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京张高铁今日开通,你不得不知道的世界首条时速350公里智能高铁背后的黑科技

在高铁时代,绿皮火车与我们渐行渐远,哐当……哐当……的车轮声、频繁的临时停车、几乎100%的不准点到达率、脏乱差的乘车环境已然成为新科技映衬下的回忆,也是中国智能制造发展历程中不可磨灭的定格。

当我们还在感慨我国高铁发展快速之时,新一代技术革命又在悄然来临。12月30日,世界上首条时速350公里的智能化高铁——京张高铁正式投运!该运输系统采用了多项黑科技,最大程度地让高铁安全、准点运送,让旅客获得最舒适的体验,继续引领我国高铁技术在全球范围内的领先水平。

起底黑科技的背后——中国通号

众所周知,我国的高铁技术在原铁道部的统一调度和规划下,从技术引进到消化,历经数十年发展才有了今天雄厚的科技积累,成为了我国当下高铁系统推广普及的根基。

但是,在高铁智能化领域,世界各国都处于探索阶段。可以说,我国在掌握高铁技术之后就进入了发展的无人区,在没有先进经验和技术可以学习和引进的情况下,我国只有突破自我、开拓创新,才能在高铁的道路上越走越远。

于是,中国铁路通信信号股份有限公司(即CRSC,以下简称中国通号)应运而生,由中国铁路通信信号集团公司发起,联合中国机械工业集团有限公司、中国诚通控股集团有限公司、中国国新控股有限责任公司和中金佳成投资管理有限公司于2010年12月29日共同设立。

中国通号专注于轨道交通控制领域系统集成、科研设计、设备制造、工程安装和技术服务,直属国资委,可谓根正苗红,背景强大,光注册资本就高达45亿。

但成立不足1年,中国通号就遇到了其成立至今最大的黑暗期——2011年“7·23”甬温线特别重大铁路交通事故突发,背后原因正是由中国通号所属通信信号研究设计院提供的列控中心设备存在严重设计缺陷和重大安全隐患。

这一事件的发生,让大众对国产高铁系统一度产生了怀疑,中国通号集团总经理、中国通号股董事长马骋也在事件发生一个月后骤然离世。

不过,除了问责,国家和人民也给予了中国通号最大限度的容忍与扶持,这才有了今日全球智能化水平最高的高铁运行系统。需要特别说明的是,继“7·23”事件之后,中国通号再没有出现过严重事故,相反,其还一次次地打破国际封锁,不断加速我国高铁的国产化、自动化、智能化水平,是我国高铁技术自主化的中坚力量之一。

高铁的大脑和神经中枢——CTCS-3级

我国高铁建设里程、运营里程世界第一,从炎热的海南到寒冷的黑龙江,从东部沿海城市到西部的崇山峻岭,均有高铁的足迹,跨度大、复杂度高,这让我国的高铁网络除了安全、可靠、高效等需求外,还要适应我国大江南北不同的气候、地理环境,以及全球第一的复杂网络调度需求。

中国通号痛定思痛,总结了以往的经验教训后,成功自主开发了全球最先进、最安全、最高效的高铁列车运行控制系统——CTCS-3级,目前已在京沪、沪昆、广深港等全国主要高铁网络得到了验证及稳定运营,是我国高铁自主化的核心技术之一。

CTCS-3级由传输、数据通信网、有线调度、移动通信、综合视频监控、专用应急通信、电源及设备房屋环境监控等多个子系统构成,为控制列车运行的各系统提供安全、高效的通道和网络,确保高铁列车准确、即时地接收到各种信息和指令,以便安全、稳定、准时运行。

以416公里的昌赣高铁为例,全程设有172做无线铁塔,所有机房均标配环境监控系统,沿线重要设施地段累计配置了1370台摄像机……通过层层感知,确保高铁列车运行控制系统的稳定可靠。不仅可以与原有系统兼容并网运行,还能在恶劣环境、突发状况下控制列车采取限速、临时停车等必要安全措施。

本次京张高铁采用的智能化系统正是基于CTCS-3级增加列车自动驾驶功能(ATO)的高度集成产物,其于2018年4月29日完成全球首套时速350公里高铁自动驾驶系统(C3+ATO)的实验室测试。

充分项目验证,近乎零缺陷

自动驾驶装备的研发工作始于2007年,在时速350公里高铁自动驾驶系统出现之前,中国通号自主研发的自动驾驶系统已自2016年起成功应用于时速200公里的广东莞惠城际高铁。

随后铁路总公司专门针对京张高铁成立重大科研课题《高铁列车自动驾驶关键技术研究及京张高铁示范应用》,由中国通号牵头编制技术方案及相关接口规范,并于2018年6月通过是试验评审。

紧接着,包含高铁列车运行控制系统CTCS-3、自动驾驶车载设备ATO、车载超速防护设备ATP、临时限速服务器TSRS和列控中心TCC在内的高铁自动驾驶系统全套装备在京沈高铁时速350公里的高速动车组自动驾驶系统中得到了完美验证,试验期间,高速动车组在车站和线路区段实现了自动停车、自动启动、自动运行等自动驾驶操作。

高铁自动驾驶系统在实测中,面对数百项严苛的测试,以近乎零缺陷的高水平表现顺利通过考核,并在过去2年测试中,7900次的停车准点率达100%,为京张高铁的投入使用奠定了良好的基础;中国高铁也开始全面进入建立自己的“列车运行控制技术标准”时代。

12月30日——惊艳起航

京张高铁是我国《中长期铁路网规划》中“八纵八横”北京至兰州高速铁路的重要组成部分,全长174公里,沿途设有10座车站,最高设计时速350公里。

相比人工操控,植入了高铁自动驾驶系统的京张高铁首先保证了列车运行的智能化,实现加减速无感切换,系统能自动根据路况计算和调配车速,确保高铁列车平稳运行的、准点率,如沿线3%的爬坡路段,列车会根据环境数据,高铁自动驾驶系统自动调节爬坡前、中、后的车速;当即将驶经下坡路段时,列车会提前降低车速,减少刹车片的参与度等。

不过,高铁自动驾驶并不等于无人驾驶,中国国家铁路集团有限公司工电部信号专业主管莫志松特别强调,自动驾驶是为了解放司机,而不是替代司机。他介绍到,自动驾驶让司机可以更好地集中精力去做更为重要的事,一旦有异常情况,司机可随时介入并切换为人工模式。自动驾驶+人工互为备份的模式,进一步确保高铁列车的稳定、安全运行。

其次是出入站智能化。京张高铁全线实现电子客票通行,旅客通过人脸识别就可以无障碍通行,大大提升了进出站的通行速率。

第三是车站系统智能化。高铁站人员数量大、流动频繁,尤其节假日旅客量暴增,易出现员工疲于应对、卫生差乱的情况。京张高铁在此方面,也是做到了全球领先的智能化应用,引入了智能机器人,可满足旅客24小时全天候的问询、指引服务;而卫生系统的高度自动化,也省去了人力的投入,气力输送生态垃圾系统实现了垃圾的快速运送、分类。

此外京张高铁还引入了可视化远程售票系统,实现售、取、改、退及公安制证全自助服务,全面提升旅客从购票、进站、乘车、离站的全流程智能体验。

后记:刷新中国高铁智能新高度

人工智能技术拥有人类无法比拟的优势,将会成为人类文明发展进程中的重要工具和加速器。随着人类储备的知识越来越多,光靠人力已经无法解决高端技术快速调度,而部分简单的操作也亟需新的生产力来替代人力行为。由此,人工智能必将会越来越多地参与到人类的生产、生活等活动当中,而京张高铁仅仅是我国乃至人类高铁网络智能化的开始,未来将会在铁路人的努力下,由点带面地推向全国,并不断提升智能化水平。

当然,从中国通号的发展历程来看,任何新事物的发展都会存在一定的挫折,我们要保证在尽量低的试错成本下,给予先进技术科研团队更多的包容,只有如此,先进技术的研发才能得以顺利进行,进而造福人类。

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