我国铁路智能建设与运营管理初探

研究目的:"推进智能高铁重大科研攻关"是铁路总公司近年来的重点工作,相关部门正力争攻克智能建设、智能装备、智能运营等关键技术。本文初步研究现阶段智能高铁建设与运营的技术手段框架体系,以智能京雄为例阐述铁路智能技术的应用,以期为相关研究提供参考。研究结论:(1)智能高铁建设的智能化手段已经多样,通过BIM、CIM、GIS等技术融合使用,可在站房设计、线路测绘、桥梁建造、隧道施工等多方面实现"智能化"、"信息化"管理,全面提高生产和管理效率;(2)智能高铁运营维护的智能化手段丰富,目前在牵引供电系统、信号系统、动车组检测、安全风险管理等方面应用广泛;(3)智能高铁涵盖了高铁建设、运营到服务的方方面面,将在智能建设、智能装备、智能运营的基础上,进一步提升乘客出行体验感、推动信息开放共享;(4)本研究结论可为智能高铁的建设与运营提供相关参考。     

智能高速铁路信号系统一体化技术发展方向探讨

为使高速铁路信号系统更好地满足新形势下智能高速铁路的建设及运营维护需求,更好地与智能高速铁路技术体系架构相协调,文章分析我国高速铁路主要信号系统的智能化、一体化现状,并在此基础上梳理《智能高速铁路1.0技术体系架构》中智能建造、智能装备、智能运营中与信号系统相关的内容,对我国高速铁路主要信号系统智能化、一体化技术发展方向进行探讨,提出体系架构标准的发展建议,以期为信号系统一体化方案更好地与智能高铁技术体系架构融合发展提供借鉴。     

机车自动驾驶技术研究与应用

当前轨道交通正朝着绿色、智能的方向发展，自动驾驶可进一步降低列车运行能耗，提升列车运行效率、消除不同司机操纵差异、提升列车运行一致性，是未来路网条件下列车有序协同运行的控制基础，也是轨道交通智能化方向技术发展的典型代表。文章分析了机车自动驾驶研究的国内外现状和技术难点，阐述了满足我国干线机车运用需求的机车自动驾驶系统整体架构，设计了有人值守的机车自动驾驶方案，详细介绍了列车运行规划与速度控制、列车纵向动力学仿真、多传感器融合感知、列车系统运行仿真等关键技术，并对机车自动驾驶技术未来的发展方向进行了思考和展望。基于上述技术的机车自动驾驶系统已在多个铁路局和铁路公司装车运用并取得显著的应用效果。该系统可支持不同的编组和载重，可适配不同的车型、控制系统、信号系统，具有良好的通用性和可推广性。     

高速铁路信号系统智能技术应用及发展

在确保安全的前提下,高速铁路信号系统智能化能够进一步提高运输能力、提升服务水平、降低运营成本,是未来的发展方向。目前,世界各国高速铁路信号系统实现了部分自动化,但大部分工作仍然需要人工操作,亟需研究高速铁路信号系统智能技术,以保持和提升高速铁路技术核心竞争力。高速铁路信号系统的智能技术主要包括智能调度指挥、列车自动驾驶、电务大数据和智能运维等,实现调度指挥智能化、列车控制自动化、运维监控现代化。结合云计算、物联网、大数据、北斗定位、5G通信、人工智能等先进技术,简要阐述高速铁路信号系统智能技术的应用及其技术发展趋势。     

高速铁路列车运行控制与调度指挥一体化方案

信号系统作为高速铁路的神经中枢，是保障高速铁路运行安全、提高运输效率的关键。高速铁路信号系统对列车运行控制（简称：列控）与行车指挥的智能化、协同化方面提出了更高要求。文章阐述了高速铁路列控与调度指挥一体化的设计理念，介绍一体化系统应实现的基本功能，对系统架构、子系统架构及系统接口进行设计和研究。     

中国智能高速铁路2.0的内涵特征、体系架构与实施路径

文章系统总结中国智能高速铁路（简称：高铁）顶层架构设计、关键技术创新、基础平台建设、工程示范应用等方面取得的主要成就，分析“十四五”时期中国智能高铁面临的内外部形势和要求，提出智能高铁2.0的内涵和主要体现在“体系正向设计、全专业协同、跨行业综合、预测性分析”4个方面的代际特征，从技术体系、数据体系、标准体系等维度构建智能高铁体系架构2.0，规划建造、装备、运营等领域智能化重点攻关任务和实施路径，可为“十四五”时期智能高铁2.0的研究和应用提供重要指导。     

智能调度集中系统研究

智能调度集中系统是以调度集中系统为基础，在不改变CTC3.0基本软硬件结构的基础上，通过增加硬件和软件功能的方式，构建的适用于智能高铁的调度集中系统。硬件方面增加了列车运行计划调整服务器和终端，与ATO、供电调度系统和防灾信息系统的接口服务器；软件方面增加或增强了列车运行计划自动调整、列车作业综合管控、列车调度指挥数据综合应用、列车按图行车控制和仿真测试实训等功能。经过京沈综合试验段长达1年的试验和试用，以及智能京张高铁工程的实际应用，进一步验证了系统的功能和性能。     

大提速推动铁路信号技术发展

日本、法国、德国等发达国家纷纷发展和建设符合本国特色的高速铁路信号系统,并在调度指挥、计算机联锁和列车运行控制等方面取得了技术突破,为我国铁路信号技术发展提供了技术借鉴。经过多次成功提速,信号技术通过引进、消化、吸收和自主创新,形成了具有我国特色、又符合国际信号技术发展趋势的技术体系。我国铁路信号技术正在向以列车运行控制系统为中心,实现由调度员直接控制移动体,信号确认和操作实现车载设备的智能化,闭塞方式向准移动闭塞方式转化,信号显示制式向速差式和速度式转化,通信信号系统更加融合等方向发展。     

对地铁信号系统列车运行速度制约因素的探讨

信号系统是保障地铁运行安全及提高运行效率的重要设备,列车超速防护功能是信号系统一个非常关键的功能。信号系统防护下的列车运行速度由车辆、线路、轨道、限界及信号系统等条件共同决定。由于相关专业对信号系统安全制动模型不了解,在实际工程中易造成"速度浪费"现象。从信号系统安全制动模型的原理出发,对车辆、线路、轨道、限界等专业对列车运行速度的制约因素进行分析,提出建议。     

高铁晚点列车智能调度系统的研究与开发

为提升调度员对高铁晚点列车的调度指挥效率,研究晚点时间估算方法和晚点列车调整规则,利用雷达图和电子地图等可视化技术,开发高铁晚点列车智能调度系统,提供高铁列车运行晚点实时监控、重点监控列车晚点预警、列车晚点原因分析、调整方案协同制定等功能,具有一定程度的智能化水平,有助于减轻调度员的工作强度。目前,系统1.0版本已在中国国家铁路集团有限公司和铁路局集团公司两级单位正式启用,应用效果良好。     

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。     

智能化高铁全球专利布局分析

智能化高铁能实现智能行车、智能运维、智能服务、智能监控等功能,并拥有自我检测、诊断和决策能力。以2000—2009年Derwent Innovation(德温特专利数据库)和INCOPAT(合享智慧数据库)中获得的专利文献数据为依托,通过对高速动车组尤其是智能化高铁的相关技术进行检索,分析主要领先企业在智能化高铁领域的知识产权布局现状,以充分了解全球智能化高铁专利布局策略,为我国企业制定知识产权策略提供参考。     

中国高铁信号工程安全评估工作探讨

高速铁路信号系统是高速列车安全运行的核心安全保障系统。信号工程安全评估技术受到世界各国轨道交通主管部门的关注。结合中国高铁信号工程建设实际情况,以及郑万高铁河南段信号工程安全评估经验,探讨适合中国高铁信号系统在工程特定应用的安全评估方案。     

京张高铁智能化服务总体架构、关键技术与应用示范

京张高铁是支撑北京2022年冬奥会和冬残奥会(简称:冬奥会)成功举办的重要交通基础设施,冬奥会期间将面临旅客需求多样、线路条件复杂、安全保障要求高等重大挑战。为此,文章从服务、安全、文化展示3大方面系统分析京张高铁智能化服务总体需求,在此基础上,设计面向冬奥会出行的京张高铁智能化服务总体架构,提出亟待解决的关键科学问题和6项关键技术,并在冬奥会期间开展国际化售票服务、智能站车服务、智能动车组、安全大数据应用、地下站隧虚拟交互导引和融合展示服务、京张高铁文化视觉展示等典型应用示范。项目的系列成果,将为我国新一轮高铁产业增长提供技术动力,同时,带动相关领域的技术和经济发展,进一步提高中国高铁在全球的品牌地位,助力"一带一路"倡议的实施。     

智能通号技术在城市轨道交通中的应用

对城市轨道交通通信信号系统的发展现状进行分析,总结现有架构面临的困难和挑战及需要解决的问题,结合一系列城市轨道交通通信信号系统发展的顶层规划设计分析发展机遇和趋势,提出智能通号系统解决方案,包括定义、总体架构及目标。从大数据、人工智能、移动互联网、云计算、物联网5个智能技术层面分析现代铁路通信系统和信号系统的智能化方式;同时,分析典型的应用场景——智能融合调度通信系统和智能化实践的边缘云计算平台,为提升城市轨道交通通信信号系统的现代化、信息化、智能化水平提供技术支持。     

城市轨道交通信号故障下列车应急运行控制研究

随着城市轨道交通客流量快速增长,信号系统在保障列车运行安全方面越来越重要。信号系统故障会导致中心调度员无法快速掌握现场列车运行情况,同时影响司机人工驾驶的安全和效率。文章结合超宽带(UWB)通信定位技术、列车智能检测系统(TIDS)技术、接入点(APN)公网通信及视频信号人工调用等技术,实现故障应急情况下列车运行控制。通过研制相应设备,开展单传感器试验、多传感器融合试验、系统功能试验,最终验证系统满足故障应急情况下的列车运行效率要求,有力支撑城市轨道交通安全、高效运营。     

轨道交通信号系统发展与趋势探讨

分析轨道交通系统的特点和列车运行的需求,指出轨道交通信号系统对消解列车运行冲突风险所起的重要作用,系统梳理信号系统提供的保障行车安全、提高运输效率、提升运营管理水平、改善工作人员劳动条件、降低运行能耗等5大功能,明晰铁路信号专业与交通运输其他相关专业的关系与区别。最后,针对大型路网和小型线路提出信号系统的不同发展趋势及技术难点,对当前一些流行的技术趋势进行探讨。     

高速铁路智能调度辅助决策系统功能分析

智能调度辅助决策是高铁智能调度的核心功能之一,对我国智能高铁发展具有重要意义。分析国外铁路列车运行仿真及调度指挥系统的功能特征和我国铁路调度指挥系统的发展,论述我国高速铁路智能调度辅助决策系统的功能需求,并阐释数据管理、列车运行仿真、晚点预测、冲突分析、辅助决策、调度决策质量评估和综合可视化等智能调度关键功能的具体含义,为我国高速铁路智能调度指挥系统开发提供理论支撑和技术保障。     

车车通信后备模式下智能轨旁对象控制器系统

为解决基于车车通信的列车运行控制系统在通信中断情况下，信号系统降级后备模式运行的问题，设计了一种基于超带宽通信技术和射频识别技术的智能轨旁对象控制器系统，实现了双向列车定位、列车车号识别、列车完整性判断、列车行驶方向判断和轨道占用检测等一系列基础功能。研制了样机并进行实验室测试。测试结果表明，后备模式下，所提智能轨旁对象控制器系统可以提供地面设备办理进路的后备模式，保障行车安全。     

基于智能化应用的列车运行调整模型

基于列车运行调整理论研究现状,在分析现有研究局限的基础上,提出建立列车运行自动调整模型应考虑的4个关键问题:部分非运行图相关信息、动车组接续、交叉进路抵触及股道-线别连通性。基于这些关键问题构造10个约束条件,结合智能CTC系统技术标准,以提升旅客满意度为导向,依据旅客行程信息和多目标优化的思想,建立将列车运行调整对旅客出行实际影响最小化的目标函数,构建可满足智能化应用的列车运行自动调整规划模型,将其引入开发中的智能CTC系统,并通过京张高铁3个列车运行调整实际场景进行验证。结果表明:模型能够准确处理各种场景下的列车运行偏离,生成切实可用的列车运行阶段计划;生成的计划能有效消解列车晚点造成的交叉进路抵触、股道运用冲突及动车组接续等冲突,在兼顾旅客换乘考虑的同时,缩小列车晚点波及范围,控制晚点传播。