智能高速鐵路概論 課件 第五章 高速鐵路智能裝備

第五章高速鐵路智能裝備2024/5/10智能高速鐵路概論201高速鐵路智能動車組02高速鐵路智能駕駛03新型列車運行控制04高速鐵路智能牽引供電05高速鐵路智能通信06高速鐵路智能檢測監(jiān)測第五章高速鐵路智能裝備目錄/Contents包括車體、車端連接、轉向架、牽引高壓、輔助供電、供風及制動、網絡控制、旅客信息、安全監(jiān)測、車內環(huán)境控制、給排水及衛(wèi)生、車內設施、駕駛設施、車輛列控等子系統(tǒng)系統(tǒng)學科智能動車組包含交通運輸工程、機械工程、動力與電氣工程，電氣、通信、自動控制工程，計算機科學工程，化學工程，環(huán)境科學，安全科學及管理學等學科1高速鐵路智能動車組——智能設計關鍵技術第五章2024/5/10智能高速鐵路概論3智能設計就是在傳統(tǒng)研發(fā)體系的基礎上，采用計算機輔助設計技術和工具，在廣度和深度上替代由人完成的設計任務1第五章2024/5/10智能高速鐵路概論4核心技術弓網耦合牽引控制制動控制監(jiān)視與控制安全設計動力學空氣動力學輕量化服務保障設計減振降噪弓網耦合是指動車組與供電耦合的相關技術，與接觸網形式、速度等級等具有密切關系牽引控制、制動控制、監(jiān)視與控制是列車自身狀態(tài)監(jiān)測及行車控制等相關技術；安全設計是指動車組結構安全、走行安全、制動安全、電氣安全、防火安全設計及安全監(jiān)測等相關技術動力學是指動車組走行部集成及輪軌關系耦合等相關技術，與走行部結構及參數配置、輪軌耦合關系、速度等關系密切?？諝鈩恿W是動車組與環(huán)境和隧道等基礎設施耦合的相關技術，與頭型工業(yè)設計、車體斷面及平順化設計、車端連接方式等關系密切輕量化是指動車組重量管理、結構集成設計、輕量化材料應用等相關技術；服務保障設計是指客室環(huán)境、客室設施、客室布局等相關技術減振降噪是指動車組模態(tài)振動及匹配、隔聲降噪等相關技術高速鐵路智能動車組——智能設計關鍵技術施工設計階段前期策劃（決策）階段設計策劃階段方案設計階段技術設計階段正向設計、迭代循環(huán)的設計流程正向設計是指由用戶需求、法律法規(guī)、運營邊界條件等提出產品系統(tǒng)定義和頂層技術指標，并逐步向下分解至子系統(tǒng)及零部件形成不同系統(tǒng)部件的技術規(guī)范，同時按照產品成熟度開展研發(fā)活動1第五章2024/5/10智能高速鐵路概論5產品試制、驗證及確認階段迭代循環(huán)是閉環(huán)控制論在產品設計控制上的典型應用。迭代與循環(huán)體現在產品的全生命周期，可能發(fā)生在生命周期任意階段，后續(xù)任一階段或流程中出現超出允許的結果均可迭代反饋到前面階段或流程中高速鐵路智能動車組——智能設計關鍵技術概念特征系統(tǒng)架構智能制造是通過綜合利用信息空間、物理空間的過程和資源，貫穿設計、生產、物流、銷售、服務等全生命周期各環(huán)節(jié)，具有自感知、自決策、自執(zhí)行、自學習、自優(yōu)化等功能，創(chuàng)造、交付產品和服務的新型制造智能制造具有自感知、自決策、自執(zhí)行、自學習、自優(yōu)化等特征廣義的智能制造系統(tǒng)架構包含生命周期、系統(tǒng)層級和智能特征3個維度，每個維度包含5個主要組成部分生命周期維度由設計、生產、物流、銷售、服務組成。系統(tǒng)層級維度由設備層、單元層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層組成。智能特征維度由資源要素、互聯互通、融合共享、系統(tǒng)集成和新興業(yè)態(tài)組成。1高速鐵路智能動車組——智能制造關鍵技術第五章2024/5/10智能高速鐵路概論6邊緣層存儲層能力層動車組智能制造的核心是運用數字孿生技術、設備互聯互通互操作技術、結構化工藝驅動產線運行技術等數字化手段，以設備智能化、資源網絡化、業(yè)務數據化、生產數字化為目標，對計劃排程、工藝執(zhí)行、物流配送、設備管理、質量檢驗等業(yè)務流程進行精益改善動車組智能制造總體架構生產效率提升、運營成本降低、產品質量提高、用戶體驗增強1第五章2024/5/10智能高速鐵路概論7應用層制造運營管理系統(tǒng)智能工廠數字孿生技術設備互聯互通互操作技術結構化工藝驅動產線技術制造過程數字化仿真技術智能視覺識別監(jiān)測技術制造數據增值應用高速鐵路智能動車組——智能制造關鍵技術智能安全關鍵技術車輛故障預測與健康管理（PHM）車載安全監(jiān)控實時以太網安全策略1高速鐵路智能動車組——智能安全關鍵技術第五章2024/5/10智能高速鐵路概論8邊界安全冗余安全以太網安全關鍵系統(tǒng)故障導向安全走行部安全監(jiān)測煙火監(jiān)測高壓絕緣檢測受電弓視頻監(jiān)控車廂視頻監(jiān)控中壓絕緣監(jiān)測地震預警與接近預警走行部溫度預判振動、失穩(wěn)、平穩(wěn)異常診斷網壓、網流預判車門異常預判牽引系統(tǒng)電壓、電流異常預判關鍵環(huán)路繼電器、接觸器健康狀態(tài)診斷空氣制動施加、緩解異常預判停放制動異常預判網絡通信異常預判1高速鐵路智能動車組——智能服務關鍵技術第五章2024/5/10智能高速鐵路概論9（1）車內高清電視多信息分屏顯示（2）車內外LCD屏信息提示1智能信息提示車內外信息顯示通過采用LCD信息顯示技術，結合HTML5技術，實現顯示內容多樣、顯示界面艷麗細膩。車外LCD信息顯示器由旅客信息系統(tǒng)控制器控制，可實現根據車速自動熄滅或點亮。電視分屏顯示車外LED座位號指示功能示意圖智能服務設施1高速鐵路智能動車組——智能服務關鍵技術第五章2024/5/10智能高速鐵路概論10（1）綜合服務面板（2）旅客信息融合在商務區(qū)通過臺設置綜合服務面板，對商務區(qū)照明、空調、音量、服務呼叫等集中控制，確保商務區(qū)域私密及車廂環(huán)境獨立控制對車地交互信息及本地視頻娛樂信息進行全方位融合展示（電視、交互終端、內外顯等）。利用車載5G天線和移動數據網絡，獲取電視直播信號、網頁資訊等信息，提供影音點播、手機投屏等娛樂功能。衛(wèi)生間增加語音播放器，能夠實現衛(wèi)生間智能語音（禁煙、服務信息等）提示功能，并且能夠兼容靜音車廂功能。2服務信息融合1高速鐵路智能動車組——智能服務關鍵技術第五章2024/5/10智能高速鐵路概論11（1）智能溫度調節(jié)（2）智能壓力調節(jié)采用變頻控制技術，增加環(huán)境狀態(tài)的感知測點、優(yōu)化控制策略實現更加精準的客室溫度調節(jié)，自動適應車輛負荷變化，減小車內溫度波動，提升舒適性。同時系統(tǒng)具備空氣凈化、異常自動報警、冗余優(yōu)化控制等功能。系統(tǒng)可綜合考慮壓差值及壓差變化速率，觸發(fā)壓力波保護系統(tǒng)，還可結合外部輸入的隧道信息提前關閉新風及廢排壓力保護閥，實現車內壓力自動保護。3智能環(huán)境調節(jié)空氣凈化裝置原理圖壓力波控制原理圖1高速鐵路智能動車組——智能服務關鍵技術第五章2024/5/10智能高速鐵路概論12（3）智能照明控制（4）變色車窗3智能環(huán)境調節(jié)動車組可根據運行狀態(tài)、環(huán)境變化對車內照明實現色溫及亮度的自動調節(jié)。衛(wèi)生間具有智能照明功能，當檢測到有人進入后，可自動調節(jié)照明亮度在商務區(qū)設置變色玻璃，集成電容觸摸屏、染料液晶調光膜，該玻璃可以在透光率0-30%區(qū)間進行變色，通過按鍵或手滑觸控調整車窗的透光率，適合不同乘客需求的透光效果衛(wèi)生間燈光智能調節(jié)功能示意圖變色車窗變色前后對比圖1高速鐵路智能動車組——智能服務關鍵技術第五章2024/5/10智能高速鐵路概論13（1）千兆高速以太網通道（2）Wi-Fi系統(tǒng)車載旅客信息服務采用千兆以太網技術，實現旅客信息、音視頻信號、車廂視頻監(jiān)控信息、弓網監(jiān)控信息、手持終端顯示信息等高速、大容量傳輸旅客可以使用具有無線局域網接入功能的智能終端接入并實現用戶的實名制認證功能。劃分單獨VLAN，避免與其他系統(tǒng)進行數據交互，確保信息安全4服務數據傳輸WIFI系統(tǒng)圖1高速鐵路智能動車組——智能服務關鍵技術第五章2024/5/10智能高速鐵路概論14（1）智能交互終端（2）自動售貨機動車組設置智能交互終端，集成信息顯示、圖片查看、視頻播放等功能，可實現乘客本地媒體服務點播、電視直播、本地游戲、列車信息查詢、旅游信息查詢、呼叫乘務員等功能；還具有手機投屏功能，實現車載設備與乘客之間的交互5智能服務設施商務座椅智能交互終端示意圖在餐車中增加自動售賣機，可自動售賣零食、水果、飲料等，具備自動數據量統(tǒng)計功能，預留自動缺貨提示。設置移動數據網絡和WIFI無線通訊板卡，預留與地面后臺管理軟件數據交互接口?？赏ㄟ^手機界面進行選餐，微信、支付寶掃碼支付，付款后出貨；實時結算，后臺可與各路局賬戶對接。自動售貨機示意圖1高速鐵路智能動車組——智能服務關鍵技術第五章2024/5/10智能高速鐵路概論15（3）車門站臺間隙補償器（4）手機無線充電無障礙車二位端臨近衛(wèi)生間的塞拉門設置站臺間隙補償裝置，該補償裝置隨塞拉門聯動，自動感應開門狀態(tài)，當門打開時補償器翻出，用于縮小車輛與站臺之間的間隙，便于有需要的乘客登車使用。5智能服務設施在復興號增加插座及USB等充電設備外，增加手機無線充電模塊，為高端旅客提供便捷充電服務。滿足市面手機通用QI標準，便于商務區(qū)旅客實時對支持無線充電手機進行充電，使旅途更便捷、人性。無線充電設備安裝位置示意圖2024/5/10智能高速鐵路概論16第五章高速鐵路智能動車組——節(jié)能降耗關鍵技術1對于高速列車而言氣動阻力占主導地位，氣動阻力帶來的能耗占比最大。列車運行阻力機械阻力（是影響牽引能耗的核心因素）動量損失阻力氣動阻力（包含軸承阻力、滾動阻力、滑動阻力、沖擊與振動阻力，當拖車數量、動車數量、載客人數等為定值時，機械阻力基本不變）（空調等設備進排風，與外界產生氣體交換，引起動量的改變，產生阻力，與列車運行速度成正比）（主要與車輛外形、車頭長細比、車輛截面積、列車編組等因素密切相關，與速度平方呈線性增長）提升牽引效率降低列車運行阻力車輛減重高速列車節(jié)能降耗1高速鐵路智能動車組——節(jié)能降耗關鍵技術第五章2024/5/10智能高速鐵路概論17能效提升（提升輔助供電設備效率、采用變頻空調等角度降低輔助能耗）變壓器可采用走行風冷卻方式提高變壓器整體運行效率；變流器采用碳化硅、逆導型絕緣柵雙極晶體管（RC-IGBT）等提高設備效率和減重；電機采用永磁電機提高設備效率和減重列車運行阻力：減重和優(yōu)化車體空氣動力學外形減小空氣阻力：車輛外形設計控制，列車表面的微結構改形和改性的設計控制。提升列車輔助能效：動車組在照明、恒溫、車廂通風等方面采用智能化設備，使輔助能耗降低2024/5/10智能高速鐵路概論1801高速鐵路智能動車組02高速鐵路智能駕駛03新型列車運行控制04高速鐵路智能牽引供電05高速鐵路智能通信06高速鐵路智能檢測監(jiān)測第五章高速鐵路智能裝備目錄/Contents2高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論19軌道交通系統(tǒng)軌道交通是一個龐大系統(tǒng)，以機車、車輛為移動設備；線路（軌道、橋梁、隧道等）為固定設備；以站場（車站、編組場等）為運輸生產基地；實現旅客和貨物運輸，為乘客和貨主提供優(yōu)質的服務?；A設施Infrastructure線路信號設備車站接觸網或三軌+車輛RollingStock機車車輛+操作規(guī)則和流程OperatingRulesandProcedures運營規(guī)章運營制度操作流程硬件軟件由基礎設施、車輛、操作規(guī)則和流程等共同構成2高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論20信號系統(tǒng)的重要性基礎設施（線橋隧）移動體(機車車輛)信號系統(tǒng)010203基礎設施（線橋隧）移動體（機車車輛）信號系統(tǒng)信號系統(tǒng)的設備配置在控制中心、軌旁、車站和列車上信號系統(tǒng)：軌道交通的“大腦與中樞神經”；保證列車以最小安全間隔距離運行，以達到最大的運輸能力；安全與高效的保障系統(tǒng)，軌道交通開通運營必須裝備的系統(tǒng)。2高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論21什么是信號系統(tǒng)21信號系統(tǒng)的核心功能(IRSE)：設置安全進路、防護列車在移動授權內安全行車：setupasaferouteforthepassageofeachtrainoverthetrackthatitistotraverse;authorisethetraintomakethemovement;maintaintheroutewhilethetrainismakingitsmovement;superviseand/orenforcethetraintostaywithinitsmovementauthority;andfinally,releasetheroute(forusebyothertrains)afterthepassageofthetrain.信號系統(tǒng)是用于控制和防護列車運行的一類特殊設備，旨在保證軌道交通安全、高效運行（EN50129）：為司機提供準確、充足的行車命令和信息——提供信號；確保列車安全運行到目的地（ATP）——防護控制；自動駕駛（ATO）、列車自動監(jiān)控（ATS、CTC）—輔助駕駛和運營調度。2高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論22什么是列控系統(tǒng)22列控系統(tǒng)不僅包括信號設備，還包括與設備交互的人（司機、調度員、信號工）以及他們必須遵守的運營規(guī)則。列車運行控制系統(tǒng)：在軌道交通基礎設施、車輛確定條件下，保證列車安全、高效運行的安全控制系統(tǒng)。列車運行控制系統(tǒng)是軌道交通行車系統(tǒng)的“中樞與神經”。

人與設備交互作用共同保證運行安全2高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論23CTCS列控系統(tǒng)鐵道部于2002年確定構建中國列車運行控制系統(tǒng)(ChineseTrainControlSystem，簡稱CTCS)

，并結合我國國情，從實際需求出發(fā)，遵循以地面設備為基礎，車載與地面設備統(tǒng)一設計的原則，按系統(tǒng)構成和功能將CTCS系統(tǒng)劃分為CTCS-0級、CTCS-1級、CTCS-2級、CTCS-3級和CTCS-4級。CTCS等級適用線路（時速）閉塞制式主要特點CTCS-0120km/h以下既有線固定閉塞由通用機車信號和運行監(jiān)控記錄裝置構成CTCS-1160km/h以下既有線固定閉塞由主體機車信號和安全型運行監(jiān)控記錄裝置構成CTCS-2200-250km/h提速干線及客運專線準移動閉塞基于軌道電路和應答器傳輸信息的點-連式列控系統(tǒng)CTCS-3300km/h以上客運專線準移動閉塞基于通信的列控系統(tǒng)，車地雙向通信CTCS-4-虛擬閉塞/移動閉塞面向未來的列控系統(tǒng)，減少軌旁設備中國列車運行控制系統(tǒng)體系2高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論24鐵路信號vs.列車運行控制24城市軌道交通中，信號系統(tǒng)和列控系統(tǒng)經?；煊?高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論25信號技術的發(fā)展歷程信號技術是在事故、技術及需求共同驅動下螺旋式發(fā)展的，經過了人工、機械、繼電、計算機（基于3C技術）。軌道空閑

軌道占用信號燈重力機械型手動信號以重力繼電器為核心的自動信號以計算機核心的列車運行控制閉塞中心無線聯鎖2高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論26信號技術的發(fā)展歷程安全性和自動化程度不斷提高1804年，英國開始建設世界上第一條鐵路開始運營時，就有了鐵路信號。2高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論27列控系統(tǒng)發(fā)展趨勢現代軌道交通運行控制發(fā)展方向軌道交通發(fā)展愿景提高運輸能力改善用戶服務降低運營成本減少排放引進3C（計算機、通信、控制）、5G和ABCDE等先進使能技術，不斷提升實現列車運行全過程的安全和效率，是軌道交通的發(fā)展方向。在保障安全的前提下新技術發(fā)展5GABCDE：A(AI:人工智能)B(BlockChain:區(qū)塊鏈)C(CloudComputing:云計算)D

(DATA:大數據)E(EdgeComputing)：邊緣計算2高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論28列車自動駕駛：以自動化方式替代司機駕駛列車的任務，利用地面信息實現對列車牽引、制動、惰行和自動折返等任務的運行控制，并綜合考慮運行計劃、列車性能參數、線路數據條件等因素進行實時計算和優(yōu)化控制，使列車處于最佳運行狀態(tài)。作為鐵路智能化的重要標志，高速鐵路自動駕駛系統(tǒng)ATO已在我國逐步開展應用。2019年，京張高鐵正式開通，世界上第一條時速350公里自動駕駛（CTCS3+ATO列控系統(tǒng)）的高鐵正式運行性能顯著提升列車行車密度進一步提升駕駛員勞動強度大幅降低列車運營準點率顯著提高列車控制系統(tǒng)安全性更高列車牽引能耗有效降低高速鐵路自動駕駛系統(tǒng)2高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論291.高速鐵路ATO系統(tǒng)結構與功能GoA等級GoA名稱列車操作人員簡要描述GoA1非自動列車運行駕駛室內的列車駕駛員列車手動駕駛，但處于自動列車防護（ATP）保護下；此GoA還可包含提供輔助信息協(xié)助手動駕駛

GoA2半自動列車運行駕駛室內的列車駕駛員列車自動駕駛，停車由自動控制但要求駕駛室內駕駛員啟動列車自動駕駛，駕駛員可操作車門（也能自動控制），駕駛員在駕駛室內核實前方軌道是否暢通，并實施其他功能；緊急或降級情況下，駕駛員可接手GoA3無司機駕駛列車運行列車上無駕駛員，有乘務人員列車自動運行，包括自動出發(fā)、車門自動控制等，在緊急或降級情況下乘務員可以操作車門GoA4無人值守列車運行列車上無任何操作人員無人值守列車運行，列車運行的所有功能均自動，緊急或降級時列車上無操作人員承擔控制任務軌道交通線路自動化程度國際標準（IEC62290）按照軌道交通線路自動化程度定義了4層自動化等級（GradeofAutomation，GOA），自動化程度從低至高為GOA1至GOA4。2高速鐵路自動駕駛第五章1.高速鐵路ATO系統(tǒng)結構與功能高速鐵路ATO系統(tǒng)是CTCS-3級列控系統(tǒng)疊加ATO的相關功能，實現區(qū)間自動運行控制、車站自動停車和發(fā)車、車門防護及站臺門聯動控制來提高運輸效率和安全性。高鐵CTCS3+ATO列控系統(tǒng)2024/5/10智能高速鐵路概論302高速鐵路自動駕駛第五章1.高速鐵路ATO系統(tǒng)結構與功能CTCS3+ATO列控系統(tǒng)：車載設備新增ATO單元、增加ATP單元功能、增加GPRS電臺；地面設備增加TSRS設備功能、CTC設備功能、TCC設備功能、應答器報文。車載設備單獨的GPRS電臺地面設備在ATP基礎上增設ATO實現自動駕駛控制增加GPRS通信電臺在既有臨時限速服務器（TSRS）上增加運行計劃傳輸、門控等功能通過無線通信實現站臺門控制、站間數據發(fā)送和運行計劃處理構建獨立的ATO與TSRS車地通信通道，實現車門/站臺門聯動控制和運行計劃上車高鐵ATO系統(tǒng)的架構變化TSRS臨時限速服務器獨立通道2024/5/10智能高速鐵路概論31運行計劃、站間數據2高速鐵路自動駕駛第五章1.高速鐵路ATO系統(tǒng)結構與功能疊加車載ATO設備的高速鐵路列控系統(tǒng)新增功能點高速鐵路ATO系統(tǒng)的主要功能ATP設備增加車門防護功能增加精確停車誤差評定增加自動駕駛ATO允許控制DMI增加顯示ATO功能相關的控制、狀態(tài)、報警等信息顯示及操作ATO設備實現列車速度自動控制實現車站精確定位停車實現自動開車門和車門/站臺門聯動控制實現列車運行節(jié)能控制以及設備診斷、記錄和報警輔助司機檢查發(fā)車安全條件（車門/站臺門關閉、前方授權狀態(tài)、控制手柄位置等）在滿足發(fā)車條件后，給出司機提示。司機人工確認后，控制列車自動發(fā)車。列車在站臺停車后，自動判斷列車停穩(wěn)停準條件并給出車門開門允許條件，確保安全開啟車門。通過車站加裝的精確停車應答器進行精確定位并獲取停車點位置，控制列車精確對標停車。接收地面設備發(fā)送的運行計劃與站間線路數據，按照運行計劃，選擇合適的區(qū)間運行策略，控制列車準點節(jié)能運行。根據運行計劃要求和司機設置，自動/手動開關車門，通過車地無線通信向地面設備發(fā)送站臺門控制指令，實現站臺門與車門的同步動作。ATO系統(tǒng)區(qū)間自動運行車站自動發(fā)車車站自動停車車門自動開門防護車門/站臺門聯動控制2高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論332.高速鐵路ATO系統(tǒng)關鍵技術ATO系統(tǒng)關鍵技術Part1Part2Part4Part3列車運行優(yōu)化控制多模列車定位技術列車智能決策技術智能自主感知技術2高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論342.高速鐵路ATO系統(tǒng)關鍵技術智能自主感知技術列車智能決策技術列車智能駕駛控制評價體系列車駕駛策略多目標優(yōu)化決策技術基于多傳感器融合的軌道環(huán)境感知安全計算運行間隔無線通信軸端傳感器慣性導航視頻識別主動感知雷達探測高速度、高可信車地無線通信研究對各種復雜內外部環(huán)境的智能自主感知技術適應GoA等級提升，替代駕駛員和乘務人員工作線路條件檢測障礙物檢測人員檢測車上設備狀態(tài)檢測舒適準點節(jié)能……控制目標正常情況突發(fā)情況……運行場景優(yōu)化目標線路信息列車信息安全約束…….列車駕駛策略優(yōu)化模型自動駕駛決策人工智能運籌學……決策控制模型環(huán)境2高速鐵路自動駕駛第五章2024/5/10智能高速鐵路概論352.高速鐵路ATO系統(tǒng)關鍵技術列車運行優(yōu)化控制多模列車定位技術傳統(tǒng)的控制方法難以適用于復雜運行環(huán)境，因此需要提高其自適應性和自學習特性，確保在多等級切換和復雜運行場景條件下，列車高速平穩(wěn)運行及一次精確控制。優(yōu)化速度曲線距離時間曲線優(yōu)化準點控制跟蹤控制舒適度約束準時性約束目標函數：給定運行時間、乘坐舒適性、轉換頻率或在這些指標之間平衡下的列車能耗限速約束控制變量限制保證準確性：建立高精度列車牽引計算模型和基于檢查點的準時運行控制方案，實現閉環(huán)控制以保證列車準點率。跟蹤控制：復雜輸入條件下多目標尋優(yōu)的最優(yōu)控制，在列車安全、正點、節(jié)能、舒適等多重目標下，尋求最優(yōu)的區(qū)間運行方法。安全、準確、高可靠的列車定位技術是實現高速鐵路ATO的基礎和核心。2024/5/10智能高速鐵路概論3601高速鐵路智能動車組02高速鐵路智能駕駛03新型列車運行控制04高速鐵路智能牽引供電05高速鐵路智能通信06高速鐵路智能檢測監(jiān)測第五章高速鐵路智能裝備目錄/Contents3新型列車運行控制第五章車站區(qū)間一體化軌旁設備簡約化設備維護智能化新型列車運行控制系統(tǒng)：主要技術特點符合CTCS-4級列控系統(tǒng)要求，總體技術水平處于國際領先行列，是我國鐵路信號領域核心設備從跟跑到并跑、領跑的重大突破。系統(tǒng)總體發(fā)展突破了融合北斗的列車綜合定位、車載自主列車完整性安全檢查等關鍵技術實現移動閉塞的列車追蹤運行采用空天地一體化設計緊跟世界鐵路先進水平，保持我國鐵路技術引領地位2024/5/10智能高速鐵路概論373新型列車運行控制第五章2024/5/10智能高速鐵路概論381.新型列車運行控制系統(tǒng)結構與功能新型列車運行控制系統(tǒng)：在CTCS-3級列控系統(tǒng)基礎上，采用融合北斗的列車綜合定位、列車自主完整性檢查、IP化移動通信、站區(qū)一體化遠程控制、智能維護等技術，優(yōu)化了信號系統(tǒng)結構，減少了軌旁設備，實現了移動閉塞、站區(qū)一體化遠程控制等功能。軌旁設備少，安全可用性高符合CTCS，能夠互聯互通取消區(qū)間軌道電路和通過信號機車載設備基于北斗融合技術實現自主定位和列車完整性檢查無線閉塞中心結合車輛位置報告與軌道電路、計軸設備信息實現移動閉塞通過虛擬區(qū)段的“部分封鎖”提高系統(tǒng)可用性（針對故障列車所在區(qū)段)地面中心設備RBC計算生成MA，并經無線通信系統(tǒng)傳輸至車載設備，車載設備根據MA以“目標-距離”模式的速度曲線監(jiān)控列車安全運行系統(tǒng)整體設計符合CTCS技術體系規(guī)定的“車-地”控制模式，能夠與既有CTCS系統(tǒng)互聯互通3新型列車運行控制第五章2024/5/10智能高速鐵路概論391.新型列車運行控制系統(tǒng)結構與功能新型列車運行控制系統(tǒng)：在CTCS-3級列控系統(tǒng)基礎上，采用融合北斗的列車綜合定位、列車自主完整性檢查、IP化移動通信、站區(qū)一體化遠程控制、智能維護等技術，優(yōu)化了信號系統(tǒng)結構，減少了軌旁設備，實現了移動閉塞、站區(qū)一體化遠程控制等功能。具備后備模式，降級有保障技術先進，符合發(fā)展方向站間設置計軸設備，以應對車地通信中斷、列車完整性丟失等故障情況下的列車運行控制安全防護需求系統(tǒng)采用的基于北斗的多源融合技術、列車完整性檢查技術和基于IP的無線通信技術均符合當前列控技術發(fā)展方向，也能夠為智能鐵路的發(fā)展做好技術積累。3新型列車運行控制第五章2024/5/10智能高速鐵路概論401.新型列車運行控制系統(tǒng)結構與功能新型列車運行控制系統(tǒng)：主要由車載設備和地面設備構成。車載設備由ATP和EOT構成，地面設備由軌旁設備和中心設備組成。車載設備加裝衛(wèi)星接收天線，實現融合北斗的綜合自主定位新研制列車完整性檢查列尾設備EOT，掛裝在列車尾部，實現融合北斗的機車牽引列車的完整性安全檢查列控車載預留ATO單元及接口，為后續(xù)ATO功能實施打好基礎3新型列車運行控制第五章2024/5/10智能高速鐵路概論41新型列車運行控制系統(tǒng)：主要由車載設備和地面設備構成。車載設備由ATP和EOT構成，地面設備由軌旁設備和中心設備組成。1.新型列車運行控制系統(tǒng)結構與功能地面設備預留ATO單元及接口，為后續(xù)ATO功能實施打好基礎進一步豐富臨時限速服務系統(tǒng)TSRS功能，增加電子地圖管理、北斗差分數據傳輸等功能采用基于IP的分組域無線通信系統(tǒng)（GPRS），適應未來車-地通信升級換代需要RBC新增移動閉塞、列車占用檢查及相應的安全防護功能，實現列車高效、安全追蹤運行安全通信協(xié)議采用國產密碼算法，提升系統(tǒng)信息安全水平新增列控智能中心，綜合監(jiān)控、管理列控系統(tǒng)全套設備運行狀態(tài)，實現運行狀態(tài)智能分析和故障預警等功能3新型列車運行控制第五章2024/5/10智能高速鐵路概論421.新型列車運行控制系統(tǒng)結構與功能新型列控制系統(tǒng)車載設備組成ATP組成：ATP主控單元、多功能控制單元、電子地圖單元、人機界面單元（DMI）、應答器信息接收單元（BTM）、維護數據記錄單元、列車接口單元、測速測距單元、列車完整性檢查單元、衛(wèi)星接收單元、無線通信單元、通信電臺和天線機車牽引列車尾部應配置EOT，配合ATP實現列車完整性檢查功能ATP通信電臺一用于與RBC通信ATP通信電臺二用于與TSRS和EOT通信3新型列車運行控制第五章2024/5/10智能高速鐵路概論431.新型列車運行控制系統(tǒng)結構與功能新型列控制系統(tǒng)地面設備組成車站根據需要配置軌道電路或計軸設備、信號機，進、出站信號機外設置定位應答器組，股道中間宜設置定位應答器組根據衛(wèi)星信號覆蓋情況和工程需要，區(qū)間適當配置定位應答器組地面設備由軌旁設備和中心設備組成：軌旁設備主要包括列控聯鎖一體化設備、定位應答器中心設備主要包括無線閉塞中心、臨時限速服務器和列控維護中心列控聯鎖一體化設備（TIS）是新型列車控制系統(tǒng)的組成部分，完成車站聯鎖、區(qū)間閉塞等功能車站根據站場規(guī)模、作業(yè)類型、維護機構設置情況，劃分為集中聯鎖車站和遠程控制車站，分別配置列控聯鎖一體化集中車站設備和遠程車站設備車站軌旁設備配置示意圖3新型列車運行控制第五章2024/5/10智能高速鐵路概論441.新型列車運行控制系統(tǒng)結構與功能新型列車運行控制系統(tǒng)基于無線通信系統(tǒng)傳輸行車許可信息，具備移動閉塞功能，ATP具備多源融合定位和列車完整性檢查功能，并采用目標-距離模式曲線監(jiān)控列車安全運行，主要功能包括:ATP預留CTCS2和CTCS3等級功能和接口統(tǒng)一接口標準，實現互聯互通國產化密碼算法，滿足信息安全要求新型列控制系統(tǒng)時鐘同步臨時限速冒進防護列車超速防護調車防護網絡攻擊防護智能化運用維護調車運行監(jiān)控目視行車授權IP化車地雙向通信自動過分相自動站間閉塞運行控制3新型列車運行控制第五章2024/5/10智能高速鐵路概論452.新型列車運行控制系統(tǒng)關鍵技術關鍵技術Part1Part2Part4Part3列車完整性安全檢查站區(qū)一體化全電子控制融合北斗列車綜合自主定位移動閉塞3新型列車運行控制第五章2024/5/10智能高速鐵路概論46移動閉塞融合北斗的列車綜合自主定位2.新型列車運行控制系統(tǒng)關鍵技術傳統(tǒng)閉塞方式以物理區(qū)段的形式劃分，能夠保障鐵路行車安全，但是運輸效率的提升上限固定。移動閉塞取消依賴軌旁設備劃分的固定閉塞區(qū)間，根據列車動態(tài)實時調整行車許可自動閉塞實時性列車行車不受限于固定區(qū)段，行車間隔大幅度縮短，有效提升鐵路線路運輸效率運輸效率提升北斗衛(wèi)星速度傳感器電子地圖應答器信息衛(wèi)星信號接受良好衛(wèi)星信號被遮擋多源定位信息安全算法融合車輪速度傳感器+無緣應答器校準列車高精度定位及測速2024/5/103新型列車運行控制第五章2024/5/10智能高速鐵路概論47列車完整性安全檢查站區(qū)一體化全電子控制2.新型列車運行控制系統(tǒng)關鍵技術衛(wèi)星+其他傳感器風壓監(jiān)測模塊列車完整性檢查功能單元雙套電臺列車完整性信息衛(wèi)星+其他傳感器風壓監(jiān)測模塊主控模塊雙套電臺ATP結合EOT共同執(zhí)行列車完整性檢查，向RBC周期性發(fā)送列車完整性狀態(tài)符合故障-安全設計原則，安全完整性等級達到SIL4級全電子模塊減少設備/接口數量系統(tǒng)間直接通信列控聯鎖一體化TIS降低維護成本優(yōu)化系統(tǒng)架構提高系統(tǒng)可靠性2024/5/10智能高速鐵路概論4801高速鐵路智能動車組02高速鐵路智能駕駛03新型列車運行控制04高速鐵路智能牽引供電05高速鐵路智能通信06高速鐵路智能檢測監(jiān)測第五章高速鐵路智能裝備目錄/Contents2024/5/10智能高速鐵路概論49第五章高速鐵路智能牽引供電——智能牽引供電系統(tǒng)4智能牽引供電系統(tǒng)運用現代先進的測量、傳感、控制、通信、信息、人工智能等技術，以智能化牽引供電設施和高速雙向通信網絡為基礎，以信息化、網絡化、自動化、互動化為特征，具備全息感知、多維融合、重構自愈、智慧運維特性，為高速鐵路提供安全可靠、高效優(yōu)質牽引動力的供電系統(tǒng)。2024/5/10智能高速鐵路概論50第五章高速鐵路智能牽引供電——智能牽引變電所4智能牽引變電所由智能高壓設備、廣域保護測控系統(tǒng)、輔助監(jiān)控系統(tǒng)及輔助設施等設備或系統(tǒng)組成。智能牽引變電所的總體架構劃分為三層：過程層、間隔層和站控層。支持或實現電測量信息和設備狀態(tài)信息的實時采集和傳送，接受并執(zhí)行各種操作與控制指令實現保護、測量、控制、計量、監(jiān)測等功能實現面向全站設備的監(jiān)視、控制、告警及信息交互功能，完成數據采集、數據處理、狀態(tài)監(jiān)視、設備控制和運行管理等功能1）總體架構2024/5/10智能高速鐵路概論51第五章高速鐵路智能牽引供電——智能牽引變電所4基本功能：向動車組提供動力，具備測量、控制、保護、信號及與遠動系統(tǒng)通信等功能創(chuàng)新功能：高級功能和輔助監(jiān)控功能創(chuàng)新功能設備狀態(tài)可視化輔助監(jiān)控功能告警與分析系統(tǒng)重構自愈高級功能2）功能2024/5/10智能高速鐵路概論52第五章高速鐵路智能牽引供電——智能設備41）智能設備構成設備本體智能設備本體主要包括牽引變壓器、自耦變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、避雷器及27.5kVGIS開關設備等。智能組件主要由設備本體的測量、控制、監(jiān)測、保護（非電量）、計量等全部或部分智能電子裝置（IED）集合而成，通過電纜或光纜與高壓設備本體的傳感器或（和）控制機構連接成一個有機整體，實現對高壓設備的狀態(tài)信號采集、運行控制、故障監(jiān)測、非電量保護等全部或部分功能，并向站端監(jiān)測單元提供各種監(jiān)測數據。站端監(jiān)測單元站端監(jiān)測單元是變電所智能輔助系統(tǒng)的一部分，負責所內所有監(jiān)測設備的接入、數據處理及轉發(fā)，并具有數據分析診斷、監(jiān)測預警及各類信息綜合展示等功能，并實現對所有監(jiān)測設備的監(jiān)控管理功能。故障預測與健康管理（PHM）

系統(tǒng)實現設備故障診斷、性能檢測、故障預測、健康管理、壽命追蹤等功能。2024/5/10智能高速鐵路概論53第五章高速鐵路智能牽引供電——智能設備42）智能組件技術特點測量數字化功能一體化信息互動化控制網絡化狀態(tài)可視化對高壓設備或其部件的相關參量進行就地數字化測量，測量結果可根據需要發(fā)送至站控層網絡或（和）過程層網絡，用于高壓設備或其部件的運行與控制。對有控制需求的高壓設備或其部件實現基于網絡的控制。基于自檢測信息和經由信息互動獲得的高壓設備其他狀態(tài)信息，通過智能組件的自診斷，以其他相關系統(tǒng)可辨識的方式表達自診斷結果，使高壓設備狀態(tài)在供電系統(tǒng)中是可觀測的。將傳感器或（和）執(zhí)行器與高壓設備或其部件進行一體化設計，以達到特定的監(jiān)測或（和）控制目的；將互感器與變壓器、斷路器等高壓設備進行一體化設計，以減少變電站占地；在智能組件中，將相關測量、控制、計量、監(jiān)測、保護進行一體化融合設計。與站端監(jiān)控單元互動，智能設備將自診斷結果報送（包括主動和應約）到站端監(jiān)控單元，使其成為調度決策和高壓設備事故預案制定的基礎信息之一；與廣域測控系統(tǒng)互動，智能設備的開關狀態(tài)信息和互感器數據報送到廣域測控系統(tǒng)，實現設備保護、系統(tǒng)重構、分層閉鎖等功能。2024/5/10智能高速鐵路概論54第五章高速鐵路智能牽引供電——智能設備43）站端監(jiān)測單元監(jiān)測單元：智能輔助系統(tǒng)綜合應用服務器的功能單元，負責所內所有狀態(tài)監(jiān)測數據的獲取、處理及轉發(fā)，并具有對數據的分析診斷功能、監(jiān)測預警功能及與綜合應用服務器各類信息的綜合展示和聯動。通信管理單元：負責與智能設備的監(jiān)測設備通信，獲取監(jiān)測數據并進行標準化建模，通過基于DL/T860的通信協(xié)議向監(jiān)測單元傳送標準化數據。構成站端監(jiān)測接口示意圖站端監(jiān)測單元的功能由綜合應用服務器完成，與智能輔助系統(tǒng)共用人機接口。I0接口是監(jiān)測設備與通信管理單元接口，如不配置通信管理單元則可以不設置此接口；I1接口是通信管理單元或支持DL/T860的監(jiān)測設備與綜合應用服務器之間的接口；I2接口是所內綜合應用服務器與遠方PHM系統(tǒng)、運維系統(tǒng)主站之間的接口。功能2024/5/10智能高速鐵路概論55第五章高速鐵路智能牽引供電——智能設備44）PHM系統(tǒng)功能PHM系統(tǒng)故障預警可靠性分析與風險評估故障診斷健康評估剩余壽命預測維修決策故障元件、故障位置、類型故障概率、故障時間、某一時間段內故障設備數量健康狀態(tài)、健康值可用度、故障率等可靠性指標；平均停運時間、嚴重程度等風險評估指標剩余壽命維修周期、維修方式歷史狀態(tài)信息、牽引供電系統(tǒng)及設備相關數據可視化、決策報表數據管理短期中長期全壽命周期2024/5/10智能高速鐵路概論56第五章高速鐵路智能牽引供電——智能供電調度系統(tǒng)41）智能供電調度系統(tǒng)組成智能供電調度系統(tǒng)基于云計算、大數據和人工智能技術，以數據全景可視化、調度協(xié)同化、作業(yè)自動化、決策智能化為基本要求，實現對牽引供電系統(tǒng)的遠程監(jiān)視控制、調度運行管理、輔助監(jiān)控等功能，支持與其他相關系統(tǒng)的協(xié)調聯動，提升牽引供電系統(tǒng)安全可靠、經濟高效運行能力。智能SCADA系統(tǒng)：除完成常規(guī)SCADA功能外，還具有源端維護、告警綜合分析及全景化信息展示等功能。供電調度運行管理系統(tǒng)：具有鐵路供電調度值班信息自動獲取與統(tǒng)計、作業(yè)計劃及作業(yè)命令智能審核與網絡流轉、應急處置智能分析與決策、業(yè)務培訓智能管理、運行及工作質量智能統(tǒng)計分析等專業(yè)化管理功能。2024/5/10智能高速鐵路概論57第五章高速鐵路智能牽引供電——智能供電調度系統(tǒng)42）創(chuàng)新功能創(chuàng)新功能智能告警與閉鎖功能與智能牽引變電所間的源端維護功能對牽引供電系統(tǒng)相關信息進行全景化展示開關設備自動巡檢功能基于與CTC接口共享信息實現協(xié)同行車調度、優(yōu)化行車指揮的功能自愈重構的主站功能對智能牽引變電所的遙視功能2024/5/10智能高速鐵路概論58第五章高速鐵路智能牽引供電——輔助監(jiān)控系統(tǒng)41）輔助監(jiān)控系統(tǒng)構成輔助監(jiān)控系統(tǒng)是對牽引變電所內視頻監(jiān)控及巡檢、環(huán)境監(jiān)測、安全防范、火災報警、動力照明控制等部分或全部輔助設備信息進行集成，實現信息共享、告警聯動等功能，為牽引變電所集中監(jiān)控和運維提供支撐。輔助監(jiān)控系統(tǒng)由站級輔助監(jiān)控系統(tǒng)和調度所、供電車間的輔助監(jiān)控系統(tǒng)主站構成。2024/5/10智能高速鐵路概論59第五章高速鐵路智能牽引供電——輔助監(jiān)控系統(tǒng)42）輔助監(jiān)控系統(tǒng)子站功能輔助監(jiān)控系統(tǒng)對整個牽引變電所監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、安防、火災報警、設備巡檢以及動力照明控制等功能進行高度集成和一體化監(jiān)控，具備采集接入、數據存儲、告警處理、傳輸通信、聯動和監(jiān)控等功能。此外，系統(tǒng)能夠與相關系統(tǒng)進行信息交互，縱向上與供電調度系統(tǒng)、上級視頻管理系統(tǒng)等進行信息交互，橫向上與所內保護測控系統(tǒng)進行信息交互。輔助監(jiān)控系統(tǒng)子站智能巡檢智能聯動功能監(jiān)測信息可視化展示功能智能控制功能安全防范（含門禁）子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、動力照明控制子系統(tǒng)、火災自動報警子系統(tǒng)、27.5kV電纜監(jiān)測子系統(tǒng)、SF6氣體監(jiān)測子系統(tǒng)之間實現智能聯動功能。空調、照明智能控制，實現綠色、節(jié)能。各子系統(tǒng)監(jiān)測信息可視化展示和綜合告警。在各所通過視頻巡檢實現主要設備運行狀態(tài)信息自動監(jiān)視，結合一次設備在線監(jiān)測狀態(tài)信息及時發(fā)現設備運行異常，提高設備運行可靠性。2024/5/10智能高速鐵路概論60第五章高速鐵路智能牽引供電——輔助監(jiān)控系統(tǒng)43）視頻巡檢子系統(tǒng)智能牽引變電所通過安裝視頻巡檢子系統(tǒng)實現輔助監(jiān)控，通常在控制室、27.5kV高壓室配置導軌式巡檢攝像機，巡檢二次設備、27.5kV高壓設備；在室內外牽引變壓器、自耦變壓器，220kV開關設備、220kV組合電器、27.5kV室外設備配置固定式巡檢攝像機。此外智能巡檢機器人技術開始在鐵路牽引變電所應用。序號所亭固定式攝像機（室外）固定式攝像機（室內）導軌式攝像機智能巡檢

機器人紅外在線

測溫儀1牽引變電所702022AT所202003分區(qū)所30200某高鐵視頻巡檢子系統(tǒng)主要設備構成示例2024/5/10智能高速鐵路概論61第五章高速鐵路智能牽引供電——接觸網智能監(jiān)測系統(tǒng)4接觸網智能監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱6C系統(tǒng)），綜合應用傳感、通信、數據分析等技術對牽引供電系統(tǒng)進行綜合檢測監(jiān)測，為供電設備的故障分析和養(yǎng)護維修提供技術依據。1C——車載（鐵道部高速綜合檢測車）綜合檢查車對接觸網參數和弓網運行狀態(tài)進行線路實速檢測，主要檢測參數有弓網接觸力、接觸網網壓、接觸線高壓、接觸線動態(tài)拉出值、接觸線硬點、弓網離線火花等。2C——車載（運營動車組司機臺）接觸網安全巡檢裝置指采用便攜式視頻采集設備，對接觸網的狀態(tài)進行視頻采集，分析接觸網懸掛部件技術狀態(tài)。3C——車載（運營動車組）在運營的動車組上加裝接觸網檢測設備，以實現高速鐵路接觸網狀態(tài)的動態(tài)檢測。2024/5/10智能高速鐵路概論62第五章高速鐵路智能牽引供電——接觸網智能監(jiān)測系統(tǒng)4接觸網智能監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱6C系統(tǒng)），綜合應用傳感、通信、數據分析等技術對牽引供電系統(tǒng)進行綜合檢測監(jiān)測，為供電設備的故障分析和養(yǎng)護維修提供技術依據。4C——車載（接觸網作業(yè)車或專用車輛）綜合檢查車對接觸網參數和弓網運行狀態(tài)進行線路實速檢測，主要檢測參數有弓網接觸力、接觸網網壓、接觸線高壓、接觸線動態(tài)拉出值、接觸線硬點、弓網離線火花等。5C——地面（車站和動車庫出入線）接觸網安全巡檢裝置指采用便攜式視頻采集設備，對接觸網的狀態(tài)進行視頻采集，分析接觸網懸掛部件技術狀態(tài)。6C——地面（接觸網特殊斷面、供電設備處）為監(jiān)測接觸網及供電設備運行狀態(tài)，在接觸網的特殊斷面及供電設備處設置地面監(jiān)測裝置，監(jiān)測接觸網的張力、特殊斷面、振動、抬升量、線索溫度、補償位移及供電設備絕緣狀態(tài)和溫度等運行狀態(tài)參數，指導接觸網及供電設備的維修。2024/5/10智能高速鐵路概論63第五章高速鐵路智能牽引供電——接觸網智能監(jiān)測系統(tǒng)4多元數據分析技術、大數據技術、云計算技術、基于面向服務的分布式架構技術和智能圖像識別技術等已廣泛應用于6C系統(tǒng)建設。6C系統(tǒng)綜合數據處理中心采用基于面向服務的分布式架構和統(tǒng)一的軟件平臺，總體構建總部、路局、供電段三級系統(tǒng)。數據中心軟、硬件平臺采用集中存儲模式的基礎架構，深化大數據分析應用，并利用大數據技術對海量異構數據進行分級分布式存儲管理，融入智能圖像識別和多元數據分析技術，以提升智能分析能力。同時還輔以統(tǒng)一完善的系統(tǒng)管理和安全保障體系，滿足6C系統(tǒng)綜合數據處理中心的互操作性和互聯性，應用的可伸縮性和可移植性，以及數據分析的集成化和智能化的要求。2024/5/10智能高速鐵路概論6401高速鐵路智能動車組02高速鐵路智能駕駛03新型列車運行控制04高速鐵路智能牽引供電05高速鐵路智能通信06高速鐵路智能檢測監(jiān)測第五章高速鐵路智能裝備目錄/Contents5第5章65高速鐵路智能通信——鐵路通信系統(tǒng)構成專門為高速鐵路運輸生產服務的通信系統(tǒng)高速鐵路通信系統(tǒng)高速鐵路通信運輸生產經營信息傳輸交換和處理的通信設備提供高速鐵路相關服務實現組成5第5章66

智能高鐵關鍵性核心業(yè)務

高安全

高可靠數據傳輸要求車-地車-車高速鐵路智能通信——鐵路通信基本業(yè)務2024/5/10智能高速鐵路概論67大帶寬數字化低時延廣連接5高速鐵路智能通信——鐵路通信發(fā)展趨勢第5章大數據人工智能云平臺5G物聯網資源智能管理業(yè)務智能應用網絡智能運行系統(tǒng)智能運維5高速鐵路智能通信——鐵路5G專網通信系統(tǒng)架構第5章2024/5/100102030405核心網無線接入網用戶設備應用接入管理設備運營與支撐系統(tǒng)核心網全路共用和局核心網設備。注冊、移動、會話、用戶面與服務質量管理；業(yè)務控制與處理；邊緣計算；網絡切片無線接入網宏覆蓋和本地覆蓋RRU和BBU用戶設備終端設備、業(yè)務終端和SIM卡應用接入管理設備提供接入管理和接口運營與支撐系統(tǒng)網絡、網絡切片、網絡數據、終端數據與終端安全管理監(jiān)測、智能管控平臺、維護測試平臺和維修工裝5第5章2024/5/10智能高速鐵路概論69N1參考點：UE和核心網之間的移動性管理，會話管理，策略信令等，簡稱NASN2參考點：RAN和核心網之間的信令，用于UE上下文管理、PDU會話用戶面資源管理N4參考點：SMF與UPF之間的接口，通過該接口完成用戶面規(guī)則下發(fā)和隧道建立功能Nxxx接口：核心網各個控制面功能提供的服務，采用服務化接口協(xié)議N3參考點：RAN和UPF之間的用戶面協(xié)議，本質是IPinIP隧道協(xié)議，提供會話連續(xù)性N6參考點：UPF和DN之間的用戶面協(xié)議，一般采用IP轉發(fā)，部分場景使用隧道協(xié)議AMF：接入及移動性管理功能，接入鑒權，

接入授權，可達性管理，終結NAS消息并分發(fā)SMF：會話管理功能，例如會話建立，修改和釋放，UPF和RAN節(jié)點之間的隧道維護、UEIP地址分配和管理PCF：策略控制功能，支持統(tǒng)一的策略框架去管理網絡行為，提供策略規(guī)則給網絡實體去實施執(zhí)行UDM：統(tǒng)一數據管理功能，負責用戶標識、簽約數據、鑒權數據的管理、用戶的服務網元注冊管理AUSF：鑒權服務功能，從UDM獲取秘鑰信息并生成服務網絡使用的秘鑰AF：應用功能，指應用層的各種服務，可以是運營商內部的應用如Volte、也可以是第三方的AF（如視頻服務器、游戲服務器等）UPF：用戶面功能，包括用戶數據包的路由和轉發(fā)、與外部數據網DN的數據交互、用戶平面的QoS處理、流控規(guī)則實施等高速鐵路智能通信——鐵路5G專網通信系統(tǒng)架構5高速鐵路智能通信——鐵路5G專網通信核心網第5章2024/5/10智能高速鐵路概論70規(guī)劃部署“全路共用設備+18鐵路局”架構按局集團公司為單位集中部署部分設備按需全路集中部署實施路徑統(tǒng)一標準3GPP的5G標準鐵路特殊應用和安全可靠性要求統(tǒng)一規(guī)劃先終端后網絡、先核心網后無線網、先示范后推廣集中接入調度通信和非列控類車載業(yè)務統(tǒng)一接入鐵路5G-R無線網集中采購規(guī)?；渴饤l件下的聯合集中采購方案5第5章2024/5/10智能高速鐵路概論71組網方式按線、分等級的覆蓋策略冗余覆蓋方式場強連續(xù)覆蓋滿足邊緣吞吐量需求合理規(guī)劃基站間距高速鐵路普通鐵路貨運鐵路設計小區(qū)交織深度傳播環(huán)境通信質量部署成本同頻交織組網異頻交織組網同站址雙基站異頻組網同站址雙基站同頻組網高速鐵路智能通信——鐵路5G專網通信無線網5第5章2024/5/10智能高速鐵路概論72高速鐵路智能通信——鐵路5G專網通信演進策略5高速鐵路智能通信——多媒體調度通信系統(tǒng)第5章2024/5/10智能高速鐵路概論73全新需求系統(tǒng)架構智能調度通信智能養(yǎng)護維修列車組智能通信應急智能通信多媒體融合調度組管理功能位置管理功能組通信功能數據和視頻通信功能MCX2024/5/10智能高速鐵路概論745高速鐵路智能通信——鐵路新一代承載網010203SPN網絡切片并行虛擬網絡增強型IP

RAN多協(xié)議標簽交換（MPLS）通過路由與標簽分發(fā)協(xié)議實現選擇路由和資源預留等功能M-OTN波分復用大帶寬、低時延增強路由轉發(fā)功能技術制式網絡特點大顆粒的轉發(fā)、傳送平面首選IP化高可靠性與高安全性大帶寬，低時延高精度時間智能控制同步傳送廣連接，高密度接入網絡易于維護5G-R回傳業(yè)務可采用第5章5高速鐵路智能通信——鐵路新一代承載網網絡架構第5章2024/5/10智能高速鐵路概論75業(yè)務和網絡資源靈活配置自動化、智能化的網絡運維骨干層主要為解決國鐵集團至路局、路局至路局、各大數據中心/業(yè)務核心節(jié)點之間的業(yè)務通道。匯聚層主要解決鐵路局內各業(yè)務匯聚點至路局所在地調度所/核心節(jié)點之間的業(yè)務通道。接入層是直接面向用戶，主要承載路局管轄范圍內鐵路沿線區(qū)間接入業(yè)務。時鐘同步和時間同步同步網組網控制平面轉發(fā)平面支撐平面5高速鐵路智能通信——鐵路新一代承載網演進方向第5章2024/5/10智能高速鐵路概論76固移融合按需承載考慮業(yè)務性能需求充分利用光纜資源資源共享低成本快速部署全新承載網覆蓋完善技術先進泛在連接大帶寬智能承載安全可靠綠色環(huán)保2024/5/10智能高速鐵路概論7701高速鐵路智能動車組02高速鐵路智能駕駛03新型列車運行控制04高速鐵路智能牽引供電05高速鐵路智能通信06高速鐵路智能檢測監(jiān)測第五章高速鐵路智能裝備目錄/Contents6高速鐵路智能檢測監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論78高速鐵路設備設施在長期服役過程中會產生性能退化、損傷累積等現象，需及時掌握其在長期使用和復雜多變環(huán)境下的運行狀態(tài)。為此，中國高鐵以智能感知與信息處理為基礎，建立了從狀態(tài)獲取、綜合判斷、安全預警直到指導養(yǎng)護維修的全方位檢測監(jiān)測體系。檢測監(jiān)測體系移動設備環(huán)境基礎設施周界入侵自然災害6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——檢測監(jiān)測體系第五章2024/5/10智能高速鐵路概論79高速鐵路智能檢測監(jiān)測體系包括基礎設施檢測監(jiān)測、移動設備檢測監(jiān)測、周界入侵監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、自然災害監(jiān)測與預警等，通過車、地自檢或互檢方式實現各類狀態(tài)信息的獲取檢測監(jiān)測方式主要包括：車對地檢測地對地檢測監(jiān)測車對車監(jiān)測地對車檢測6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——基礎設施智能檢測監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論801.車載動態(tài)檢測高效：速度快、頻次高、效率高、占用資源少，而且便于檢測數據的集中管理運用真實：是在有載情況、與運營列車等工況條件下，檢測基礎設施運行狀態(tài)，獲取人工靜態(tài)測量無法獲取的動態(tài)參數，更能體現真實狀態(tài)因此，普遍采用高速車載動態(tài)檢測為主、人工地面巡檢為輔的模式高速綜合檢測列車綜合巡檢車搭載式檢測專業(yè)檢測車6第五章2024/5/10智能高速鐵路概論811.車載動態(tài)檢測高速綜合檢測列車綜合巡檢車搭載式檢測專業(yè)檢測車可以實現軌道幾何、輪軌力及車輛動態(tài)響應、接觸網、通信、信號一體化動態(tài)檢測，借助車載綜合系統(tǒng)，實現多專業(yè)信息同步與共享，消除單專業(yè)檢測對正常運輸秩序的干擾。安裝了軌道表面狀態(tài)、鋼軌廓形、線路限界、接觸網部件懸掛狀態(tài)、軌旁信號設備狀態(tài)等檢測設備的巡檢車。搭載式檢測設備可搭載在運營動車組上，增加檢測頻次作為動態(tài)檢測的補充，可有效提升安全預警能力。鋼軌探傷車隧道檢查車路基雷達檢測系統(tǒng)高速鐵路智能檢測監(jiān)測——基礎設施智能檢測監(jiān)測6第五章2024/5/10智能高速鐵路概論822.地面監(jiān)測采用激光測距技術，對接觸網的導高、拉出值、錨段關節(jié)等接觸網幾何參數進行快速測量。接觸網及供電設備地面監(jiān)測裝置（6C）監(jiān)測接觸網振動特性、線索溫度、補償位移、供電設備絕緣狀態(tài)等參數或特定位置接觸網技術狀態(tài)。檢測軌道質量狀態(tài)，及時發(fā)現軌道病害、消滅安全隱患，為軌道病害整治和質量評價提供技術依據。軌道靜態(tài)檢測內容一般包括：軌道幾何尺寸、鋼軌平直度和廓形、無縫線路位移、軌溫及應力。信號集中監(jiān)測系統(tǒng)可對信號設備的電氣特性、設備運用過程、設備運用狀態(tài)、操作人員的操作過程、設備發(fā)生的故障或非正常情況等信息進行實時監(jiān)測、記錄及回放，并對監(jiān)測到的超標、故障等信息進行報警。線路基礎設施檢測監(jiān)測接觸網檢測監(jiān)測電務設備監(jiān)測高速鐵路智能檢測監(jiān)測——基礎設施智能檢測監(jiān)測6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——移動設備智能檢測監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論83移動設備智能檢測監(jiān)測主要監(jiān)測對象軸溫監(jiān)測系統(tǒng)輔助供電系統(tǒng)高壓系統(tǒng)制動系統(tǒng)牽引系統(tǒng)火警系統(tǒng)轉向架失穩(wěn)系統(tǒng)空調系統(tǒng)基于列車網絡控制系統(tǒng)的車載檢測監(jiān)測基于地面設備的檢測監(jiān)測動車組車輛故障動態(tài)圖像檢測系統(tǒng)（TEDS）滾動軸承早期故障軌邊聲學診斷系統(tǒng)（TADS）受電弓及車頂狀態(tài)動態(tài)檢測系統(tǒng)(SJ)基于地面監(jiān)測設備的移動設備檢測監(jiān)測技術6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——移動設備智能檢測監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論84

動車組運行故障圖像檢測系統(tǒng)（TEDS）是利用軌旁攝像裝置采集運行動車組車體底部、側部裙板、連接裝置、轉向架等可視部位圖像，采用線陣圖像采集、3D成像、圖像識別等技術自動對比分析發(fā)現故障并報警，實現對動車組底部及側部可視部件狀態(tài)監(jiān)控的系統(tǒng)。探測站設備網絡傳輸設備國鐵集團查詢中心設備鐵路局集團監(jiān)控中心設備動車段（車輛段）監(jiān)控中心設備TEDS1.動車組車輛故障動態(tài)圖像檢測系統(tǒng)（TEDS）6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——移動設備智能檢測監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論851.動車組車輛故障動態(tài)圖像檢測系統(tǒng)（TEDS）6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——移動設備智能檢測監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論86滾動軸承早期故障軌邊聲學診斷系統(tǒng)（TADS）是利用安裝在軌邊的聲學傳感器陣列對鐵路車輛滾動軸承聲音進行實時采集，采用信號處理技術、聲學診斷技術和計算機網絡技術實現對運行車輛滾動軸承的內圈、外圈和滾子等部件的裂縫、破損等故障進行在線、早期診斷預報的系統(tǒng)。機柜UPS電源TADS軌邊設備AEI設備室外室內車輪傳感器保護箱（聲學傳感器陣列AEI設備TADS探測站室外設備2.滾動軸承早期故障軌邊聲學診斷系統(tǒng)（TADS）6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——移動設備智能檢測監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論87受電弓及車頂狀態(tài)動態(tài)檢測系統(tǒng)（SJ）安裝在動車組入庫線路上，采用高速、高分辨率、非接觸式圖像分析測量技術，實現了對受電弓滑板磨耗、中心線偏移、弓頭傾斜、工作壓力等關鍵特性參數的動態(tài)自動檢測和車頂異物及關鍵部件狀態(tài)的室內可視化觀測。車頂狀態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)在動車組通過設備檢測區(qū)時，采用高速、高分辨率相機對車頂進行全程監(jiān)控錄像?；胤配浵袷褂酶咔甯叻直媛蚀笃聊?，可在室內觀測車頂異物、受電弓、瓷瓶、主斷路器等車頂綜合狀態(tài)，對發(fā)現的異常情況進行記錄，生成故障報表，可作為檢修維護的依據。受電弓磨耗及中心線檢測子系統(tǒng)磨耗、中心線、弓頭傾斜模塊的現場檢測設備觸發(fā)和控制圖像采集補光等設備位于設備間的控制、支持和處理設備3.受電弓及車頂狀態(tài)動態(tài)檢測系統(tǒng)（SJ）6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——周界入侵智能監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論88高速鐵路周界是指需要進行實體防護或電子防護的高速鐵路線路封閉區(qū)域邊界。高速鐵路沿線構建的周界入侵報警系統(tǒng)利用傳感器技術和電子信息技術對高速鐵路周界入侵事件進行智能監(jiān)測并發(fā)出報警信息，對保障高速鐵路運營安全具有重要意義。鐵路周界入侵智能監(jiān)測技術發(fā)展方向基于多傳感融合的鐵路周界入侵智能監(jiān)測技術基于單傳感的周界入侵智能監(jiān)測技術6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——周界入侵智能監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論89傳感技術誤報率漏報率環(huán)境影響天氣影響軟件復雜度直觀性綜合成本主要優(yōu)點主要缺點振動光纖較高較低小小較低低一般環(huán)境和天氣適用性好，不受遮擋影響誤報率高紅外熱成像一般較高較小一般較高較高較高人員入侵監(jiān)測效果好，夜間效果好成本較高激光雷達較低一般較小一般高較高高可獲得精確位置與尺寸，環(huán)境天氣適應性較好成本高，數據處理較為復雜毫米波雷達較低較高較大小較高低較高天氣適用性好難檢測低速目標智能視頻分析一般一般較小較大高高一般圖像信息豐富，較為直觀，檢測功能強受光照影響較大，夜間檢測難度大1.基于單傳感的周界入侵智能監(jiān)測技術鐵路場景異常復雜+各類惡劣天氣及漆黑、強光等光線條件單傳感入侵監(jiān)測存在限制多傳感融合6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——周界入侵智能監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論902.基于多傳感融合的周界入侵智能監(jiān)測技術目前基于多傳感融合的鐵路周界入侵監(jiān)測系統(tǒng)大多采用可見光攝像頭與其他一種或多種傳感技術進行融合或聯動的方式實現。振動光纖+可見光智能視頻紅外熱成像+可見光智能視頻毫米波/激光雷達+可見光智能視頻6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——周界入侵智能監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論912.基于多傳感融合的周界入侵智能監(jiān)測技術組合方式原理主要優(yōu)點主要缺點（1）振動光纖+可見光視頻智能分析聯動振動光纖→大場景監(jiān)測，初步確認入侵區(qū)域聯動視頻分析→局部確認覆蓋范圍大、誤報率低無法感知跨越護欄從空中進入的目標（2）紅外熱成像+可見光視頻智能分析聯動紅外熱成像→大場景監(jiān)測，初步確認入侵區(qū)域聯動視頻分析→局部確認覆蓋范圍大，對熱輻射目標敏感，誤報率低對于場景復雜、存在遮擋的區(qū)域無法完全捕獲入侵目標，對和背景溫度差異較小的目標，對比度不夠明顯6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——周界入侵智能監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論922.基于多傳感融合的周界入侵智能監(jiān)測技術（3）毫米波/激光雷達+可見光融合組合方式主要優(yōu)點主要缺點毫米波雷達對移動物體探測準確率高，能獲取不同目標的方位、距離及運動速度無法獲知目標的形狀、大小等信息，在復雜背景下對慢速移動目標檢測效果差激光雷達可通過三維點云獲取目標的具體位置、形狀及尺寸信息數據處理量較大6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——周界入侵智能監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論932.基于多傳感融合的周界入侵智能監(jiān)測技術（3）毫米波/激光雷達+可見光融合在咽喉區(qū)、通道門等遮擋較少，背景相對簡單的場景，可采用毫米波雷達檢測移動目標并與可見光圖像智能識別獲得的入侵目標進行目標級或決策級融合實現周界入侵智能監(jiān)測。在隧道口等有較大反射背景物的復雜場景，利用毫米波雷達進行監(jiān)測會形成很強的背景反射雜波，目標的反射信噪比降低，監(jiān)測效果會受較大的影響，可以采用三維激光雷達與可見光圖像融合監(jiān)測方式。聯合表達，建立三維點云與二維圖像間的對應關系→三維激光點云與圖像像素之間的數據級融合各自識別的目標→目標級和決策級融合。6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——周界入侵智能監(jiān)測第五章2024/5/10智能高速鐵路概論943.鐵路周界入侵智能監(jiān)測技術發(fā)展方向盡管多傳感技術融合可明顯降低周界入侵系統(tǒng)的誤報率，但固定組合模式仍不能完全適用于各類高速鐵路典型場景和各類天氣條件。另外，目前的多傳感融合監(jiān)測方案多為不同設備的簡單組合，充分發(fā)揮各類傳感技術軟硬件深度融合的優(yōu)勢，研究基于深度神經網絡的多傳感深度融合算法，并結合邊緣計算技術開展融合感知設備軟硬件一體化開發(fā)也是重要方向。基于地面設備的高速鐵路環(huán)境智能監(jiān)測異物侵限智能監(jiān)測系統(tǒng)沿線障礙物侵限智能監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)境智能監(jiān)測基于車載設備的高速鐵路環(huán)境智能監(jiān)測車載線路異物智能監(jiān)測高速鐵路護欄完整性智能監(jiān)測6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——環(huán)境智能監(jiān)測第5章2024/5/10智能高速鐵路概論95環(huán)境智能監(jiān)測主要監(jiān)測列車行駛周邊外部環(huán)境中威脅行車安全的因素，如異物侵限、線路障礙物等。2024/5/10智能高速鐵路概論96第5章高速鐵路智能檢測監(jiān)測——環(huán)境智能監(jiān)測61.基于地面設備的高速鐵路環(huán)境智能監(jiān)測異物侵限監(jiān)測主要是對公路跨鐵路橋處對公路橋上掉落的異物進行監(jiān)測。公跨鐵異物侵限現場監(jiān)測設備均為監(jiān)測電網，一般設置于上跨鐵路的道路橋梁兩側。當有異物掉入現場監(jiān)測設備時，監(jiān)測電網發(fā)生短路觸發(fā)報警，通過通信網絡將報警信息發(fā)送到調度中心。調度中心設有異物侵限監(jiān)測報警終端，可顯示異物侵限報警信息，當發(fā)生異物侵限時做出響應。公跨鐵橋異物侵限裝置，除了異物侵限智能監(jiān)測外，還對異物具有一定的阻攔作用，進一步避免異物入侵事件的發(fā)生。（1）異物侵限智能監(jiān)測系統(tǒng)2024/5/10智能高速鐵路概論97第5章高速鐵路智能檢測監(jiān)測——環(huán)境智能監(jiān)測61.基于地面設備的高速鐵路環(huán)境智能監(jiān)測沿線障礙物侵限智能監(jiān)測是對入侵鐵路軌道上的障礙物及沿線兩側的危險源進行監(jiān)測和預警?，F場傳感器包括激光雷達傳感器、視頻采集設備、位移傳感器、光纖光柵傳感器、單電網傳感器等。該監(jiān)測方式采用位移計對邊坡及危巖進行實時監(jiān)測;采用光纖光柵監(jiān)測技術和單電網監(jiān)測技術對監(jiān)測范圍內的崩塌落石進行實時監(jiān)測，當山體發(fā)生崩塌或落石時進行預警;采用激光掃描技術和視頻監(jiān)控技術對沿線設定的監(jiān)測范圍進行實時監(jiān)測，在線路界限內發(fā)現崩塌落石或其他障礙物時進行自動報警（2）沿線障礙物侵限智能監(jiān)測2024/5/10智能高速鐵路概論98第5章高速鐵路智能檢測監(jiān)測——環(huán)境智能監(jiān)測62.基于車載設備的高速鐵路環(huán)境智能監(jiān)測車載線路異物智能監(jiān)測系統(tǒng)通過車載攝像機、激光雷達等傳感設備，采集線路環(huán)境信息，利用人工智能方法對線路障礙物、接觸網異物等進行智能監(jiān)測(1)車載線路異物智能監(jiān)測2024/5/10智能高速鐵路概論99第5章高速鐵路智能檢測監(jiān)測——環(huán)境智能監(jiān)測62.基于車載設備的高速鐵路環(huán)境智能監(jiān)測高速鐵路護欄完整性智能監(jiān)測系統(tǒng)主要包括一臺護欄完整性檢測計算機、兩臺數字攝像機、一個轉速傳感器、一臺檢測結果管理計算機、一個無線數據傳輸模塊、一組照明裝置，以及安裝在計算機中的圖像采集卡和數據采集卡。護欄完整性檢測計算機對拍攝的圖像進行處理和識別，以判斷圖像中的護欄是否存在缺失或破損。當發(fā)現異常時，計算機將自動記錄當前列車的位置等信息，并保存當前圖片，便于線路維修人員快速確認護欄異常的情況和地點并進行修復。（2）高速鐵路護欄完整性智能監(jiān)測6高速鐵路智能檢測監(jiān)測——自然災害智能監(jiān)測與預警2024/5/10智能高速鐵路概論100第五章傳感器計算機通信網絡數據處理氣象工程空