基于多源信息融合的高铁智能安全保障技术研究

分析高铁智能安全保障技术需求,研究总体架构构建、关键技术预测等,在此基础上提出其技术发展路线。结合物联网新技术形成联网监控和信息综合应用全面感知系统,在防止自然灾害、周界侵限及线路周边环境影响等方面,建立完整的高铁外部环境智能安全监测技术体系;突破高铁自然灾害预警及报警信息的自动处置技术,提升高铁风、雨、雪等灾害报警的处置能力和智能化水平;利用高分辨遥感变化检测技术,周期性地监测高铁沿线周边环境安全状况;利用物联网新技术,形成联网监控及信息综合应用全面感知系统,通过多源信息输入,加强复合技防技术支持,构建人机智能交互,建立基于动车运行及基础设施和周边环境监测的"人防、物防、技防"全方位一体化高铁智能安全保障体系。     

高铁周界异物入侵感知与识别系统

针对高铁周界异物入侵监测和预警需求,提出了一种融合分布式光纤传感技术、视频联动技术和智能识别技术的分布式、多维度高铁周界异物入侵感知与识别系统。通过使用布里渊光时域分析(BOTDA)技术进行应变监测以及相位光时域反射(Φ-OTDR)技术进行振动监测,可有效捕捉异物入侵事件。同时使用人工神经网络(ANN)对报警信号进行大数据分析,可降低系统误报率。该系统的应用能够大幅提高高铁运营安全预警完备率和应急响应效率,具有重大社会价值。     

高铁数字化运维中的北斗创新应用

随着交通强国建设工程的不断推进，基于铁路安全可靠、高效运营的宗旨，对铁路高品质安全运营提出了更高的要求，迫切需要解决传统运营维护模式中存在的自动化程度低、运维成本高、作业效率低、缺乏对突发性灾害的主动预警等问题。以京沪高铁为背景，围绕基础设施环境、轨旁高耸构筑物、运维作业人员3个要素，提出一套北斗高精度卫星导航技术在高铁数字化运维中的应用方法，研究基础设施形变监测、通信铁塔倾斜监测、上道作业人员安全监测的业务数据在BIM+GIS数字孪生平台上的融合承载，并提出国内首例全功能高铁北斗安全生产示范应用设计方案，实现了沉降10 mm以上、建筑间位移25 mm以上的自动监控预警。该方法能够为高铁数字化运维提供可视化的现场监测信息以及智能化的决策信息，保障运营安全，提升运维效能。     

京沪高铁周边环境安全隐患智能监测体系研究

高铁周边环境安全隐患监测是保障高速铁路运营安全的基础,有助于预防高铁周边受自然环境和人类活动引起的安全事故的发生。以目前京沪高铁委托管理模式为依据,调研了京沪高铁周边安全隐患管理现状,研究了其安全隐患监控措施和整治办法,形成了闭环管理系统,在内外协调时采用“双段长制”;建立了基于高分辨遥感变换检测技术和北斗智能巡检终端的智能安全隐患监控流程。周边环境隐患智能监测系统利用智能技术构建了“人防-物防-技防”的天地一体化高铁安全隐患防控体系,解决了京沪高铁沿线各站段之间安全隐患信息不能相互共享、相互参考的问题。     

高速铁路工务基础设施状态检测与监测系统的研究北大核心

为保证工务设备及施工作业的安全,应构建能够及时发现并早期预警线路设备故障及沿线环境影响的高速铁路工务基础设施状态检测与监测系统。该系统可对轨道、钢轨、路基和重点桥隧的状态进行检测与监测,对道口、环境灾害、工务机械车运行和施工作业安全加以监控,并利用数据集成平台对数据集中管理、共享和综合分析,为工务设备安全监测与管理提供信息服务。论述了该系统的内容、功能及可行性。     

高速铁路工务基础设施状态检测与监测系统的研究

为保证工务设备及施工作业的安全,应构建能够及时发现并早期预警线路设备故障及沿线环境影响的高速铁路工务基础设施状态检测与监测系统。该系统可对轨道、钢轨、路基和重点桥隧的状态进行检测与监测,对道口、环境灾害、工务机械车运行和施工作业安全加以监控,并利用数据集成平台对数据集中管理、共享和综合分析,为工务设备安全监测与管理提供信息服务。论述了该系统的内容、功能及可行性。     

铁路车辆运行安全监测设备综合监控管理系统关键技术研究

针对现有5T设备管理中存在的问题,提出建设铁路车辆运行安全监测设备综合监控管理系统,使用统一的接口标准接入各类5T设备履历信息、运行状态信息等,利用设备状态远程监控、设备预警综合评判、设备故障闭环管理等关键技术,实现对全路5T设备的统一管理和智能运维,为各级设备管理及运维人员提供技术支持.铁路车辆运行安全监测设备综合监...     

近运营线高铁站房施工沉降变形智能监测研究

高速铁路运营环境安全、可靠是列车高效运行的前提。以海南环岛高铁某邻近运营线路站房工程为研究对象,通过变形监测系统选型研究,确定采用基于静力水准仪的自动化智能监测系统,在高铁站房施工阶段进行施工区域以及站台和线路沉降变形监测。全过程、全时段的智能监测相较人工监测,可即时采集多种监测项目数据,并同步分析处理、及时预警。静态液位系统的实时高精度测量,为邻近高速运营线的运行安全提供重要保证。研究结果可为类似站台限界工程提供技术参考。     

高速铁路运营线路路基沉降监测系统

路基沉降是影响高铁行车安全的主要因素之一。高铁列车速度快、行车密度大,常规沉降监测模式难以满足需要。采用激光敏感半导体等高新技术,探索适合高铁运营线路路基沉降的自动监测系统,以确保高铁运营安全。经室内测试和现场工程实践检验,研制的沉降监测系统与全站仪监测结果相同,而且能适应一定地域范围,成本低,方便实用,可解决路基沉降自动监测和预警问题。     

基于消息的5T系统监测数据传输技术

针对铁路5T系统(红外线轴温探测系统、货车运行状态地面安全监测系统、货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统、货车运行故障动态图像检测系统、客车运行安全监控系统)中的监测数据传输冲突和数据堵塞问题,以各种类型监测数据所反映出的安全程度为依据,建立5T系统信息模型,应用消息队列技术设计基于消息的动态优先队列传输流程,在量化优先因子影响因素的基础上建立基于数据类型、预警等级、车型和车速的数据传输优先模型,将对优先因子的求解转化为对部分权重信息下多目标决策模型的求解,建立单目标优化模型以求解优先模型中未确定的权重向量,根据求解得到的优先因子按照优先队列调整步骤进行传输队列调整.对据此开发的监测数据传输原型系统实验结果表明,所提出的技术方案可行且有效.     

高铁站房结构健康监测系统设计

为了对服役期间高铁站房的安全状态进行及时评估和科学预警,设计并研发了一套高铁站房结构健康监测系统,包括传感器子模块、数据采集子模块、传输及处理子模块、数据管理子模块、安全评定与预警子模块及用户界面子模块。对各子系统的功能要求和实现方法进行分析,并详细阐述该系统的结构监测内容及测点布置。通过分析济南东客站站房结构关键构件的应变、应力、风荷载等相关数据,得到以下结论：济南东客站站房结构健康监测系统运行平稳,数据传输稳定;站房结构风速、振动加速度、拉索索力等均在合理阈值范围内,结构处于安全状态。实现了对结构状态的实时掌握,有助于保障济南东客站的安全运维,为以后站房结构健康监测系统的设计研发提供借鉴。     

企业铁路可视化机车运行实时监控系统的设计与实现

本文论述了DGPS技术和基于轨道信号的MESH无线网络在企业铁路机车运行实时监控方面的应用.该应用将MESH无线网络技术运用于企业铁路机车运行实时监控,并通过将铁路信号和机车运行前方进路(道口或货位等)视频回传、DGPS亚米级高精度定位等功能带来的各类安全预警,使得企业铁路机车运行实时监控达到可视化.     

高速铁路周界入侵视频图像样本库

随着高速铁路的大规模建设与运营,视频监控系统在铁路沿线的应用规模越来越庞大,产生的视频数据爆炸性增长。基于图像的目标检测算法能及时发现监控画面中入侵高铁周界的异物,对保证安全运营具有重要意义。通过建设高铁周界入侵视频图像样本库,利用统一的高铁场景视频图像数据、目标检测算法、算法运行环境和算法评价标准,测试不同场景、天气下目标检测算法的功能有效性和现场适用性,为相关部门提供智能分析算法的标准化测试,以推动铁路视频图像分析的快速发展。     

遥感技术在高铁隧道外部环境监管中的应用

为解决长大隧道外部环境巡护难、范围小、效率低等问题,基于卫星遥感技术,并结合应用实例,分析卫星遥感技术在高铁长大隧道外部环境监管中的应用,论证卫星遥感技术在高铁长大隧道外部环境安全监测、灾害预防与排查整治等方面的优势。结果表明:卫星遥感技术在高铁长大隧道外部环境安全监测中具有明显优势,有助于铁路管理部门更全面地把控高铁隧道外部环境总体情况,可作为铁路监管部门对影响高铁外部环境问题依法处置、行政处罚和安全预警的手段。     

高铁路基病害施工轨道几何尺寸监测与控制

近年来,部分高铁路基出现了翻浆病害,严重威胁列车运行安全,需要对其进行及时处置。现有的动检车、轨检小车检测,以及人工精密水准测量、InSAR技术等监测技术存在时效性差、不能实时指导施工、成本较高等缺点,亟需开发一套系统性的全面监测与控制技术和操作规程。通过线下试验、现场试验、归纳总结等方法,结合轨道区间不平顺(TQI值)和局部不平顺评价指标(峰值法),采用动检车检测、轨检小车检测、人工观察、电子水准仪监测、VDA测量、旋转激光仪监测等技术,研究路基病害整治过程中轨道的几何尺寸监测和控制技术和作业流程,以“局部结合整体、多点实时联动循环监测”为原则,形成高铁路基病害整治施工的轨道几何尺寸监控技术,可实现0.1 mm精度的轨道结构变形实时监测。工程应用证明,该综合监测技术在高铁路基病害整治过程中具有较好的实用性和准确性。     

防灾安全监控系统中的大风监测与预警

全面监测各种自然灾害,如强风、大雪、地震、突发性灾害（塌方落石）、异物侵入等,对铁路安全行车十分重要。为此,对高速铁路防灾安全监控系统中的大风监测与预警的功能进行分析,介绍大风预警原理与方法,以提高我国的大风监测与预警能力。     

铁路机车实时安全状态监测及故障预警系统

将机车从总体上分为机械、电气与空气管路三大部分,阐述了机车实时安全状态监测及故障预警的主要内容,设计了基于TCN的铁路机车实时安全状态监测及故障预警系统,并给出其具体实现方案.系统由机车在线状态监测与故障预警主机、各车载设备运行状态监测装置组成.机车在线状态监测与故障预警主机通过MVB将内部各状态监测装置联结成为监测网络,利用现有WTB连接重联机车或车辆,构成一个完整的、基于TCN标准架构的机车实时安全状态监测及故障预警系统.     

京沪高速铁路高架站轨道系统长期监测技术

研究目的:高铁行车密度大、天窗时间短,列车的高速运营对轨道系统的安全性和平稳性提出更高的要求。高架站轨道系统是高速铁路轨道系统安全服役中最敏感最典型的区域,为保障列车的安全平稳运行,需建立高速铁路高架站-无砟轨道-道岔长期监测系统,实现高架站轨道系统服役状态的实时在线监控,并对可能发生的破坏进行预测预警。研究结论:(1)高速铁路高架站长期监测系统包含数据测量、数据采集传输及数据管理分析三大子系统,实现了监测数据的自动采集、传输、分析、预警预测等功能;(2)系统采用光纤光栅技术监测轨道受力和小变形,采用视频感知技术监测轨道敏感部位大变形,系统测量精度高、安全防范性和长期稳定性好;(3)利用长期监测系统对尖轨尖端的纵向位移和轨道板温度梯度的实时监测,发现尖轨尖端的纵向位移变化趋势与轨温变化趋势相同,但滞后于轨温变化,轨道板表面和底面的温度则呈周期性昼夜交替变化;(4)该研究成果可为高速铁路轨道系统的病害整治和养护维修提供科学依据。     

城市轨道交通车辆智慧空调技术

智慧空调技术作为城市轨道交通车辆智能化运营的重要技术手段，主要根据车辆运行环境数据来调整空调运行模式，进而改善车内舒适度，对空调机组运行状态进行实时监测及关键零部件故障预警，实现空调机组的智能化健康管理，提升空调运营维护效率。智慧空调系统由车辆空调、车载网络及PHM(故障预测与健康管理)地面支持系统结合搭建而成，通过传感器来监控车辆空调使用环境数据，并自适应性调节空调运行状态以改善车内空气质量。在故障预测及健康管理方面，智慧空调技术通过搭建诊断模型，采集并传输空调机组运行状态数据，实现对空调机组多发性故障的及时预警，对关键零部件使用寿命进行老化预测并采取相应的健康管理措施，进而保障空调机组的安全运行。在车辆的维修维护中，智慧空调技术结合不同的诊断及预警模型数据，合理制定空调机组修程，将空调机组故障修与定时修为主的传统维修模式发展为基于安全监控和健康管理的智能化“状态修”模式。     

沪宁线行车安全监控信息网络技术方案和管理中心的研究

沪宁线安装了多种行车安全检测、监控设备，该系统以这些基层安全监测设备／系统作为测报点，充分利用铁路通信网既有网络通道和路局、分局、站段办公网，构建沪宁线综合安全监测信息传输网络，将沿线地域上分散的、由各专业部门独立管理的各类安全检测／监控系统与安全监测管理中心联接起来，实现各种安全监控信息的集中管理和广泛共享；以综合利用安全管理中心各种安全数据为目标，开发出具有安全报警预警管理、行车事故管理、专业安全信息查询服务、抢险救援支持、综合分析与决策支持等功能的应用系统，提供电子化安全监控管理信息服务，构筑起集监测、管理和决策为一体的行车安全综合监控管理系统。