地鐵車輛智能化關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

展茂利

摘要：隨著地鐵交通應(yīng)用的不斷深入，其安全性受到越來越多的重視，越來越多的智能疏散指令系統(tǒng)被逐步討論和應(yīng)用。本文結(jié)合現(xiàn)有地鐵列車運行環(huán)境、容易發(fā)生的事故類型以及現(xiàn)有的傳統(tǒng)疏散指令系統(tǒng)。智能制造、智能生產(chǎn)、智能工廠、智能產(chǎn)品也將引領(lǐng)城市軌道交通建設(shè)和運營向信息化、智能化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；智能化；技術(shù)

1前言

信息化與工業(yè)化的融合一直是中國新工業(yè)革命時期工業(yè)發(fā)展的既定政策。城市軌道交通一體化是建立城市軌道交通信息集成系統(tǒng)。在工業(yè)4.0時代，構(gòu)建地鐵智能信息集成系統(tǒng)。智能地鐵的建設(shè)不應(yīng)該是一個空洞的概念，而應(yīng)該是一個信息深度融合、低自動化的系統(tǒng)。智能信息集成系統(tǒng)，應(yīng)該建在地鐵上。因此，本文將明確闡述城市軌道交通智能信息集成系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和城市軌道交通運營的智能技術(shù)內(nèi)涵。

2工業(yè)4.0及其核心系統(tǒng)與系統(tǒng)集成技術(shù)

現(xiàn)代工業(yè)已進入工業(yè)4.0時代。最重要的特征是產(chǎn)業(yè)+互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)+產(chǎn)業(yè)。在這個時候，互聯(lián)網(wǎng)包括物聯(lián)網(wǎng)（IoT：物聯(lián)網(wǎng)）和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)（IoS：服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)）。通過價值網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)水平集成；端到端工程數(shù)字集成、垂直集成和網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)集成構(gòu)建了一個核心系統(tǒng)——信息物理系統(tǒng)（CPS），也稱為智能信息集成系統(tǒng)。4.0產(chǎn)業(yè)的核心是四個“智能”的實現(xiàn)通過CPSIoT和Io美國支持充分利用信息通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間的虛擬系統(tǒng)，實現(xiàn)信息物理系統(tǒng)和制造業(yè)實現(xiàn)情報的變換。四智能是：首先，通過價值網(wǎng)絡(luò)水平集成實現(xiàn)全球智能制造。第三，實現(xiàn)智能生產(chǎn)線。第四，生產(chǎn)源源不斷的智能工業(yè)產(chǎn)品。在城市軌道交通領(lǐng)域，它是指從自動化和信息向智能化的轉(zhuǎn)變，而智能地鐵或智能地鐵的實現(xiàn)，意味著地鐵智能信息集成系統(tǒng)的構(gòu)建。

3新型智能疏散指示系統(tǒng)設(shè)計

3.1結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由探測單元、信號收發(fā)單元、顯示單元和指示單元四個子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)由相應(yīng)的傳感器和處理器組成。煙霧傳感器，均勻安裝在每節(jié)車廂的前中后部位。速度傳感模塊，由安裝在地鐵變速箱齒輪上的轉(zhuǎn)速傳感器上，用來檢測列車的行駛速度。地形探測傳感模塊，由安裝在列車車頭的紅外傳感器和安裝在列車中的陀螺儀傳感器構(gòu)成，用來探測列車行駛的地形狀況。信號收發(fā)單元作為中央處理器安裝在列車駕駛室內(nèi)。顯示單元安裝在列車調(diào)度室內(nèi)，指示單元安裝在各個車廂的開門處。

3.2工作原理及特點

列車發(fā)生事故時，探測單元檢測列車發(fā)生的事故的位置，發(fā)生事故的類型（火災(zāi)或者堵塞等），以及事故所在地地形情況，并通過信號收發(fā)單元對事故類型和周圍環(huán)境進行綜合分析，最后通過指示單元發(fā)出指示燈方向。該系統(tǒng)的特點在于車內(nèi)指示疏散方向，解決了由于火災(zāi)定位不準(zhǔn)而采取列車長度區(qū)間疏散指示燈關(guān)閉的問題；能夠指示適合不同年齡乘客的逃生路線。

3.3各模塊具體功能

一種地鐵智能疏散系統(tǒng)，包括：探測單元、信號收發(fā)、顯示單元和指示單元。探測單元通過信號總線與信號收發(fā)單元連接，信號收發(fā)單元通過信號總線連接信號顯示單元和疏散指示單元。所述探測單元，包括：煙霧傳感器、速度傳感模塊、地形探測傳感模塊和編碼控制模塊，所述煙霧傳感器，用于探測列車上失火源的位置；所述速度傳感模塊，用于探測列車的行駛速度；所述地形探測傳感模塊，用于探測列車周圍的地形；所述編碼控制模塊，用于對煙霧傳感器、速度傳感模塊和地形探測傳感模塊探測的信號進行轉(zhuǎn)換。信號發(fā)送接收單元，包括：總線收發(fā)模塊、信息采集控制模塊和信息分析處理模塊，所述總線收發(fā)模塊，用于接收和發(fā)送信號；所述信息采集控制模塊，用于將總線收發(fā)模塊傳輸來的信號轉(zhuǎn)化為信號發(fā)送接收單元可識別的信號；所述信息分析處理模塊，用于對信息采集控制模塊傳輸來的信息進行分析處理。顯示單元，包括：中央處理器和顯示裝置，所述中央處理器，用于將信號處理成圖像和文字的形式；所述顯示裝置，用于將列車信息顯示給調(diào)度中心的工作人員，所述疏散指示單元，包括：指示驅(qū)動模塊、指示燈，所述指示驅(qū)動模塊，用于接收指令信號并將指示信息傳輸?shù)街甘緹簦?qū)動指示燈亮起，該指示燈不僅僅能夠指示方向。

3.4系統(tǒng)工作線路

當(dāng)列車發(fā)生火災(zāi)事故時，裝在各個車廂的煙霧傳感模塊首先檢測到煙霧將信息發(fā)送給信號首發(fā)單元處理，經(jīng)信息處理，確定最先檢測到煙霧發(fā)生的傳感器所在地點為火源地點，并將該信息傳遞給顯示單元，呈現(xiàn)在機車調(diào)度室的顯示屏上，告知火災(zāi)的具體位置；同時信息也會進一步被處理發(fā)送到指示單元控制指示燈亮起，以火源為中心分別向兩邊指示疏散方向，同時配合先前的送風(fēng)系統(tǒng)共同工作。

當(dāng)列車發(fā)生堵塞事故時，首先由速度傳感模塊檢測到列車在區(qū)間內(nèi)速度變?yōu)榱悖瑫r地形探測模塊也時時保持接收地形信息，此時將信息傳給信號收發(fā)單元進行處理，經(jīng)信息處理后通過顯示單元顯示車輛故障的位置，并將指示信息傳給指示單元。指示原則為，當(dāng)故障區(qū)間沒有斜坡時指示燈以列車對稱向兩側(cè)指示疏散，當(dāng)故障區(qū)間有斜坡時，經(jīng)過指示驅(qū)動模塊處理指示老人、兒童向非斜坡一側(cè)疏散，其他人沿斜坡疏散。

4地鐵運營需求分析及其智能化

4.1地鐵的傳統(tǒng)運營管理可以分為三部分：客運列車運營和管理：主要是列車的運行和調(diào)度指揮，以及行車安全與準(zhǔn)時點的信號控制管理。列車運行管理主要由信號系統(tǒng)和列車調(diào)度系統(tǒng)支持。議會車站管理及設(shè)備運行管理：主要負責(zé)車站秩序管理、客票管理、安全管理，確保旅客上下車的安全、準(zhǔn)時，避免車站事故的發(fā)生。自動化設(shè)備運行管理：主要是機電設(shè)備管理，主要是地下站的供電系統(tǒng)和通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。車站管理和設(shè)備運行管理是在列車運行管理和機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等各專業(yè)子系統(tǒng)集成信息的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。在運行中，為了保證乘客的安全、列車的有效運行和設(shè)備的正常運行，需要對地鐵的各個方面進行監(jiān)控和管理，主要是通過建設(shè)地鐵自動化系統(tǒng)和信息系統(tǒng)。

4.2地鐵運營和管理有四個基本目標(biāo)：安全、穩(wěn)定的列車運行；提高地鐵運行效率；良好的機電設(shè)備操作；客運服務(wù)是完美的。在工業(yè)4.0時代，需要在線路水平和線路網(wǎng)絡(luò)水平上實現(xiàn)操作規(guī)劃和調(diào)整的智能化管理，實現(xiàn)安全高效的運行。在大數(shù)據(jù)的支持下，地鐵運行要大大改善，確保節(jié)能環(huán)保。優(yōu)化了機電設(shè)備的運行狀態(tài)，有效地支持了操作，保護了生態(tài)環(huán)境。人性化服務(wù)將達到更高的智能化水平，與智慧城市的公民旅游服務(wù)相協(xié)調(diào)。將地鐵運行的四個目標(biāo)都實現(xiàn)智能化，達到更高的水平。

地鐵的基本運行狀態(tài)包括正常運行、異常運行和應(yīng)急運行。地鐵運行是在這三種情況下，保證人員和設(shè)備的安全，提高人性化服務(wù)水平，提高地鐵運行效率。這就要求智能信息集成系統(tǒng)在上述三種運行條件下，能夠協(xié)調(diào)各專業(yè)實現(xiàn)目標(biāo)，實現(xiàn)智能化操作。智能信息集成系統(tǒng)是基于線級的，在OCC中實現(xiàn)智能線的操作和管理。智能信息集成系統(tǒng)的核心是一個全線網(wǎng)絡(luò)調(diào)度和指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)了整個城市整個網(wǎng)絡(luò)的智能調(diào)度和管理。整個城市地鐵系統(tǒng)的管理智能是通過整個網(wǎng)絡(luò)的管理和決策支持系統(tǒng)實現(xiàn)的。

5結(jié)束語

智能地鐵通過地鐵智能信息集成系統(tǒng)，即地鐵CPS系統(tǒng)的水平集成技術(shù)，實現(xiàn)與智能城市功能的合作，使智能地鐵成為智能城市中最阿有效、最智能的部分。

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（作者單位：天津濱海快速交通發(fā)展有限公司）