《高速铁路概论》项目七

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教师通过“文旌课堂APP”生成签到二维码，并设置签到时间，学生通过“文旌课堂APP”扫描“签到二维码”进行签到。项目七高速铁路前沿

技术项目导读由于受黏着条件的限制，普通高铁速度只能达到

350～400

km/h，而磁浮技术能使列车脱离轨道运行，从而摆脱黏着条件的限制，具有极大的发展潜力。磁浮铁路具有更快、节能、绿色等优点，符合未来高速铁路的方向发展。除了磁浮铁路，智能高速铁路也是中国高速铁路的发展方向之一。在科技发展日新月异的今天，高速铁路也需要吸收并利用前沿科技，不断进步，向智能化方向发展，从而为旅客提供更便捷、舒适的乘车体验。认识磁浮铁路认识智能高速铁路12目录|CONTENTS

项目目标知识目标①了解磁浮铁路的基本原理②了解磁浮铁路的发展历程③了解智能高速铁路的相关技术技能目标①能认识磁浮铁路的基本设备②明确智能高速铁路相关技术的应用思政目标①树立自主学习、不断探索的求知精神②树立求实创新、精益求精的工匠精神③具备民族自豪感和历史使命感7.1认识磁浮铁路任务引入中国首个磁浮铁路的技术标准正式实施中国国家铁路集团有限公司批准发布的铁道行业标准《磁浮铁路技术标准（试行）》（TB10630—2019）于2020年1月1日起正式实施。这是中国磁浮铁路领域的基础性行业标准，将为规范和引领磁浮铁路建设和装备制造提供重要的技术支撑。磁浮铁路是依靠磁力将车辆悬浮于导轨上，利用直线电机驱动列车前进的铁路系统。研究表明，磁浮铁路运行速度可达

600

km/h，甚至更快。在

500

km/h的速度下，磁浮列车每座位千米的能耗仅为飞机的1/3～1/2；磁浮列车可从结构上抱住轨道梁，因此列车不会脱轨，安全性高；另外，磁浮铁路没有传统铁路轮轨接触时的噪声和振动，环境友好性强。高铁用电量极大，必然无法靠自身发电，其电能来自于发电厂。而发电厂产生的电则需要通过牵引供电系统传送到高铁上才能得以利用。牵引供电系统作为列车的“心脏”，在源源不断为列车提供动力的同时，也是确保列车安全、高速、可靠、稳定运行的关键。任务引入中国将磁浮技术列入国家科技攻关计划之后，取得了丰富的研究成果。2006年4

月，上海磁浮示范运营线建成投产，其最高运营速度、试验速度分别为430

km/h和501

km/h，这是世界上第一条投入商业化运营的高速磁浮线。2016年5月和2017年12

月，最高运营速度100

km/h的长沙磁浮快线和北京S1线投入商业运营。2019年5

月，速度600km/h的高速磁浮试验样车在青岛下线，标志着中国在高速磁浮技术领域实现了重大突破。这些研究成果及工程实践为上述标准的编制提供了基本条件。近年来，各科研院所、设计单位及装备制造企业都对磁浮铁路迸发出了巨大的研究热情，确立了新的研发目标和一系列研究课题。许多地方政府也相继提出了修建磁浮铁路的热切愿望。在此背景下编制磁浮铁路的技术标准，旨在规范磁浮铁路建设及装备制造，引领磁浮铁路可持续发展，科学推进交通强国战略实施。高铁论坛请同学们分组讨论：什么是磁浮铁路？中国的磁浮铁路取得了怎样的进展？任务工单1．任务描述学习相关知识并复习整理后，查阅资料，制作关于“国内外磁浮铁路发展”的PPT文件。2．小组分工以3～5人为一组，选出组长并进行任务分工，制订合理的工作计划。将小组成员信息及分工情况填入表7-1（详见教材）中。3．获取信息在进行具体工作前，需要掌握磁浮铁路的相关知识。请各组组长组织组员收集相关资料，回答相关引导问题（详见教材）。7.1认识磁浮铁路磁浮铁路是近几十年发展起来的一种新型轨道交通运输工具，与传统的轮轨铁路相比，它具有能耗低、速度高、安全性高、噪声小、维修少等优点，因而得到了广泛关注。7.1.1磁浮铁路的基本原理高铁论坛请同学们扫码观看微课，思考：磁浮列车基本的工作原理是什么？磁浮列车简介7.1.1磁浮铁路的基本原理磁浮铁路的核心是磁浮系统。磁浮系统是利用异性相吸、同性相斥的电磁感应原理，以直线电机驱动列车的。列车运行时，车体悬浮或吸浮于导轨上方，并与导轨保持一定间隙。因磁浮列车运行时不与导轨接触，没有轮轨摩擦，因此不受黏着条件限制。知识拓展磁悬浮列车的优点磁悬浮列车运行时与轨道保持一定的间隙（一般为1~10厘米），因此无摩擦、运行安全、平稳舒适、无杂讯，可以实现全自动化运行。磁悬浮列车车辆使用寿命可达35年，而普通有轨列车只有20至25年。磁悬浮列车的路轨寿命是80年，普通路轨道60年。磁悬浮列车启动后39秒即达到最大速度，目前的最高時速是552公里。据德国科学家预测，到2014年，磁悬浮列车采用新技术后，时速将达1000公里。而一般铁轨列车的最高时速为300公里。上海现已建成的磁悬浮列车线，其最高时速为500公里。7.1.1磁浮铁路的基本原理知识拓展磁悬浮高速列车噪音低，节能，占地面积少，这是其他陆路交通系统无法与之相比的。这种创新的无接触轨道技术带来了极大的机动性，但却不会对环境造成负担。与新一代的汽车发动机相似，在同等功率下，磁悬浮高速列车比高速铁路所消耗的能源要少的多。或者反过来说：在耗能相同的情况下，磁悬浮高速列车的效率要高得多。7.1.1磁浮铁路的基本原理根据电磁吸引力和电磁排斥力的基本原理，目前国际上磁浮列车有两个发展方向：一个是以德国为代表的常导吸引型磁浮系统（EMS型，也称电磁悬浮型），如图（a）所示；另一个是以日本为代表的超导排斥型磁浮系统（EDS型，也称电动悬浮型），如图（b）所示。7.1.1磁浮铁路的基本原理（a）EMS型磁悬浮车示意简图

（b）EDS型磁悬浮车示意简图EMS型和EDS型磁悬浮车对比图1—前导磁铁；2—导向与制动轨；3—磁悬浮与推进电磁铁；4—前导轮；

5—磁悬浮磁铁；6—支撑轮；7—推进磁铁；8—超导磁铁7.1.1磁浮铁路的基本原理磁浮铁路的分类知识拓展常导吸引型磁悬浮系统（EMS）是一种吸力悬浮系统，是利用机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互吸引产生悬浮力，使列车浮起并平稳运行的系统。常导吸引型磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁吸力，使其与地面轨道两侧的绕组发生作用将列车浮起，再通过一套高精度电子调整系统保持车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10mm。此外，由于列车的悬浮与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下，列车仍然可以保持悬浮状态。7.1.1磁浮铁路的基本原理知识拓展7.1.1磁浮铁路的基本原理EMS悬浮原理示意图知识拓展超导排斥型磁悬浮系统（EDS）是一种斥力悬浮系统，是利用置于车底的超导磁体与铺设在轨道上的线圈之间的相对运动来产生悬浮力，使列车浮起并平稳运行的系统。车辆底部安装有超导磁体（由超导磁铁及超导绕组组成），并在地上轨道两侧铺设一系列铝环线圈（悬浮绕组）。列车运行时，接通车底的超导磁体电路，产生强磁场，切割铝环线圈，在铝环内产生感应电流，感应电流产生的磁场与列车上超导磁体的磁场方向相反，两个磁场产生排斥力。当排斥力大于车辆重量时，车辆浮起，高度可达100mm左右。超导排斥型磁悬浮系统控制较稳定，列车运行速度较高，可达500～600km/h。7.1.1磁浮铁路的基本原理知识拓展7.1.1磁浮铁路的基本原理EDS悬浮原理示意图1．磁浮铁路线路磁浮铁路需要地面上有一个坚实可靠的支撑和导向系统，才能使列车脱离地面并与地面保持一定的高度运行，它虽不像传统铁路那样对线路有强烈的依附性，但必须有线路设备作为基础。线路作为磁浮铁路的基本组成部分和运行基础，在构造上必须满足磁浮列车的基本要求。采用不同悬浮方式的磁浮铁路，对线路的要求也不同。但无论什么形式的磁浮铁路，其悬浮、导向和推进设备总有一部分要安装在列车上，另一部分则安装在线路上，所以线路结构必须与之相适应。7.1.2磁浮铁路的基本设备1．磁浮铁路线路7.1.2磁浮铁路的基本设备1）磁浮铁路线路的建造形式与传统铁路不同，磁浮列车施加在线路上的载荷并非集中载荷，而是分布载荷，故其桥梁设计载荷远低于传统铁路，甚至可能低于公路。因此，磁浮铁路的高架桥桥体尺寸可以明显减小，造价也因此而显著降低。高架线路桥一般采用块体拼装式连续梁钢筋混凝土结构，跨度约20～30m。立柱式墩台采用深基或桩基为基础，直径约为0.8～1.2m；梁柱间采用铰接，橡胶支座调高范围为20～60mm；梁底与地面间的距离（净空）不小于5m；线路的最大坡度比传统铁路大得多；线路平面曲线半径在6000～10000m。高架线路的横断面常采用的形式有U形、T形和倒T形。

（a）U形

（b）T形

（c）倒T形磁悬浮铁路高架线路的横断面7.1.2磁浮铁路的基本设备1．磁浮铁路线路2）磁浮铁路高架线路的构造7.1.2磁浮铁路的基本设备高铁论坛请同学们观察上图，思考：磁浮铁路高架线路常采用的横断面形式U形、T形和倒T形有什么不同？7.1.2磁浮铁路的基本设备1．磁浮铁路线路2）磁浮铁路高架线路的构造U形磁悬浮铁路高架线路的结构以U形磁浮铁路高架线路为例，其线路结构如图所示。7.1.2磁浮铁路的基本设备1．磁浮铁路线路3）列车运行线路的改变方式磁浮列车在运行中改变线路的方式与传统铁路相同，也是通过道岔来改变的。但磁浮铁路线路道岔的形式和传统铁路不同，不采用尖轨、辙叉，而是采用活动轨转辙形式。磁浮铁路轨道，它主要由固定垛轨、主动轨、从动轨、转动装置、锁定装置和操作机构等构成。当需要改变磁浮列车运行线路时，主动轨转动，从动轨也随之转动，当转到规定部位时进行连接和定位调整，由锁定装置进行锁闭，列车就可以安全地转变运行线路。磁悬浮铁路轨道磁浮列车变轨过程7.1.2磁浮铁路的基本设备高铁论坛请同学们思考：磁浮铁路的列车运行线路为什么不能采用尖轨、辙叉形式来变换？2．磁浮铁路列车列车是磁浮铁路的重要组成部分，是一种不与地面接触的运载工具。磁浮铁路从产生到现在，列车的结构和外形不断更新，发展很快。7.1.2磁浮铁路的基本设备7.1.2磁浮铁路的基本设备2．磁浮铁路列车（a）HSST-01（b）HSST-03（c）HSST-05（d）HSST-100（e）LiminoHSST低速磁悬浮车辆外形的发展7.1.2磁浮铁路的基本设备高铁论坛请同学们思考：以日本HSST低速磁浮列车外形的发展变化过程为例，说一说磁浮铁路列车的发展变化过程。7.1.2磁浮铁路的基本设备2．磁浮铁路列车磁悬浮列车的组成7.1.2磁浮铁路的基本设备高铁论坛请同学们观察上图，思考：一辆常见磁浮列车的结构，除图中标出的组成部分外，它还设有哪些辅助装置？7.1.2磁浮铁路的基本设备2．磁浮铁路列车磁悬浮列车的组成列车的组成除图中标出的客室、操作盘、交流装置、压缩机、电容器、超导磁体、空气弹簧和遮护板等部分、装置或设备外，还设有一些辅助装置，如辅助支撑车轮、车辆转向架、辅助动力装置、冷却设备等。知识拓展目前存在的技术问题由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验。常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。超导磁悬浮技术由于悬浮能耗较常导技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响。7.1.2磁浮铁路的基本设备1）区段供电长定子同步直线电机驱动的磁浮系统采用LSM同步电机，通过地面设置的大功率变流器来控制地面推进绕组的三相交流电。变电站按照牵引控制系统要求的速度，将公共电网的电能转变为变频变压的交流电，并保持该交流电与车速同步，然后向直流电机供电。由于铁路全线的推进绕组被划分为不同区段，所以变电站仅可向列车运行的区段供电，以提高直线电机供电效率。2）列车供电列车采用一对一的供电方式，即一台功率变换器对应一辆列车。当列车在区段内运行时，功率变换器就会向列车供电。3．磁浮铁路供电系统7.1.2磁浮铁路的基本设备磁浮铁路供电系统与传统铁路列车不同，磁浮列车的走停不是由列车上的司机控制的，而是由变电站内的计算机控制，从而实现自动运行。提示磁浮铁路列车运行控制系统是通过计算机、网络、通信、信息处理等先进的技术或设备与磁浮列车、牵引线路及道岔等设备或系统相连，共同完成对列车的运行控制、安全防护、自动运行及调度管理等任务的。它具有高度的自动性和防护性，通常无须人工干预列车运行，只有在系统出现故障时，才需要列车运行控制人员按操作顺序进行人工干预。7.1.2磁浮铁路的基本设备4．磁浮铁路列车运行控制系统磁浮铁路的列车运行控制系统由三部分组成：一是位于控制中心的中央控制系统；二是位于与牵引区段对应的牵引变电站（或道岔控制房）的分区控制系统；三是列车上的车载运行控制系统。4．磁浮铁路列车运行控制系统中央控制系统主要由自动列车运行控制系统、参考信息储存系统、远程诊断系统和行政管理系统组成，其主要功能是布置及修改运行计划、汇总通信数据、处理信息、控制联锁系统、在线诊断、储存信息等。7.1.2磁浮铁路的基本设备1）中央控制系统4．磁浮铁路列车运行控制系统7.1.2磁浮铁路的基本设备2）分区控制系统（1）分区控制系统负责接收并执行中央控制系统下达的行车命令，控制若干安全牵引切断装置、道岔防护装置及车站防护装置，向各通信基站下达控制信息，同时向总控制中心传递采集的联锁、诊断信息。该系统还可运用成熟的道岔联锁设备，对道岔进行控制，预先排列线路。（2）分区控制系统负责维修全线列车运行控制系统的固定和移动设备，对机车和轨旁信号设备进行在线检测及后续的维修等。4．磁浮铁路列车运行控制系统磁浮列车的每一末节车厢均配备了速度运行控制装置，并通过车厢总线实施通信。速度运行控制装置用定位分析接收器传来的定位信息，监视列车的运行速度和状态，然后将所得数据经无线微波传输系统发送至分区控制系统，再经分区控制系统发送至中央控制系统。7.1.2磁浮铁路的基本设备3）车载运行控制系统高铁资料库从无到有的突破：世界首台高温超导高速磁浮工程化样车下线2021年1月13日上午，一节银黑相间的工程化样车在成都的试验线上缓缓启动。这是由中国自主研发、自主制造的世界首台高温超导高速磁浮工程化样车，如图7-8所示，其设计时速为

620

km，标志着中国高温超导高速磁浮工程化研究实现了从无到有的突破。高温超导高速磁浮工程化样车及试验线项目位于西南交通大学牵引动力国家重点实验室，验证段全长165m，由西南交通大学联合中国中车集团有限公司、中国铁路工程集团有限公司等单位协同攻关研发。高温超导磁浮技术具有自悬浮、自导向、自稳定特征，适合未来的真空管道交通运输。高温超导磁浮列车在低真空状态下，理论速度预计高于1000km/h。7.1.2磁浮铁路的基本设备高铁资料库高温超导磁浮技术利用超导体在磁场中的“钉扎”效应实现悬浮和导向，具有悬浮导向无须实时控制、前进方向阻力小等优势，是实现磁浮列车高速化的技术路线之一，具有广阔的发展和应用前景。高温超导高速磁浮工程化样车采用全碳纤维轻量化车体、低阻力头型、大载重高温超导磁浮技术等新技术和新工艺，设计时速为620km，有望创造在大气环境下陆地交通的速度新纪录。该项目的建成是推动高温超导高速磁浮技术走向工程化的重要实施步骤，可实现高温超导高速磁浮样车的悬浮、导向、牵引、制动等基本功能，以及整个系统工程的联调联试，为满足后期研究试验，向1000km/h以上速度值的突破奠定了基础。7.1.2磁浮铁路的基本设备7.1.2磁浮铁路的基本设备高铁论坛请同学们扫码观看微课，并思考：世界首台高温超导高速磁浮工程化样车有着怎样的突破？世界首台高温超导高速磁浮工程化样车下线1．国外磁浮铁路的发展7.1.3磁浮铁路的发展磁浮技术的研究起源于德国。早在

1922

年，德国工程师赫尔曼·肯佩尔（HermannKemper）就提出了磁浮原理，并在1934年获得第一项有关磁浮技术的专利。到20世纪60年代，日本开始了对磁浮技术的研究，并在试验线上创造了581km/h的世界纪录。20世纪70年代以后，美国、苏联、加拿大、法国、英国、韩国等国家相继开展了对磁浮铁路运输系统的研究。2．中国磁浮铁路的发展7.1.3磁浮铁路的发展中国对磁浮铁路的研究始于20世纪80

年代。经过几十年的发展，研究水平已跻身国际先进行列，以中国为代表的永磁浮技术也受到了广泛关注。目前，中国已成为世界上少数几个能研制和开发磁浮列车及运营线路的国家之一。高铁资料库永磁浮技术是指列车采用特殊的永磁材料，从而与轨道（电磁轨道或导磁轨道）产生排斥力，使列车悬浮并保持一定距离在轨道中线运行的技术。永磁浮铁路比其他磁浮铁路具有更强的悬浮力、更好的经济性、更好的节能性、更高的安全性以及更好的平衡性。7.1.3磁浮铁路的发展2．中国磁浮铁路的发展7.1.3磁浮铁路的发展时间发展1985年中国铁道科学研究院完成了悬球试验等基础性研究1987年中国铁道科学研究院成功研制出列车模型，并在中国科技馆展出1989年国防科技大学研制出中国第一台小型磁浮原理样车1992年国家正式将磁浮列车关键技术研究列入“八五”国家科技攻关计划，并成立了磁浮列车“八五”攻关课题组1995年国防科技大学的研究人员首次实现了全尺寸单转向架的载人运行2001年中国第一辆磁浮列车在长春客车厂（现为中车长客股份公司）成功下线（营运速度60km/h，最高速度100km/h），标志着中国是继德国、日本后掌握磁浮列车技术的第三个国家2002年由中国和德国共同完成的中国第一辆商用磁浮列车在上海首次运行，并于两年后正式投入商业运行2006年（1）中国第一辆具有自主知识产权的中低速磁浮列车，在四川成都青城山某试验基地成功经过室外实地运行联合试验（2）“中华01号”永磁浮列车模型成功亮相中国国际专利技术与产品交易会中国磁浮铁路的主要发展历程2．中国磁浮铁路的发展7.1.3磁浮铁路的发展2009年中国首列具有完全自主知识产权的实用型中低速磁浮列车，在中国北车唐山轨道客车有限公司下线后完成列车调试，开始进行线路运行试验，这标志着中国已具备中低速磁浮列车产业化的制造能力2012年中低速磁浮列车在中国南车株洲电力机车有限公司下线，该磁浮列车采用三节编组，最高运行速度为100km/h2016年中国第一条自主设计、自主制造、自主施工、自主管理的中低速长沙磁浮快线正式通车试运营，标志着中国磁浮技术实现了从研发到应用的转变，中国成为世界上少数几个掌握该项技术的国家之一2017年北京磁浮轨道交通S1线试运营2018年由国防科技大学与中国中车唐山机车车辆有限公司牵头研制的新型磁浮列车工程样车运行试验取得成功，速度可达160km/h，这标志着中国已掌握中速磁浮交通关键技术续表2．中国磁浮铁路的发展7.1.3磁浮铁路的发展2019年中国国家铁路局集团有限公司批准发布铁道行业标准《磁浮铁路技术标准（试行）》（TB10630—2019）2020年《磁浮铁路技术标准（试行）》（TB10630—2019）正式实施2021年中国具有完全自主知识产权的时速600

km高速磁浮交通系统在山东青岛成功下线，这是世界首套设计时速达600

km的高速磁浮交通系统，也是当前可实现的速度最快的地面交通工具，这标志着中国掌握了高速磁浮成套技术和工程化能力，是中国在高速磁浮领域取得的重大创新突破续表7.1.3磁浮铁路的发展高铁论坛请同学们根据上表，以小组为单位谈一谈中国磁浮铁路的主要发展历程。思政列车时速600km，中国速度再次震撼世界2021年7月20日，中国速度再次震撼世界。由中国中车集团有限公司承担研制、具有完全自主知识产权的时速600

km高速磁浮交通系统在青岛成功下线，标志着中国掌握了高速磁浮成套技术和工程化能力。作为“大国重器”，高速磁浮交通系统是当前世界轨道交通技术的一大“制高点”，已成为全球交通科技竞争的战略高地。蓝灰相间的车身、子弹形车头、飘逸的双侧堆叠棱线、独特的“抱轨”结构……高速磁浮列车一经亮相，就以其科技感十足的外形惊艳世人。思政列车“作为一种新兴高速交通模式，除了超高颜值，高速磁浮还有着超强实力，具有独特的技术优势。”高速磁浮项目技术总师丁叁叁说。按实际旅行时间计算，在1

500

km运程范围内，高速磁浮列车是最快的交通方式。由于不受轮轨黏着限制，它还具备更强的加减速能力。轮轨高铁加速到时速350km需要6min，而高速磁浮列车从零加速到时速

600

km，只需要

3.5

min。快起快停，使它能更加充分地发挥速度优势。走进车厢内部，高速磁浮列车采用宽车体设计，空间宽敞。单节车厢可容纳超过百人，运力强大，且能够“灵活编组”，在2～10节范围内可任意搭配车厢节数，因此能够更好地适应客流变化。思政列车高速磁浮列车还具备很强的环境适应性。它爬坡能力更强大，允许的转弯半径更小，因此选线更灵活。同时，在高温、高寒、大风、暴雨等各种复杂恶劣天气条件下，高速磁浮列车可全天候运行。其正点率可达99%。经济性方面，由于没有传统的“车轮”，高速磁浮列车行驶时与轨道无接触，没有传统的轮轨、齿轮箱等磨耗，因此它具有维护量小、大修周期长、全寿命周期经济性好等优点。时速600

km高速磁浮交通系统填补了航空和轮轨高铁之间的速度空白，可助力航空、高铁、高速磁浮交通系统和城市交通的速度梯度层级完善，形成高效、灵活、便捷的多维交通构架。思政列车“中国速度”另中国人民激动不已，许多外国网友在看到了此列车后，也不吝溢美之词，有人还发出了“这是一辆开往未来的火车吗？”的感叹。“经过近20年的持续研究和技术积累，中国基本实现了高速磁浮交通全系统的自主研制能力，形成了成套工程化技术和自主可控的产业配套能力。”丁叁叁说。目前中国已构建了包含车辆、牵引供电、运控通信、线路轨道在内的全系统仿真试验平台，搭建了从核心零部件、关键系统到系统集成的国产化产业链。这些进步都离不开中国对自主创新的重视，以及科研人员的不懈坚持，相信未来中国在高速铁路的研发之路上会取得更加瞩目的成绩。7.1.3磁浮铁路的发展高铁论坛请同学们阅读思政列车，思考并讨论：中国高速磁浮列车有怎样的特点？具有怎样的意义？任务工单4．任务实施组长带领组员复习磁浮铁路的相关知识。复习结束后，学生以小组为单位，查阅相关资料，制作关于“国内外磁浮铁路发展”的PPT文件，内容范围可宽可窄，只要相关即可。制作完成后每组派出一名代表进行讲解。指导教师进行点评。其他学生分享自己的感受和建议，并将自己在观看过程中学到的新知识，以及对各组展示内容的感悟记录在表7-2（详见教材）中。5．考核评价任务结束后，学生配合指导教师完成表7-3（详见教材）所示的考核评价表。7.2认识智能高速铁路任务引入智能高铁为冬奥会保驾护航这是一场“全智能出行”的盛会。作为冬奥会最亮眼的交通配套设施，京张高铁用“中国速度”为北京2022年冬奥会和冬残奥会保驾护航。京张高铁是中国首条智能化铁路，设计时速为350

km，它的建成反映了中国铁路的全方位进步，标志着中国铁路从高速时代迈入智能时代，展现出中国高铁的巨大发展潜力。京张高铁的智能动车组首次采用北斗卫星导航系统，能够从车站自动发车，在区间自动运行，到站后自动停车。列车上搭载了无线充电、智能灯光调节、无级变色车窗、盲人导向等功能，还设置了可调节座椅、滑雪器材柜，在冬奥会期间还能直播赛事。5G信号全覆盖能够让旅客在飞驰的列车上顺畅地上网。列车自体检系统、故障预测和健康管理系统、智能调度指挥系统、地震预警系统等都能为列车的安全运行提供保障。可以说每一个设计都充分展示了中国高铁技术的最高水平。任务引入智能高铁秉持“人民铁路为人民”的宗旨，以旅客舒心出行、安心出行、暖心出行为目标，处处体现对旅客的细致关怀。在智能动车组列车上，“雪之梦”乘务组以“面向冬奥，服务人民”为工作宗旨，用心打造优质的服务品牌，用人性化、高品质、全方位的乘务服务，助力2022年北京冬奥会成功举办。为了让中外旅客了解京张高铁的独特之处，列车讲解词在原有基础上增加了京张高铁历史等内容，并推出智能动车组中英文团体讲解服务。考虑到列车进出隧道时部分旅客会出现耳鸣症状，车内会适时播放“耳鸣操”视频，还配有温馨服务卡、远程呼叫器、特色服务箱等，用以满足旅客的不同需求，于细微之处体现对旅客的人文关怀。在新冠肺炎疫情形势依旧严峻的情况下，环境消杀尤为重要，高铁站的智能雾化消毒机器人为旅客出行提供了安全保障。智能雾化消毒机器人采用同步定位技术配合深度摄像技术，可自主规划消杀路径，有效规避固定及移动障碍，将消毒液进行超干雾化后，通过上方喷口喷出，对周围环境进行消毒，确保铁路运输的安全畅通。交通强国，铁路先行。铁路部门在提供高铁优质服务，为旅客出行打造快速、便捷新体验的同时，也在不断升级智能化服务。中国正大跨步进入智造中国、智行天下的时代。7.2认识智能高速铁路高铁论坛请同学们扫码观看微课，并思考：智能高铁为人们的出行带来了怎样的改变？享受高铁“冬奥服务”，感受智能“科技范儿”任务工单1．任务描述查阅智能高速铁路的相关资料，并将查阅到的资料制作成PPT文件，领会中国智能高速铁路研发过程中的自主创新精神。2．小组分工以3～5人为一组，选出组长并进行任务分工，制订合理的工作计划。将小组成员信息及分工情况填入表7-6（详见教材）中。3．获取信息在实施任务前，需要掌握智能高速铁路的相关知识。请各组组长组织组员收集相关资料，回答相关引导问题（详见教材）。智能高速铁路采用各种先进技术，通过新一代信息技术与高速铁路技术的集成融合，实现了高速铁路智能建造、智能装备、智能运营和智能服务水平的全面提升。7.2认识智能高速铁路7.2认识智能高速铁路高铁论坛请同学们扫码观看微课，思考：你认为什么样的列车才能称为智能高铁？智能高铁是什么？7.2.1智能高速铁路相关技术高铁论坛请同学们思考：说一说你都了解哪些智能高速铁路相关技术？7.2.1智能高速铁路相关技术1．智能视频监控系统随着科学技术的发展，高速铁路对信息化、智能化的要求越来越高。智能视频监控系统、物联网、大数据技术、GPS全球定位系统、北斗卫星导航系统、人工智能等先进技术在高速铁路上的应用越来越广泛。物联网智视频监控系统大数据技术GPS全球定位系统智能视频监控系统利用了计算机视觉技术，是一种全自动、全天候、实时监控的新型安防系统。智能视频监控系统采用图像处理、模式识别和计算机视觉技术，通过在监控系统中增加智能视频分析模块，借助计算机强大的数据处理能力过滤掉视频画面中无用的或干扰信息，自动识别不同物体，分析抽取视频源中的关键信息，快速准确地定位事故现场，判断监控画面中的异常情况，还能以最快和最佳的方式发出警报或触发其他动作，从而有效进行事前预警、事中处理、事后取证。7.2.1智能高速铁路相关技术1．智能视频监控系统智能视频监控系统主要用于对人和物的识别，对人和物运动轨迹的识别，以及对视频环境影响的判断和补偿。7.2.1智能高速铁路相关技术1．智能视频监控系统可应用于线路、隧道等高速铁路系统的敏感地带，从而有效防止任何可疑的人和物在工作人员不知情的情况下进入这些铁路重地，以防潜在危险发生。7.2.1智能高速铁路相关技术高铁论坛请同学们思考：智能视频监控系统和普通监控系统有何不同？7.2.1智能高速铁路相关技术2．物联网物联网是指根据相关协议，通过各种信息传感设备（如射频识别设备、红外感应器、激光扫描器等），将任意物品与互联网进行连接，通过信息的传输和交换，实现对物品智能化识别、定位、监控、跟踪和管理的一种网络技术。它可实现物与物、人与物之间的沟通。高速铁路全面应用物联网是必然趋势。在高速铁路信息化管理中采用物联网，构建一个集运输、人员、设备、通信于一体的大数据平台，可使高速铁路信息化、智能化，为保障运输安全、提高运输效率、改善服务质量打下坚实基础。物联网在高速铁路中，主要应用在智能化售检票系统、电源及环境监控系统、电子台账及人员定位管理系统、安全管理信息的有效整合与高度共享等方面。7.2.1智能高速铁路相关技术高铁论坛请同学们联系实际生活，思考：说一说物联网在高速铁路中还可以应用在哪些方面？7.2.1智能高速铁路相关技术大数据技术是指从规模巨大的各类数据中，快速获得有价值信息的技术。随着高速铁路信息化和智能化步伐的加快，高速铁路运营系统的数据已具有海量、多源性、类型多、处理速度要求快等大数据特点，而解决大数据问题的核心便是大数据技术。7.2.1智能高速铁路相关技术7.2.1智能高速铁路相关技术高铁论坛请同学们查阅资料，思考：大数据技术在高速铁路上可以应用在哪些方面？2）优化风险控制模型大数据技术可将非结构化数据与传统数据快速整合，使二者关联补充，有助于铁路部门确定设备的运营状态变化规律，并根据变化路径设置风险控制点，逐点进行风险评估，形成全新的动态风险研判体系。1）提高信息集成效率高速铁路各类信息系统按主管单位和设备类型不同，呈现“信息孤岛”特征，因此信息碎片化较为严重。大数据技术能够整合分散数据源中的数据，建立综合的信息体系。3）提供风险处置决策依据大数据技术可将大量现场第一手信息充分利用，帮助铁路部门主动掌控局面，为风险处置提供客观、准确的决策依据。7.2.1智能高速铁路相关技术3．大数据技术大数据技术在高速铁路上的应用优势主要有以下方面。大数据的真正价值在于通过大数据思维发掘数据的潜在价值，从而为高速铁路的运营管理提供智力支持和决策支持。提示7.2.1智能高速铁路相关技术4．GPS全球定位系统GPS全球定位系统是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。它可以保证在任意时刻、地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。GPS全球定位系统可用于引导列车安全、准确地沿着选定路线准时到达目的地。GPS全球定位系统具有高精度、高效率和低成本等优点。7.2.1智能高速铁路相关技术5．北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统（简称BDS）于2020年7月31日上午正式开通，它是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继美国的GPS全球定位系统、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统之后的第三个成熟卫星导航系统，也是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。北斗卫星导航系统由空间段、地面段、用户段三部分组成。它可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠性的定位、导航、授时服务，并具备短报文通信能力。虽然北斗卫星导航系统的定位方式复杂，但它能够保证较好的定位效果，在桥底、隧道等地方也能进行定位。北斗卫星导航系统的高精度定位及短报文通信功能可对高速铁路沿线的自然灾害进行预警、实时监控和辅助抢修，提高抢修效率，将自然灾害对高速铁路运营的危害降到最低。7.2.1智能高速铁路相关技术高铁论坛请同学们扫码观看微课，思考：谈谈你对北斗卫星导航系统的理解。北斗卫星导航系统人工智能（简称AI）是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，其目标是生产出能以与人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能与高速铁路联系起来，可进一步提升客运服务质量，如人工智能X光安检系统、机器人电力巡检、机器人安保维护等。7.2.1智能高速铁路相关技术6．人工智能7.2.1智能高速铁路相关技术高铁论坛请同学们联系实际生活，思考：乘坐高铁时，你是否见到过人工智能在高铁中的应用？智能建造在高速铁路的建设领域已广泛应用。通过物联网、大数据技术、人工智能等技术手段，施工监控管理系统可对桥梁、路基、隧道等施工现场进行

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监控，管理人员不但能直观看到施工进度，还能及时发现并消除各类隐患。7.2.2高速铁路智能建造7.2.2高速铁路智能建造高铁论坛请同学们扫码观看微课，思考：智能高铁建造是怎样建造的？智能高铁建造7.2.2高速铁路智能建造1．桥梁工程在桥梁工程中，采用智能梁场管理系统，可实现智能核心装备的研发与应用（张拉、压浆、静载荷试验等），同时实现制造、运输、架构的全过程质量管控和溯源管理。2．隧道工程在隧道工程中，中国实现了超前地质预报信息化、隧道围岩量测及三维激光断面扫描信息化、隧道开挖与衬砌施工辅助决策信息化，并采用了隧道管片智能预制、装配式隧道基地，实现了盾构机作业状态的监控和协同管理。3．智能路基压实检测系统由于高速铁路动车组的运行速度高，对路基的压实度、稳定性和沉降量要求极高，应用智能路基压实检测系统，可在压路机碾压路基的过程中，将路基反作用力产生的波形反馈至监控系统，再与压实目标值进行对比分析，施工质量是否合格便一目了然。4．轨道工程在某些高铁无砟轨道板的混凝土结构里可埋设芯片，并进行编码。当芯片被激活并联网后，可以实时监测轨道板的使用状况，这样既方便检修和查阅数据，又能够节约成本。芯片的使用寿命长达60年。5．可视化智慧施工系统可视化智慧施工系统可实现施工全过程的可视化动态管理，包括施工参数收集、施工过程检测、地质预测等。7.2.3高速铁路智能装备高铁论坛请同学们扫码观看微课，以京张高铁自动驾驶为例，思考：高速铁路智能装备可以应用在哪些方面？京张高铁自动驾驶7.2.3高速铁路智能装备在智能装备方面，铁路部门致力于研发工作状态自感知、运行故障自诊断、导向安全自决策的智能动车组，全面掌握了时速350km自动驾驶技术。自动驾驶主要包括五大功能：车站自动发车、车站区间自动运行、车站自动停车、车门自动防护、车门和站台门联动。自动驾驶可将司机从复杂的操作中解放出来，使其能够更专注于行车安全，但它并不是让整个高铁处于“无人操控状态”，而是仅接管一些司机负责的附属、繁杂的工作，行车安全的问题还是需要交由司机处理。高铁资料库京张高铁是世界上第一条时速350

km的智能高速铁路，是“八纵八横”高速铁路网的重要组成部分，也是2022年北京冬奥会重要交通保障设施。京张高铁起自北京北站，途径清河站、沙河站（不办理客运）、昌平站、八达岭长城站、东花园北站、怀来站、下花园北站、宣化北站，终到张家口站，正线全长174

km。京张高铁列车车头分别模拟鹰隼和旗鱼的形状，具有漂亮的外观和出色的空气动力学性能。其车身装有数千个传感器，能够随时自动体检，保障行车安全。7.2.3高速铁路智能装备1．智能供电系统智能供电系统包括智能供电设备、智能供电调度、智能供电运行管理及通信网络等，可实现智能故障诊断、预警、自愈重构等功能，还可为供电系统提供健康评估服务。2．智能调度指挥系统高速铁路的智能调度指挥系统是基于人工智能构建的，可实现智能动态调度、智能协同控制、智能换乘调度、智能故障诊断等功能，还能从整个路网的角度进行列车调度，提升系统的应急决策和处置能力。3．动车组智能检测机器人由于列车底部有些部件安装位置距离地面较高，工作人员仰视不容易检查狭窄点位，容易漏检而造成安全隐患。而动车组智能检测机器人可使用机械臂伸入工作人员难以到达的位置，实现多角度、近距离的立体扫描检测。（二）上下楼梯7.2.4高速铁路智能运营智能运营几乎涵盖了高速铁路供电、调度指挥、故障诊断等全方位保障高铁运营安全的技术，具体如下。7.2.4高速铁路智能运营高铁论坛请同学们扫码观看微课，思考：动车组智能检测机器人是如何实现扫描检测的？上海率先启用动车组智能检测机器人(1)新型智能列车运行控制系统采用移动闭塞替代传统高铁的固定闭塞，两列车可以在紧紧追踪的情况下安全运行，列车追踪间隔可由3min缩短至2min，可将线路运输能力提高30%以上。(2)新型智能列车运行控制系统采用北斗卫星导航系统定位替代传统的轨道电路定位，利用5G技术实现列车与列车间的直接通信，使定位更准确、安全更有保障。(3)新型智能列车运行控制系统向智能驾驶转变，在现有自动驾驶功能的基础上，应用了列车主动环境感知、安全