《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第四部分装备《高速铁路列车占用检查系统智能化研究与成套装备应用》

本期项目简介

完成单位: 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司、 通号 (北京) 轨道工业集团有限公司、 沈阳铁路信号有限责任公司

主要完成人: 李智宇、 杨轶轩、 刘瑞、 阳晋、 殷惠媛、 贾向武、 史龙、 乔志超、 张显、 郜志强、 杨晓锋、 于树永、 杨力、 翟一霖、 刘海东

项目简介

　　(一)项目背景

　　目前国内外高速铁路列车占用检查系统主要有法国CSEE的UM2000轨道电路、国内的中国通号ZPW-2000A轨道电路、和利时ZPW-2000S轨道电路,UM2000和ZPW-2000S仅具备室内采集和记录功能,不具备室外轨旁采集功能和智能诊断及预警功能。由于轨道电路音频信号在长距离传输时易发生电感耦合和电容耦合等物理现象,当元器件和接触点劣化失效时,电气特性会发生多点联动变化。由于轨道电路智能化程度较低,目前各维护维修环节仍然依靠现场维护人员经验,故障(尤其是室外故障)发生后,查找时间一般在2小时以上,严重影响铁路运输效率。

　　本项目通过研制满足高速铁路恶劣运行环境要求的室内外采集系统和具备实时预警和故障报警的健康诊断系统,构建高速铁路列车占用检查系统智能化成套装备,从而攻克运维痛点,实现高铁基础安全装备智能化目标。

　　(二)技术概况

　　本项目属于铁路安全控制领域,聚焦于为高速铁路列车占用检查系统的智能化提升和装备研制,主要研究内容如下:建立了交变自然环境下列车占用检查系统的高精度仿真平台,突破了复杂电磁环境下微电量安全感知技术,实现了宽频带信息在远距离多节点复杂拓扑结构下的无延时高速传输,提出了基于机器学习模型的自适应配置算法。基于以上核心技术,研制了多维感知的智能化列车占用检查成套装备,制定了行业级标准及验收检测方法。

　　该系统完成了高速铁路列车占用检查系统的智能化研究,实现了包含信号发生设备、接收解调设备,尤其是轨旁传输设备、钢轨及电缆的全系统健康状态的实时监控和智能诊断,对20%以内未明显影响系统功能的电气性能劣化进行诊断预警,将定位精度提升6倍,由室内2个分区扩展为室内外12个分区,故障诊断分析时间由最长2小时缩短至10分钟内,显著提升高速铁路信号系统运维效率。

　　(三)适用范围

　　本项目适用于高速铁路,为列车占用检查系统提供健康状态的实时监控和智能诊断,为我国轨道交通维修体系智能化变革提供装备保证。

　　(四)获奖情况

　　本项目曾获得如表1所示的多项奖励,共授权专利26项,其中发明专利18项,发表学术论文30余篇,其中SCI3篇、EI12篇。获得国际认可的SIL4级安全认证和铁路行业CRCC认证证书。

项目创新点

　　(1)建立交变自然环境下的高精度仿真平台。

　　采用多物理场耦合及仿真技术,提出了我国铁路长交路特点下,适应自然环境交变的电磁仿真计算平台,轨道电路经一次调整调试后,能够适应线路动态道床条件下(1赘·km~肄)的交变自然环境特点。

　　(2)突破复杂电磁环境下微电量安全感知技术。

　　设计可均匀感知被测物体微电场强度的对称圆环敏感电极,通过捕捉被测物体电场微量变化并经放大处理,实现0郾01~100V量程内0郾5%误差的高精度非接触式电压测量,保证了采集装置与被测装置的安全隔离,属行业内首次工程应用。

　　(3)实现宽频带信息在远距离多节点条件下的无延时高速传输。

　　采用正交频分复用技术与载波侦听冲突检测技术,实现传输通道自适应频段分配与信息冲突避让,设计了链路层LOAD路由算法,实现了动态智能组网,结合系统电气参数特征,提出采集信息传输启动机制等通信策略,解决了宽带信号长距离传输损耗大与易受干扰的问题,首次实现了0郾8~12MHz高频宽带信息在高速铁路轨旁20公里+20节点条件下的高效传输。

　　(4)提出基于机器学习模型的自适应配置算法。

　　提出基于机器学习模型的自适应配置算法,无须人工干预即可适应全国铁路线路的复杂差异性环境,解决了批量工程化应用难题,定位精度由2点扩展到12点,故障查找时间从最多2小时缩短到10分钟以内。

　　(5)制定行业级标准及验收检测方法。制定轨道电路智能诊断系统装备的行业级标准及验收检测方法,填补了行业空白,为铁路装备智能化的建设提供了技术标准支撑。

同类项目比较

高速铁路列车占用检查系统智能化装备 ZPW2000A 轨道电路, 其同类高铁技术产品有国内北京和利时的 ZPW - 2000S 轨道电路、 法国 CSEE 的UM-2000 轨道电路 (见表 2)。

由 上 表 可 知, ZPW - 2000A 系 统 与 法 国UM2000 和和利时 ZPW-2000S 轨道电路相比具有以下优点:

(1) 安全性能高、 智能化程度高、 可靠性高。

(2) 工程造价低, 适应我国国情。

应用案例

　　本系统已在大张高铁、京雄高铁、京沪高铁、银西高铁等线路中大量运用,装备超过500个高铁车站,实现了高速铁路列车占用检查系统健康状态的实时监测和智能诊断。

　　智能运维是高速列车安全运行、高效运营的重要保障,该系统的应用,有效降低了现场维护工作劳动强度,显著提升了疑难故障处理能力与效率,有力地推动了我国高速铁路的智能化发展,预期应用前景持续良好。

社会效益与经济效益

　　(一)社会效益

　　ZPW-2000A轨道电路是我国高速铁路占用检查系统的主要制式,市场占有率近100%,ZPW2000A轨道电路智能化系统应用后,显著提升高速铁路信号系统运维效率,故障查找时间从最多2小时缩短到10分钟以内。降低了现场工作人员的劳动强度,由常规沿线走行测试转变为在线实时监测。同时精确定位故障区域,为维修人员提供维修指导,为维修体系智能化变革提供了强有力的技术支撑和装备保证。

　　(二)经济效益

　　计算公式为:

　　新增利润=销售额-销售成本

　　项目经济效益详见表3。