重载铁路牵引变电所数字孪生技术研究与应用

随着运量增加、规模化开行长编组大轴重重载列车以及长期以来技术装备的更新迭代，重载铁路牵引供电设备运营维护压力急剧上升，数字孪生技术是一种新兴的技术，可以通过实时监测、诊断和优化，提高设备运行效率和可靠性，降低运营成本。通过阐述数字孪生技术应用现状，从整体架构、应用架构、数据架构、技术架构和安全架构方面，论述重载铁路牵引变电所数字孪生架构，剖析数字化建模、物联感知终端接入、人工智能算法、安全底座夯实等关键技术，围绕全景感知驾驶舱、设备感知数据管理、设备状态告警管理、设备状态评价诊断和远程联合智能巡视，开展数字孪生技术在重载铁路牵引变电所的应用研究，研究成果有助于推动重载铁路牵引变电所的数字化转型和智能化发展。     

重载铁路接触网设备智能感知关键技术研究与应用

针对运输要求提升和设备使用时间增长情景下接触网设备运行维护的新需求，通过对数字化技术影响和重要性探讨，提出了采用数字化手段开展接触网设备全覆盖状态感知总体架构以及关键技术方法，包括传感器网络、边缘计算、云边协同、网关与服务等。在朔黄铁路接触网监测检测(6C系统)体系基础上，针对重载铁路牵引大电流、重污染的特点和接触网出入口、高架桥、大风区段、长大锚段、枢纽站场咽喉区等特殊地段，基于物联网技术及无线传感网技术，开展了重载铁路接触网关键结构状态监测关键技术研究，并从组网结构、传感器定制、设备监控等方面验证了这些关键技术的有效性和可行性。研究成果将为重载铁路接触网设备的智能感知和数字化转型提供参考。     

重载铁路5G-R标准体系架构与关键业务技术方案研究

为探讨重载铁路下一代通信应用场景下关键业务的技术方案，建立重载铁路5G-R标准体系架构，通过分析我国重载铁路通信系统的发展与演变过程、研究国际UIC FRMCS标准体系以及3GPP架构、调研国内5G-R场景下重载铁路业务需求，提出符合我国重载铁路实际的5G-R架构模型。根据需求类型划分关键业务和使用对象，根据应用场景的业务特点以及通信内容确定各个关键业务的线路优先级、可靠性和实时性，最后针对机车同步操控业务、可控列尾安全防护业务、多司机通话业务等重载铁路关键业务设计可行技术方案。研究结果可降低重载铁路下一代通信关键业务的系统设计复杂度，对提升重载铁路运输生产安全和效率具有指导意义，从而为重载铁路5G-R标准体系架构和关键业务方案设计提供参考。     

重载铁路电务设备智能运维技术研究

重载铁路电务设备智能运维技术,是保障重载列车安全高效运行的重要手段。依托朔黄铁路,开展重载铁路电务设备智能运维技术研究。运用新型传感器、北斗卫星定位、边缘计算等新技术,构建以地面设备动态监测、检测车自动检测相结合的电务设备智能检测监测体系,实现电务设备检测监测全面化、自动化、智能化和集成管理;采用BIM、高精度地图、大数据、人工智能等先进技术,建立集设备全寿命周期管理、检测监测一体化管理、状态评估与运维决策、安全生产管理以及环境监测管理五大功能模块的电务设备智能运维系统。系统实现了设备资产数字化、检测监测一体化、决策评估智能化、检修作业标准化、环境监测可视化,探索了重载铁路电务设备运维管理新模式。     

朔黄铁路基础设施智能运维系统研发与应用

随着朔黄铁路运量不断提升，铁路基础设施维护与安全保障压力持续增大。为提升基础设施安全保障水平、降低运营维护成本，在深入分析国内外重载铁路基础设施运维发展方向基础上，以实现基础设施状态智能感知和智能运维为目标，采用物联网、人工智能、机器人、北斗卫星导航等新技术，创新构建了空天车地一体化的智能检测监测体系，实现基础设施检测全覆盖、状态实时监控、超前预警，研发了集设备全寿命周期管理、检测监测一体化管理、状态评估与运维决策、安全生产管理、环境监测五位一体的智能运维系统，实现设备资产数字化、决策评估智能化、流程管理自动化、检修维护精准化、生产过程可视化，研究成果在朔黄铁路取得了良好的运用效果。     

基于GIS的重载铁路线路设备“一张图”技术研究与应用

铁路工务设备在运维管理过程中涉及设计、竣工、运营、维修更换等大量、多源、多维度、异构数据。针对当前重载铁路线路设备在全生命周期管理中缺少高效信息集成和数据融合分析展示的技术手段,以朔黄铁路为背景,基于Web GIS地图平台,设计和研发了重载铁路线路设备GIS“一张图”管理系统。系统从设备基础台账数据查询与状态分析、检测监测数据实时展示、数据融合与辅助决策、生产信息及时掌握等多个维度,将铁路线路设备生命周期内各阶段的多源异构时空数据进行“一张图”可视化综合展示。在不同比例尺地图下对设备台账、履历、检测监测数据、病害、维修作业、状态评估与预测等信息进行不同层级、不同颗粒度的实时展示以及融合分析,为工务运维管理人员提供全面、及时、准确、生动的设备可视化信息。     

基于改进果蝇算法的重载运输车流组织优化研究

优化重载运输车流组织策略,充分利用现有装车地、组合站和线路条件来提高铁路运能是缓解我国铁路主要干线网络运量矛盾的关键。在综合考虑装车地直达运输系统时间消耗的基础上,针对运输网络中存在路径择优及重载通道部分车站进行换重作业的特殊情况下,构建以重载列车组合作业时间及在途运行消耗之和最小的装车地直达车流组织优化模型,并采用改进果蝇算法来求解优化问题。最后通过实例分析验证所给模型与算法的合理性。     

国际铁路重载运输发展概况

目前，世界范围内的货物列车重载运输技术迅速发展，重载运输的国家已经遍及五大洲和几乎所有的铁路大国。重载运输技术已被国际公认是铁路货运发展的方向，重载运输取得的效益已由各国的实际运输业绩所证实。提高轴重是世界各国重载运输一致采用的一项重要举措，长期的运行考核证明这项措施既提高了运输收入，又降低了维修成本。同时，提出进一步强化新技术、新装备的研究开发，推动重载运输取得更大的进展。     

重载铁路数据通信网络资源管理系统研究

探讨当前重载铁路在网络通信管理过程中存在的资产统计分析困难、全局拓扑不直观、资源分配不及时等影响到行车作业安全和效率的问题，通过基于当前的网络通信技术监控手段，研究重载铁路运输场景中数据通信网络需要管理的内容，构建由资源管理、网络协议管理、IP资源管理、网络拓扑管理、业务管理等功能组成的重载铁路数据网资源管理系统。结果表明通过该系统可以提升数据网络资源的管理效率，使网络环境的组成更为直观，可更好地了解全网设备边界及流量情况；对IP资源的分配和使用进行管理，避免IP资源分配不合理；可以分别对不同的业务系统进行标记，并分析不同业务系统的资源占用情况，为重载铁路数据网资源管理相关功能设计提供参考。     

机车视频智能监控系统功能设计探讨

机车乘务员的操作行为对铁路行车安全至关重要,机车视频智能监控系统是通过监测机车运行中乘务员的操作行为,判断其是否符合相关标准规范的智能系统。基于既有系统中视频数据结构存在异状、场景较为单一、分析方法受限、现场生产效率低下等问题,围绕机车视频智能监控系统设计原则,以及地面视频智能分析、智能识别机车运行中乘务员的操作行为等设计目标,针对系统中地面设备、车载智能设备,优化其总体架构,并提出机车视频离线分析自动化、乘务员行为实时分析、视频存储轻量化、行车安全分析数据化4个关键功能,从而监督乘务员岗位操作是否符合标准规范要求,提高视频监控的效率和视频监控范围全覆盖,更好消除铁路运输中存在的重大行车安全隐患。     

我国铁路重载铁路单元式列车组合模型研究

重载铁路运输能力大、效率高、成本低、节能环保,是国际铁路运输未来的趋势,但重载铁路单元式列车的组织方案还有待加强。在建立重载铁路单元式列车组合模型的基础上,分析实际到达时刻与需求时刻之间差值的关系,该时间差应符合0-1整数规划。通过遗传算法求得模型解的初始上界,再通过分支定界算法求得最优解,得到重载铁路系统中重载铁路单元式列车的最优组合方案,并且验证该模型可以缩减整体运输过程的周转时间。最后,分析重载铁路单元式列车组合方案与通道通过能力和组合站、分解站编组能力之间的关系,为运营者提供参考。     

铁路远程状态监控的寿命周期成本分析

在铁路基础设施方面,远程状态监控通过采用预测维修对系统状态持续地或阶段性地进行评估,以提高点制动器的可靠性。通过对远程状态监控的寿命周期成本分析,提出铁路远程状态监控寿命周期成本的一般模型,寿命周期成本在铁路远程状态监控中的应用可以为投资决策和提供高质量的铁路运输服务。     

国家能源集团铁路调度信息系统运维管理平台研究

铁路调度信息系统运维管理平台主要研究对铁路调度信息系统中各类软硬件设备集中管理及监控的技术,实现铁路调度信息系统运营维护管理过程中的状态监视、拓扑展示、告警管理、性能管理、趋势分析及权限管理等功能。通过动态模块化组装、故障精准定位、故障预警等关键技术的研究,提出运维管理平台架构,具有模块化定制、动态化部署、轻量级运行的优点,可以满足对网络设备、服务器、存储设备、终端、信息安全设备、云平台等各类软硬件设备的集中管理及监控的需求,实现7×24小时不间断检测各软硬件设备运行情况监测,及时发现故障,并通过短信、Email、声音提示报告给运维管理人员,达到指导运维管理人员快速定位故障、及时处理故障,避免重大事故发生的目的。     

铁路线路设备安全评价和病险治理技术发展分析

根据我国铁路建设现状,对铁路基础设备运用和病险进行分析,提出工程项目全寿命周期管理,安全第一、预防为主,重视提速重载线路的动态检测及安全状况评估,加强铁路桥隧的动态检测和评估,强化大型养路机械的配套作业等措施。建议加大线路工程隐患治理力度;完善线路工程安全管理标准和评价机制;加大病险治理与探测技术研究力度;深化线路维修体制改革。     

基于激光雷达+视频的城际铁路周界入侵监测报警技术研究

城际铁路依靠标准化的作业流程和封闭式的物理护墙来规范旅客行为，然而存在少部分旅客异常行为和异物侵限事件对列车的正常运营造成安全风险，甚至引发安全事故。通过调研城际铁路典型运行环境特点和各类周界入侵技防手段特点，提出激光雷达+视频融合的城际铁路周界入侵监测技术方案。在考虑场景和技术路线适配性的同时，分析气象条件和外部环境对监测技术的影响，通过对烟尘雨雾小颗粒过滤算法、ICP雷视坐标配准算法、点云目标识别算法的针对性研究，提高在雨雾天气的适用性和识别准确率；此外，对雷视融合算法进行研究，提出基于像素级的数据融合技术和基于决策级的报警技术，提高检测结果的准确率，同时提升检测效率，增强目标检测算法的鲁棒性。     

我国重载铁路发展模式研究

随着重载铁路的发展,重载铁路的定义也经历了3个发展阶段,分别在1986、1994、2005年提出新的标准。结合重载铁路的定义和发展,在综合分析世界各国铁路重载运输组织模式的基础上,创新性地提出重载铁路的分类,即全封闭模式、全开放模式及半封闭模式。通过分析以上3种模式重载铁路的运输组织特点,为铁路部门开展重载运输、合理选择重载铁路的发展模式提供参考。     

重载铁路关键技术标准分析与研究

重载铁路技术标准的建立对于我国重载铁路建设和发展的重要性不言而喻。结合我国重载铁路建设和运营实践，分析重载铁路设计的主要影响因素，研究活载图式、牵引质量、线路平纵断覃、正警轨道、路基填料及压实质量等关键技术参数，探讨今后重载铁路的研究方向，为编制重载铁路设计规范提供技术参考。     

大秦线通车10年及我国铁路重载运输

论述了大秦线的输送能力，分析了国内外铁路发展重载运输的目的，根据我国铁路重载货物列车过行试验和实际开行情况分析，从行车组织角度对重载列车运行的有关问题提出了建议。     

变压器振动信号分析在重载铁路数字孪生变电所的应用研究

基于重载铁路数字孪生变电所建设，对变压器振动信号分析应用开展了重点研究。首先，采用经验小波变换对变压器振动信号进行分解处理，获取反映变压器振动特性的多阶经验小波分量；其次，以精细化复合多尺度分散熵RCMDE作为衡量各阶经验小波分量时域分布特性的指标，通过组合各阶经验小波分量对应的RCMDE，表征变压器振动信号的多维度特征；最后，采用优化的OPTICS聚类算法辨识变压器振动是否存在异常，优化的OPTICS算法能够有效改善建模样本不平衡的问题，使得构建的预警模型整体性能更为稳健。在朔黄铁路变压器安装测试设备，采集分析振动信号，对研究方法进行了验证。经过实例验证，该研究方法适用于变压器故障在线监测，对于辨识变压器机械性故障预警具有一定实用价值。     

铁路固定设备与移动设备投资比例的研究

从提高铁路投资的利用效率出发 ,提出研究铁路固定设备和移动设备投资比例的算法 ,结合统计数据 ,运用计算机模拟分析技术和极值算法 ,得出铁路固定设备和移动设备投资比例的范围