《交通運輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第四部分裝備《高速鐵路列車占用檢查系統(tǒng)智能化研究與成套裝備應(yīng)用》

本期項目簡介

完成單位: 北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司、 通號 (北京) 軌道工業(yè)集團(tuán)有限公司、 沈陽鐵路信號有限責(zé)任公司

主要完成人: 李智宇、 楊軼軒、 劉瑞、 陽晉、 殷惠媛、 賈向武、 史龍、 喬志超、 張顯、 郜志強(qiáng)、 楊曉鋒、 于樹永、 楊力、 翟一霖、 劉海東

項目簡介

　　(一)項目背景

　　目前國內(nèi)外高速鐵路列車占用檢查系統(tǒng)主要有法國CSEE的UM2000軌道電路、國內(nèi)的中國通號ZPW-2000A軌道電路、和利時ZPW-2000S軌道電路,UM2000和ZPW-2000S僅具備室內(nèi)采集和記錄功能,不具備室外軌旁采集功能和智能診斷及預(yù)警功能。由于軌道電路音頻信號在長距離傳輸時易發(fā)生電感耦合和電容耦合等物理現(xiàn)象,當(dāng)元器件和接觸點劣化失效時,電氣特性會發(fā)生多點聯(lián)動變化。由于軌道電路智能化程度較低,目前各維護(hù)維修環(huán)節(jié)仍然依靠現(xiàn)場維護(hù)人員經(jīng)驗,故障(尤其是室外故障)發(fā)生后,查找時間一般在2小時以上,嚴(yán)重影響鐵路運輸效率。

　　本項目通過研制滿足高速鐵路惡劣運行環(huán)境要求的室內(nèi)外采集系統(tǒng)和具備實時預(yù)警和故障報警的健康診斷系統(tǒng),構(gòu)建高速鐵路列車占用檢查系統(tǒng)智能化成套裝備,從而攻克運維痛點,實現(xiàn)高鐵基礎(chǔ)安全裝備智能化目標(biāo)。

　　(二)技術(shù)概況

　　本項目屬于鐵路安全控制領(lǐng)域,聚焦于為高速鐵路列車占用檢查系統(tǒng)的智能化提升和裝備研制,主要研究內(nèi)容如下:建立了交變自然環(huán)境下列車占用檢查系統(tǒng)的高精度仿真平臺,突破了復(fù)雜電磁環(huán)境下微電量安全感知技術(shù),實現(xiàn)了寬頻帶信息在遠(yuǎn)距離多節(jié)點復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的無延時高速傳輸,提出了基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型的自適應(yīng)配置算法?；谝陨虾诵募夹g(shù),研制了多維感知的智能化列車占用檢查成套裝備,制定了行業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)及驗收檢測方法。

　　該系統(tǒng)完成了高速鐵路列車占用檢查系統(tǒng)的智能化研究,實現(xiàn)了包含信號發(fā)生設(shè)備、接收解調(diào)設(shè)備,尤其是軌旁傳輸設(shè)備、鋼軌及電纜的全系統(tǒng)健康狀態(tài)的實時監(jiān)控和智能診斷,對20%以內(nèi)未明顯影響系統(tǒng)功能的電氣性能劣化進(jìn)行診斷預(yù)警,將定位精度提升6倍,由室內(nèi)2個分區(qū)擴(kuò)展為室內(nèi)外12個分區(qū),故障診斷分析時間由最長2小時縮短至10分鐘內(nèi),顯著提升高速鐵路信號系統(tǒng)運維效率。

　　(三)適用范圍

　　本項目適用于高速鐵路,為列車占用檢查系統(tǒng)提供健康狀態(tài)的實時監(jiān)控和智能診斷,為我國軌道交通維修體系智能化變革提供裝備保證。

　　(四)獲獎情況

　　本項目曾獲得如表1所示的多項獎勵,共授權(quán)專利26項,其中發(fā)明專利18項,發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇,其中SCI3篇、EI12篇。獲得國際認(rèn)可的SIL4級安全認(rèn)證和鐵路行業(yè)CRCC認(rèn)證證書。

項目創(chuàng)新點

　　(1)建立交變自然環(huán)境下的高精度仿真平臺。

　　采用多物理場耦合及仿真技術(shù),提出了我國鐵路長交路特點下,適應(yīng)自然環(huán)境交變的電磁仿真計算平臺,軌道電路經(jīng)一次調(diào)整調(diào)試后,能夠適應(yīng)線路動態(tài)道床條件下(1贅·km~肄)的交變自然環(huán)境特點。

　　(2)突破復(fù)雜電磁環(huán)境下微電量安全感知技術(shù)。

　　設(shè)計可均勻感知被測物體微電場強(qiáng)度的對稱圓環(huán)敏感電極,通過捕捉被測物體電場微量變化并經(jīng)放大處理,實現(xiàn)0郾01~100V量程內(nèi)0郾5%誤差的高精度非接觸式電壓測量,保證了采集裝置與被測裝置的安全隔離,屬行業(yè)內(nèi)首次工程應(yīng)用。

　　(3)實現(xiàn)寬頻帶信息在遠(yuǎn)距離多節(jié)點條件下的無延時高速傳輸。

　　采用正交頻分復(fù)用技術(shù)與載波偵聽沖突檢測技術(shù),實現(xiàn)傳輸通道自適應(yīng)頻段分配與信息沖突避讓,設(shè)計了鏈路層LOAD路由算法,實現(xiàn)了動態(tài)智能組網(wǎng),結(jié)合系統(tǒng)電氣參數(shù)特征,提出采集信息傳輸啟動機(jī)制等通信策略,解決了寬帶信號長距離傳輸損耗大與易受干擾的問題,首次實現(xiàn)了0郾8~12MHz高頻寬帶信息在高速鐵路軌旁20公里+20節(jié)點條件下的高效傳輸。

　　(4)提出基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型的自適應(yīng)配置算法。

　　提出基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型的自適應(yīng)配置算法,無須人工干預(yù)即可適應(yīng)全國鐵路線路的復(fù)雜差異性環(huán)境,解決了批量工程化應(yīng)用難題,定位精度由2點擴(kuò)展到12點,故障查找時間從最多2小時縮短到10分鐘以內(nèi)。

　　(5)制定行業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)及驗收檢測方法。制定軌道電路智能診斷系統(tǒng)裝備的行業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)及驗收檢測方法,填補了行業(yè)空白,為鐵路裝備智能化的建設(shè)提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支撐。

同類項目比較

高速鐵路列車占用檢查系統(tǒng)智能化裝備 ZPW2000A 軌道電路, 其同類高鐵技術(shù)產(chǎn)品有國內(nèi)北京和利時的 ZPW - 2000S 軌道電路、 法國 CSEE 的UM-2000 軌道電路 (見表 2)。

由 上 表 可 知, ZPW - 2000A 系 統(tǒng) 與 法 國UM2000 和和利時 ZPW-2000S 軌道電路相比具有以下優(yōu)點:

(1) 安全性能高、 智能化程度高、 可靠性高。

(2) 工程造價低, 適應(yīng)我國國情。

應(yīng)用案例

　　本系統(tǒng)已在大張高鐵、京雄高鐵、京滬高鐵、銀西高鐵等線路中大量運用,裝備超過500個高鐵車站,實現(xiàn)了高速鐵路列車占用檢查系統(tǒng)健康狀態(tài)的實時監(jiān)測和智能診斷。

　　智能運維是高速列車安全運行、高效運營的重要保障,該系統(tǒng)的應(yīng)用,有效降低了現(xiàn)場維護(hù)工作勞動強(qiáng)度,顯著提升了疑難故障處理能力與效率,有力地推動了我國高速鐵路的智能化發(fā)展,預(yù)期應(yīng)用前景持續(xù)良好。

社會效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　(一)社會效益

　　ZPW-2000A軌道電路是我國高速鐵路占用檢查系統(tǒng)的主要制式,市場占有率近100%,ZPW2000A軌道電路智能化系統(tǒng)應(yīng)用后,顯著提升高速鐵路信號系統(tǒng)運維效率,故障查找時間從最多2小時縮短到10分鐘以內(nèi)。降低了現(xiàn)場工作人員的勞動強(qiáng)度,由常規(guī)沿線走行測試轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰€實時監(jiān)測。同時精確定位故障區(qū)域,為維修人員提供維修指導(dǎo),為維修體系智能化變革提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐和裝備保證。

　　(二)經(jīng)濟(jì)效益

　　計算公式為:

　　新增利潤=銷售額-銷售成本

　　項目經(jīng)濟(jì)效益詳見表3。