吳韻逸

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)是一門集計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、電力電子技術(shù)等交叉的綜合性技術(shù)。機(jī)電一體化已廣泛的運(yùn)用到生活的各個(gè)領(lǐng)域，加快了社會(huì)的建設(shè)與進(jìn)步，基于互聯(lián)網(wǎng)下將機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)用到城市的軌道交通中，提高了交通運(yùn)行和乘客出行的效率，解決了城市軌道交通的擁堵問(wèn)題。本文主要分析機(jī)電一體化技術(shù)的概念和軌道交通工程的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)軌道;機(jī)電一體化;城市軌道交通

中圖分類號(hào)：U239.5;U285.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）12-0172-04

0 引言

在城市快速建設(shè)發(fā)展過(guò)程中，城市道路擁堵的現(xiàn)象日趨加重，為了緩解這一現(xiàn)狀，各地區(qū)城市大規(guī)模修建軌道交通。作為現(xiàn)代人出行的重要交通工具，軌道交通列車具有運(yùn)量大、速度快、準(zhǔn)時(shí)、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，有效的解決了城市道路擁堵的問(wèn)題。但城市軌道交通運(yùn)行的過(guò)程中需要電力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、自動(dòng)檢票系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等專業(yè)配合。傳統(tǒng)的人工工作方式無(wú)法操作這一復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，因此在軌道交通中運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)下可對(duì)每個(gè)工程程序?qū)嵤┲悄芑刂?，大幅度提高了列車的運(yùn)行效率，增加了乘客的通行效率，讓乘客的出行變得更加舒適、安全和便捷。

1 我國(guó)城市軌道交通現(xiàn)狀

截至2019年，我國(guó)已經(jīng)有30余個(gè)城市開(kāi)通了城市軌道交通，其中北京市擁有22條線路，通車?yán)锍?08km，上海市擁有17條線路，通車?yán)锍?73km，廣州市擁有13條線路，通車?yán)锍?92km，深圳市擁有8條線路，通車?yán)锍?85km。軌道交通給城市居民生活帶來(lái)極大便利的同時(shí)，也給城市交通帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，因?yàn)榈罔F擁堵和換乘困難給城市生活帶來(lái)諸多不和諧因素。所以，研究城市軌道交通的升級(jí)方案，是當(dāng)前城市軌道交通升級(jí)工作的重要內(nèi)容[1]。本文就城市軌道交通一般模型進(jìn)行探索研究，如圖1所示。

圖1中，一般城市軌道交通的運(yùn)行線路之間軌道調(diào)度相對(duì)獨(dú)立，每條運(yùn)行線路在始發(fā)站均有繞道連接到檢修站區(qū)[2]。北京、上海等地的城市軌道交通一般擁有多個(gè)檢修站區(qū)，但也有部分類似合肥、青島等地會(huì)修建單獨(dú)的檢修站區(qū)對(duì)備用車輛和檢修車輛進(jìn)行管理。城市軌道交通每條線路中間會(huì)有多個(gè)中間站臺(tái)，用于乘客中途上下車或者換乘，部分換乘站如北京大望路站、西直門站等，會(huì)在換乘站區(qū)有繞道聯(lián)通不同線路，供緊急調(diào)車使用。但在實(shí)際正常運(yùn)行循環(huán)中，各線路之間的車輛獨(dú)立運(yùn)行，不相互跨線。

在這種模式下，如果加大一條線路的發(fā)車密度，就需要從檢修站區(qū)配置車輛進(jìn)入始發(fā)站前等待，調(diào)整發(fā)車密度后，將車輛并人運(yùn)行。如果減小一條線路的發(fā)車密度，會(huì)等待車輛進(jìn)入始發(fā)站后，將其撤編后駛回檢修站區(qū)。傳統(tǒng)調(diào)度模式下，線路加大或者減小發(fā)車密度，根據(jù)提前制定的發(fā)車時(shí)間表執(zhí)行，即在預(yù)計(jì)高峰時(shí)間加大發(fā)車密度，在預(yù)計(jì)非高峰時(shí)段減少發(fā)車密度。但此方案會(huì)在動(dòng)態(tài)客流發(fā)生不可預(yù)期變化時(shí)發(fā)生擁堵或者空車運(yùn)行情況。本文重點(diǎn)探討依照大數(shù)據(jù)回歸和曲線估計(jì)算法的城市軌道交通互聯(lián)網(wǎng)機(jī)電一體化控制方案。

2 機(jī)電一體化控制策略現(xiàn)狀及互聯(lián)網(wǎng)切入點(diǎn)

當(dāng)前狀態(tài)下，通過(guò)基于MPLC或者單片機(jī)系統(tǒng)控制的道岔自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)自動(dòng)控制系統(tǒng)、隔離門聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、車輛定位及狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等都已經(jīng)形成了信號(hào)聯(lián)動(dòng)。其中使用軌道主機(jī)對(duì)道岔狀態(tài)和信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行綜合管理，使用站區(qū)主機(jī)控制隔離門狀態(tài)的監(jiān)控信息，使用運(yùn)行主機(jī)控制車輛狀態(tài)監(jiān)控信息，3種主機(jī)在站區(qū)的邊緣IDC進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總處理，3種主機(jī)的本質(zhì)是大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，并無(wú)更多的數(shù)據(jù)處理功能。在最近的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)升級(jí)中，將3種主機(jī)信息通過(guò)IDC接入主機(jī)接入到城市軌道交通總調(diào)度IDC中，該IDC的IDC機(jī)組（交換機(jī)組、路由器機(jī)組、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)機(jī)組、服務(wù)器機(jī)組等）不做更多討論，而其值班主機(jī)工作站組和調(diào)度主機(jī)工作站組也通過(guò)匯聚層交換機(jī)后，經(jīng)過(guò)IDC核心交換機(jī)與IDC機(jī)組實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)功能。如圖2所示。

可以認(rèn)為，當(dāng)前對(duì)大部分軌道交通總調(diào)度來(lái)說(shuō)，其IDC機(jī)房?jī)?nèi)已經(jīng)擁有了充分的交換機(jī)組、路由器機(jī)組、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)機(jī)組、服務(wù)器機(jī)組都已經(jīng)擁有了足夠的計(jì)算能力和安全保障能力。所以在下文中進(jìn)行核心算法分析。

3 軌道交通核心算法需求分析

根據(jù)前文分析，通過(guò)一卡通刷卡量和站區(qū)的客流量數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸計(jì)算，結(jié)合車輛狀態(tài)和軌道資源利用率狀態(tài)，計(jì)算出發(fā)車密度需求，進(jìn)行動(dòng)態(tài)發(fā)車密度調(diào)整，是當(dāng)前核心算法的核心需求[3]。其模糊矩陣如表1所示。

表1算法只考慮到兩個(gè)變量，一是車輛狀態(tài)中載客量的變化，以80%、60%、40%為3個(gè)臨界值，同時(shí)考慮到各站區(qū)的檢票進(jìn)站量。當(dāng)前大部分城市軌道交通中，會(huì)利用上述兩種狀態(tài)的實(shí)時(shí)發(fā)生值進(jìn)行計(jì)算，但當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，特別是基于大數(shù)據(jù)的趨勢(shì)分析技術(shù)，可以對(duì)未來(lái)短期內(nèi)，特別是15-30min之內(nèi)的數(shù)據(jù)做出預(yù)判，可以得到更有領(lǐng)先性的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，該部分算法一般通過(guò)神經(jīng)元算法實(shí)現(xiàn)。

4 軌道交通數(shù)據(jù)領(lǐng)先性預(yù)測(cè)的神經(jīng)元算法設(shè)計(jì)

4.1 輸入數(shù)據(jù)需求

對(duì)進(jìn)站流量數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，輸入數(shù)據(jù)為當(dāng)前時(shí)間段（本文以每分鐘進(jìn)站流量計(jì)算）內(nèi)的進(jìn)站流量，輸出數(shù)據(jù)為15min后的進(jìn)站流量。因?yàn)槠浔举|(zhì)為對(duì)15min后進(jìn)站流量的曲線估計(jì)分析，所以，應(yīng)分析至少150min內(nèi)的每分鐘數(shù)據(jù)，才可以確保10%的大數(shù)據(jù)回歸算法冗余。故輸入數(shù)據(jù)應(yīng)為150min內(nèi)每分鐘的輸入數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)序列的方式進(jìn)行并行輸入。所以，其輸入模塊共150個(gè)，每個(gè)輸入模塊為長(zhǎng)整形變量。

4.2 輸出數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

因?yàn)樵摂?shù)據(jù)為領(lǐng)先性的回歸結(jié)果數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)的信度較輸人數(shù)據(jù)更低，所以無(wú)需將15min內(nèi)每分鐘數(shù)據(jù)單獨(dú)輸出，為保障系統(tǒng)正常運(yùn)行，僅需要輸出后續(xù)第15min數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，但為了加強(qiáng)系統(tǒng)功能，本文設(shè)計(jì)其將后續(xù)第5min，第lOmin，第15min數(shù)據(jù)進(jìn)行分別輸出，即該神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的輸出數(shù)據(jù)為3個(gè)長(zhǎng)整形變量。