重载铁路智慧化发展建设鱼议.pdf

3220232023年SHAANXITRANSPORTSCIENCE&EDUCATIONRESEARCHNO.1第1 期陕西交通科教研究重载铁路智慧化发展建设鱼议封小霞（陕西交通职业技术学院轨道交通学院，陕西西安7 1 0 0 1 8）摘要：新一代信息科学技术的高速发展，推动着各行各界的智能化转型。重载铁路运输载重量大、业务链条长、同步操控复杂，从安全、经济、节能等方面需求出发，相比普通铁路，重载铁路转向智慧化运输更为迫切。从重载铁路智慧化发展的目标出发，搭建智慧化发展的总体构架，以某重载铁路为研究对象，建立泛在感知，构建智能化系统，实现对数据的采集存储、分析和应用。以期为重载铁路智慧化发展提供一些启示及参考价值。关键词：重载铁路；智慧化；泛在感知；智能调度；智慧维修中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：（2 0 2 3）0 1-0 0 32-0 0 0 4交通强国建设纲要和十四五规划中明确提出广泛应用云计算、物联网、大数据、人工智能，通过对铁路移动装备、固定基础设施及相关内外部环境信息的全面感知，泛在互联、融合处理和科学决策，高效综合利用铁路所有空间、时间和人力等资源，实现铁路运输全过程、全生命周期的高度信息化、自动化、智能化发展，建设更加安全可靠、更加经济高效、更加节能环保的智慧铁路运输系统。2005年，国际重载协会修订了重载铁路新标准：列车牵引重量不小于8 0 0 0 t；轴重达到或超过27t以上；在长度不小于1 50 km的铁路线上，计费货运量不低于40 0 0 万Va。以上3项至少满足2项则被称为重载铁路。根据这3条要求可知，铁路重载运输不仅业务链条长、载重量大，而且同步操控复杂，运输繁忙，是一个连续性强、跨多种运输方式、联动紧密的复杂系统。因此，基于铁路发展对运输安全、运输效率和能耗节约方面的需求，重载铁路运输必须朝着智慧化方向迈进。1童重载铁路智慧化发展目标构建全生命周期一体化管理的高度智能化铁路系统，打造新一代智慧铁路运输体系是重载铁路智慧化发展的终极目标。该目标通过四个方面来实现，分别是：更加安全可靠、更加经济高效、更加方便快捷、更加节能环保。更加安全可靠：通过对铁路固定设施、移动设备、运输过程及自然环境等的泛在感知，实现设备故障、行车事故的诊断、预警，突出超前防范，整体提升铁路运行安全保障能力。更加经济高效：通过铁路运输组织的智能优化，提高运输效率；通过铁路设备设施全寿命周期管理，实现“计划修”向“状态修”转变，降低养护维修成本；通过经营管理精细化，提高经济效益。更加方便快捷：通过铁路货运网络化，为货主提供物流全过程的货物跟踪及查询服务，实现运输信息透明化。更加节能环保：通过用电在线检测、智能分析和节能控制等，降低能源消耗。通过数字化和人工智能应用，实现节能降碳，促进铁路绿色发展和可持续发展。2重载铁路智慧化发展构架智慧运输依托于智能平台和泛在感知，实现基于可靠信号的调度指挥和数据共享、上下联动、专业协同的智慧运输，使运输过程更加安全可靠和经济高效。收稿日期：2 0 2 3-3-2 0作者简介：封小霞（1 98 6），女，陕西交通职业技术学院轨道交通学院讲师。332023年2023陕西交通科教研究NO.1第1 期智能平台为各类应用提供标准的通用功能模块和通信接口、统一的数据标准和数据存储等，为智慧运输提供平台层面的支撑。泛在感知是指铁路运输系统中对移动设备、固定设施、自然环境及其他相关要素等进行全面透彻的信息感知，从而提高安全检测、智能分析、智能预警能力，为智慧运输提供安全基础。2.1建立泛在感知安全是铁路发展的基石，铁路智慧发展首先体现在安全运输上。安全运输主要通过应用智能数字化设备、安全管控信息化和提升信息化设施网络安全来实现。而实现的手段是通过“望”“闻”“切”。首先是望”。“望”指铁路运管中的各种视频数据信息的获取，主要通过人工观察或者系统人工智能分析来实现。例如：监控视频主要通过人工分析和智能分析，而检测、巡检和重点设备更多依靠人工分析、智能辅助，主要原因是现阶段的人工智能尚不能1 0 0%对各种情况做出判断。未来的智慧化系统很可能不需要人工的参与，各类监控视频、检测视频等视频数据通过智慧化系统进行自主分析，并关联相关的数据信息，进行智慧决策。未来，由于智慧化的高度发展，处理视频数据已经可以无限接近于1 0 0%，所以无需人工介人即可完成对铁路运营视频数据情况的处理，既节约了相关的人工成本，又能全天候、全时长地保证铁路运营的安全。其次是“闻”。“闻”主要指铁路运营和维修中各种声音信号及调度信息的获取手段，例如：司机确认信号的声音、车机联控的声音、调度指令的声音、维修作业的声音等声音信号，目前主要是通过人工说、人工听，工作人员根据听到的信息进行操作，最终形成系统指令。由于环境影响以及人员素质水平问题，容易出现说不清、听不懂、操作失误或者操作错误，造成系统信号或指令错误，最终导致事故的发生。未来的智慧化系统则可以通过系统自动化、指令信息化、调度智能化以及运维智慧化等手段，实现智慧化的调度系统以及无人驾驶列车，将铁路中司机确认信号的声音、司机鸣笛的声音、调度指令的声音等都用信号替代，实现铁路运营从“有声”到“无声”的转变。最后是“切”。“切”指的是对铁路运营状态信息的感知。目前的“切”主要是通过各个专业的各类传感器将检测到的数据发送到智能系统中，系统通过大数据、人工智能等手段对检测数据进行分析，向用户提供监测数据分析结果。有的系统还能够根据检测数据和历史数据对监测对象做出故障诊断和状态检测，但这些都是针对当前已有的数据进行分析,在准度和精度方面都有所欠缺。未来智慧化的系统能够提供各类数据融合分析的结果，同时能针对系统存在的不足提供改建的方案和建议。基于“望”“闻”“切”的智能感知系统，为未来铁路智能运行带来更大提升空间；而数字化的智能感知的实现，使智能机器人代替人工成为可能，从而大大降低运营成本。机器人可以7*2 4小时不间断地工作，大幅提升对各种情况下的应对效率，实现铁路运行从有人到无人的智慧化跨越。2.2主要智能系统构建2.2.1基础设施智能运维管理系统基础设施智能运维管理系统，主要是针对工务、供电、电务等专业的基础设施设备及资产、运维情况，检测数据，分析结果并进行管理。基础设施智能运维管理系统由基础层、感知层、分析层组成，其中感知层是由工务系统智能监测体系和牵引供电系统智能检测、监测体系构成。工务系统的智能监测体系主要以动态检测和静态监测为基础，目前正在实施的系统包含“机载线路巡检系统”“隧道高速巡检机器人”“道岔钢轨断轨检测系统”“铁流桥梁状态评估及安全风险监测系统”“空天地地灾检测预警应用研究”“铁流线路异物侵限安全预警系统”，而“基于声音的线路高速探伤装置”等更多的检测、监测系统目前正在开展研究2 。牵引供电系统智能检测、监测体系，目前已经投人运用的有“机载接触网巡检系统”“无人看守变电所”，未来拟研发“基于声控的变压器故障监测”和“智能车网电气匹配系统研究与运用”。目前正在实施的一体化管理系统3 打破了专业限制，能够跨专业进行大数据分析，实现专业融合，从而建立一整套智能化的维养管理体系、管理标准和作业规范。342023年2023陕西交通科教研究NO.1第1 期2.2.2移动装备智能管理系统移动装备智能管理系统主要是针对机务和机车的智慧化升级，可实现机车的零排放、低噪声、无污染，每台车每年可减少碳排放约1 0 0 吨。目前正在实施机车智能驾驶以及全寿命周期管理系统。计划研究机务管理信息系统，为机务生产人员提供作业指导，并对机车运用、检修和列车全车进行安全管理以及实时监测。2.2.3现场作业智能管理系统现场作业智能管理系统主要是运用北斗、BIM、区块链、传感器、机器学习、5G、智能周界、人工智能等新技术，实现对现场作业全流程、全范围、全人员、全设备、全业务的系统性管理，提高作业质量，减小安全风险。2.2.4智能运输指挥系统智能运输指挥系统使得运输指挥与运营维护充分协同、联动、互控，实现铁路运输计划与基础设施设备状态的高度契合和动态耦合，大幅提升运输资源运用效率，显著提升铁路运输效率。其功能包括货运营销、货运工作计划、列车工作计划、车站作业、施工维修计划、机车工作计划等内容。智能运输指挥系统所涉及的基于北斗定位的移动闭塞智能列控系统已经在某些重载铁路上取得阶段性试验成果。2.2.5高效经营管理系统高效经营管理系统主要用于对成本费用支出、运输物流收入、设备物资库存，对外投资，资产、利润、负债、现金流等经营指标进行实时统计、分析、预测，实现对企业风险预控管理和经营效益管理。3重载铁路智慧化应用重载铁路智慧化应用是通过搭建综合大数据平台，建立泛在感知，构建智能化系统，对数据进行的采集、存储、分析和应用，最终实现数据辅助决策的目的。针对某重载铁路车站作业系统智能化水平低、数据壁垒严重、数据存储量小、利用率低、缺少数据分析和综合应用等问题，建立大数据平台。主要对车站控制系统和调度系统进行智能化改造，新建5G通信系统、视频监控系统、智能感知系统、调车自动驾驶系统等，增加数据采集和存储。打通车站与区段之间的数据壁垒，综合利用泛在感知管理数据、生产研发数据、设备流数据、视频数据、日志数据等，整合业务相关的数据链集合，深度挖掘数据规律，实现智慧化综合应用。3.1开展智能调度智能调度指挥体系集合工务、电务、供电、机车、环境各个专业数据，打破了目前各个管理系统相互独立，或者数据不通、业务不通的情况。综合调度指挥体系的建立，使智慧化调度成为可能，系统可以根据运送货物的类型和运量，智慧化调整车型、车次、发车数量、发车间隔，并制定最优的调度计划,实现运输效益的最大化提升4。同时还可以使最优行车组织成为可能，实现货运车辆状态自检以及货车车辆的自动编组。同时通过泛在感知能够感知线路中存在的风险，通过G网/LTE/5G等网络通信手段，通知靠近危险源的正在行驶的列车减速或者停驶，并及时安排维修人员、维修机具以及上道路径以排除风险。3.2实施数据分析打破烟式的业务系统格局，统一数据平台，进行数据资源整合，实现机车、车辆、集装箱、乘务等运力资源统筹运用，货调、列调、施工调等数据共享；实现不同专业只需采集一份数据，共享使用；实现多专业数据信息连锁，将车、机、工、电、辆、环、维各专业信息紧密结合；相互卡控，形成信息连锁，使运输更加安全。还可通过系统对数据进行自动分析，统计分析结果，统一可视化展示。同时引人大数据分析技术，对车、机、工、电、辆、环、维等数据进行深人的关联分析，提出辅助决策信息53.3进行智慧维修通过智慧感知的提升，智能设备可以对自身进行自我感知、自我诊断、自我决策和自我适应，设备本身可以判断是否有异常，是否需要维修。当设备发生需要处理的异常时，智能系统可以根据异常的严重程度制定不同计划，并关联调度和维修系统6 3.4发展智能分析利用智能分析手段，现行的利用自身经验、单专业分析系统、分析细节不可追溯的专家决策，将35202320233年陕西交通科教研究NO.1第1 期逐步迭代为通过智能系统进行全数据分析、对规律尽心预测、过程和结果可视化、细节全程可追溯的智能决策；现在的系统基于经验模型、低维度的专业分析，将逐步迭代为未来的通过高维度、多特征、具有算法主动学习关联的智能分析；现在专业隔离、系统隔离、标准不统一的数据分散的面向专业分析，将送代为未来统一采集、跨专业数据、统一标准的面向主题的融合数据分析。从而实现设备设施的全生命周期管理，实现运维生产从“被动修”到“主动修”、从“故障修”到“状态修”、从“粗扩修”到“精细修 的转变7 4结语随着科技的不断进步，货运智能化已成为当今重载铁路发展的长远要求，其发展方向逐步趋向智慧重载铁路技术。本研究旨在通过分析重载铁路的特点及其智慧化发展需求，明确重载铁路智慧化发展的目标，探索建立铁路云数据中心和泛在感知作为铁路物流智慧化发展的基础。在此基础上，建立移动装备智能管理系统、现场作业智能管理系统、智能运输指挥系统、基础设施智能运维管理系统和高效经营管理系统等五个智能系统，探讨在智能调度、数据分析、智慧维修、智能分析等四方面对智慧化发展成果的应用，以期对于重载铁路的智慧化发展及成果应用提供一定参考。参考文献1孔宾.LTE一R网络技术在重载铁路的应用J.铁路计算机应用,2 0 1 5,2 4(8）：42-45.2谢毅，寇峻瑜，姜梅，等.中国铁路发展概况与技术展望J.高速铁路技术,2 0 2 0,1 1(1：1 1-1 6.3凌文.科技创新引领中国智慧重载铁路发展J.铁道学报,2 0 1 8,40(1):3.4刘建新，蔡久凤.改革开放40 年中国重载铁路的发展J.长安大学学报（社会科学版），2 0 1 8，2 0（6）：6 8-79.5张纯,孔化蓉.智能调度系统在浩吉铁路上的应用J.河南科技2 0 2 0（7）：1 2 9-1 32.6谢鹏，张雅琴，张楠，等.浩吉铁路运输信息化系统总体架构研究J.中国铁路，2 0 1 9（1 2）：1 0 3-1 0 7.7朱雨，石利刚，王健慧，等.面向智慧化的重载铁路发展研究J.交通科技与经济，2 0 2 1,2 3（4）：59-6 4.