复兴号动车组智能技术创新应用及展望

复兴号动车组智能技术创新应用及展望

李坤

中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000

摘要：随着我国城市化发展和我国经济水平的快速发展，信息化发展步伐的加快，大数据、物联网和智能化技术得到了普遍发展，全球各大领域均在推行数字化和智慧化发展战略。中国高铁的智能化发展将作为智慧城市及智慧国家发展的有力支撑。表示中国智能化高铁将采用云计算、物联网、大数据、北斗定位、5G(第五代移动通信)、人工智能等先进技术，通过新一代信息技术与高铁技术的集成融合，实现高铁建造智能化、装备智能化、运营技术智能化水平的全面提升，使高铁运营更加安全高效、绿色环保、便捷舒适。

关键词：动车组;智能技术;创新应用

引言

复兴号智能动车组主要围绕智能行车、智能服务、智能运维等3个方面开展智能技术创新和应用。智能行车，采用有人值守自动驾驶技术;智能服务，采用基于环境感知技术的灯光智能调节、基于多媒体技术的多元信息推送等;智能运维，主要基于智能传感、大数据、特征提取等技术实现运维服务智能化。

1我国高速动车组运维目前面临的挑战

随着动车组市场份额的不断增加以及运行环境的复杂、多样化，列车运维保障的难度不断增加，如何快速响应运维过程中发生的各种情况，即时处理分布于各国的列车在运行过程中遇到的各种问题，建立快捷、高效的运维模式是动车组运维面临的一大挑战。另一方面，我国动车组运维采用的计划维修（即定期维修）体制，其维修量大、工作强度高、维修精准性不足，既造成了高昂的运维成本，也浪费了资源。更为紧迫的是，我国高铁装备海外出口势头已经形成，但是由于技术装备输入国通常强制要求相关劳动力资源本土化，我国现有劳动力密集型维修体制无法在国外复制，难以满足高铁海外出口的维修保障需求。针对以上现状，如何精确掌握列车状态、保障运行安全、提高维修效率、满足国内和海外维修保障需求，是动车组运维面临的又一挑战。为解决动车组运维目前所面临的上述问题,迫切需要改变目前以时间计划为目标的运维模式,而是根据设备当前性能状态来决定是否需要维护及维护作业内容,实现设备预测性维护,这需要建立在对设备状态准确检测的基础之上。目前轨道交通列车普遍采用以事件触发、确保安全、以监控为目标的测点布置方案，尽管全列车可获得的数据量很大，但传统的监控设备数据处理方法中利用的相关设备数据信息很少，无法完成对设备状态比较准确的检测，也就难以实现对设备故障准确诊断及预测。在既有的测点配置方案下，实现对设备准确的故障诊断及预测，需要充分利用动车组既往运营过程中产生的大量历史数据信息（标准动车组设置了6000多测点），采用人工智能方法挖掘各设备性能状态数据之间潜在关系，为实现动车组新的运维模式奠定基础。

2我国高速智能化动车组发展

2.1智能服务

智能服务主要从旅客乘坐和动车组运用需求出发，通过业务一体化，实现全过程、无障碍、无干扰服务，有利于推进动车组自主化服务进程。同时，通过提高控制精准度和多维信息挖掘推送，提高智能服务品质。1)智能信息显示。采用LCD(液晶显示器)分屏显示、信息交互融合等技术为高速列车提供定制化的多媒体信息显示服务。该服务使行车信息的表现形式更加丰富生动，乘客能够以最直观的方式获取和了解信息;同时还可提供必要的乘车引导服务。2)智能交互娱乐。设置智能交互终端，通过车载Wi-Fi(无线网络)、公网等无线数据接入途径，为旅客提供车载娱乐视频、直播节目、手机投屏等多样化娱乐服务，使旅途生活尽享惬意。3)智能环境调节。增加环境状态感知测点，采用智能环境感知调节技术、细化控制策略，从温度调节、灯光智能调节、车内噪声控制、压力波调节等方面实现旅客视觉、听觉、嗅觉、触觉等感官舒适度的提升。4)智能便民服务。基于车内服务设施定制化，引入智能技术，设置无线充电、自动售货机等便民服务设备，为旅客提供多样性、便捷性服务。着力打通地面客运、旅客服务，以及铁路12306软件数据与车载数据交互，实现基于动车组车载设备的站车一体化服务信息交互。

2.2复兴号动车组

复兴号动车组的研发适合中国的国情，全面提升了动车组设计、软件开发、制造技术的现代化水平，实现了我国高铁动车组自主化、标准化和系列化，以及动车组由中国制造到中国创造的跨越。复兴号动车组是由中国国家铁路集团有限公司牵头组织研制的具有完全自主知识产权、达到世界先进水平的动车组。1)列车级控制网络基于TCN(全生命周期管理)+百兆工业以太网总线，实现了系统状态、运行参数、故障信息的实时监视、诊断分析、存储及下载等功能。2)增强了列车监测、诊断和控制范围。全列共有1500个传感器及2500个监测点，可实现动车组运行状态感知、监测、诊断、报警及自动控车。3)4G(第四代移动通信)车-地数据传输。采用WLAN(无线局域网)设备、以太网单点维护、故障自动识别等技术手段提高了动车组的运用检修效率。4)实现96项零部件统型，统一修程修制。5)车载设备监测主要由单独的系统或者部件完成，对大量数据综合利用处理的判断还存在提升空间。

2.3智能运维方面

基于大数据进行智能运维管理，以故障预测与健康管理为核心，实现关键零部件服役性能状态智能评估、故障诊断及预警报警、故障精确定位、备品备件动态预测、提供运维决策建议，为实现计划预防修向预见性维修转变提供支撑。结合高速无线通信、信息安全、数字孪生等技术的故障诊断和维护技术研究与应用，实现智能巡检、故障精准定位和软件远程升级、趋势分析预测等功能；开展基于边缘计算的智能传感技术研究，实现列车状态感知数据的分散预处理、智能传感的局部试验和考核验证，满足列车健康诊断的轻量化和快速反应需求；研究车辆高度自感知、自诊断、自修复的诊断和维护技术，满足车辆自动化和智能化的进一步需求。

2.4高精度测量传感装备

在高铁动车组作业期间，高精度侧重传感装备，通过光纤投影技术、视觉测量实现自由曲面检测，突破单点采样的限制，借助数字模拟装备，根据工艺要求，实施监控车体供应尺寸，并在工艺改进技术的支持下，借助丰富直观的数据查询功能，加强数据的处理能力，并支持各类数据的调取、输出，通过做个数据比对确定施工精度，在此基础上开展动车组制造工作，可以保证制造误差在允许范围内。在高精度测量传感装备支撑下，使生产线工作向柔性化、自动化、智能化方向过渡，利用数据采集以及信息平台，加强制造全过程的控制能力，使制造工作具备及时反应、快速处理、准确感知等特征，让高速动车组车体制造完成手工半自动，向精益化、高效化自动化方向转变，提升高速动车组制造水平。

结语

动车组列车运维特定的需求，提出了构建动车组运维数据中心的技术思路，采用基于数据驱动和机理分析相结合方式构建动车组设备故障检测模型，通过数据中心提供的大量历史数据及高效的数据资源管理服务完成模型训练、验证和部署，取得了较好效果，为进一步推广到动车组其他设备、子系统及全列车运营维护奠定坚实基础。

参考文献：

[1]王俊彪．轨道交通装备制造业发展趋势分析[J]．中国铁道科学，2021，32(3)：131-135．

[2]王华胜，李昊，朱庆龙，等.动车组故障率统计分析方法[J].中国铁道科学，2018，39(1)：88-92.

[3]刘建国.关于我国铁路旅客列车运行安全监控与诊断系统的研究[D].北京：北京交通大学，2020.