“轨道交通数智化技术”专栏

• 轨道交通智能感知与定位技术探索及应用

  胡云卿;黄瑞鹏;龙腾;黄文宇;李培杰;曾祥;

  目前，轨道交通正从自动化向智能化、自主化转型，智能感知与高精度定位是其核心支撑技术。前者实现系统对环境及设备状态的观测，后者提供可靠时空基准，二者协同决定了轨道交通系统的安全、运能与服务质量。文章聚焦轨道交通多元运营场景，系统分析智能感知与定位技术的核心需求，深入探讨传统轨道环境感知及智能感知技术、多源融合感知技术的原理与应用，以及传统定位技术的局限性与现代融合定位技术的发展现状；同时，剖析当前技术所面临的时空对齐误差、极端场景适应性、多系统兼容性及成本控制等四大挑战。未来，轨道交通将从“局部智能”演进为多源数据驱动的“全局智能”，多传感器融合与高精度时空定位技术将赋予列车“环境认知+空间感知”双重能力，为轨道交通智能化、自主化转型提供强力支撑。

  2025年06期 No.498 1-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 1827K]
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• 基于“斫轮”大模型的中车城轨智能运维平台构建与实践

  崔庭琼;张杨;张增超;于闯;黄众;杨松;

  随着我国城市轨道交通运营规模持续扩大，系统复杂度与运维压力持续攀升，传统依赖人工巡检、经验决策的运维模式已难以满足高效、安全、低成本的运营需求。为此，中国中车发布了轨道交通行业首个全链条人工智能解决方案——“斫轮”大模型，并基于该模型构建了“中车城轨智能运维平台”。文章详细阐述了该平台的“12436”建设框架，即“1套城轨车辆智能运维解决方案、2个数据中心、4套应用系统、3项保障技术、6项简统原则”，并重点介绍了平台在多源异构数据融合、人工智能大模型赋能故障诊断、预测性维护、运维成本优化等方面的创新实践。工程应用结果表明，通过运用“御知”“御鉴”等场景大模型，城市轨道交通运维模式实现了从“计划修”向“状态修”“预测修”的范式跃迁。本研究为轨道交通行业构建“降本-增效-保安全”的智能运维体系提供了可复制、可推广的中车方案。

  2025年06期 No.498 18-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 1629K]
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• 基于大数据平台的铁路牵引供电智能运维系统构建

  陶艳;曹源;

  为提升电气化铁路牵引供电系统的运维效率与智能化水平，文章提出了一种基于分布式计算框架大数据平台的铁路牵引供电智能运维系统架构。该架构由数据源层、数据传输层、大数据平台层和数据应用层构成，通过AI算法实现铁路牵引供电设备的状态预测与故障精准诊断，变“故障修”为“状态修”。该牵引供电智能运维系统集成了智能巡检、数据回放、电能管理、故障预警与健康管理等多项功能，涉及设备智能检测技术、设备健康诊断、大数据运维和网络通信等多项关键技术。目前，该系统已在中国铁路广州局集团有限公司武广高铁某牵引变电所实现工程应用，达到了运营维修效率提高30%、设备健康水平提高40%和故障处理效率提升38%的应用效果。实际工程应用结果充分证实了该牵引供电智能运维系统的可行性和有效性。

  2025年06期 No.498 26-33页 [查看摘要][在线阅读][下载 2058K]
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• 朔黄铁路重载机车自动驾驶效能优化技术研究

  侯冶;

  在铁路货物运输行业快速发展的背景下，重载货运对提高运输效率和降低物流成本具有重要意义。文章首先针对重载货运机车自动驾驶系统在朔黄铁路实际应用中面临的挑战进行分析；其次围绕提升自动驾驶系统自动化程度这一核心目标，从系统架构优化与关键技术突破两个维度，提出相应的创新性技术方案。现场试验及应用结果表明，技术优化后的自动驾驶列车平均运行速度提升了1.7 km/h，平均牵引能耗降低了2.9%，并节省了大量人力成本。文章所提技术对提高运输效率、降低运营成本具有实际应用价值，为重载机车自动驾驶向更高自动化等级演进提供了实践参考。

  2025年06期 No.498 34-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 2223K]
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人工智能技术与应用

• 激光点云与BIM点云联合下的大空间场景异常SSA-BP识别技术

  钱国成;宋金闻;陈宇;史昊东;

  为得到更全面的大空间场景点云信息，实现大空间建筑场景异常的准确识别，文章提出一种基于激光点云与建筑信息模型（BIM）点云联合的大空间场景异常麻雀搜索算法-反向传播神经网络（SSA-BP）识别技术。首先，利用顾及主方向的主成分分析-迭代最近点方法配准大空间场景激光点云与BIM点云；其次，利用SSA优化BP神经网络的参数；最后，通过SSA-BP自动提取大空间场景点云的异常特征，实现异常识别。实验结果表明：该技术可有效联合配准激光点云与BIM点云，且配准精度较高；同时可有效实现大空间场景的异常识别，且识别准确性较高。

  2025年06期 No.498 42-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 2045K]
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• 地铁车辆轨旁检测系统图像序列匹配算法实现

  别必龙;周宇欣;范浩彪;田凯阳;傅辰冰;张俊;

  文章以宁波5号线车辆轨旁检测系统为例，针对检测过程中因车体晃动及环境变化导致的图像噪声、图像变形等问题，提出了一种用于采样图像与参考图像精确对齐的序列匹配算法。该算法通过多帧拼接扩大图像特征范围，利用结构相似性算法（SSIM）实现车头的初步定位，并结合特征点检测算法（ORB）、K近邻算法（KNN）和随机抽样一致算法（RANSAC），实现特征点的精确匹配与误匹配剔除。多轮现场实验结果的定量分析表明，该算法能有效剔除误匹配点，在光照变化、色彩差异、噪声干扰等不同条件下，仍保持低于1.5像素的平均重投影误差和超过92%的正确匹配率，显著提升了检测系统的鲁棒性和稳定性，满足现场检测需求。

  2025年06期 No.498 48-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 2044K]
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• 应用于深海机器人智能作业的水下双目相机系统设计

  张定华;黄忠;杨鸣远;

  水下双目相机是深海机器人实现智能作业的关键部件。基于水下双目相机获取高分辨率水下图像和精确水下3D数据是深海机器人实现高级智能自主控制功能（如目标识别、三维重建、导航等）的基础，但是如何设计满足深海作业要求的高分辨率、高精度及高时间同步的水下双目相机仍然是行业难题。文章提出一种水下双目相机的设计方法，涉及相机镜头选型方法、基于约束条件的基线范围计算方法等。该相机采用防水外壳封装两个工业相机，并且集成了计算模块，具备边缘计算能力。试验测试结果显示，本文设计的水下双目相机具备双4K分辨率，2 m处量化误差<2 cm，双目实现硬同步，满足设计要求，可以应用于深海机器人智能作业。

  2025年06期 No.498 55-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1680K]
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电力与传动控制

• 基于多维泰勒网的非线性严格反馈系统自适应输出反馈控制

  孙启鸣;张超;邱亚琴;

  为了使非线性严格反馈系统在模型未知、资源受限等复杂现实条件下依然能实现计算高效且性能有保障的稳定控制，文章提出了一种基于多维泰勒网的自适应控制方法，使系统输出能够跟踪给定信号。为了实现该控制效果，首先对严格反馈系统进行变换，定义新的状态变量，使变换后的反馈系统具有标准形式，同时得到两个待辨识参数；其次，设计状态观测器，基于多维泰勒网的逼近性特性，对两个待辨识参数进行辨识，并在此基础上完成控制器设计和系统稳定性分析；最后，进行了非线性系统的数值仿真验证。仿真结果表明，该方法具有良好的跟踪性能，跟踪误差几乎为零，从而验证了本文所提方法的有效性。

  2025年06期 No.498 61-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1802K]
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• 内燃机车微机励磁控制冗余设计与实现

  刘晨勇;张东方;鲍睿;许清;李俊祥;黄利辉;

  针对我国部分出口内燃机车持续运用时间长、故障救援周期长、故障影响大、降本控制系统无冗余等特点，文章对其现有微机控制系统及外围电路（包括励磁控制的信号源和驱动硬件）进行局部热备冗余设计，同时采用防御式编程控制软件对控制信号源与励磁控制功能进行实时监测，并通过设置边界条件完成冗余切换。现场励磁功能冗余试验结果表明，本文所提热备冗余方法简单有效，具备较好的实用性。

  2025年06期 No.498 68-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1756K]
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• 基于遗传算法的风电机组一次调频自适应协同控制

  方国欣;常晟;宋婷;

  针对当前风电机组在一次调频（PFC）过程中存在功率波动较大导致测试通过率低的问题，文章提出一种基于遗传算法的自适应协同控制方法，包括传动链加阻参数自适应算法与转矩动态调度策略。首先，通过建立PFC下机组控制系统数学模型，阐述控制机理；其次，针对当前PFC过程中存在功率波动的问题，提出基于自适应遗传算法的传动链加阻参数自适应算法及多维度约束的传动链加阻转矩动态调度策略；最后，通过构建机电暂态模型与Bladed耦合模型的联合仿真平台，对比分析传统方法整定的传动链加阻参数、基于自适应遗传算法的传动链加阻参数自适应算法的参数响应特性，以及多维度约束的传动链加阻转矩动态调度策略的动态特性。联合仿真与样机实测对比结果表明，本文提出的控制机制使机组功率波动降低约60%，有效验证了自适应协同控制体系在风电机组PFC过程中减小功率波动的技术优势。

  2025年06期 No.498 74-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 1930K]
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• 高频变压器励磁电感场路耦合仿真与应用研究

  李高龙;陈立;

  高频变压器是电力电子变压器及其系统的关键部件，为分析和研究高频变压器励磁电感，文章创新性地参考铁心电抗器的原理进行定性分析，并采用场路耦合仿真技术进行求解。首先，介绍了高频变压器励磁电感场路耦合仿真中的场模型、路模型；其次，通过仿真获得了高频变压器空载时的铁心磁密、电流、电压波形，以及励磁电感与铁心磁导率、气隙长度的关系曲线图及曲面图；最后，进行了样机试验。试验结果表明，基于场路耦合仿真计算得到的高频变压器励磁电感及其他电磁参数与实测结果误差较小。该方法在高频变压器的研发中具有良好的工程应用价值，为励磁电感的计算和研究开辟了新道路。

  2025年06期 No.498 82-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 1988K]
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• 智轨电车动力学控制模型及其曲线限界研究

  钟汉文;刘浏;陈文光;卜继玲;李涛;张贤忠;

  根据列车系统动力学理论，开展了三编组全轴转向胶轮智轨电车的曲线动态限界研究。首先，基于三编组智轨电车设计搭建了智轨电车动力学与控制仿真系统；随后，根据《城市道路工程设计规范》并结合车辆实际应用工况，设计了智轨电车曲线限界的关键线路运行条件，得到车辆的曲线动态限界数据，并开展试验测试验证与数据对比分析。结果表明，智轨电车曲线限界仿真数据与测试数据的误差<3%，仿真数据能较为真实地反映车辆曲线运行过程中的限界特征，验证了所采用研究方法的有效性，为智轨电车的运营安全和线路优化设计提供理论依据和数据支撑。

  2025年06期 No.498 88-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1724K]
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故障诊断

• 基于深度时序残差收缩网络的高速列车滚动轴承故障诊断方法

  王思远;郝洪伟;苏伟;黄深培;黄迪;侯招文;

  高速列车走行部轴承长期服役于高速、重载及强噪声环境，易发生裂纹、变形及压痕等故障，其状态直接影响列车运行安全，因此，对其实施精准故障诊断至关重要。然而，现有方法在特征提取时参数选择困难，且在不同工况的噪声干扰下提取振动信号的有效特征面临挑战。针对上述问题，文章提出一种基于深度时序残差收缩网络（DTRSN）的滚动轴承故障诊断方法。该网络利用时序卷积网络（TCN）自适应提取振动信号的时空特征，并引入长短期记忆网络（LSTM）融合上下文信息，以更全面地表征当前信号的故障程度。此外，为抑制高速列车特殊工况引入的噪声干扰，将DTRSN与深度残差收缩网络（DRSN）机制相结合，通过自适应学习阈值滤除噪声相关特征，显著增强了关键特征的表达能力。为验证DTRSN的有效性，在涵盖8种不同工况的轴承数据集上进行试验。试验结果表明，DTRSN的诊断精度显著优于对比的4种深度学习模型，验证了其在复杂噪声环境下进行高速列车轴承故障诊断的有效性与鲁棒性。

  2025年06期 No.498 93-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 2084K]
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• 基于改进YOLOv11的混合介质流铸坯表面缺陷检测系统

  刘彰;吴国兵;

  针对当前高线铸坯表面缺陷检测主要依赖人工视觉或传统的光学传感器，存在精度低、实时性差、效率低下等问题，文章提出了一种基于改进YOLOv11的缺陷检测方法，并设计了混合介质流铸坯表面缺陷检测系统。首先，将紫外线照明技术、机器视觉与深度学习方法相结合，构建高线铸坯表面探伤系统；其次，结合混合介质流铸坯表面缺陷形貌与实际生产环境，将CIoU损失函数和感知损失函数进行组合，实现一种改进的YOLOv11模型。实验结果表明，本文改进后的YOLOv11模型在钢铁表面缺陷数据集上的准确度、召回率和精度均值分别提升了7.1个百分点、6.9个百分点和1.7个百分点，所设计的系统具有良好的自动检测性能和泛化能力。

  2025年06期 No.498 101-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 1886K]
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• 轻快型带钢表面小型复合缺陷检测网络

  李志沛;刘雪飞;姜琳;尹志锋;张晋恺;

  带钢表面小型复合缺陷形状各异、分布密集且杂乱无序，传统方法对其检测精度低、漏检率和误检率高。为此，构建了一种轻快型一阶段深度学习目标检测网络——残差型路径聚合前馈网络（RPFNet）。首先，将残差路径聚合结构（ResPAS）作为整体架构，缓解特征在层级传递中弱化，以便获取小型缺陷的细节信息。其次，引入前馈注意力模块（FAM）用于特征提取，获取复合缺陷的多元特征；采用加权融合（WCat）进行特征融合，对特征独立赋权融合关键信息；将深度可分离卷积（DSC）融入CSPNet，以减少参数量和计算量。最后，将SIoU和VariFocal作为损失函数，以提高收敛速度、降低漏检率和误检率。另外，基于NEUDET图像集，新建带钢表面缺陷多模态图像集，改善了数据不足的状况。实验表明：RPFNet在NEU-DET上将平均精确率、平均召回率、和平均精度均值分别提高约4、11和12个百分点，有效减少了漏检和误检；同时，模型的参数量为8×10~6，检测速度为20 fps，提高了检测效率。

  2025年06期 No.498 108-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 2187K]
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通信与信号技术

• 基于TACS的TCMS仿真软件设计与实现

  李靖兰;王志伟;范浩彪;别必龙;沃野;张俊;

  随着城市轨道交通的快速发展，列车自主运行系统（TACS）已成为各信号厂家研究的热点。列车控制管理系统（TCMS）是非常庞杂的综合性设备系统，对TACS与TCMS相关功能的验证测试只能在现场进行，但现场验证测试受限条件多、成本高、发现问题晚。对此，文章基于TACS采用面向对象模块化方法设计TCMS仿真软件，运用Windows窗体（WinForm）、Windows呈现基础（WPF）、模型-视图-视图模型（MVVM）框架实现了TACS与TCMS唤醒、车门联动、车辆烟火报警等联动功能的测试。实验室验证测试结果表明，该软件能在室内模拟TCMS设备以验证测试TACS功能，在测试TACS与TCMS唤醒、车门联动、车辆烟火报警联动功能时能减少66.25%测试时间，极大提高了验证测试效率。

  2025年06期 No.498 119-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 1672K]
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• 结合FMEA与RPN的信号系统与库门接口危害分析

  李勇;

  城市轨道交通全自动运行场段内库门对全自动区域起到隔离封锁的作用，信号系统可控制库门开关并采集库门状态用于控制列车运行，如果信号系统或库门系统存在故障，可能引发相关系统性失效，影响列车运行安全。文章基于信号系统与库门系统接口功能，采用失效模式及影响分析（failure modes and effects analysis,FMEA）方法列举该接口可能的失效模式并进行影响分析；同时，通过风险优先数（risk priority number, RPN）评估识别对系统影响较大的失效模式，并制定相应减缓措施，以提高系统的安全性和可用性，为系统的安全设计提供参考。

  2025年06期 No.498 125-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 1501K]
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