成建國，張桂南，郭曉燕，徐玉勝

0 引言

城際鐵路作為深圳對外聯(lián)系的重要通道，對于粵港澳大灣區(qū)交通互聯(lián)互通和深莞惠都市圈交通一體化發(fā)展具有重要意義，也對擴(kuò)大有效投資、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長具有重要影響。為打造軌道上的大灣區(qū)，實(shí)現(xiàn)多種軌道網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展、高效銜接，動車組應(yīng)滿足互聯(lián)互通需求，廣東省政府要求大灣區(qū)城際鐵路進(jìn)入市中心、銜接交通樞紐、與地鐵銜接、實(shí)行公交化運(yùn)營。

當(dāng)前動車組智能化研究主要集中在高速鐵路的智能化需求及方案研究。王文峰[1]探討高速動車組智能技術(shù)發(fā)展的方向；劉長青[2]總結(jié)智能京張動車組在智能化、安全舒適、節(jié)能環(huán)保等方面的主要創(chuàng)新點(diǎn)；梁建英[3-4]基于故障預(yù)測與健康管理(PHM)研究動車組智能運(yùn)維服務(wù)架構(gòu)及智能診斷模型；梁朝利等[5]研究復(fù)興號CR200J 動車組的電氣系統(tǒng)智能化減載策略；周高偉等[6]梳理國外各企業(yè)智能制造技術(shù)研發(fā)和技術(shù)現(xiàn)狀；李燕[7]在京張高速鐵路配屬動車組上開展PHM研究和系統(tǒng)應(yīng)用；章陽[8]提出復(fù)興號動車組制動系統(tǒng)PHM 的主要功能與技術(shù)方案路線；吳廣寧等[9]提出車載變壓器PHM的體系結(jié)構(gòu)及工作流程；鄭斌等[10]提出了一種動車組輔助駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案；李中奇等[11]提出了一種基于預(yù)測控制的高速動車組迭代學(xué)習(xí)控制方法；馮曉云團(tuán)隊(duì)提出了“源-荷-儲-運(yùn)-網(wǎng)-維”貫通的大系統(tǒng)綜合節(jié)能解決方案及相關(guān)節(jié)能方法[12-13]；李超旭等[14]基于大數(shù)據(jù)提出動車組運(yùn)維數(shù)據(jù)服務(wù)平臺總體架構(gòu)；鄧海[15]基于我國高速動車組的發(fā)展現(xiàn)狀，提出未來高速智能化動車組關(guān)鍵技術(shù)方向。

針對大灣區(qū)城際鐵路一體化運(yùn)輸組織需求，調(diào)研分析復(fù)興號等新型動車組技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了深圳城際動車組的智能監(jiān)控、智能診斷及智能旅客服務(wù)需求；提出深圳城際動車組智能化架構(gòu)，以及車地通訊智能化提升、智能化運(yùn)行、智能化運(yùn)維及智能服務(wù)頂層方案的建議，為深圳城際智能動車組的研制提供技術(shù)思路。

1 城際/市域動車組智能化發(fā)展現(xiàn)狀分析

當(dāng)前高速鐵路、城際鐵路、地鐵車輛都在推動智能化發(fā)展，結(jié)合我國主要城際/市域線路動車組在自動駕駛、車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)地面監(jiān)測、車輛視頻監(jiān)控、PHM 等方面智能化應(yīng)用，統(tǒng)計(jì)分析了城際/市域動車組智能化應(yīng)用現(xiàn)狀。城際、市域動車組及地鐵車輛智能化應(yīng)用統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 城際、市域動車組及地鐵車輛智能化應(yīng)用統(tǒng)計(jì)Tab.1 Intelligent application statistics of intercity and urban EMUs and subway vehicles

由表1 可以看出：①自動駕駛、車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)地面監(jiān)測、PHM、智能照明功能受到各地運(yùn)用部門的廣泛關(guān)注；②車輛視頻監(jiān)控、智能旅客信息系統(tǒng)、旅客Wi-Fi、乘客密度分析及智能車窗一定程度上被運(yùn)用部門進(jìn)行了選配；③智能京張動車組、成都市域A型車的智能化程度相對較高。

城際/市域動車組原始車型的智能化功能較少，總體智能化程度不高。隨著旅客對出行便利性、舒適性需求的不斷增強(qiáng)，主機(jī)廠結(jié)合運(yùn)用部門的需求對CRH6 型動車組、北京新機(jī)場線動車組、廣州市域D型車的智能化功能進(jìn)行了豐富，智能化的主導(dǎo)方向不盡相同。部分動車組雖然配置了PHM系統(tǒng)、地面監(jiān)測系統(tǒng)，但模型構(gòu)建、應(yīng)用范圍、智能程度仍處于初步應(yīng)用和不斷迭代優(yōu)化的階段。典型城際/市域動車組智能化應(yīng)用對比分析如表2所示。

表2 典型城際/市域動車組智能化應(yīng)用對比分析Tab. 2 Comparative analysis of intelligent application of typical intercity/urban EMUs

由表2可以看出，CRH6、CJ6、CRH3A-A型動車組及市域D 型車在自動駕駛、車輛狀態(tài)監(jiān)測、PHM、旅客智能服務(wù)(乘客密度分析、旅客Wi-Fi、智能旅客信息系統(tǒng)、智能車窗、智能照明及智能空調(diào))、以太網(wǎng)控車/維護(hù)方面均有涉及，可以為深圳城際動車組智能化研究提供借鑒。

2 深圳城際動車組智能化需求分析

基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、北斗導(dǎo)航等新技術(shù)在動車組研制中的深度應(yīng)用，深圳智能城際動車組可在監(jiān)控、診斷、旅客服務(wù)等方面提升智能化水平，并通過全方位態(tài)勢感知、自動駕駛、運(yùn)行控制、故障診斷、PHM 等技術(shù)途徑，實(shí)現(xiàn)動車組的自感知、自診斷、自決策、自適應(yīng)、自修復(fù)、自動及協(xié)同運(yùn)行。

2.1 智能監(jiān)控需求分析

面向深圳智能城際動車組行車控制和安全保障，應(yīng)采用故障導(dǎo)向安全設(shè)計(jì)原則，完善車載設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及安全監(jiān)測水平，搭建高速車載及車地信息傳輸通道，開展信息融合，多模式實(shí)現(xiàn)智能行車控制，不斷提升動車組行車控制和安全保障水平，在動車組智能監(jiān)控方面主要體現(xiàn)如下功能。

（1）智能輪徑校正。根據(jù)當(dāng)前實(shí)測各電機(jī)頻率以及列車基準(zhǔn)速度實(shí)時(shí)更新輪徑值，從而確保不同輪徑在相同列車速度下車輛發(fā)揮牽引/電制力的一致性。

（2）牽引力載荷補(bǔ)償控制。實(shí)現(xiàn)不同載客量的牽引/電制力指令值自適應(yīng)調(diào)整，從而確保車輛發(fā)揮更優(yōu)的加/減速度。高精度的牽引力載荷補(bǔ)償控制可使列車運(yùn)行更加穩(wěn)定、安全。

（3）制動系統(tǒng)具備線路普適性。深圳智能城際動車組常用制動減速度應(yīng)滿足160 km/h和200 km/h兩種速度級線路的最優(yōu)適配，以滿足互聯(lián)互通運(yùn)營的需要。

（4）控制電路具備高可靠性。深圳智能城際動車組電氣控制電路方面應(yīng)采用無機(jī)械觸點(diǎn)的雙冗余可編程邏輯控制單元(LCU)，通過現(xiàn)代電子器件替代車輛電氣控制系統(tǒng)中繼電器等觸點(diǎn)部件，有效提高車輛控制電路可靠性，并提升車輛智能診斷及運(yùn)維水平。

（5）建立智能監(jiān)測系統(tǒng)。采用平臺化方式集成各監(jiān)測子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中、數(shù)據(jù)管理并進(jìn)行綜合分析。各子系統(tǒng)遵照統(tǒng)一的機(jī)械、電氣及通信協(xié)議設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)融合診斷及聯(lián)動化分析功能?？煽紤]設(shè)置走行部振動溫度監(jiān)測、轉(zhuǎn)向架失穩(wěn)監(jiān)測、車體平穩(wěn)性監(jiān)控、防火監(jiān)測、司機(jī)室、受電弓視頻監(jiān)控及智能圖像識別等功能。

（6）采用地面智能監(jiān)控方案。根據(jù)城際鐵路運(yùn)營實(shí)際，應(yīng)減少隨車機(jī)械師和乘務(wù)員配置，降低人力及運(yùn)維成本，需研究深圳智能城際動車組的地面智能監(jiān)控方案。通過采用北斗、5G、毫米波等新一代無線通信技術(shù)，運(yùn)用云計(jì)算及大數(shù)據(jù)技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，實(shí)現(xiàn)將列車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)車地傳輸；通過提升車地?zé)o線連接的可靠性、可用性、安全性，提升列車遠(yuǎn)程智能分析診斷技術(shù)水平。

2.2 智能診斷需求分析

深圳智能城際動車組應(yīng)基于多維度海量數(shù)據(jù)的綜合分析，進(jìn)行診斷異常狀態(tài)提示，不斷提升故障診斷、預(yù)測、健康管理及運(yùn)維支持水平。

（1）故障診斷與故障預(yù)測。通過各系統(tǒng)部件橫向(不同單元狀態(tài)對比)、縱向(隨時(shí)間變化規(guī)律)的工作狀態(tài)變化情況，綜合診斷，利用性能參數(shù)的趨勢分析及判斷建立PHM 預(yù)警預(yù)測模型，將模型預(yù)測推送至監(jiān)控室人機(jī)接口顯示屏(HMI)等顯示終端為司乘人員提供車輛異常狀態(tài)預(yù)測及運(yùn)維處置建議，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部件故障診斷與狀態(tài)預(yù)測、關(guān)鍵部件狀態(tài)維修，為運(yùn)用部門合理提供維修決策建議。

（2）狀態(tài)監(jiān)測與健康管理。利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)實(shí)時(shí)采集高壓、牽引、輔助、走行部、車門、空調(diào)等關(guān)鍵系統(tǒng)及部件不同工況下的狀態(tài)數(shù)據(jù)，依據(jù)合適的數(shù)學(xué)模型評估部件或系統(tǒng)在下一個(gè)運(yùn)用周期內(nèi)的健康狀態(tài)及檢修優(yōu)先級推送等維修決策建議。

（3）動車組智能整備及維護(hù)。深圳智能城際動車組需具備自動整備模式，提升運(yùn)用效率；可通過以太網(wǎng)采集監(jiān)測列車整備關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)、開關(guān)、空開等信息，在司機(jī)室HMI 屏上實(shí)現(xiàn)整備設(shè)備狀態(tài)、開關(guān)、空開等信息集中顯示，智能提示設(shè)備異常狀態(tài)。動車組應(yīng)具備自動洗車等模式，控制動車組低恒速運(yùn)行。同時(shí)，結(jié)合以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)及動車組庫內(nèi)維護(hù)的便利，實(shí)現(xiàn)庫內(nèi)軟件集中及同步升級，提高軟件升級效率和運(yùn)維管控水平。

2.3 智能旅客服務(wù)需求分析

智能服務(wù)主要用于旅客服務(wù)，應(yīng)具有良好人因工程的服務(wù)設(shè)施及功能，具有體現(xiàn)人文關(guān)懷、設(shè)計(jì)友好的特殊旅客服務(wù)設(shè)施及功能，具有溫馨舒適的車內(nèi)環(huán)境，并適當(dāng)增加智能調(diào)節(jié)功能，具有豐富、便捷的旅客信息顯示及推送等，不斷提升旅客乘坐體驗(yàn)。

深圳智能城際動車組應(yīng)具有以下智能綜合服務(wù)功能。

（1）綜合信息顯示。車內(nèi)顯示器可綜合顯示引導(dǎo)服務(wù)信息與娛樂視頻信息。通過線路信息及列車定位信息融合，實(shí)現(xiàn)自動報(bào)站、文本及圖形化結(jié)合展示。

（2）多維度互聯(lián)網(wǎng)信息推送。為旅客提供無線局域網(wǎng)絡(luò)(Wi-Fi)，采用4G/5G Wi-Fi 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)無線上網(wǎng)，配合無線上網(wǎng)APP 為乘客推送資訊、旅行服務(wù)信息等多維度互聯(lián)網(wǎng)信息。

（3）溫度、照度和壓力等智能調(diào)節(jié)。自動識別車內(nèi)外環(huán)境溫度、人員載荷等信息，采用變頻控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的客室溫度調(diào)節(jié)與控制；自動識別車內(nèi)外壓力變化，綜合考慮壓差值及壓差變化速率，觸發(fā)壓力波保護(hù)系統(tǒng)。還可結(jié)合外部輸入的隧道信息提前關(guān)閉新風(fēng)及廢排壓力保護(hù)閥，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)壓力自動保護(hù)；根據(jù)環(huán)境因素(季節(jié)、白天、夜間等)、列車運(yùn)行狀態(tài)(隧道、到站等)變化自動調(diào)節(jié)車內(nèi)照明色溫及亮度。

（4）基于AI 技術(shù)的車內(nèi)視頻監(jiān)控。車內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備基于AI 的視頻分析功能，對實(shí)時(shí)視頻畫面進(jìn)行分析，具備車廂客流擁擠度分析、乘客異常行為告警、物品遺留識別等功能。

3 深圳城際動車組智能化頂層指標(biāo)建議方案

為充分體現(xiàn)深圳都市圈城際鐵路動車組技術(shù)的先進(jìn)性，引領(lǐng)下一代智能型、智慧型城際動車組發(fā)展方向，建議深圳智能城際動車組從智能行車、智能運(yùn)維、智能服務(wù)等方面開展智能化方案研究。

3.1 深圳智能城際動車組智能化架構(gòu)

深圳智能城際動車組可在車輛智能化監(jiān)控方面進(jìn)行拓展，增加關(guān)鍵系統(tǒng)的監(jiān)測項(xiàng)點(diǎn)，如增加走行部振動監(jiān)測、受電弓智能監(jiān)測等，擴(kuò)展PHM 應(yīng)用深度和廣度。根據(jù)需求，增加視頻智能分析、旅客Wi-Fi 等，完善列車智能化控制，進(jìn)一步提升動車組智能服務(wù)水平，提升服務(wù)質(zhì)量。深圳智能城際動車組智能化架構(gòu)如圖1所示。

圖1 深圳智能城際動車組智能化架構(gòu)Fig.1 Intelligent architecture of Shenzhen intelligent intercity EMUs

3.2 車地通訊智能化提升

根據(jù)動車組實(shí)時(shí)狀態(tài)地面監(jiān)測、健康管理、智能運(yùn)維等智能化需求，通過5G、Airflash 毫米波等新一代無線通信技術(shù)，將列車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)進(jìn)行車地傳輸，融合地面線路、地面控制信息、地面檢修維護(hù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息，解決列車大量車載數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲和分析難題，支撐列車智能分析診斷技術(shù)。車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)通信示意圖如圖2所示。

圖2 車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)通信示意圖Fig.2 Vehicle-ground wireless network communication

深圳智能城際動車組車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)具備列車車載子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行車地?zé)o線通信的能力，包括以下方面。

（1）5G-R(或LTE-M 或GSM-R)網(wǎng)絡(luò)主要承載列車控制業(yè)務(wù)、調(diào)度通信和其他運(yùn)行安全相關(guān)業(yè)務(wù)，即承載圖2 中列控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及車載以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的列車控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)、車載以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)(包含列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)及涉及運(yùn)行安全的智能監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù))等數(shù)據(jù)的車地?zé)o線通信。

（2）5G 公網(wǎng)主要承載智慧城際業(yè)務(wù)和運(yùn)營維護(hù)部分業(yè)務(wù)，即承載圖2中車載旅客信息(PIS)網(wǎng)絡(luò)中智能監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)、車載乘客信息系統(tǒng)及車載Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的車地?zé)o線通信。

（3）毫米波通信(或WLAN)承載車載數(shù)據(jù)落地業(yè)務(wù)，即通過圖2 中TAU 車載終端(毫米波)/車載AP(WLAN)在列車到達(dá)車輛段或停車場后進(jìn)行全車業(yè)務(wù)車載數(shù)據(jù)的落地及地面?zhèn)浞荨?/p>

3.3 智能化運(yùn)行

深圳智能城際動車組實(shí)現(xiàn)列車自動駕駛功能，通過采用獨(dú)立的自動駕駛模塊單元，在列車自動防護(hù)系統(tǒng)(ATP)的監(jiān)控下，實(shí)現(xiàn)列車的初始化、加速、巡航、制動、精準(zhǔn)停車、自動開關(guān)門、自動折返等控制功能。智能化運(yùn)行的功能分解如圖3所示。

圖3 智能化運(yùn)行的功能分解Fig.3 Function decomposition of intelligent operation

智能化運(yùn)行典型功能包括以下方面。

（1）站臺對位調(diào)整功能。在自動模式下，列車自動運(yùn)行到車站停穩(wěn)，并滿足停車精度要求后，列車自動駕駛(ATO)子系統(tǒng)自動發(fā)出車門及站臺門開門命令。若列車進(jìn)站停車過標(biāo)或欠標(biāo)不大于5 m(可設(shè)定)，ATO子系統(tǒng)能再次啟動列車進(jìn)行對位調(diào)整。如果列車經(jīng)過3次(可設(shè)定)調(diào)整后仍不能停車到位，車載設(shè)備向中心進(jìn)行報(bào)警，由人工遠(yuǎn)程介入進(jìn)行控制或直接運(yùn)行至下一站。若列車進(jìn)站停車過標(biāo)大于5 m(可設(shè)定)，車載設(shè)備向中心進(jìn)行報(bào)警，直接運(yùn)行至下一站。當(dāng)列車進(jìn)站停車欠標(biāo)大于5 m，ATO自動運(yùn)行對位停車。

（2）自動折返功能。處于自動模式下運(yùn)行的列車，當(dāng)列車在折返站規(guī)定的停車時(shí)間結(jié)束并進(jìn)行清客確認(rèn)后，車門和站臺門關(guān)閉，列車根據(jù)移動授權(quán)，從到達(dá)站臺自動運(yùn)行進(jìn)入折返線，自動激活/關(guān)閉相應(yīng)的駕駛端，實(shí)現(xiàn)駕駛端的自動轉(zhuǎn)換后，自動駛出折返線，進(jìn)入發(fā)車站臺后自動打開車門和站臺門。

（3）應(yīng)急及故障處理功能。當(dāng)列車運(yùn)行在自動模式下，車輛出現(xiàn)故障或信號與車輛網(wǎng)絡(luò)接口故障的時(shí)候，ATP系統(tǒng)立即施加緊急制動，保證列車安全。同時(shí)向中心調(diào)度員工作站告警，系統(tǒng)申請進(jìn)入人工駕駛模式，經(jīng)調(diào)度人員確認(rèn)后人工進(jìn)入人工駕駛模式，列車以25 km/h 速度行駛，ATP 在此過程中實(shí)施防護(hù)。當(dāng)列車以人工駕駛模式進(jìn)行車站自動停車后，車載ATP 施加緊急制動以防止列車移動，等待人工處理。

（4）區(qū)間自動運(yùn)行。正線區(qū)間按照不同運(yùn)行策略(節(jié)能、快速等)，系統(tǒng)自動輸出牽引、制動指令給車輛系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)列車區(qū)間自動運(yùn)行。

（5）車輛狀態(tài)監(jiān)督。通過車輛獲得的列車障礙物檢測(可選)、司機(jī)臺、牽引、制動、輔助電源、空壓機(jī)、蓄電池、車門、廣播、視頻攝像、空調(diào)等各系統(tǒng)的自診斷狀況、故障及報(bào)警信息。

（6）車輛工況轉(zhuǎn)換功能。場內(nèi)運(yùn)行，車載設(shè)備具備向車輛發(fā)送是否在場內(nèi)運(yùn)行工況的功能，用于車輛斷開永久母線(防止出現(xiàn)短路)、關(guān)閉空調(diào)、電熱控制等；列車喚醒成功后進(jìn)入待命狀態(tài)，車載設(shè)備向車輛發(fā)送待命工況，用于車輛打開照明、空調(diào)或電熱控制等；車輛回庫停穩(wěn)后，車載設(shè)備自動向列車控制與管理系統(tǒng)(TCMS)發(fā)送清掃工況，用于車輛打開車內(nèi)照明、空調(diào)或電熱控制等；進(jìn)入正線服務(wù)/退出正線服務(wù)，車載設(shè)備接收到調(diào)度指揮中心發(fā)送的進(jìn)入正線服務(wù)/退出正線服務(wù)工況指令時(shí)，向車輛TCMS 發(fā)送該工況指令，用于車輛執(zhí)行打開/關(guān)閉照明、空調(diào)或電熱控制等操作。

3.4 智能運(yùn)維

（1）動車組智能監(jiān)測。深圳智能城際動車組設(shè)置智能監(jiān)測系統(tǒng)，采用平臺集成子系統(tǒng)模塊的方式，可集成動車組已有的各類型監(jiān)測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對走行部、受電弓、司機(jī)室視頻、火災(zāi)等重點(diǎn)部位或事項(xiàng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測和診斷。動車組典型智能監(jiān)測如圖4所示。

圖4 動車組典型智能監(jiān)測Fig.4 Typical intelligent monitoring for EMUs

動車組智能監(jiān)測系統(tǒng)具備以下功能。

①走行部狀態(tài)監(jiān)測。具備轉(zhuǎn)向架失穩(wěn)監(jiān)測、車體平穩(wěn)性監(jiān)測，軸箱、齒輪箱、牽引電機(jī)軸承振動監(jiān)測，軸箱、齒輪箱、牽引電機(jī)軸承溫度監(jiān)測功能。

②防火監(jiān)測。實(shí)時(shí)采集車廂、電氣柜等監(jiān)測區(qū)域的溫度和煙霧濃度，對可能發(fā)生的火情提前報(bào)警；并具備火災(zāi)視頻聯(lián)動功能。

③受電弓視頻監(jiān)控。具備受電弓區(qū)域視頻圖像采集功能，通過邊緣計(jì)算模塊，可對受電弓結(jié)構(gòu)異常、掛異物、火花等故障識別。

④司機(jī)行為識別。具備司機(jī)室視頻圖像采集功能，通過邊緣計(jì)算模塊，可實(shí)現(xiàn)司機(jī)操作行為的識別。

⑤第三方設(shè)備監(jiān)測。具備對第三方設(shè)備狀態(tài)信息、故障信息監(jiān)測及記錄功能，可實(shí)現(xiàn)對動車組車門、空調(diào)等系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測。

⑥跨專業(yè)數(shù)據(jù)互聯(lián)。監(jiān)測數(shù)據(jù)通過車地?zé)o線通信系統(tǒng)回傳至城際鐵路調(diào)度指揮中心云腦平臺，數(shù)據(jù)將存儲于云腦平臺的云數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，而后向云腦平臺的大數(shù)據(jù)服務(wù)上傳數(shù)據(jù)備份，為跨專業(yè)數(shù)據(jù)互聯(lián)做準(zhǔn)備。

（2）車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)地面監(jiān)測。建議利用LTE專網(wǎng)或5G 新一代無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)深圳智能城際動車組實(shí)時(shí)狀態(tài)地面監(jiān)測的功能。

①數(shù)據(jù)交互。通過網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采集動車組車載故障信息、位置信息、各子系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)信息，實(shí)現(xiàn)將列車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至調(diào)度指揮中心云腦平臺。調(diào)度指揮中心通過云腦平臺實(shí)時(shí)監(jiān)控掌握車輛運(yùn)行狀態(tài)、關(guān)鍵監(jiān)測參數(shù)，并與地面監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，可對參數(shù)信息和故障信息進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、可視化展示。

②車輛視頻監(jiān)控落地。若車輛已入庫，可在庫內(nèi)應(yīng)用新型無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車輛監(jiān)控視頻的快速下載，視頻數(shù)據(jù)下載后通過廣域網(wǎng)傳輸至云腦平臺存儲；若車輛處于行駛過程中，可采取邊緣計(jì)算的方式，在車輛端開展視頻分析，優(yōu)先將重要視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行剪輯與壓縮操作，并與計(jì)算結(jié)果一并打包通過車地?zé)o線通信系統(tǒng)回傳至調(diào)度指揮中心云腦平臺。

（3）車載設(shè)備健康管理。動車組智能運(yùn)維包括車載健康管理系統(tǒng)和地面專家系統(tǒng)兩部分。車載健康管理系統(tǒng)通過列車以太網(wǎng)通信技術(shù)將車輛各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)接起來，在充分利用車輛傳感器的基礎(chǔ)上，形成模塊級-系統(tǒng)級-列車級架構(gòu)的車載健康管理系統(tǒng)。

3.5 智能服務(wù)

（1）智能旅客信息。在地下隧道內(nèi)接入4G/5G信號，滿足旅客移動通訊和上網(wǎng)等需求?？蛇x擇配置旅客Wi-Fi 系統(tǒng)，為旅客提供無線互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。此外，動車組通過列車播控系統(tǒng)、視頻智能分析系統(tǒng)、乘客智能招援系統(tǒng)、OLED 新型車窗系統(tǒng)及車載客室顯示終端等實(shí)現(xiàn)智能化旅客信息服務(wù)。智能旅客信息典型服務(wù)如圖5所示。

圖5 智能旅客信息典型服務(wù)Fig.5 Typical intelligent passenger information service

①列車智能播控系統(tǒng)?；谛乱淮嚨?cái)?shù)據(jù)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地面控制中心對列車播放的多媒體信息進(jìn)行播放控制，運(yùn)營方通過智能列車播控系統(tǒng)管理平臺，可以實(shí)現(xiàn)車載多媒體資源集中統(tǒng)一審核、分發(fā)、播放控制。

②車廂旅客視頻智能分析系統(tǒng)。依托城際鐵路云腦平臺的“云邊協(xié)同”架構(gòu)，將車輛內(nèi)部的視頻監(jiān)控設(shè)備后端加裝邊緣計(jì)算模塊，實(shí)現(xiàn)云腦平臺中心端與車輛內(nèi)部各視頻計(jì)算模塊的數(shù)據(jù)互通。根據(jù)業(yè)務(wù)需要，對列車車廂內(nèi)攝像機(jī)監(jiān)控視頻進(jìn)行車輛擁擠度、乘客異常行為、客室遺留人員及物品的辨識分析。

③OLED 新型車窗系統(tǒng)。為乘客提供綜合旅客信息服務(wù)，基于車窗的觸摸、語音等交互功能，實(shí)現(xiàn)對票價(jià)、列車時(shí)刻表、換乘路線、購票幫助、配套服務(wù)設(shè)施、出入口信息和周邊地標(biāo)等信息查詢；同時(shí)，通過車窗屏幕提供商務(wù)廣告、旅游推薦、虛擬體驗(yàn)等新型信息服務(wù)，提供商業(yè)增值；在有換乘高速鐵路及飛機(jī)的線路，新型車窗顯示車次及航班信息，為乘客提供多元信息服務(wù)。

④智能列車客室顯示終端?？娠@示當(dāng)前行車路線的剩余時(shí)間，使乘客實(shí)時(shí)掌握旅程全程時(shí)刻信息；可展示車內(nèi)布局信息，方便乘客到達(dá)指定區(qū)域；到站前顯示車站布局圖，方便乘客了解換乘路線、出站口信息及車站布局。

（2）智能客室環(huán)境控制。照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)客室根據(jù)環(huán)境自動調(diào)節(jié)照明的亮度和色溫；空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能送風(fēng)、智能控溫、智能顯示與監(jiān)控和空氣凈化等；新風(fēng)閥門根據(jù)動車組進(jìn)出隧道信息及車內(nèi)壓力波變化情況進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對動車組車內(nèi)低壓力波變化的控制，提高旅客乘坐舒適性。典型智能客室環(huán)境控制如圖6所示。

圖6 典型智能客室環(huán)境控制Fig.6 Typical intelligent cabin environment control

4 結(jié)束語

通過對國內(nèi)城際/市域動車組智能化應(yīng)用調(diào)研分析，結(jié)合深圳城際動車組的研制需求，明確深圳智能城際動車組智能監(jiān)控、智能診斷及智能旅客服務(wù)研究方向；提出利用新一代無線通信技術(shù)，將列車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)進(jìn)行車地傳輸，融合地面線路、地面控制信息、地面檢修維護(hù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息，解決列車大量車載數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲和分析難題；對深圳城際動車組的智能化運(yùn)行、智能監(jiān)測、車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)地面監(jiān)測、車載設(shè)備健康管理、智能旅客信息、智能客室環(huán)境控制的頂層技術(shù)方案提出建議；為粵港澳大灣區(qū)綜合交通一體化、智能化發(fā)展提供技術(shù)參考。