监测等。目前市面上智能运维方面的招标、中标信息不少,比如中标信息有:四川网达科技有限公司中标成都地铁信号系统线网化在线监测标准研究及实施项目。     

铁路货车智能化分析与顶层架构方案设计

简要介绍了国内外铁路货车智能技术现状,分析了实现铁路货车智能化的关键技术;提出了四层架构的铁路货车智能化总体方案:感知层(车载智能监测系统)、网络层(车地/云传输系统)、雾平台智能应用层、云平台智能应用层;详细介绍了该方案的技术架构和业务数据流,并重点介绍了车载智能监测系统、雾平台系统及云平台系统的系统组成及其主要功能.