2022年 第31卷 第7期
2022, 31(7): 1-9.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.01
摘要
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摘要:
文章系统总结中国智能高速铁路（简称：高铁）顶层架构设计、关键技术创新、基础平台建设、工程示范应用等方面取得的主要成就，分析“十四五”时期中国智能高铁面临的内外部形势和要求，提出智能高铁2.0的内涵和主要体现在“体系正向设计、全专业协同、跨行业综合、预测性分析”4个方面的代际特征，从技术体系、数据体系、标准体系等维度构建智能高铁体系架构2.0，规划建造、装备、运营等领域智能化重点攻关任务和实施路径，可为“十四五”时期智能高铁2.0的研究和应用提供重要指导。
文章系统总结中国智能高速铁路（简称：高铁）顶层架构设计、关键技术创新、基础平台建设、工程示范应用等方面取得的主要成就，分析“十四五”时期中国智能高铁面临的内外部形势和要求，提出智能高铁2.0的内涵和主要体现在“体系正向设计、全专业协同、跨行业综合、预测性分析”4个方面的代际特征，从技术体系、数据体系、标准体系等维度构建智能高铁体系架构2.0，规划建造、装备、运营等领域智能化重点攻关任务和实施路径，可为“十四五”时期智能高铁2.0的研究和应用提供重要指导。
2022, 31(7): 10-13.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.02
摘要:
为推动成渝双城经济圈高质量发展，进一步深化智能高速铁路的创新应用，基于中国智能高速铁路战略发展规划和当前时期的体系架构，结合成渝中线（重庆—成都）高速铁路主要特点和全生命周期应用需求，提出了以智能铁路人工智能（AI，Artificial Intelligence）平台为核心，包含智能建造、智能装备、智能运营3大板块智能应用的成渝中线高速铁路智能化方案，阐述了智能高速铁路AI平台主要功能、智能应用主要工程内容和通信网络构成。
为推动成渝双城经济圈高质量发展，进一步深化智能高速铁路的创新应用，基于中国智能高速铁路战略发展规划和当前时期的体系架构，结合成渝中线（重庆—成都）高速铁路主要特点和全生命周期应用需求，提出了以智能铁路人工智能（AI，Artificial Intelligence）平台为核心，包含智能建造、智能装备、智能运营3大板块智能应用的成渝中线高速铁路智能化方案，阐述了智能高速铁路AI平台主要功能、智能应用主要工程内容和通信网络构成。
2022, 31(7): 14-18.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.03
摘要:
针对高速铁路（简称：高铁）动车组部件故障诊断和预测的业务需求，依托动车组故障预测与健康管理（PHM，Prognostic and Health Management）系统，在基于人工智能的高铁动车组智能运营维护（简称：运维）算法研究平台中构建高铁动车组智能运维数据分析系统。介绍了高铁动车组智能运维算法研究平台的架构，以及高铁动车组智能运维数据分析系统的数据处理流程和关键算法。并以高铁动车组客室空调为例，选取客室空调相关传感器数据进行数据分析，得到影响客室空调健康状况的特征，并对聚类结果进行健康度数据标注，作为客室空调健康评估模型开发的基础。
针对高速铁路（简称：高铁）动车组部件故障诊断和预测的业务需求，依托动车组故障预测与健康管理（PHM，Prognostic and Health Management）系统，在基于人工智能的高铁动车组智能运营维护（简称：运维）算法研究平台中构建高铁动车组智能运维数据分析系统。介绍了高铁动车组智能运维算法研究平台的架构，以及高铁动车组智能运维数据分析系统的数据处理流程和关键算法。并以高铁动车组客室空调为例，选取客室空调相关传感器数据进行数据分析，得到影响客室空调健康状况的特征，并对聚类结果进行健康度数据标注，作为客室空调健康评估模型开发的基础。
2022, 31(7): 19-24.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.04
摘要:
针对常规平面地形图二维场景存在的缺乏立体感、不直观的问题，提出基于多源空间数据的铁路三维大场景构建方案、铁路三维大场景构建技术流程及数据格式标准化、数据预处理、数据轻量化处理和数据组织管理方法。同时，设计研发了铁路三维大场景应用系统，阐述了系统研发目标、总体架构和系统功能。实践证明，所设计的系统可以为铁路设计人员提供一个更加直观、全面、真实的三维空间设计环境，能够满足铁路工程线路三维虚拟踏勘、专业设计验证和方案三维展示分析等勘察设计工作需要，提升铁路勘察设计数字化、智能化水平。
针对常规平面地形图二维场景存在的缺乏立体感、不直观的问题，提出基于多源空间数据的铁路三维大场景构建方案、铁路三维大场景构建技术流程及数据格式标准化、数据预处理、数据轻量化处理和数据组织管理方法。同时，设计研发了铁路三维大场景应用系统，阐述了系统研发目标、总体架构和系统功能。实践证明，所设计的系统可以为铁路设计人员提供一个更加直观、全面、真实的三维空间设计环境，能够满足铁路工程线路三维虚拟踏勘、专业设计验证和方案三维展示分析等勘察设计工作需要，提升铁路勘察设计数字化、智能化水平。
2022, 31(7): 25-31.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.05
摘要:
针对铁路安全隐患问题，提出将第三代北斗卫星导航系统（简称：北斗三代）高精度定位技术引入铁路监测预警，设计了基于北斗三代的铁路监测预警系统，该系统利用北斗高精度定位的原理实现位移数据高精度监测，同时具备实时传输和即时预警等功能。实践证明，该系统相对于基于GPS的监测预警系统具有明显优势，可见的卫星个数显著增加，水平精度提高20%以上，高程精度提高50%以上。同时通过不同基线长度下监测性能的对比，为合理布设基准站提供参考。
针对铁路安全隐患问题，提出将第三代北斗卫星导航系统（简称：北斗三代）高精度定位技术引入铁路监测预警，设计了基于北斗三代的铁路监测预警系统，该系统利用北斗高精度定位的原理实现位移数据高精度监测，同时具备实时传输和即时预警等功能。实践证明，该系统相对于基于GPS的监测预警系统具有明显优势，可见的卫星个数显著增加，水平精度提高20%以上，高程精度提高50%以上。同时通过不同基线长度下监测性能的对比，为合理布设基准站提供参考。
2022, 31(7): 32-36.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.06
摘要:
针对我国铁路桥梁占比高、标准构件应用范围广、孔跨布置作业繁重的特点，将建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）与人工智能（AI，Artificial Intelligence）技术相结合，进行桥梁智能布跨研究。文章根据桥梁布跨原则，基于信息集，选用Q-Learning算法对Bentley平台二次开发，形成了一套完整的可视化桥梁布跨方案 。验证结果表明，该方案可应用于一般铁路桥梁设计中，并从设计层提高BIM数据应用深度与广度，提高桥梁布跨工作效率与质量。
针对我国铁路桥梁占比高、标准构件应用范围广、孔跨布置作业繁重的特点，将建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）与人工智能（AI，Artificial Intelligence）技术相结合，进行桥梁智能布跨研究。文章根据桥梁布跨原则，基于信息集，选用Q-Learning算法对Bentley平台二次开发，形成了一套完整的可视化桥梁布跨方案 。验证结果表明，该方案可应用于一般铁路桥梁设计中，并从设计层提高BIM数据应用深度与广度，提高桥梁布跨工作效率与质量。
2022, 31(7): 37-41.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.07
摘要:
北京—张家口高速铁路（简称：京张高铁）是服务于2022年北京冬奥会与冬残奥会的重要交通基础设施，也是支撑京津冀协同发展轨道交通网的重要组成部分。文章依托京张高铁重点工程—官厅水库特大桥工程，研究并整理了该桥建设期所采用的智能建造技术，将贯穿建设期、联调联试期、运营期的全生命周期智能监测系统与智能检修车装备结合形成了智能运营维护体系。京张高铁官厅水库特大桥建设中获得的智能化技术应用方面的经验可复制和推广，为后续智慧铁路建设提供参考。
北京—张家口高速铁路（简称：京张高铁）是服务于2022年北京冬奥会与冬残奥会的重要交通基础设施，也是支撑京津冀协同发展轨道交通网的重要组成部分。文章依托京张高铁重点工程—官厅水库特大桥工程，研究并整理了该桥建设期所采用的智能建造技术，将贯穿建设期、联调联试期、运营期的全生命周期智能监测系统与智能检修车装备结合形成了智能运营维护体系。京张高铁官厅水库特大桥建设中获得的智能化技术应用方面的经验可复制和推广，为后续智慧铁路建设提供参考。
2022, 31(7): 42-45.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.08
摘要:
文章以大瑞（大理—瑞丽）铁路、贵南（贵阳—南宁）铁路建设项目为基础，总结了铁路桥梁装配式拱上钢立柱、桥面系施工工艺流程；通过现场测定，获得人工、材料、机械的单位消耗量统计数据，根据相关计价依据，计算得到装配式拱上钢立柱、桥面系的定额基价，并对比分析了装配式桥面系与现浇桥面系的造价差异性，为铁路桥梁装配式建造计价提供参考。
文章以大瑞（大理—瑞丽）铁路、贵南（贵阳—南宁）铁路建设项目为基础，总结了铁路桥梁装配式拱上钢立柱、桥面系施工工艺流程；通过现场测定，获得人工、材料、机械的单位消耗量统计数据，根据相关计价依据，计算得到装配式拱上钢立柱、桥面系的定额基价，并对比分析了装配式桥面系与现浇桥面系的造价差异性，为铁路桥梁装配式建造计价提供参考。
2022, 31(7): 46-50.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.09
摘要:
为使高速铁路信号系统更好地满足新形势下智能高速铁路的建设及运营维护需求，更好地与智能高速铁路技术体系架构相协调，文章分析我国高速铁路主要信号系统的智能化、一体化现状，并在此基础上梳理《智能高速铁路1.0技术体系架构》中智能建造、智能装备、智能运营中与信号系统相关的内容，对我国高速铁路主要信号系统智能化、一体化技术发展方向进行探讨，提出体系架构标准的发展建议，以期为信号系统一体化方案更好地与智能高铁技术体系架构融合发展提供借鉴。
为使高速铁路信号系统更好地满足新形势下智能高速铁路的建设及运营维护需求，更好地与智能高速铁路技术体系架构相协调，文章分析我国高速铁路主要信号系统的智能化、一体化现状，并在此基础上梳理《智能高速铁路1.0技术体系架构》中智能建造、智能装备、智能运营中与信号系统相关的内容，对我国高速铁路主要信号系统智能化、一体化技术发展方向进行探讨，提出体系架构标准的发展建议，以期为信号系统一体化方案更好地与智能高铁技术体系架构融合发展提供借鉴。
2022, 31(7): 51-57.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.10
摘要:
针对编组站咽喉区存在的道岔异物入侵、工器具遗留等问题，研究并实现一种基于无监督学习的智能视觉异常检测系统。运用第5代移动通信技术（5G）切片技术实现咽喉区4 K超高清视频的传输，通过运营商用户面功能（UPF）下沉实现数据不出站，保障网络安全。针对异常的不确定性，采用无监督学习的师生特征金字塔匹配算法，通过比较教师模型与学生模型的得分，实现咽喉区异常识别。该系统在怀化西编组站现场试验取得良好效果，能够有效提高咽喉区的安全防范能力。
针对编组站咽喉区存在的道岔异物入侵、工器具遗留等问题，研究并实现一种基于无监督学习的智能视觉异常检测系统。运用第5代移动通信技术（5G）切片技术实现咽喉区4 K超高清视频的传输，通过运营商用户面功能（UPF）下沉实现数据不出站，保障网络安全。针对异常的不确定性，采用无监督学习的师生特征金字塔匹配算法，通过比较教师模型与学生模型的得分，实现咽喉区异常识别。该系统在怀化西编组站现场试验取得良好效果，能够有效提高咽喉区的安全防范能力。
2022, 31(7): 58-62.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.11
摘要:
为解决当前铁路无人值守牵引变电所运营维护（简称：运维）过程中面临的诸多问题，基于云网边端协同概念架构，研究制定铁路无人值守牵引变电所运维方案，提升无人值守牵引变电所的智能化运维水平。文章介绍了云网边端协同概念，阐述了运维方案的架构设计和数据流向，与前端智能、边缘计算、云计算、人工智能、大数据等技术紧密结合，通过对场景实现的适应性、可用性、畅通性、价值性进行分析，证明该方案的可行性，能够满足铁路无人值守牵引变电所的运维需求。
为解决当前铁路无人值守牵引变电所运营维护（简称：运维）过程中面临的诸多问题，基于云网边端协同概念架构，研究制定铁路无人值守牵引变电所运维方案，提升无人值守牵引变电所的智能化运维水平。文章介绍了云网边端协同概念，阐述了运维方案的架构设计和数据流向，与前端智能、边缘计算、云计算、人工智能、大数据等技术紧密结合，通过对场景实现的适应性、可用性、畅通性、价值性进行分析，证明该方案的可行性，能够满足铁路无人值守牵引变电所的运维需求。
2022, 31(7): 63-68.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.12
摘要:
动车组故障预测与健康管理（PHM，Prognostics and Health Management）模型研究工作围绕动车组运维数据开展。数据是动车组PHM模型的驱动力，数据计算是动车组PHM模型的核心。文章从动车组PHM模型应用现状出发，对动车组PHM模型数据架构进行了优化设计，研究了动车组车载信息无线传输系统（WTDS ，Wireless Transmission Device System）数据清洗及存储等关键技术，提升了PHM模型源数据处理效率。
动车组故障预测与健康管理（PHM，Prognostics and Health Management）模型研究工作围绕动车组运维数据开展。数据是动车组PHM模型的驱动力，数据计算是动车组PHM模型的核心。文章从动车组PHM模型应用现状出发，对动车组PHM模型数据架构进行了优化设计，研究了动车组车载信息无线传输系统（WTDS ，Wireless Transmission Device System）数据清洗及存储等关键技术，提升了PHM模型源数据处理效率。
2022, 31(7): 69-74.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.13
摘要:
经过20多年的技术更迭，中国铁路客票发售和预订系统（简称：铁路客票系统）已成为全球最大的综合性票务系统。为支撑铁路客票系统联程联运业务，助力现代综合交通运输体系发展，亟需借鉴出行即服务（MaaS，Mobility as a Service）实践的先进经验，开展MaaS+智能服务体系研究。文章围绕资源配置最优化、信息共享标准化、联运产品体系化、出行服务一体化、联运保障协同化等业务，在MaaS服务平台的基础上，设计铁路客票系统Maas+智能服务模式，构建铁路客票系统Maas+智能服务体系架构。研究成果对于巩固和提升铁路在综合交通运输体系中的骨干作用，加快实现交通强国战略目标具有重要意义。
经过20多年的技术更迭，中国铁路客票发售和预订系统（简称：铁路客票系统）已成为全球最大的综合性票务系统。为支撑铁路客票系统联程联运业务，助力现代综合交通运输体系发展，亟需借鉴出行即服务（MaaS，Mobility as a Service）实践的先进经验，开展MaaS+智能服务体系研究。文章围绕资源配置最优化、信息共享标准化、联运产品体系化、出行服务一体化、联运保障协同化等业务，在MaaS服务平台的基础上，设计铁路客票系统Maas+智能服务模式，构建铁路客票系统Maas+智能服务体系架构。研究成果对于巩固和提升铁路在综合交通运输体系中的骨干作用，加快实现交通强国战略目标具有重要意义。
2022, 31(7): 75-80.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.14
摘要:
随着新一代信息技术的快速发展，中国铁路运输调度管理系统已逐步向智能化阶段迈进。文章阐述了智能运输调度管理系统在智能铁路建设中的重要性，总结了国外智能铁路运输调度研究与应用现状。在此基础上，分析了现阶段我国铁路运输调度存在的问题，并提出了铁路智能运输调度管理系统架构及实施策略，以建设高安全、高效率、高效益、优服务的智能运输调度管理系统。
随着新一代信息技术的快速发展，中国铁路运输调度管理系统已逐步向智能化阶段迈进。文章阐述了智能运输调度管理系统在智能铁路建设中的重要性，总结了国外智能铁路运输调度研究与应用现状。在此基础上，分析了现阶段我国铁路运输调度存在的问题，并提出了铁路智能运输调度管理系统架构及实施策略，以建设高安全、高效率、高效益、优服务的智能运输调度管理系统。
2022, 31(7): 81-86.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.15
摘要:
针对复杂铁路客站现场全景视频高维特征缺乏、融合匹配不准确等问题，提出一种基于深度学习的铁路客站视频融合智能监控系统的图像处理优化技术。文章通过尺度不变特征变换算法检测出图像关键点，利用卷积神经网络进行高维特征提取，对错配点使用随机抽样一致性算法进行剔除，并对虚影问题进行了优化以获得更好的细节效果。提出的图像处理优化技术已应用于连云港—镇江高速铁路扬州东站。应用结果表明，该技术能有效防止图片失真，获得更好的拼接效果。
针对复杂铁路客站现场全景视频高维特征缺乏、融合匹配不准确等问题，提出一种基于深度学习的铁路客站视频融合智能监控系统的图像处理优化技术。文章通过尺度不变特征变换算法检测出图像关键点，利用卷积神经网络进行高维特征提取，对错配点使用随机抽样一致性算法进行剔除，并对虚影问题进行了优化以获得更好的细节效果。提出的图像处理优化技术已应用于连云港—镇江高速铁路扬州东站。应用结果表明，该技术能有效防止图片失真，获得更好的拼接效果。
2022, 31(7): 87-91.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.16
摘要:
干线铁路、城际铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通的“四网融合”综合交通网络采用铁路或城市轨道交通票制，分别由中国铁路客票发售和预订系统（简称：铁路客票系统）、城市轨道交通自动售检票（AFC，Automatic Fare Collection ）系统提供功能服务。“四网融合”中城市群内轨道交通公交化运营时，铁路客票系统难以提供快速便捷的通勤服务，城市轨道交通AFC系统又无法满足实名认证、席位管理的铁路运营需求。针对这些突出的问题，根据铁路和城市轨道交通的主流票制模式和技术体系，重点分析不同票制的优缺点和运营组织关键点，结合现行已实施案例提供一体化融合技术方案，探讨并提出铁路和城市轨道不同票制的融合技术思路、关键问题及解决方法。
干线铁路、城际铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通的“四网融合”综合交通网络采用铁路或城市轨道交通票制，分别由中国铁路客票发售和预订系统（简称：铁路客票系统）、城市轨道交通自动售检票（AFC，Automatic Fare Collection ）系统提供功能服务。“四网融合”中城市群内轨道交通公交化运营时，铁路客票系统难以提供快速便捷的通勤服务，城市轨道交通AFC系统又无法满足实名认证、席位管理的铁路运营需求。针对这些突出的问题，根据铁路和城市轨道交通的主流票制模式和技术体系，重点分析不同票制的优缺点和运营组织关键点，结合现行已实施案例提供一体化融合技术方案，探讨并提出铁路和城市轨道不同票制的融合技术思路、关键问题及解决方法。
2022, 31(7): 92-98.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.17
摘要:
随着我国高速铁路（简称：高铁）通达范围和行车密度的不断提高，运行计划调整日趋复杂，利用计算机和人工智能等技术手段辅助调度员制定阶段调整计划是高铁智能调度的发展趋势。高铁运行计划调整问题是一个多阶段决策问题，具有决策链长、规模大、约束多等特点，导致传统的强化学习方法Q学习算法的学习效率低、收敛缓慢。文章提出一种基于Q(λ)学习的高铁运行计划智能调整算法，采用累积式资格迹设计多步奖励更新机制，有效解决稀疏奖励下收敛慢的问题，目标函数设计中充分考虑了股道运用计划，更适合反应行车密度增大时到发线的使用情况。仿真实验表明，Q(λ)学习算法在学习效率、收敛速度和收敛结果上均优于传统的Q学习算法。
随着我国高速铁路（简称：高铁）通达范围和行车密度的不断提高，运行计划调整日趋复杂，利用计算机和人工智能等技术手段辅助调度员制定阶段调整计划是高铁智能调度的发展趋势。高铁运行计划调整问题是一个多阶段决策问题，具有决策链长、规模大、约束多等特点，导致传统的强化学习方法Q学习算法的学习效率低、收敛缓慢。文章提出一种基于Q(λ)学习的高铁运行计划智能调整算法，采用累积式资格迹设计多步奖励更新机制，有效解决稀疏奖励下收敛慢的问题，目标函数设计中充分考虑了股道运用计划，更适合反应行车密度增大时到发线的使用情况。仿真实验表明，Q(λ)学习算法在学习效率、收敛速度和收敛结果上均优于传统的Q学习算法。
2022, 31(7): 99-102.
doi: 10.3969/j.issn.1005-8451.2022.07.18
摘要:
研究表明，使业务模型性能变差的难分样本对系统边界决策能力增长有决定性影响。由于行李携带危险品的多样性及实物形态的不确定性，以及现场行李安检系统生成的行李X光图像数据呈现“长尾分布”特征，由有限次样本采集的数据集训练得到的智能检测模型，在应用于现场行李安检系统后，存在检测准确率不高的问题。文章针对行李安检智能检测数据分析闭环流程，提出最难分样本集的离散强化选取方法，可从现场行李安检系统运行过程中产生的危险品实例图像中选取最难分样本集，作为新增样本数据，用于智能检测模型的学习更新，实现安检智能检测软件性能的持续增强。
研究表明，使业务模型性能变差的难分样本对系统边界决策能力增长有决定性影响。由于行李携带危险品的多样性及实物形态的不确定性，以及现场行李安检系统生成的行李X光图像数据呈现“长尾分布”特征，由有限次样本采集的数据集训练得到的智能检测模型，在应用于现场行李安检系统后，存在检测准确率不高的问题。文章针对行李安检智能检测数据分析闭环流程，提出最难分样本集的离散强化选取方法，可从现场行李安检系统运行过程中产生的危险品实例图像中选取最难分样本集，作为新增样本数据，用于智能检测模型的学习更新，实现安检智能检测软件性能的持续增强。
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