智能高速铁路概论 课件 第五章 高速铁路智能装备

第五章高速铁路智能装备2024/5/10智能高速铁路概论201高速铁路智能动车组02高速铁路智能驾驶03新型列车运行控制04高速铁路智能牵引供电05高速铁路智能通信06高速铁路智能检测监测第五章高速铁路智能装备目录/Contents包括车体、车端连接、转向架、牵引高压、辅助供电、供风及制动、网络控制、旅客信息、安全监测、车内环境控制、给排水及卫生、车内设施、驾驶设施、车辆列控等子系统系统学科智能动车组包含交通运输工程、机械工程、动力与电气工程，电气、通信、自动控制工程，计算机科学工程，化学工程，环境科学，安全科学及管理学等学科1高速铁路智能动车组——智能设计关键技术第五章2024/5/10智能高速铁路概论3智能设计就是在传统研发体系的基础上，采用计算机辅助设计技术和工具，在广度和深度上替代由人完成的设计任务1第五章2024/5/10智能高速铁路概论4核心技术弓网耦合牵引控制制动控制监视与控制安全设计动力学空气动力学轻量化服务保障设计减振降噪弓网耦合是指动车组与供电耦合的相关技术，与接触网形式、速度等级等具有密切关系牵引控制、制动控制、监视与控制是列车自身状态监测及行车控制等相关技术；安全设计是指动车组结构安全、走行安全、制动安全、电气安全、防火安全设计及安全监测等相关技术动力学是指动车组走行部集成及轮轨关系耦合等相关技术，与走行部结构及参数配置、轮轨耦合关系、速度等关系密切。空气动力学是动车组与环境和隧道等基础设施耦合的相关技术，与头型工业设计、车体断面及平顺化设计、车端连接方式等关系密切轻量化是指动车组重量管理、结构集成设计、轻量化材料应用等相关技术；服务保障设计是指客室环境、客室设施、客室布局等相关技术减振降噪是指动车组模态振动及匹配、隔声降噪等相关技术高速铁路智能动车组——智能设计关键技术施工设计阶段前期策划（决策）阶段设计策划阶段方案设计阶段技术设计阶段正向设计、迭代循环的设计流程正向设计是指由用户需求、法律法规、运营边界条件等提出产品系统定义和顶层技术指标，并逐步向下分解至子系统及零部件形成不同系统部件的技术规范，同时按照产品成熟度开展研发活动1第五章2024/5/10智能高速铁路概论5产品试制、验证及确认阶段迭代循环是闭环控制论在产品设计控制上的典型应用。迭代与循环体现在产品的全生命周期，可能发生在生命周期任意阶段，后续任一阶段或流程中出现超出允许的结果均可迭代反馈到前面阶段或流程中高速铁路智能动车组——智能设计关键技术概念特征系统架构智能制造是通过综合利用信息空间、物理空间的过程和资源，贯穿设计、生产、物流、销售、服务等全生命周期各环节，具有自感知、自决策、自执行、自学习、自优化等功能，创造、交付产品和服务的新型制造智能制造具有自感知、自决策、自执行、自学习、自优化等特征广义的智能制造系统架构包含生命周期、系统层级和智能特征3个维度，每个维度包含5个主要组成部分生命周期维度由设计、生产、物流、销售、服务组成。系统层级维度由设备层、单元层、车间层、企业层和协同层组成。智能特征维度由资源要素、互联互通、融合共享、系统集成和新兴业态组成。1高速铁路智能动车组——智能制造关键技术第五章2024/5/10智能高速铁路概论6边缘层存储层能力层动车组智能制造的核心是运用数字孪生技术、设备互联互通互操作技术、结构化工艺驱动产线运行技术等数字化手段，以设备智能化、资源网络化、业务数据化、生产数字化为目标，对计划排程、工艺执行、物流配送、设备管理、质量检验等业务流程进行精益改善动车组智能制造总体架构生产效率提升、运营成本降低、产品质量提高、用户体验增强1第五章2024/5/10智能高速铁路概论7应用层制造运营管理系统智能工厂数字孪生技术设备互联互通互操作技术结构化工艺驱动产线技术制造过程数字化仿真技术智能视觉识别监测技术制造数据增值应用高速铁路智能动车组——智能制造关键技术智能安全关键技术车辆故障预测与健康管理（PHM）车载安全监控实时以太网安全策略1高速铁路智能动车组——智能安全关键技术第五章2024/5/10智能高速铁路概论8边界安全冗余安全以太网安全关键系统故障导向安全走行部安全监测烟火监测高压绝缘检测受电弓视频监控车厢视频监控中压绝缘监测地震预警与接近预警走行部温度预判振动、失稳、平稳异常诊断网压、网流预判车门异常预判牵引系统电压、电流异常预判关键环路继电器、接触器健康状态诊断空气制动施加、缓解异常预判停放制动异常预判网络通信异常预判1高速铁路智能动车组——智能服务关键技术第五章2024/5/10智能高速铁路概论9（1）车内高清电视多信息分屏显示（2）车内外LCD屏信息提示1智能信息提示车内外信息显示通过采用LCD信息显示技术，结合HTML5技术，实现显示内容多样、显示界面艳丽细腻。车外LCD信息显示器由旅客信息系统控制器控制，可实现根据车速自动熄灭或点亮。电视分屏显示车外LED座位号指示功能示意图智能服务设施1高速铁路智能动车组——智能服务关键技术第五章2024/5/10智能高速铁路概论10（1）综合服务面板（2）旅客信息融合在商务区通过台设置综合服务面板，对商务区照明、空调、音量、服务呼叫等集中控制，确保商务区域私密及车厢环境独立控制对车地交互信息及本地视频娱乐信息进行全方位融合展示（电视、交互终端、内外显等）。利用车载5G天线和移动数据网络，获取电视直播信号、网页资讯等信息，提供影音点播、手机投屏等娱乐功能。卫生间增加语音播放器，能够实现卫生间智能语音（禁烟、服务信息等）提示功能，并且能够兼容静音车厢功能。2服务信息融合1高速铁路智能动车组——智能服务关键技术第五章2024/5/10智能高速铁路概论11（1）智能温度调节（2）智能压力调节采用变频控制技术，增加环境状态的感知测点、优化控制策略实现更加精准的客室温度调节，自动适应车辆负荷变化，减小车内温度波动，提升舒适性。同时系统具备空气净化、异常自动报警、冗余优化控制等功能。系统可综合考虑压差值及压差变化速率，触发压力波保护系统，还可结合外部输入的隧道信息提前关闭新风及废排压力保护阀，实现车内压力自动保护。3智能环境调节空气净化装置原理图压力波控制原理图1高速铁路智能动车组——智能服务关键技术第五章2024/5/10智能高速铁路概论12（3）智能照明控制（4）变色车窗3智能环境调节动车组可根据运行状态、环境变化对车内照明实现色温及亮度的自动调节。卫生间具有智能照明功能，当检测到有人进入后，可自动调节照明亮度在商务区设置变色玻璃，集成电容触摸屏、染料液晶调光膜，该玻璃可以在透光率0-30%区间进行变色，通过按键或手滑触控调整车窗的透光率，适合不同乘客需求的透光效果卫生间灯光智能调节功能示意图变色车窗变色前后对比图1高速铁路智能动车组——智能服务关键技术第五章2024/5/10智能高速铁路概论13（1）千兆高速以太网通道（2）Wi-Fi系统车载旅客信息服务采用千兆以太网技术，实现旅客信息、音视频信号、车厢视频监控信息、弓网监控信息、手持终端显示信息等高速、大容量传输旅客可以使用具有无线局域网接入功能的智能终端接入并实现用户的实名制认证功能。划分单独VLAN，避免与其他系统进行数据交互，确保信息安全4服务数据传输WIFI系统图1高速铁路智能动车组——智能服务关键技术第五章2024/5/10智能高速铁路概论14（1）智能交互终端（2）自动售货机动车组设置智能交互终端，集成信息显示、图片查看、视频播放等功能，可实现乘客本地媒体服务点播、电视直播、本地游戏、列车信息查询、旅游信息查询、呼叫乘务员等功能；还具有手机投屏功能，实现车载设备与乘客之间的交互5智能服务设施商务座椅智能交互终端示意图在餐车中增加自动售卖机，可自动售卖零食、水果、饮料等，具备自动数据量统计功能，预留自动缺货提示。设置移动数据网络和WIFI无线通讯板卡，预留与地面后台管理软件数据交互接口。可通过手机界面进行选餐，微信、支付宝扫码支付，付款后出货；实时结算，后台可与各路局账户对接。自动售货机示意图1高速铁路智能动车组——智能服务关键技术第五章2024/5/10智能高速铁路概论15（3）车门站台间隙补偿器（4）手机无线充电无障碍车二位端临近卫生间的塞拉门设置站台间隙补偿装置，该补偿装置随塞拉门联动，自动感应开门状态，当门打开时补偿器翻出，用于缩小车辆与站台之间的间隙，便于有需要的乘客登车使用。5智能服务设施在复兴号增加插座及USB等充电设备外，增加手机无线充电模块，为高端旅客提供便捷充电服务。满足市面手机通用QI标准，便于商务区旅客实时对支持无线充电手机进行充电，使旅途更便捷、人性。无线充电设备安装位置示意图2024/5/10智能高速铁路概论16第五章高速铁路智能动车组——节能降耗关键技术1对于高速列车而言气动阻力占主导地位，气动阻力带来的能耗占比最大。列车运行阻力机械阻力（是影响牵引能耗的核心因素）动量损失阻力气动阻力（包含轴承阻力、滚动阻力、滑动阻力、冲击与振动阻力，当拖车数量、动车数量、载客人数等为定值时，机械阻力基本不变）（空调等设备进排风，与外界产生气体交换，引起动量的改变，产生阻力，与列车运行速度成正比）（主要与车辆外形、车头长细比、车辆截面积、列车编组等因素密切相关，与速度平方呈线性增长）提升牵引效率降低列车运行阻力车辆减重高速列车节能降耗1高速铁路智能动车组——节能降耗关键技术第五章2024/5/10智能高速铁路概论17能效提升（提升辅助供电设备效率、采用变频空调等角度降低辅助能耗）变压器可采用走行风冷却方式提高变压器整体运行效率；变流器采用碳化硅、逆导型绝缘栅双极晶体管（RC-IGBT）等提高设备效率和减重；电机采用永磁电机提高设备效率和减重列车运行阻力：减重和优化车体空气动力学外形减小空气阻力：车辆外形设计控制，列车表面的微结构改形和改性的设计控制。提升列车辅助能效：动车组在照明、恒温、车厢通风等方面采用智能化设备，使辅助能耗降低2024/5/10智能高速铁路概论1801高速铁路智能动车组02高速铁路智能驾驶03新型列车运行控制04高速铁路智能牵引供电05高速铁路智能通信06高速铁路智能检测监测第五章高速铁路智能装备目录/Contents2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论19轨道交通系统轨道交通是一个庞大系统，以机车、车辆为移动设备；线路（轨道、桥梁、隧道等）为固定设备；以站场（车站、编组场等）为运输生产基地；实现旅客和货物运输，为乘客和货主提供优质的服务。基础设施Infrastructure线路信号设备车站接触网或三轨+车辆RollingStock机车车辆+操作规则和流程OperatingRulesandProcedures运营规章运营制度操作流程硬件软件由基础设施、车辆、操作规则和流程等共同构成2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论20信号系统的重要性基础设施（线桥隧）移动体(机车车辆)信号系统010203基础设施（线桥隧）移动体（机车车辆）信号系统信号系统的设备配置在控制中心、轨旁、车站和列车上信号系统：轨道交通的“大脑与中枢神经”；保证列车以最小安全间隔距离运行，以达到最大的运输能力；安全与高效的保障系统，轨道交通开通运营必须装备的系统。2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论21什么是信号系统21信号系统的核心功能(IRSE)：设置安全进路、防护列车在移动授权内安全行车：setupasaferouteforthepassageofeachtrainoverthetrackthatitistotraverse;authorisethetraintomakethemovement;maintaintheroutewhilethetrainismakingitsmovement;superviseand/orenforcethetraintostaywithinitsmovementauthority;andfinally,releasetheroute(forusebyothertrains)afterthepassageofthetrain.信号系统是用于控制和防护列车运行的一类特殊设备，旨在保证轨道交通安全、高效运行（EN50129）：为司机提供准确、充足的行车命令和信息——提供信号；确保列车安全运行到目的地（ATP）——防护控制；自动驾驶（ATO）、列车自动监控（ATS、CTC）—辅助驾驶和运营调度。2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论22什么是列控系统22列控系统不仅包括信号设备，还包括与设备交互的人（司机、调度员、信号工）以及他们必须遵守的运营规则。列车运行控制系统：在轨道交通基础设施、车辆确定条件下，保证列车安全、高效运行的安全控制系统。列车运行控制系统是轨道交通行车系统的“中枢与神经”。

人与设备交互作用共同保证运行安全2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论23CTCS列控系统铁道部于2002年确定构建中国列车运行控制系统(ChineseTrainControlSystem，简称CTCS)

，并结合我国国情，从实际需求出发，遵循以地面设备为基础，车载与地面设备统一设计的原则，按系统构成和功能将CTCS系统划分为CTCS-0级、CTCS-1级、CTCS-2级、CTCS-3级和CTCS-4级。CTCS等级适用线路（时速）闭塞制式主要特点CTCS-0120km/h以下既有线固定闭塞由通用机车信号和运行监控记录装置构成CTCS-1160km/h以下既有线固定闭塞由主体机车信号和安全型运行监控记录装置构成CTCS-2200-250km/h提速干线及客运专线准移动闭塞基于轨道电路和应答器传输信息的点-连式列控系统CTCS-3300km/h以上客运专线准移动闭塞基于通信的列控系统，车地双向通信CTCS-4-虚拟闭塞/移动闭塞面向未来的列控系统，减少轨旁设备中国列车运行控制系统体系2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论24铁路信号vs.列车运行控制24城市轨道交通中，信号系统和列控系统经常混用2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论25信号技术的发展历程信号技术是在事故、技术及需求共同驱动下螺旋式发展的，经过了人工、机械、继电、计算机（基于3C技术）。轨道空闲

轨道占用信号灯重力机械型手动信号以重力继电器为核心的自动信号以计算机核心的列车运行控制闭塞中心无线联锁2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论26信号技术的发展历程安全性和自动化程度不断提高1804年，英国开始建设世界上第一条铁路开始运营时，就有了铁路信号。2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论27列控系统发展趋势现代轨道交通运行控制发展方向轨道交通发展愿景提高运输能力改善用户服务降低运营成本减少排放引进3C（计算机、通信、控制）、5G和ABCDE等先进使能技术，不断提升实现列车运行全过程的安全和效率，是轨道交通的发展方向。在保障安全的前提下新技术发展5GABCDE：A(AI:人工智能)B(BlockChain:区块链)C(CloudComputing:云计算)D

(DATA:大数据)E(EdgeComputing)：边缘计算2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论28列车自动驾驶：以自动化方式替代司机驾驶列车的任务，利用地面信息实现对列车牵引、制动、惰行和自动折返等任务的运行控制，并综合考虑运行计划、列车性能参数、线路数据条件等因素进行实时计算和优化控制，使列车处于最佳运行状态。作为铁路智能化的重要标志，高速铁路自动驾驶系统ATO已在我国逐步开展应用。2019年，京张高铁正式开通，世界上第一条时速350公里自动驾驶（CTCS3+ATO列控系统）的高铁正式运行性能显著提升列车行车密度进一步提升驾驶员劳动强度大幅降低列车运营准点率显著提高列车控制系统安全性更高列车牵引能耗有效降低高速铁路自动驾驶系统2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论291.高速铁路ATO系统结构与功能GoA等级GoA名称列车操作人员简要描述GoA1非自动列车运行驾驶室内的列车驾驶员列车手动驾驶，但处于自动列车防护（ATP）保护下；此GoA还可包含提供辅助信息协助手动驾驶

GoA2半自动列车运行驾驶室内的列车驾驶员列车自动驾驶，停车由自动控制但要求驾驶室内驾驶员启动列车自动驾驶，驾驶员可操作车门（也能自动控制），驾驶员在驾驶室内核实前方轨道是否畅通，并实施其他功能；紧急或降级情况下，驾驶员可接手GoA3无司机驾驶列车运行列车上无驾驶员，有乘务人员列车自动运行，包括自动出发、车门自动控制等，在紧急或降级情况下乘务员可以操作车门GoA4无人值守列车运行列车上无任何操作人员无人值守列车运行，列车运行的所有功能均自动，紧急或降级时列车上无操作人员承担控制任务轨道交通线路自动化程度国际标准（IEC62290）按照轨道交通线路自动化程度定义了4层自动化等级（GradeofAutomation，GOA），自动化程度从低至高为GOA1至GOA4。2高速铁路自动驾驶第五章1.高速铁路ATO系统结构与功能高速铁路ATO系统是CTCS-3级列控系统叠加ATO的相关功能，实现区间自动运行控制、车站自动停车和发车、车门防护及站台门联动控制来提高运输效率和安全性。高铁CTCS3+ATO列控系统2024/5/10智能高速铁路概论302高速铁路自动驾驶第五章1.高速铁路ATO系统结构与功能CTCS3+ATO列控系统：车载设备新增ATO单元、增加ATP单元功能、增加GPRS电台；地面设备增加TSRS设备功能、CTC设备功能、TCC设备功能、应答器报文。车载设备单独的GPRS电台地面设备在ATP基础上增设ATO实现自动驾驶控制增加GPRS通信电台在既有临时限速服务器（TSRS）上增加运行计划传输、门控等功能通过无线通信实现站台门控制、站间数据发送和运行计划处理构建独立的ATO与TSRS车地通信通道，实现车门/站台门联动控制和运行计划上车高铁ATO系统的架构变化TSRS临时限速服务器独立通道2024/5/10智能高速铁路概论31运行计划、站间数据2高速铁路自动驾驶第五章1.高速铁路ATO系统结构与功能叠加车载ATO设备的高速铁路列控系统新增功能点高速铁路ATO系统的主要功能ATP设备增加车门防护功能增加精确停车误差评定增加自动驾驶ATO允许控制DMI增加显示ATO功能相关的控制、状态、报警等信息显示及操作ATO设备实现列车速度自动控制实现车站精确定位停车实现自动开车门和车门/站台门联动控制实现列车运行节能控制以及设备诊断、记录和报警辅助司机检查发车安全条件（车门/站台门关闭、前方授权状态、控制手柄位置等）在满足发车条件后，给出司机提示。司机人工确认后，控制列车自动发车。列车在站台停车后，自动判断列车停稳停准条件并给出车门开门允许条件，确保安全开启车门。通过车站加装的精确停车应答器进行精确定位并获取停车点位置，控制列车精确对标停车。接收地面设备发送的运行计划与站间线路数据，按照运行计划，选择合适的区间运行策略，控制列车准点节能运行。根据运行计划要求和司机设置，自动/手动开关车门，通过车地无线通信向地面设备发送站台门控制指令，实现站台门与车门的同步动作。ATO系统区间自动运行车站自动发车车站自动停车车门自动开门防护车门/站台门联动控制2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论332.高速铁路ATO系统关键技术ATO系统关键技术Part1Part2Part4Part3列车运行优化控制多模列车定位技术列车智能决策技术智能自主感知技术2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论342.高速铁路ATO系统关键技术智能自主感知技术列车智能决策技术列车智能驾驶控制评价体系列车驾驶策略多目标优化决策技术基于多传感器融合的轨道环境感知安全计算运行间隔无线通信轴端传感器惯性导航视频识别主动感知雷达探测高速度、高可信车地无线通信研究对各种复杂内外部环境的智能自主感知技术适应GoA等级提升，替代驾驶员和乘务人员工作线路条件检测障碍物检测人员检测车上设备状态检测舒适准点节能……控制目标正常情况突发情况……运行场景优化目标线路信息列车信息安全约束…….列车驾驶策略优化模型自动驾驶决策人工智能运筹学……决策控制模型环境2高速铁路自动驾驶第五章2024/5/10智能高速铁路概论352.高速铁路ATO系统关键技术列车运行优化控制多模列车定位技术传统的控制方法难以适用于复杂运行环境，因此需要提高其自适应性和自学习特性，确保在多等级切换和复杂运行场景条件下，列车高速平稳运行及一次精确控制。优化速度曲线距离时间曲线优化准点控制跟踪控制舒适度约束准时性约束目标函数：给定运行时间、乘坐舒适性、转换频率或在这些指标之间平衡下的列车能耗限速约束控制变量限制保证准确性：建立高精度列车牵引计算模型和基于检查点的准时运行控制方案，实现闭环控制以保证列车准点率。跟踪控制：复杂输入条件下多目标寻优的最优控制，在列车安全、正点、节能、舒适等多重目标下，寻求最优的区间运行方法。安全、准确、高可靠的列车定位技术是实现高速铁路ATO的基础和核心。2024/5/10智能高速铁路概论3601高速铁路智能动车组02高速铁路智能驾驶03新型列车运行控制04高速铁路智能牵引供电05高速铁路智能通信06高速铁路智能检测监测第五章高速铁路智能装备目录/Contents3新型列车运行控制第五章车站区间一体化轨旁设备简约化设备维护智能化新型列车运行控制系统：主要技术特点符合CTCS-4级列控系统要求，总体技术水平处于国际领先行列，是我国铁路信号领域核心设备从跟跑到并跑、领跑的重大突破。系统总体发展突破了融合北斗的列车综合定位、车载自主列车完整性安全检查等关键技术实现移动闭塞的列车追踪运行采用空天地一体化设计紧跟世界铁路先进水平，保持我国铁路技术引领地位2024/5/10智能高速铁路概论373新型列车运行控制第五章2024/5/10智能高速铁路概论381.新型列车运行控制系统结构与功能新型列车运行控制系统：在CTCS-3级列控系统基础上，采用融合北斗的列车综合定位、列车自主完整性检查、IP化移动通信、站区一体化远程控制、智能维护等技术，优化了信号系统结构，减少了轨旁设备，实现了移动闭塞、站区一体化远程控制等功能。轨旁设备少，安全可用性高符合CTCS，能够互联互通取消区间轨道电路和通过信号机车载设备基于北斗融合技术实现自主定位和列车完整性检查无线闭塞中心结合车辆位置报告与轨道电路、计轴设备信息实现移动闭塞通过虚拟区段的“部分封锁”提高系统可用性（针对故障列车所在区段)地面中心设备RBC计算生成MA，并经无线通信系统传输至车载设备，车载设备根据MA以“目标-距离”模式的速度曲线监控列车安全运行系统整体设计符合CTCS技术体系规定的“车-地”控制模式，能够与既有CTCS系统互联互通3新型列车运行控制第五章2024/5/10智能高速铁路概论391.新型列车运行控制系统结构与功能新型列车运行控制系统：在CTCS-3级列控系统基础上，采用融合北斗的列车综合定位、列车自主完整性检查、IP化移动通信、站区一体化远程控制、智能维护等技术，优化了信号系统结构，减少了轨旁设备，实现了移动闭塞、站区一体化远程控制等功能。具备后备模式，降级有保障技术先进，符合发展方向站间设置计轴设备，以应对车地通信中断、列车完整性丢失等故障情况下的列车运行控制安全防护需求系统采用的基于北斗的多源融合技术、列车完整性检查技术和基于IP的无线通信技术均符合当前列控技术发展方向，也能够为智能铁路的发展做好技术积累。3新型列车运行控制第五章2024/5/10智能高速铁路概论401.新型列车运行控制系统结构与功能新型列车运行控制系统：主要由车载设备和地面设备构成。车载设备由ATP和EOT构成，地面设备由轨旁设备和中心设备组成。车载设备加装卫星接收天线，实现融合北斗的综合自主定位新研制列车完整性检查列尾设备EOT，挂装在列车尾部，实现融合北斗的机车牵引列车的完整性安全检查列控车载预留ATO单元及接口，为后续ATO功能实施打好基础3新型列车运行控制第五章2024/5/10智能高速铁路概论41新型列车运行控制系统：主要由车载设备和地面设备构成。车载设备由ATP和EOT构成，地面设备由轨旁设备和中心设备组成。1.新型列车运行控制系统结构与功能地面设备预留ATO单元及接口，为后续ATO功能实施打好基础进一步丰富临时限速服务系统TSRS功能，增加电子地图管理、北斗差分数据传输等功能采用基于IP的分组域无线通信系统（GPRS），适应未来车-地通信升级换代需要RBC新增移动闭塞、列车占用检查及相应的安全防护功能，实现列车高效、安全追踪运行安全通信协议采用国产密码算法，提升系统信息安全水平新增列控智能中心，综合监控、管理列控系统全套设备运行状态，实现运行状态智能分析和故障预警等功能3新型列车运行控制第五章2024/5/10智能高速铁路概论421.新型列车运行控制系统结构与功能新型列控制系统车载设备组成ATP组成：ATP主控单元、多功能控制单元、电子地图单元、人机界面单元（DMI）、应答器信息接收单元（BTM）、维护数据记录单元、列车接口单元、测速测距单元、列车完整性检查单元、卫星接收单元、无线通信单元、通信电台和天线机车牵引列车尾部应配置EOT，配合ATP实现列车完整性检查功能ATP通信电台一用于与RBC通信ATP通信电台二用于与TSRS和EOT通信3新型列车运行控制第五章2024/5/10智能高速铁路概论431.新型列车运行控制系统结构与功能新型列控制系统地面设备组成车站根据需要配置轨道电路或计轴设备、信号机，进、出站信号机外设置定位应答器组，股道中间宜设置定位应答器组根据卫星信号覆盖情况和工程需要，区间适当配置定位应答器组地面设备由轨旁设备和中心设备组成：轨旁设备主要包括列控联锁一体化设备、定位应答器中心设备主要包括无线闭塞中心、临时限速服务器和列控维护中心列控联锁一体化设备（TIS）是新型列车控制系统的组成部分，完成车站联锁、区间闭塞等功能车站根据站场规模、作业类型、维护机构设置情况，划分为集中联锁车站和远程控制车站，分别配置列控联锁一体化集中车站设备和远程车站设备车站轨旁设备配置示意图3新型列车运行控制第五章2024/5/10智能高速铁路概论441.新型列车运行控制系统结构与功能新型列车运行控制系统基于无线通信系统传输行车许可信息，具备移动闭塞功能，ATP具备多源融合定位和列车完整性检查功能，并采用目标-距离模式曲线监控列车安全运行，主要功能包括:ATP预留CTCS2和CTCS3等级功能和接口统一接口标准，实现互联互通国产化密码算法，满足信息安全要求新型列控制系统时钟同步临时限速冒进防护列车超速防护调车防护网络攻击防护智能化运用维护调车运行监控目视行车授权IP化车地双向通信自动过分相自动站间闭塞运行控制3新型列车运行控制第五章2024/5/10智能高速铁路概论452.新型列车运行控制系统关键技术关键技术Part1Part2Part4Part3列车完整性安全检查站区一体化全电子控制融合北斗列车综合自主定位移动闭塞3新型列车运行控制第五章2024/5/10智能高速铁路概论46移动闭塞融合北斗的列车综合自主定位2.新型列车运行控制系统关键技术传统闭塞方式以物理区段的形式划分，能够保障铁路行车安全，但是运输效率的提升上限固定。移动闭塞取消依赖轨旁设备划分的固定闭塞区间，根据列车动态实时调整行车许可自动闭塞实时性列车行车不受限于固定区段，行车间隔大幅度缩短，有效提升铁路线路运输效率运输效率提升北斗卫星速度传感器电子地图应答器信息卫星信号接受良好卫星信号被遮挡多源定位信息安全算法融合车轮速度传感器+无缘应答器校准列车高精度定位及测速2024/5/103新型列车运行控制第五章2024/5/10智能高速铁路概论47列车完整性安全检查站区一体化全电子控制2.新型列车运行控制系统关键技术卫星+其他传感器风压监测模块列车完整性检查功能单元双套电台列车完整性信息卫星+其他传感器风压监测模块主控模块双套电台ATP结合EOT共同执行列车完整性检查，向RBC周期性发送列车完整性状态符合故障-安全设计原则，安全完整性等级达到SIL4级全电子模块减少设备/接口数量系统间直接通信列控联锁一体化TIS降低维护成本优化系统架构提高系统可靠性2024/5/10智能高速铁路概论4801高速铁路智能动车组02高速铁路智能驾驶03新型列车运行控制04高速铁路智能牵引供电05高速铁路智能通信06高速铁路智能检测监测第五章高速铁路智能装备目录/Contents2024/5/10智能高速铁路概论49第五章高速铁路智能牵引供电——智能牵引供电系统4智能牵引供电系统运用现代先进的测量、传感、控制、通信、信息、人工智能等技术，以智能化牵引供电设施和高速双向通信网络为基础，以信息化、网络化、自动化、互动化为特征，具备全息感知、多维融合、重构自愈、智慧运维特性，为高速铁路提供安全可靠、高效优质牵引动力的供电系统。2024/5/10智能高速铁路概论50第五章高速铁路智能牵引供电——智能牵引变电所4智能牵引变电所由智能高压设备、广域保护测控系统、辅助监控系统及辅助设施等设备或系统组成。智能牵引变电所的总体架构划分为三层：过程层、间隔层和站控层。支持或实现电测量信息和设备状态信息的实时采集和传送，接受并执行各种操作与控制指令实现保护、测量、控制、计量、监测等功能实现面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能，完成数据采集、数据处理、状态监视、设备控制和运行管理等功能1）总体架构2024/5/10智能高速铁路概论51第五章高速铁路智能牵引供电——智能牵引变电所4基本功能：向动车组提供动力，具备测量、控制、保护、信号及与远动系统通信等功能创新功能：高级功能和辅助监控功能创新功能设备状态可视化辅助监控功能告警与分析系统重构自愈高级功能2）功能2024/5/10智能高速铁路概论52第五章高速铁路智能牵引供电——智能设备41）智能设备构成设备本体智能设备本体主要包括牵引变压器、自耦变压器、断路器、隔离开关、互感器、避雷器及27.5kVGIS开关设备等。智能组件主要由设备本体的测量、控制、监测、保护（非电量）、计量等全部或部分智能电子装置（IED）集合而成，通过电缆或光缆与高压设备本体的传感器或（和）控制机构连接成一个有机整体，实现对高压设备的状态信号采集、运行控制、故障监测、非电量保护等全部或部分功能，并向站端监测单元提供各种监测数据。站端监测单元站端监测单元是变电所智能辅助系统的一部分，负责所内所有监测设备的接入、数据处理及转发，并具有数据分析诊断、监测预警及各类信息综合展示等功能，并实现对所有监测设备的监控管理功能。故障预测与健康管理（PHM）

系统实现设备故障诊断、性能检测、故障预测、健康管理、寿命追踪等功能。2024/5/10智能高速铁路概论53第五章高速铁路智能牵引供电——智能设备42）智能组件技术特点测量数字化功能一体化信息互动化控制网络化状态可视化对高压设备或其部件的相关参量进行就地数字化测量，测量结果可根据需要发送至站控层网络或（和）过程层网络，用于高压设备或其部件的运行与控制。对有控制需求的高压设备或其部件实现基于网络的控制。基于自检测信息和经由信息互动获得的高压设备其他状态信息，通过智能组件的自诊断，以其他相关系统可辨识的方式表达自诊断结果，使高压设备状态在供电系统中是可观测的。将传感器或（和）执行器与高压设备或其部件进行一体化设计，以达到特定的监测或（和）控制目的；将互感器与变压器、断路器等高压设备进行一体化设计，以减少变电站占地；在智能组件中，将相关测量、控制、计量、监测、保护进行一体化融合设计。与站端监控单元互动，智能设备将自诊断结果报送（包括主动和应约）到站端监控单元，使其成为调度决策和高压设备事故预案制定的基础信息之一；与广域测控系统互动，智能设备的开关状态信息和互感器数据报送到广域测控系统，实现设备保护、系统重构、分层闭锁等功能。2024/5/10智能高速铁路概论54第五章高速铁路智能牵引供电——智能设备43）站端监测单元监测单元：智能辅助系统综合应用服务器的功能单元，负责所内所有状态监测数据的获取、处理及转发，并具有对数据的分析诊断功能、监测预警功能及与综合应用服务器各类信息的综合展示和联动。通信管理单元：负责与智能设备的监测设备通信，获取监测数据并进行标准化建模，通过基于DL/T860的通信协议向监测单元传送标准化数据。构成站端监测接口示意图站端监测单元的功能由综合应用服务器完成，与智能辅助系统共用人机接口。I0接口是监测设备与通信管理单元接口，如不配置通信管理单元则可以不设置此接口；I1接口是通信管理单元或支持DL/T860的监测设备与综合应用服务器之间的接口；I2接口是所内综合应用服务器与远方PHM系统、运维系统主站之间的接口。功能2024/5/10智能高速铁路概论55第五章高速铁路智能牵引供电——智能设备44）PHM系统功能PHM系统故障预警可靠性分析与风险评估故障诊断健康评估剩余寿命预测维修决策故障元件、故障位置、类型故障概率、故障时间、某一时间段内故障设备数量健康状态、健康值可用度、故障率等可靠性指标；平均停运时间、严重程度等风险评估指标剩余寿命维修周期、维修方式历史状态信息、牵引供电系统及设备相关数据可视化、决策报表数据管理短期中长期全寿命周期2024/5/10智能高速铁路概论56第五章高速铁路智能牵引供电——智能供电调度系统41）智能供电调度系统组成智能供电调度系统基于云计算、大数据和人工智能技术，以数据全景可视化、调度协同化、作业自动化、决策智能化为基本要求，实现对牵引供电系统的远程监视控制、调度运行管理、辅助监控等功能，支持与其他相关系统的协调联动，提升牵引供电系统安全可靠、经济高效运行能力。智能SCADA系统：除完成常规SCADA功能外，还具有源端维护、告警综合分析及全景化信息展示等功能。供电调度运行管理系统：具有铁路供电调度值班信息自动获取与统计、作业计划及作业命令智能审核与网络流转、应急处置智能分析与决策、业务培训智能管理、运行及工作质量智能统计分析等专业化管理功能。2024/5/10智能高速铁路概论57第五章高速铁路智能牵引供电——智能供电调度系统42）创新功能创新功能智能告警与闭锁功能与智能牵引变电所间的源端维护功能对牵引供电系统相关信息进行全景化展示开关设备自动巡检功能基于与CTC接口共享信息实现协同行车调度、优化行车指挥的功能自愈重构的主站功能对智能牵引变电所的遥视功能2024/5/10智能高速铁路概论58第五章高速铁路智能牵引供电——辅助监控系统41）辅助监控系统构成辅助监控系统是对牵引变电所内视频监控及巡检、环境监测、安全防范、火灾报警、动力照明控制等部分或全部辅助设备信息进行集成，实现信息共享、告警联动等功能，为牵引变电所集中监控和运维提供支撑。辅助监控系统由站级辅助监控系统和调度所、供电车间的辅助监控系统主站构成。2024/5/10智能高速铁路概论59第五章高速铁路智能牵引供电——辅助监控系统42）辅助监控系统子站功能辅助监控系统对整个牵引变电所监控、环境监测、安防、火灾报警、设备巡检以及动力照明控制等功能进行高度集成和一体化监控，具备采集接入、数据存储、告警处理、传输通信、联动和监控等功能。此外，系统能够与相关系统进行信息交互，纵向上与供电调度系统、上级视频管理系统等进行信息交互，横向上与所内保护测控系统进行信息交互。辅助监控系统子站智能巡检智能联动功能监测信息可视化展示功能智能控制功能安全防范（含门禁）子系统、环境监控子系统、动力照明控制子系统、火灾自动报警子系统、27.5kV电缆监测子系统、SF6气体监测子系统之间实现智能联动功能。空调、照明智能控制，实现绿色、节能。各子系统监测信息可视化展示和综合告警。在各所通过视频巡检实现主要设备运行状态信息自动监视，结合一次设备在线监测状态信息及时发现设备运行异常，提高设备运行可靠性。2024/5/10智能高速铁路概论60第五章高速铁路智能牵引供电——辅助监控系统43）视频巡检子系统智能牵引变电所通过安装视频巡检子系统实现辅助监控，通常在控制室、27.5kV高压室配置导轨式巡检摄像机，巡检二次设备、27.5kV高压设备；在室内外牵引变压器、自耦变压器，220kV开关设备、220kV组合电器、27.5kV室外设备配置固定式巡检摄像机。此外智能巡检机器人技术开始在铁路牵引变电所应用。序号所亭固定式摄像机（室外）固定式摄像机（室内）导轨式摄像机智能巡检

机器人红外在线

测温仪1牵引变电所702022AT所202003分区所30200某高铁视频巡检子系统主要设备构成示例2024/5/10智能高速铁路概论61第五章高速铁路智能牵引供电——接触网智能监测系统4接触网智能监测系统（简称6C系统），综合应用传感、通信、数据分析等技术对牵引供电系统进行综合检测监测，为供电设备的故障分析和养护维修提供技术依据。1C——车载（铁道部高速综合检测车）综合检查车对接触网参数和弓网运行状态进行线路实速检测，主要检测参数有弓网接触力、接触网网压、接触线高压、接触线动态拉出值、接触线硬点、弓网离线火花等。2C——车载（运营动车组司机台）接触网安全巡检装置指采用便携式视频采集设备，对接触网的状态进行视频采集，分析接触网悬挂部件技术状态。3C——车载（运营动车组）在运营的动车组上加装接触网检测设备，以实现高速铁路接触网状态的动态检测。2024/5/10智能高速铁路概论62第五章高速铁路智能牵引供电——接触网智能监测系统4接触网智能监测系统（简称6C系统），综合应用传感、通信、数据分析等技术对牵引供电系统进行综合检测监测，为供电设备的故障分析和养护维修提供技术依据。4C——车载（接触网作业车或专用车辆）综合检查车对接触网参数和弓网运行状态进行线路实速检测，主要检测参数有弓网接触力、接触网网压、接触线高压、接触线动态拉出值、接触线硬点、弓网离线火花等。5C——地面（车站和动车库出入线）接触网安全巡检装置指采用便携式视频采集设备，对接触网的状态进行视频采集，分析接触网悬挂部件技术状态。6C——地面（接触网特殊断面、供电设备处）为监测接触网及供电设备运行状态，在接触网的特殊断面及供电设备处设置地面监测装置，监测接触网的张力、特殊断面、振动、抬升量、线索温度、补偿位移及供电设备绝缘状态和温度等运行状态参数，指导接触网及供电设备的维修。2024/5/10智能高速铁路概论63第五章高速铁路智能牵引供电——接触网智能监测系统4多元数据分析技术、大数据技术、云计算技术、基于面向服务的分布式架构技术和智能图像识别技术等已广泛应用于6C系统建设。6C系统综合数据处理中心采用基于面向服务的分布式架构和统一的软件平台，总体构建总部、路局、供电段三级系统。数据中心软、硬件平台采用集中存储模式的基础架构，深化大数据分析应用，并利用大数据技术对海量异构数据进行分级分布式存储管理，融入智能图像识别和多元数据分析技术，以提升智能分析能力。同时还辅以统一完善的系统管理和安全保障体系，满足6C系统综合数据处理中心的互操作性和互联性，应用的可伸缩性和可移植性，以及数据分析的集成化和智能化的要求。2024/5/10智能高速铁路概论6401高速铁路智能动车组02高速铁路智能驾驶03新型列车运行控制04高速铁路智能牵引供电05高速铁路智能通信06高速铁路智能检测监测第五章高速铁路智能装备目录/Contents5第5章65高速铁路智能通信——铁路通信系统构成专门为高速铁路运输生产服务的通信系统高速铁路通信系统高速铁路通信运输生产经营信息传输交换和处理的通信设备提供高速铁路相关服务实现组成5第5章66

智能高铁关键性核心业务

高安全

高可靠数据传输要求车-地车-车高速铁路智能通信——铁路通信基本业务2024/5/10智能高速铁路概论67大带宽数字化低时延广连接5高速铁路智能通信——铁路通信发展趋势第5章大数据人工智能云平台5G物联网资源智能管理业务智能应用网络智能运行系统智能运维5高速铁路智能通信——铁路5G专网通信系统架构第5章2024/5/100102030405核心网无线接入网用户设备应用接入管理设备运营与支撑系统核心网全路共用和局核心网设备。注册、移动、会话、用户面与服务质量管理；业务控制与处理；边缘计算；网络切片无线接入网宏覆盖和本地覆盖RRU和BBU用户设备终端设备、业务终端和SIM卡应用接入管理设备提供接入管理和接口运营与支撑系统网络、网络切片、网络数据、终端数据与终端安全管理监测、智能管控平台、维护测试平台和维修工装5第5章2024/5/10智能高速铁路概论69N1参考点：UE和核心网之间的移动性管理，会话管理，策略信令等，简称NASN2参考点：RAN和核心网之间的信令，用于UE上下文管理、PDU会话用户面资源管理N4参考点：SMF与UPF之间的接口，通过该接口完成用户面规则下发和隧道建立功能Nxxx接口：核心网各个控制面功能提供的服务，采用服务化接口协议N3参考点：RAN和UPF之间的用户面协议，本质是IPinIP隧道协议，提供会话连续性N6参考点：UPF和DN之间的用户面协议，一般采用IP转发，部分场景使用隧道协议AMF：接入及移动性管理功能，接入鉴权，

接入授权，可达性管理，终结NAS消息并分发SMF：会话管理功能，例如会话建立，修改和释放，UPF和RAN节点之间的隧道维护、UEIP地址分配和管理PCF：策略控制功能，支持统一的策略框架去管理网络行为，提供策略规则给网络实体去实施执行UDM：统一数据管理功能，负责用户标识、签约数据、鉴权数据的管理、用户的服务网元注册管理AUSF：鉴权服务功能，从UDM获取秘钥信息并生成服务网络使用的秘钥AF：应用功能，指应用层的各种服务，可以是运营商内部的应用如Volte、也可以是第三方的AF（如视频服务器、游戏服务器等）UPF：用户面功能，包括用户数据包的路由和转发、与外部数据网DN的数据交互、用户平面的QoS处理、流控规则实施等高速铁路智能通信——铁路5G专网通信系统架构5高速铁路智能通信——铁路5G专网通信核心网第5章2024/5/10智能高速铁路概论70规划部署“全路共用设备+18铁路局”架构按局集团公司为单位集中部署部分设备按需全路集中部署实施路径统一标准3GPP的5G标准铁路特殊应用和安全可靠性要求统一规划先终端后网络、先核心网后无线网、先示范后推广集中接入调度通信和非列控类车载业务统一接入铁路5G-R无线网集中采购规模化部署条件下的联合集中采购方案5第5章2024/5/10智能高速铁路概论71组网方式按线、分等级的覆盖策略冗余覆盖方式场强连续覆盖满足边缘吞吐量需求合理规划基站间距高速铁路普通铁路货运铁路设计小区交织深度传播环境通信质量部署成本同频交织组网异频交织组网同站址双基站异频组网同站址双基站同频组网高速铁路智能通信——铁路5G专网通信无线网5第5章2024/5/10智能高速铁路概论72高速铁路智能通信——铁路5G专网通信演进策略5高速铁路智能通信——多媒体调度通信系统第5章2024/5/10智能高速铁路概论73全新需求系统架构智能调度通信智能养护维修列车组智能通信应急智能通信多媒体融合调度组管理功能位置管理功能组通信功能数据和视频通信功能MCX2024/5/10智能高速铁路概论745高速铁路智能通信——铁路新一代承载网010203SPN网络切片并行虚拟网络增强型IP

RAN多协议标签交换（MPLS）通过路由与标签分发协议实现选择路由和资源预留等功能M-OTN波分复用大带宽、低时延增强路由转发功能技术制式网络特点大颗粒的转发、传送平面首选IP化高可靠性与高安全性大带宽，低时延高精度时间智能控制同步传送广连接，高密度接入网络易于维护5G-R回传业务可采用第5章5高速铁路智能通信——铁路新一代承载网网络架构第5章2024/5/10智能高速铁路概论75业务和网络资源灵活配置自动化、智能化的网络运维骨干层主要为解决国铁集团至路局、路局至路局、各大数据中心/业务核心节点之间的业务通道。汇聚层主要解决铁路局内各业务汇聚点至路局所在地调度所/核心节点之间的业务通道。接入层是直接面向用户，主要承载路局管辖范围内铁路沿线区间接入业务。时钟同步和时间同步同步网组网控制平面转发平面支撑平面5高速铁路智能通信——铁路新一代承载网演进方向第5章2024/5/10智能高速铁路概论76固移融合按需承载考虑业务性能需求充分利用光缆资源资源共享低成本快速部署全新承载网覆盖完善技术先进泛在连接大带宽智能承载安全可靠绿色环保2024/5/10智能高速铁路概论7701高速铁路智能动车组02高速铁路智能驾驶03新型列车运行控制04高速铁路智能牵引供电05高速铁路智能通信06高速铁路智能检测监测第五章高速铁路智能装备目录/Contents6高速铁路智能检测监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论78高速铁路设备设施在长期服役过程中会产生性能退化、损伤累积等现象，需及时掌握其在长期使用和复杂多变环境下的运行状态。为此，中国高铁以智能感知与信息处理为基础，建立了从状态获取、综合判断、安全预警直到指导养护维修的全方位检测监测体系。检测监测体系移动设备环境基础设施周界入侵自然灾害6高速铁路智能检测监测——检测监测体系第五章2024/5/10智能高速铁路概论79高速铁路智能检测监测体系包括基础设施检测监测、移动设备检测监测、周界入侵监测、环境监测、自然灾害监测与预警等，通过车、地自检或互检方式实现各类状态信息的获取检测监测方式主要包括：车对地检测地对地检测监测车对车监测地对车检测6高速铁路智能检测监测——基础设施智能检测监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论801.车载动态检测高效：速度快、频次高、效率高、占用资源少，而且便于检测数据的集中管理运用真实：是在有载情况、与运营列车等工况条件下，检测基础设施运行状态，获取人工静态测量无法获取的动态参数，更能体现真实状态因此，普遍采用高速车载动态检测为主、人工地面巡检为辅的模式高速综合检测列车综合巡检车搭载式检测专业检测车6第五章2024/5/10智能高速铁路概论811.车载动态检测高速综合检测列车综合巡检车搭载式检测专业检测车可以实现轨道几何、轮轨力及车辆动态响应、接触网、通信、信号一体化动态检测，借助车载综合系统，实现多专业信息同步与共享，消除单专业检测对正常运输秩序的干扰。安装了轨道表面状态、钢轨廓形、线路限界、接触网部件悬挂状态、轨旁信号设备状态等检测设备的巡检车。搭载式检测设备可搭载在运营动车组上，增加检测频次作为动态检测的补充，可有效提升安全预警能力。钢轨探伤车隧道检查车路基雷达检测系统高速铁路智能检测监测——基础设施智能检测监测6第五章2024/5/10智能高速铁路概论822.地面监测采用激光测距技术，对接触网的导高、拉出值、锚段关节等接触网几何参数进行快速测量。接触网及供电设备地面监测装置（6C）监测接触网振动特性、线索温度、补偿位移、供电设备绝缘状态等参数或特定位置接触网技术状态。检测轨道质量状态，及时发现轨道病害、消灭安全隐患，为轨道病害整治和质量评价提供技术依据。轨道静态检测内容一般包括：轨道几何尺寸、钢轨平直度和廓形、无缝线路位移、轨温及应力。信号集中监测系统可对信号设备的电气特性、设备运用过程、设备运用状态、操作人员的操作过程、设备发生的故障或非正常情况等信息进行实时监测、记录及回放，并对监测到的超标、故障等信息进行报警。线路基础设施检测监测接触网检测监测电务设备监测高速铁路智能检测监测——基础设施智能检测监测6高速铁路智能检测监测——移动设备智能检测监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论83移动设备智能检测监测主要监测对象轴温监测系统辅助供电系统高压系统制动系统牵引系统火警系统转向架失稳系统空调系统基于列车网络控制系统的车载检测监测基于地面设备的检测监测动车组车辆故障动态图像检测系统（TEDS）滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统（TADS）受电弓及车顶状态动态检测系统(SJ)基于地面监测设备的移动设备检测监测技术6高速铁路智能检测监测——移动设备智能检测监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论84

动车组运行故障图像检测系统（TEDS）是利用轨旁摄像装置采集运行动车组车体底部、侧部裙板、连接装置、转向架等可视部位图像，采用线阵图像采集、3D成像、图像识别等技术自动对比分析发现故障并报警，实现对动车组底部及侧部可视部件状态监控的系统。探测站设备网络传输设备国铁集团查询中心设备铁路局集团监控中心设备动车段（车辆段）监控中心设备TEDS1.动车组车辆故障动态图像检测系统（TEDS）6高速铁路智能检测监测——移动设备智能检测监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论851.动车组车辆故障动态图像检测系统（TEDS）6高速铁路智能检测监测——移动设备智能检测监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论86滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统（TADS）是利用安装在轨边的声学传感器阵列对铁路车辆滚动轴承声音进行实时采集，采用信号处理技术、声学诊断技术和计算机网络技术实现对运行车辆滚动轴承的内圈、外圈和滚子等部件的裂缝、破损等故障进行在线、早期诊断预报的系统。机柜UPS电源TADS轨边设备AEI设备室外室内车轮传感器保护箱（声学传感器阵列AEI设备TADS探测站室外设备2.滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统（TADS）6高速铁路智能检测监测——移动设备智能检测监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论87受电弓及车顶状态动态检测系统（SJ）安装在动车组入库线路上，采用高速、高分辨率、非接触式图像分析测量技术，实现了对受电弓滑板磨耗、中心线偏移、弓头倾斜、工作压力等关键特性参数的动态自动检测和车顶异物及关键部件状态的室内可视化观测。车顶状态监控子系统在动车组通过设备检测区时，采用高速、高分辨率相机对车顶进行全程监控录像。回放录像使用高清高分辨率大屏幕，可在室内观测车顶异物、受电弓、瓷瓶、主断路器等车顶综合状态，对发现的异常情况进行记录，生成故障报表，可作为检修维护的依据。受电弓磨耗及中心线检测子系统磨耗、中心线、弓头倾斜模块的现场检测设备触发和控制图像采集补光等设备位于设备间的控制、支持和处理设备3.受电弓及车顶状态动态检测系统（SJ）6高速铁路智能检测监测——周界入侵智能监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论88高速铁路周界是指需要进行实体防护或电子防护的高速铁路线路封闭区域边界。高速铁路沿线构建的周界入侵报警系统利用传感器技术和电子信息技术对高速铁路周界入侵事件进行智能监测并发出报警信息，对保障高速铁路运营安全具有重要意义。铁路周界入侵智能监测技术发展方向基于多传感融合的铁路周界入侵智能监测技术基于单传感的周界入侵智能监测技术6高速铁路智能检测监测——周界入侵智能监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论89传感技术误报率漏报率环境影响天气影响软件复杂度直观性综合成本主要优点主要缺点振动光纤较高较低小小较低低一般环境和天气适用性好，不受遮挡影响误报率高红外热成像一般较高较小一般较高较高较高人员入侵监测效果好，夜间效果好成本较高激光雷达较低一般较小一般高较高高可获得精确位置与尺寸，环境天气适应性较好成本高，数据处理较为复杂毫米波雷达较低较高较大小较高低较高天气适用性好难检测低速目标智能视频分析一般一般较小较大高高一般图像信息丰富，较为直观，检测功能强受光照影响较大，夜间检测难度大1.基于单传感的周界入侵智能监测技术铁路场景异常复杂+各类恶劣天气及漆黑、强光等光线条件单传感入侵监测存在限制多传感融合6高速铁路智能检测监测——周界入侵智能监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论902.基于多传感融合的周界入侵智能监测技术目前基于多传感融合的铁路周界入侵监测系统大多采用可见光摄像头与其他一种或多种传感技术进行融合或联动的方式实现。振动光纤+可见光智能视频红外热成像+可见光智能视频毫米波/激光雷达+可见光智能视频6高速铁路智能检测监测——周界入侵智能监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论912.基于多传感融合的周界入侵智能监测技术组合方式原理主要优点主要缺点（1）振动光纤+可见光视频智能分析联动振动光纤→大场景监测，初步确认入侵区域联动视频分析→局部确认覆盖范围大、误报率低无法感知跨越护栏从空中进入的目标（2）红外热成像+可见光视频智能分析联动红外热成像→大场景监测，初步确认入侵区域联动视频分析→局部确认覆盖范围大，对热辐射目标敏感，误报率低对于场景复杂、存在遮挡的区域无法完全捕获入侵目标，对和背景温度差异较小的目标，对比度不够明显6高速铁路智能检测监测——周界入侵智能监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论922.基于多传感融合的周界入侵智能监测技术（3）毫米波/激光雷达+可见光融合组合方式主要优点主要缺点毫米波雷达对移动物体探测准确率高，能获取不同目标的方位、距离及运动速度无法获知目标的形状、大小等信息，在复杂背景下对慢速移动目标检测效果差激光雷达可通过三维点云获取目标的具体位置、形状及尺寸信息数据处理量较大6高速铁路智能检测监测——周界入侵智能监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论932.基于多传感融合的周界入侵智能监测技术（3）毫米波/激光雷达+可见光融合在咽喉区、通道门等遮挡较少，背景相对简单的场景，可采用毫米波雷达检测移动目标并与可见光图像智能识别获得的入侵目标进行目标级或决策级融合实现周界入侵智能监测。在隧道口等有较大反射背景物的复杂场景，利用毫米波雷达进行监测会形成很强的背景反射杂波，目标的反射信噪比降低，监测效果会受较大的影响，可以采用三维激光雷达与可见光图像融合监测方式。联合表达，建立三维点云与二维图像间的对应关系→三维激光点云与图像像素之间的数据级融合各自识别的目标→目标级和决策级融合。6高速铁路智能检测监测——周界入侵智能监测第五章2024/5/10智能高速铁路概论943.铁路周界入侵智能监测技术发展方向尽管多传感技术融合可明显降低周界入侵系统的误报率，但固定组合模式仍不能完全适用于各类高速铁路典型场景和各类天气条件。另外，目前的多传感融合监测方案多为不同设备的简单组合，充分发挥各类传感技术软硬件深度融合的优势，研究基于深度神经网络的多传感深度融合算法，并结合边缘计算技术开展融合感知设备软硬件一体化开发也是重要方向。基于地面设备的高速铁路环境智能监测异物侵限智能监测系统沿线障碍物侵限智能监测系统环境智能监测基于车载设备的高速铁路环境智能监测车载线路异物智能监测高速铁路护栏完整性智能监测6高速铁路智能检测监测——环境智能监测第5章2024/5/10智能高速铁路概论95环境智能监测主要监测列车行驶周边外部环境中威胁行车安全的因素，如异物侵限、线路障碍物等。2024/5/10智能高速铁路概论96第5章高速铁路智能检测监测——环境智能监测61.基于地面设备的高速铁路环境智能监测异物侵限监测主要是对公路跨铁路桥处对公路桥上掉落的异物进行监测。公跨铁异物侵限现场监测设备均为监测电网，一般设置于上跨铁路的道路桥梁两侧。当有异物掉入现场监测设备时，监测电网发生短路触发报警，通过通信网络将报警信息发送到调度中心。调度中心设有异物侵限监测报警终端，可显示异物侵限报警信息，当发生异物侵限时做出响应。公跨铁桥异物侵限装置，除了异物侵限智能监测外，还对异物具有一定的阻拦作用，进一步避免异物入侵事件的发生。（1）异物侵限智能监测系统2024/5/10智能高速铁路概论97第5章高速铁路智能检测监测——环境智能监测61.基于地面设备的高速铁路环境智能监测沿线障碍物侵限智能监测是对入侵铁路轨道上的障碍物及沿线两侧的危险源进行监测和预警。现场传感器包括激光雷达传感器、视频采集设备、位移传感器、光纤光栅传感器、单电网传感器等。该监测方式采用位移计对边坡及危岩进行实时监测;采用光纤光栅监测技术和单电网监测技术对监测范围内的崩塌落石进行实时监测，当山体发生崩塌或落石时进行预警;采用激光扫描技术和视频监控技术对沿线设定的监测范围进行实时监测，在线路界限内发现崩塌落石或其他障碍物时进行自动报警（2）沿线障碍物侵限智能监测2024/5/10智能高速铁路概论98第5章高速铁路智能检测监测——环境智能监测62.基于车载设备的高速铁路环境智能监测车载线路异物智能监测系统通过车载摄像机、激光雷达等传感设备，采集线路环境信息，利用人工智能方法对线路障碍物、接触网异物等进行智能监测(1)车载线路异物智能监测2024/5/10智能高速铁路概论99第5章高速铁路智能检测监测——环境智能监测62.基于车载设备的高速铁路环境智能监测高速铁路护栏完整性智能监测系统主要包括一台护栏完整性检测计算机、两台数字摄像机、一个转速传感器、一台检测结果管理计算机、一个无线数据传输模块、一组照明装置，以及安装在计算机中的图像采集卡和数据采集卡。护栏完整性检测计算机对拍摄的图像进行处理和识别，以判断图像中的护栏是否存在缺失或破损。当发现异常时，计算机将自动记录当前列车的位置等信息，并保存当前图片，便于线路维修人员快速确认护栏异常的情况和地点并进行修复。（2）高速铁路护栏完整性智能监测6高速铁路智能检测监测——自然灾害智能监测与预警2024/5/10智能高速铁路概论100第五章传感器计算机通信网络数据处理气象工程空