高速列车智能化系统介绍

高速列车智能化系统介绍

【摘 要】 铁路运输能力供给短缺已成为制约我国经济社会又好又快发展的主要矛盾之一。高速铁路因其运输能力大、安全舒适、全天候运输、环境友好、环保节能、可持续性等优势，已经成为铁路发展的重要趋势和国家现代化的重要标志。高速列车是由4万多个零部件构成的复杂运动物体，在速度高、跨度大、运距长的复杂运行条件下，通过列车智能化系统对走行、牵引、制动等直接影响行车安全的关键系统与部件进行动态监控、智能诊断与途中预警，对任何潜在的危险或故障状况提出警报，实现事故主动预防与故障快速处置，是提升列车运行安全性与服役可靠性的重要保障。本文介绍了高速列车智能化系统的设计与规划，希望对我国高速列车设计与生产产生一定的帮助作用。

【关键词】 高速列车 智能化 系统 介绍

6月25日，我国首列智能化高速列车样车在南车青岛四方机车车辆股份有限公司竣工下线。首次实现了物联网、传感网、列车控制网络、车载传输网络的多网融合，形成自检测、自诊断、自决策能力的智能化高速列车。本文主要介绍高速列车的智能化系统。

1 列车智能化系统架构

1.1 概述

列车智能化系统中采用的两大核心技术就是物联网与传感网技术。物联网技术被誉为信息技术领域新的革命，采用以标签识别、无线传感、无线网络传输、云计算等为特征的物联网技术，建立物与物、物与人直接的有机连接，形成庞大的智慧系统。采用物联网技术可以对智能列车的所有零部件进行全生命周期的管理，所有的零部件从出厂到淘汰都可以进行档案追踪与管理，借助检修基地的管理数据库，可以实现零件共享，维修提醒等功能。传感网技术解决了复杂工况下，高速列车运行动态数据全息化的问题。可以全面掌握高速列车实时运行状态，将包括温度、应力、加速度、电流、电压在内的传感器信息统一进行实时采集，进行去噪、去重、加密等预处理，然后通过网络汇聚至列车车载数据中心。车载数据中心根据定义的规则对数据进行再次的分析。对列车设备或者路况产生的异常情况进行预警或告警，对数据进行存储，根据数据的重要性与敏感度，定义数据老化策略。对重要和敏感的数据进行二次表达，并且进行压缩，将之传送至地面数据中心进行处理。地面数据中心主要进行数据存储，虚拟3D展现等工作。

1.2 车载物联网系统

车载物联网系统主要用于关键器件零部件生命周期管理。通过手持式RFID识别设备，采集部件的各种信息（包括生产日期、系统名、部件位置、检修信息、大修信息等等），通过USB或者通过无线的方式，经过车载环网，将其送入车载数据中心。数据中心对该类数据进行过滤，合并等操作以后，转入车载数据库进

行存储。同时数据中心将数据转发至地面系统，通过公网或者铁路专用网实现物联网系统的后台整合。车载物联网系统由如下几种设备组合构成：抗金属RFID双频电子标签、手持式RFID采集器、物联传感节点、车载后台数据中心。RFID双频电子标签（Intag系列）由网新集团为铁路系统定制。可工作于金属环境下，能同时工作于HF和UHF频段。其工作的频率为UHF：920MHz～925MHz，HF：13.56MHz+-7KHz。能达到IP68的防尘、防水等级，在恶劣的电磁干扰工况下依然具有极佳的读写性能。RFID双频电子标签可存储列车零部件的初始化信息（静态信息）、检修信息（动态信息）、大修信息（动态信息）和私有信息（静态信息）。

手持式RFID采集器主要由铁路相关工作现场人员使用，能适应多种恶劣气候环境、机械环境和电磁环境。检修人员可利用该设备对列车零部件进行检修，检修的结果可通过无线和有线网传至后台数据中心和地面数据中心，从而可以形成完整的列车零部件履历。借助该类履历信息而形成的专家系统，可以为列车部件采购、维修、运营的智能决策提供坚实的技术支撑。该手持式RFID采集器由网新集团为铁路系统单独开发设计，功耗较低，具有极高的防水等级和抗震等级，能满足各种恶劣工况下的使用。

传感物联节点所构成的车载感知环网是车载物联网、传感网的核心通路。通过前端的无线接口，将收集到的物联网信息进行去重，过滤异常数据，合并等操作。而后采用实时或者分时上报的策略，将数据通过环网传至后台数据中心。同时，物联传感节点还可以接入列车TCN总线，例如MVB，ARCNET等。将列车原有的控制信息和状态信息进行采集后，将数据进行格式统一化处理，然后将其通过环网送入后台数据中心处理。为了保证环网在发生故障时依然可以提供服务，节点设计了多重冗余保护策略，包括主备控制系统保护、电源冗余保护、风扇冗余保护以及MRP环网故障保护。

车载后台数据中心将接收到的物联网信息再次进行分析，将具体的部件履历信息与新增的标签信息进行映射关联，提供友好的UI界面表达及各种用户友好的客户搜索条件后，将数据进行存储和转发。由于后台数据中心需要处理和过滤的数据量非常巨大，因此需要提供各种数据QOS（quality of service，服务质量分类）转发策略、日志策略和缓存优先级策略。将数据进行严格分类，按存储时间分成永久存储和可老化存储，按重要性和敏感度可以分成不同的转发优先级。对于较高优先级的数据保证其拥有较高的转发性能和较大的网络带宽，对于较低优先级的数据则根据预先定义的策略可以进行丢弃或者延迟转发。为了保证后台数据中心在发生故障的情况下依然拥有较高的可用度，设备需要提供多重保护。具体包括电源冗余保护、主备控制系统1+1备份保护等。

1.3 车载传感网系统

车载传感网系统解决了复杂工况下，高速列车运行动态数据全息化的问题。可以全面掌握高速列车实时运行状态，将包括温度、应力、加速度、电流、电压在内的传感器信息统一进行实时采集，将数据格式化统一处理以后，进行去噪、去重、加密等预处理，然后通过网络汇聚至列车后台数据中心。后台数据中心根据定义的规则对数据进行再次的分析。对列车设备或者路况产生的异常情况进行

预警或告警，对数据进行存储，根据数据的重要性与敏感度，定义数据老化策略。对重要和敏感的数据进行二次表达，并且进行压缩，将之传送至地面数据中心进行处理。 地面数据中心主要进行数据存储，虚拟3D展现等工作。