第9章智慧鐵路本章重點智慧鐵路概述及背景智慧鐵路關(guān)鍵技術(shù)監(jiān)測/檢測技術(shù)本章重點智慧鐵路概述及背景智慧鐵路關(guān)鍵技術(shù)監(jiān)測/檢測技術(shù)智慧鐵路的發(fā)展背景——地理特征由我國的經(jīng)濟(jì)地理特征、工業(yè)布局、自然資源、能源分布特點，北煤南運(yùn)、西煤東運(yùn)、西電東送、南糧北運(yùn)等基本運(yùn)輸格局。鐵路運(yùn)輸具有運(yùn)距長、連續(xù)性強(qiáng)、規(guī)模集約等特點，能夠突破地域?qū)液蛧窠?jīng)濟(jì)整體性和聯(lián)系性的空間阻隔。智慧鐵路的發(fā)展背景——歷史特征交通是實業(yè)之母，鐵路是交通之母——孫中山京張鐵路（1909年正式運(yùn)營）京張鐵路起始自北京豐臺，經(jīng)居庸關(guān)、八達(dá)嶺，沙城、宣化至張家口。全長201.2公里，是中國人自行設(shè)計和建造的第一條干線鐵路。由中國杰出的工程師詹天佑負(fù)責(zé)設(shè)計和修建。智慧鐵路的發(fā)展背景——發(fā)展現(xiàn)狀我國鐵路事業(yè)迅猛發(fā)展，鐵路客貨運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量現(xiàn)居世界第二，鐵路每公里運(yùn)量密度世界最高，截至目前，我國已經(jīng)擁有全球里程最長、覆蓋最廣的鐵路網(wǎng)。八橫八縱高速鐵路主通道近5年來客貨運(yùn)發(fā)送量我國已成長為全球重要的交通大國智慧鐵路的發(fā)展背景——發(fā)展現(xiàn)狀2019年我國發(fā)布了《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》，強(qiáng)調(diào)要從交通大國向強(qiáng)國邁進(jìn)，其中，鐵路建設(shè)被排在首要位置！規(guī)劃明確提出了智能高鐵和智慧鐵路的建設(shè)，智能高鐵和智慧鐵路是滿足現(xiàn)代化鐵路需求的必由之路。智慧鐵路概述打造安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、溫馨舒適、方便快捷、節(jié)能環(huán)保的新一代鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)云計算物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)人工智能北斗衛(wèi)星系統(tǒng)BIM技術(shù)鐵路移動裝備固定基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)內(nèi)外部環(huán)境全面感知泛在互聯(lián)融合處理主動學(xué)習(xí)科學(xué)決策鐵路建設(shè)運(yùn)輸全過程全生命周期信息化自動化智能化智慧鐵路的發(fā)展數(shù)字鐵路智能鐵路鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)數(shù)字鐵路：鐵路所有資源及其運(yùn)行環(huán)境時空變化的數(shù)字化。關(guān)鍵技術(shù)狀態(tài)感知大容量傳輸融合處理可視化表達(dá)——北京交通大學(xué)賈利民教授智慧鐵路的發(fā)展數(shù)字鐵路智能鐵路鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)——北京交通大學(xué)賈利民教授智能鐵路：基于狀態(tài)信息的全面感知、傳輸、處理和共享集成，協(xié)調(diào)優(yōu)化鐵路各業(yè)務(wù)流程和各類資源，以較低成本達(dá)到保障安全、提高運(yùn)輸效率、改善經(jīng)營管理的目的。關(guān)鍵技術(shù)控制與優(yōu)化知識推理與決策支持協(xié)同計算與任務(wù)求解智慧鐵路的發(fā)展數(shù)字鐵路智能鐵路鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)：以實現(xiàn)信息采集、傳輸、處理和共享為基礎(chǔ)，通過高效利用與鐵路運(yùn)輸相關(guān)的所有移動、固定、空間、時間和人力資源，以較低的成本達(dá)到保障安全、提高運(yùn)輸效率、改善經(jīng)營管理和提高服務(wù)質(zhì)量目的的新一代鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)。關(guān)鍵技術(shù)信息處理技術(shù)通信技術(shù)控制與系統(tǒng)技術(shù)計算智能與決策支持技術(shù)智慧鐵路的發(fā)展數(shù)字鐵路智能鐵路鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)本章重點智慧鐵路概述及背景智慧鐵路關(guān)鍵技術(shù)監(jiān)測/檢測技術(shù)智慧鐵路邏輯概況狀態(tài)感知層：采集獲取沿線基礎(chǔ)設(shè)施、列車、運(yùn)行環(huán)境及客貨服務(wù)對象等的狀態(tài)數(shù)據(jù)，用于將物理組成部分進(jìn)行數(shù)字化處理。智慧鐵路是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從邏輯上來看，由物理層、狀態(tài)感知層、信息融合層、智能分析層、業(yè)務(wù)優(yōu)化層、協(xié)同服務(wù)層及系統(tǒng)目標(biāo)層等組成。物理層：構(gòu)成鐵路系統(tǒng)的物理組成部分，包括沿線基礎(chǔ)設(shè)施、車站、列車及運(yùn)行環(huán)境等。系統(tǒng)目標(biāo)層協(xié)同服務(wù)層業(yè)務(wù)優(yōu)化層智能分析層信息融合層狀態(tài)感知層物理層智慧鐵路邏輯概況智能分析層:利用人工智能，進(jìn)行知識發(fā)現(xiàn)、挖掘，形成知識庫為業(yè)務(wù)優(yōu)化提供知識支撐。信息融合層：通過網(wǎng)絡(luò)融合、數(shù)據(jù)融合將大數(shù)據(jù)進(jìn)行高效傳輸、集中管理、有效組織和全息表達(dá)，為智能分析層提供準(zhǔn)確、有效、完備的信息資源。系統(tǒng)目標(biāo)層協(xié)同服務(wù)層業(yè)務(wù)優(yōu)化層智能分析層信息融合層狀態(tài)感知層物理層業(yè)務(wù)優(yōu)化層:利用優(yōu)化模型，對設(shè)備設(shè)施管理、運(yùn)輸組織調(diào)度、安全應(yīng)急管理進(jìn)行最優(yōu)化決策和執(zhí)行，為智能鐵路系統(tǒng)服務(wù)對象提供最佳內(nèi)部功能支撐。智慧鐵路邏輯概況系統(tǒng)目標(biāo)層:實現(xiàn)更加智能高效、安全可靠、優(yōu)質(zhì)服務(wù)及綠色環(huán)保的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)。協(xié)同服務(wù)層:通過服務(wù)定制和無縫協(xié)同，為客貨對象、管理者以及合作方等提供個性化、及時和舒適的位移服務(wù)。系統(tǒng)目標(biāo)層協(xié)同服務(wù)層業(yè)務(wù)優(yōu)化層智能分析層信息融合層狀態(tài)感知層物理層關(guān)鍵支撐技術(shù)實現(xiàn)層融合層通信層感知層知識推理分布式計算互操作大容量通信物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)字鐵路智能鐵路RITS2010201320202030ComputationalIntelligenceCloudComputingXML、AGENT、Meta-dataIPWare/WirelessDigitalPhysicalSystemCollaborativeSwarmIntelligenceUbiquitousCloudComputingSemanticNetworkIPConvergenceUbiquitousSystemHighConfidenceAutonomousSystemIntelligentCloudComputingAdaptiveAgentIPNextGeneration“dust”AutonomousNetworkHighAuailability關(guān)鍵支撐技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（感知層）大容量通信技術(shù)（通信層）云計算及互操作技術(shù)（融合層）知識推理技術(shù)（實現(xiàn)層）網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)（整個系統(tǒng)）互操作技術(shù)（銜接）EIFNICIP關(guān)鍵專用技術(shù)智能建造智能勘探智慧工地施工機(jī)器人自動化質(zhì)檢智能建造將BIM、GIS、數(shù)字孿生、施工機(jī)器人、自動化質(zhì)檢、預(yù)制化與拼裝化等與工程建造技術(shù)相融合，實現(xiàn)高速鐵路勘察設(shè)計、工程施工、建設(shè)管理全過程的智能化管控。關(guān)鍵專用技術(shù)智能裝備智能動車組技術(shù)鐵路移動通信技術(shù)智能安全保障技術(shù)智能檢測監(jiān)測技術(shù)高鐵速度越來越快，對狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警、設(shè)備設(shè)施檢測監(jiān)測等要求提高，對智能型動車組、全方位智能安全保障等方面的需求迫切。智能裝備目標(biāo)包括探索基于智能設(shè)計與制造的自修復(fù)型動車組，構(gòu)建全方位智能安全保障體系等。關(guān)鍵專用技術(shù)智能運(yùn)營智能票務(wù)技術(shù)智能客站技術(shù)智能調(diào)度技術(shù)智能運(yùn)維技術(shù)旅客出行需求豐富多變，基礎(chǔ)設(shè)施與移動裝備運(yùn)維一體化要求越來越高。智能運(yùn)營目標(biāo)是實現(xiàn)全面電子客票，提供全方位、全行程的門到門服務(wù)，探索基礎(chǔ)設(shè)施與移動裝備的無人運(yùn)維等。本章重點智慧鐵路概述及背景智慧鐵路關(guān)鍵技術(shù)監(jiān)測/檢測技術(shù)無砟軌道特點及鋪設(shè)無砟軌道:一種全新的軌道型式，利用混凝土、瀝青混合料修筑整體基礎(chǔ)，以替代散粒碎石道床，又稱作無碴軌道，是當(dāng)今世界先進(jìn)的軌道技術(shù)。智能施工裝備底座混凝土自動化整平機(jī)智能分枕機(jī)智能精調(diào)機(jī)承軌臺檢測機(jī)器人防災(zāi)安全監(jiān)測技術(shù)軌道損壞致列車沖出軌道路基損壞致列車脫離路基接觸網(wǎng)損壞致列車停航鋼軌在列車和外界自然條件作用下，結(jié)構(gòu)狀態(tài)不斷發(fā)生變化，產(chǎn)生軌道不平順，隨列車速度、密度不斷增加，加快了鋼軌惡化速度。因此，需對鐵路路基沉降、軌道不平順等病害進(jìn)行監(jiān)測。沉降變形路基作為鐵路軌道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，在列車運(yùn)行中起著關(guān)鍵作用。水平位移應(yīng)力變化……線路監(jiān)測的必要性線路監(jiān)測/檢測技術(shù)線路監(jiān)測主要包含橋梁監(jiān)測、隧道監(jiān)測、軌道監(jiān)測、接觸網(wǎng)監(jiān)測和路基監(jiān)測等五部分內(nèi)容。橋梁監(jiān)測隧道監(jiān)測軌道監(jiān)測路基監(jiān)測接觸網(wǎng)監(jiān)測線路監(jiān)測/檢測技術(shù)合成孔徑雷達(dá)干涉技術(shù)(InSAR):使用衛(wèi)星或飛機(jī)搭載的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)獲取高分辨率地面反射復(fù)數(shù)影像，然后根據(jù)回波的相位差來生成數(shù)字高程模型或者地表形變圖。復(fù)型影像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)生成干涉圖相位解纏計算目標(biāo)高程InSAR監(jiān)測原理在測量地面起伏高程方面具有優(yōu)勢，應(yīng)用于高鐵設(shè)計選線、地貌及建筑物變形監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測等。線路監(jiān)測/檢測技術(shù)靜力水準(zhǔn)儀：由液位計、連通管、儲液灌、圓柱形線位移式電容傳感器組成。一或多臺網(wǎng)絡(luò)自動化控制平臺構(gòu)成，與測點層共同組成系基本結(jié)構(gòu)網(wǎng)點。分布于路基沿線各測點處的底層儀器構(gòu)成。相鄰測點構(gòu)成測點群，各測點群配備一臺CCD基準(zhǔn)測量儀及若干CCD水平監(jiān)測儀。工控計算機(jī)擔(dān)任監(jiān)控主機(jī)，配合預(yù)警監(jiān)測軟件構(gòu)成運(yùn)行控制管理層。線路監(jiān)測/檢測技術(shù)軌道監(jiān)測總體結(jié)構(gòu)圖軌道不平順檢測多使用綜合檢測車。鐵路高速綜合檢測列車（CIT）是一系列應(yīng)用于高速鐵路的綜合檢測動車組列車。0號鐵路高速綜合檢測列車（中國）定期檢測綜合檢測高速檢測軌道接觸網(wǎng)通信信號>200km/h防災(zāi)安全監(jiān)測技術(shù)鐵路地質(zhì)防災(zāi)安全監(jiān)測是保證高速列車行駛安全的重要技術(shù)之一。系統(tǒng)對可能發(fā)生的自然災(zāi)害（風(fēng)、雨、地震）、異物侵入限界進(jìn)行監(jiān)測報警和防護(hù)，提供經(jīng)智能分析后的預(yù)警、限速、停運(yùn)等信息，為運(yùn)行計劃調(diào)整、下達(dá)行車管制、搶險救援、維修提供依據(jù)，保證高速列車安全正點、高效舒適。列車軌道與公路橋交叉處出現(xiàn)落物沙塵暴或特大風(fēng)暴導(dǎo)致列車出軌翻車暴雨造成山體滑坡導(dǎo)致列車脫線、顛覆防災(zāi)安全監(jiān)測技術(shù)種類適用性變形監(jiān)測宏觀地質(zhì)調(diào)查各種地質(zhì)災(zāi)害的實地宏觀地質(zhì)調(diào)查。地表位移監(jiān)測崩塌、滑坡、泥石流和地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害的地表整體位移和裂縫位移監(jiān)測。深部位移監(jiān)測對具有明顯深部滑移特征的崩塌災(zāi)害的深部位移監(jiān)測。物理與化學(xué)場監(jiān)測應(yīng)力場監(jiān)測崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害體特殊部位或整體應(yīng)力場變化監(jiān)測。地聲監(jiān)測巖質(zhì)崩塌、滑坡以及泥石流災(zāi)害過程中的聲發(fā)射事件特征。電磁場監(jiān)測災(zāi)害體演化過程中的電場、電磁場的變化信息。災(zāi)害體溫度監(jiān)測滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害在活動過程中的災(zāi)體溫度變化信息。放射性測量裂縫、塌陷等災(zāi)害體特殊部位的氡氣異常。汞氣測量裂縫、塌陷等災(zāi)害體特殊部位的汞氣異常。誘發(fā)因素監(jiān)測氣象監(jiān)測崩、滑、流、塌陷、地裂縫等明顯受降水影響的地質(zhì)災(zāi)害。地震監(jiān)測崩、滑、流、地面塌陷等明顯受地震影響的地質(zhì)災(zāi)害。人類工程活動人類工程活動對地質(zhì)災(zāi)害的形成、發(fā)展過程的影響。地下水監(jiān)測地下水動態(tài)監(jiān)測滑坡、泥石流、地面塌陷等災(zāi)害的地下水位動態(tài)變化?？紫端畨毫ΡO(jiān)測滑坡、泥石流災(zāi)害的內(nèi)部孔隙水壓力。地下水質(zhì)監(jiān)測滑坡、泥石流、地面塌陷、海水入侵等災(zāi)害的地下水質(zhì)。GPS技術(shù)三維激光掃描技術(shù)近景攝影技術(shù)INSAR（干涉雷達(dá)技術(shù)）防災(zāi)安全監(jiān)測技術(shù)鐵路安全防災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場層設(shè)備現(xiàn)場災(zāi)害信息采集，由風(fēng)速、雨雪量、地震、異物傳感器等監(jiān)測設(shè)備組成?；緦釉O(shè)備用于對現(xiàn)場采集設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和上報，由監(jiān)控單元組成。監(jiān)控數(shù)據(jù)處理設(shè)備對上報數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析、轉(zhuǎn)發(fā)，由應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成。應(yīng)用層設(shè)備人機(jī)界面顯示并統(tǒng)計災(zāi)害數(shù)據(jù)，由各種應(yīng)用終端組成。防災(zāi)安全監(jiān)測技術(shù)滑坡：通常是指斜坡巖土沿著貫通的剪切面所發(fā)生的地質(zhì)位移現(xiàn)象，是一種廣泛分布且十分具有危害性的地質(zhì)災(zāi)害。監(jiān)測技術(shù)GPS技術(shù)遙感監(jiān)測技術(shù)近景攝影監(jiān)測技術(shù)TDR測量分布式光纖防災(zāi)安全監(jiān)測技術(shù)氣象監(jiān)測分站設(shè)置在鐵路沿線，采集數(shù)據(jù)處理匯聚后，通過網(wǎng)絡(luò)錄入到氣象數(shù)據(jù)服務(wù)器，供列車獲取氣象信息，同時氣象數(shù)據(jù)服務(wù)器的應(yīng)用程序具有分析報警功能，會主動給發(fā)送報警信號，提醒采取避險措施。防災(zāi)安全監(jiān)測技術(shù)地震監(jiān)測報警模式：S波（橫波）報警系統(tǒng)，P波（縱波）檢測報警系統(tǒng)。S波報警系統(tǒng)P波檢測、報警系統(tǒng)通過強(qiáng)震儀監(jiān)測出S波，立即發(fā)出列車停止運(yùn)行的控制信息。通過P波及強(qiáng)度判別出震中、方向和震級，利用P波走時快于S波，在對鐵路危害較大的S波到達(dá)鐵路沿線前，提前發(fā)出列車停止運(yùn)行