對智能城軌列車關鍵技術的探索及未來發展的展望

劉偉鵬 牟志成 丁昊 劉嘉琛

摘 要：隨著城市公共軌道交通的不斷發展，城軌車輛的智能化也越來越受到重視。傳統的城軌車輛雖然能滿足基本的日常運行功能，但因其智能化水平不高，造成運行成本高，日常維護復雜等不利的影響。因此，本文從現有的已經初具模型的關鍵智能技術出發，對列車未來的智能化進行探索和展望。

關鍵詞：智能列車;專家診斷;LCU;圖像識別;多網融合

近幾年來，城軌車輛技術以驚人的速度發展。其有效建設為人們的出行帶來了極大的便利，給我們營造了一個非常舒適的生活環境。而值得注意的是，城軌車輛的日常維護成本非常高，而且維護過程復雜，為了能節約成本，簡化維護流程，提高車輛的可用性和安全性，對城軌列車智能化的探討勢在必行。

1智能列車關鍵技術

1.1專家診斷分析系統

通過對軌道交通行業的調查分析，我們發現軌道交通行業有以下幾種迫切的發展需求：

（1）運用狀況和運用成本精細化管理需求上升

（2）充分利用狀態監控信息、運用信息等大數據資源，提供更加全面的維修服務

（3）快速發現、診斷、修復故障

（4）通過數據分析，建立優化修程修制管理能力，做出預測性維修能力的建設和探索。

地面專家診斷分析系統可以利用5G、WLAN等技術收集和發送車輛主要的運行信息，并將數據存儲在地面服務器。其組成為地面服務器、車載信息收集設備、地面運行控制中心信息設備、車輛段信息設備、以及其它軌旁設備。其中，地面服務器可以通過對大數據的處理分析獲得正在運營列車的狀態，實時跟蹤列車的健康狀態，對可能發生的故障進行預測和報警。

1.2邏輯控制單元LCU技術

邏輯控制單元LCU（logic control unit）是應用于軌道交通的數字邏輯控制裝置，通過運用電子處理單元與PLC編程技術，將列車傳統繼電器等若干獨立的控制裝置完全替代，實現列車原有邏輯控制功能，提高了車輛運行的安全性、可靠性及可維護性。

傳統的繼電器邏輯電路由于其自身結構的特點，存在一些不可避免的弊端，比如走線工藝復雜、邏輯變更困難、可靠性及可用性低，日常維護困難等。而邏輯控制單元可以完全避免硬線繼電器電路造成的缺點。總體來說，有以下幾大優勢：

1.由于采用邏輯板卡控制方式，大大降低了傳統繼電器因振動與頻繁動作造成的故障幾率。

2.數字控制技術可以直達控制點，解決了傳統繼電器的分層驅動問題。

3.采用熱備冗余策略，可大大降低城軌列車控制電路的故障率，可廣泛應用于多種城軌車輛。

此外，在系統配置方面LCU單元也比較靈活，它可以根據列車不同的編組方式來選擇配置具體的數量。而且每個LCU的板卡組成也比較靈活，可以根據項目不同的需求來選擇配置主控板、電源板、通信板的數量，實現邏輯控制功能。

1.3圖像識別技術

在城軌車輛運營過程中，司機對于車內及車外的監控只限于操控臺上的攝像頭屏幕和目視觀察，而傳統的車載攝像頭只具有錄像存儲的功能，不能實現距離檢測及物體檢測等功能。為了提高司機的駕駛體驗以及無人駕駛技術的可靠性，圖像識別技術都能發揮十分重要的作用。

圖像識別系統可以分為客室內人物識別技術和車體外人物識別技術。客室內人物識別技術將從動畫像檢測任務的存在與否及動作。該技術的核心在于軟件處理部分，通過對軟件的改進可以實現多功能化，比如人的存在檢測、動作檢測、人數檢測等。對軟件要求再高一點，還可以實現對乘客行為能力分析、遺留物分析，危險識別等功能。

車外人物物體識別技術主要是對列車前進方向上的人物物體識別。目前司機駕駛列車時，對前方物體的判斷主要依靠目視，而攝像頭檢測物體不受天氣，時間等客觀因素的影響，它是通過動畫實時測試到所照物體的距離。當前方出現影響安全駕駛的情況時，司機可以提前得到提示，做出合適的操作。

1.4多網融合技術

現有城軌列車中網絡系統眾多，由于各個系統之間不兼容，所以每個子系統在每個車廂里都要單獨配備一個交換機設備用來實現自己內部的通信，每個車廂上的交換機只能有少部分的端口被利用。這樣一來，不僅布線重復，而且交換機的利用率也不高，大部分端口都被閑置。

地鐵車輛智能化要求車輛網絡具有兼容性，實現資源共享、降低成本。多網融合技術目的在于簡化布線復雜度，減少交換機設備的數量（控制成本），實現智能化控制。同時，還可以降低后期維護的難度，維護人員只需要一個維護端口即可對整車所有的子系統進行訪問，更新。

在多網融合下的列車網絡采用環網冗余技術，在主線路斷開的情況下，可以快速切換至備份線路，從而保證線路的穩定可靠傳輸。每輛車配置一臺交換機設備，其端口數根據每節車的子系統端口數具體確定，所有交換機通過跨接的方式相連，組成列車網絡。

2智能軌道交通未來方向

隨著計算機軟硬件技術不斷提升，新材料、新技術的應用，軌道交通未來的方向一定是更加智能化。基于目前的科技水平，并考慮到軌道交通承擔著國家重大的客、貨日常運輸的重要性，對智能列車的可靠性、穩定性及通用性都有著很高的要求。因此，未來幾年內，智能列車的發展方向應該更加偏向于列車運行過程中的高自動化，乘坐列車體驗中的便捷智能，列車維護過程中的自我診斷三大方向進行發展。

采用云計算、互聯網、大數據等高智能化手段，以高鐵、機車、貨車、城軌等為載體，結合列車線路、列車車載、旅客出行等維度來發展智能列車。并將智能列車與整個軌道交通運行體系有機結合好，最終實現智能軌道交通運行體系的建立。

3結語

綜上所述，對城軌車輛智能化的研究隨時都處在正在進行時，新理念不斷提出，新技術不斷誕生。我們作為行業中的參與者，必須緊隨智能控制技術發展的趨勢和動向，在優勢技術上做到精益求精，在前沿陌生領域也要敢于邁出腳步，形成自己的優勢。在整個時代智能化的大背景下，城軌車輛的智能化必然是未來的大趨勢，誰能緊跟趨勢，誰就能在市場競爭中立于不敗之地。

參考文獻：

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