智能铁路运输系统

第1篇：智能铁路运输系统

铁路智能低压配电系统

摘 要：本文详细阐述了TSCN-1W铁路智能低压配电系统原理、系统组成、实现功能及应用前景，此系统的应用提高了铁路低压电力设备管理的现代化、科学化和智能化水平，弥补电压非对称运行不平衡故障判断缺失，提高了电力系统的安全性和可靠性。

关键词：智能;非对称;检测;配电

0 引言

铁路电力系统是铁路运输的重要组成部分，担负行车设备用电，电压必须在规定范围内，不可间断。它的可靠性直接关系行车安全。但目前，智能化程度不高，低压系统无监测、诊断和故障处理功能，分析判断设备故障困难。特别是当电压处于严重的非对称运行状态时，低压配电设备不具备自动转换技术条件，会导致行车设备不能正常工作，影响列车运行。TSCN-1W智能低压配电系统能解决上述问题，提高铁路车行车设备供电安全可靠性，实现科学智能化管理。

1 基本原理

铁路智能低压配电系统采用微电子技术、高速电压检测技术、缺相智能检测技术、通过计算机网络通信对铁路低压配电系统实现智能化集中管理，实现电能质量参数实时采集远程监控分析及操作，故障后的快速诊断和处理系统通过实时监测三相变压器运行状态，在变压器高压侧发生单相接地、三相断电和电压瞬间波动等严重非对称运行状态时，快速切断故障电源，切换到另一路正常电源，真正实现不间断供电。

1.1 “严重非对称运行故障”的实时检测技术

电路能够在交流电的1个周期至2个周期时间内准确测量出三相交流电的有效电压值和相角，然后调用算法判断出三相电是否存在缺相运行。由于电网存在电压波动，该算法必须能够屏蔽断电、电压不稳定等干扰，以较高的置信概率判断出缺相运行状态。

1.2 选择快速切断低压配电箱供电回路的设备及驱动电路

常规断路器的断开时间较慢，使用能高速关断的高性能断路器，研究与之配套的驱动电路，令断路器在保证可靠工作的前提下，断开时间能够满足指标要求。

2 智能低压配电系统的组成和功能

TSCN-1W铁路智能低压配电系统，由系统管理中心、区域监控管理中心、智能低压配电箱和通信网络组成。系统采用星形的拓扑结构，一个监控管理中心管理下属所有配电箱。配电系统管理中心、区域监控管理中心与配电箱之间的通信采用铁路专网，通过TCP/IP协议通信。区域监控中心可与系统管理中心根据需要合并设立。集低压配电功能、电能质量检测功能、控制功能、遥测功能、遥信功能、遥调功能、保护功能、防护功能于一体。能快速检测非对称性运行故障并切断故障电源、记录存储实时曲线、运行告警、运行故障、异常波形。监控管理中心集中控制和管理辖区的相关设备。每个系统可实现对1～1000个车站供电情况进行监控。根据需要，区域监控中心可与管理中心合并设立。该系统实现了低压配电运行状态的实时监测、控制和管理、实现了供电线路发生故障后的快速诊断和处理(变压器非对称运行故障)、能为安全生产管理、故障原因分析等提供相应的依据。

2.1 系统管理中心

系统管理中心安装在供电段，主要由系统管理员使用。由计算机与数据服务器组成，负责为智能低压配电系统进行资源分配与信息管理，由本系统的管理中心软件实现，提供系统初始化、系统参数配置、用户管理、日志查询等工作，通过大型商用数据库，将整个系统的数据集中保存在系统管理中心。

2.2 区域监控中心

区域监控中心安装在车间，由车间值班人员使用。包括操作电脑和SMS收发器，是系统的操作平台负责对所管辖的配电箱设备的状态进行监控，由本系统的监控软件实现。通过与配电箱设备通信，实现配电箱的电力参数采集、存储和显示; 实现远程分合闸控制;实现告警、故障的监视和判断，并通过声光报警方式通知值班人员。

2.3 通信网络

采用有线和无线网络备份的方式保证通信可靠性。有线连接主干网采用铁路的2M专网，在设备终端处通过协转转换为以太网;无线连接考虑到铁路通信的安全性，未采用GPRS方式，而是在没有有线网络或网络不通的情况下设备自动转换为SMS通信。

2.4 智能低压配电箱

智能低压配电箱是安装在现场设备端的智能设备，分为电气设备部分(一次回路)和智能电网检测单元及电子组件部分，检测单元模块化。智能设备通过对模拟量和现场状态的采集和数字化运算处理，传输至远方的区域监控中心，达到远程监控的目的;也可接收区域监控中心的指令，对电动操作机构进行操作，实现遥控分合闸功能。

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图1

3 实现主要功能

3.1 非对称运行故障的检测和处理功能

由智能配电箱检测单元实时监测，快速检测电压、相角，并判断出是否为“变压器严重非对称运行”故障。当发生故障时，快速切断配电箱供电回路，并在监控管理中心产生声光报警。高压侧恢复正常后，可在监控管理中心操作界面上控制智能配电箱接通供电回路。

3.2 故障信息和故障波形记录功能

当发生故障时，智能低压配电箱都能够准确采集到故障的时间、相位、波形、电压等参数，并实时记录故障波形、时间、电压。这些信息将上传到监控管理中心的服务器中，工作人员根据故障发生时间可以随时调用并查看分析。

3.3 电能质量信息和设备工况信息的在线监测功能

系统采集各线路的电能质量信息和设备工况信息。采集模块每两秒采集一组电能质量数据和设备工况信息，主动上报至监控管理中心，监控管理中心将数据保存于数据服务器中，并将最新数据在界面显示。若超过一定时间配电箱没有上传数据，监控管理中心软件将提示配电箱失去连接，发出告警信号。电能质量信息包括：三相电压、电流、相角、频率、有功功率、无功功率、功率因素等。设备工况信息包括：剩余电流、电度计量、配电箱温度、断路器(隔离开关、主断路器、分断路器)分合闸位置信息、UPS的运参数等。这些信息将定时上传至监控管理中心，能够实时显示和查看。

3.4 远程控制和信息化管理功能

监控管理中心软件将采用有线或无线通信设备对现场的智能配电箱进行远程操作。即实现主断路器的远程分闸、合闸操作，实现配电箱工作参数的设置和修改;实现对电能质量、电源故障的分析、统计管理、报表打印等信息化管理功能。

4 智能低压配电系统的效益分析

4.1 运行效益

智能低压配电系统能实现变配电系统的“四遥”功能，避免了人工抄表、现场操作、昼夜定时巡视的工作;能检测和记录用电回路的各种电量参数，断路器的状态、故障报警、故障原因等信息，较人工方式更为准确和及时。大大节约了人力成本，并实现低压供配电系统一体化综合监控、统一管理。

4.2 安全效益

智能低压配电系统能够捕捉和分析暂态异常波形，可提前发现潜在的故障隐患。当现场发生供电故障时，可迅速使相关人员获得故障的位置、原因及故障电流等多种参数，帮助快速排除故障，减少损失。

4.3 节能效益

通过智能低压配电系统的监控画面，数据库返回的各项信息，能及时了解各个馈电回路的运行状况，便于用户合理地分配电能，帮助用户有效地分析管理负荷，减少非正常耗电。

5 结束语

铁路智能低压配电系统运用，可以显著的提高铁路低压配电的信息化处理水平，大大提升工作效率，节省了人力成本和维护时间，提高了电力系统的安全性和可靠性。随着强电控制与微电子技术、计算机技术和网络通信技术进一步发展，用智能低压配电系统代替原有的常规配电方式，必将成为铁路电力系统改革的方向。

参考文献：

[1]张白帆.低压成套开关设备的原理及其控制技术[M].机械工业出版社，2014.

[2]陈平，王宏.智能低压配电系统的分析及实现[J].配网自动化，2010.

[3]曾孟雄.智能检测控制技术及应用[M].电子工业出版社，2008.

[4]毕丽红.通信网络技术[M].中国电力出版社，2007.

作者简介：

罗建(1978-)，男，湖北孝感人，湖北工学院工学学士，武汉铁路局供电处工程师。

作者：罗建

第2篇：智能运输系统设计

【摘要】随着第三方物流行业的不断发展和完善，智能化运输系统受到了更为广泛的应用。与传统的物流运输相比较，智能运输系统(ITS)主要利用GPS卫星定位技术和导航技术，优化配送路径，最大限度的降低物流成本，提高物流运输效率。本文针对道路交通运输科技、运营和管理的主要发展方向——智能运输系统进行研究，将现代GPS地面接收系统的主要应用技术——车载导航仪和飞机黑匣子的工作原理相结合，设计出了一种智能车载接收系统，并定义为“车载智能仪”。“车载智能仪”将对运输车辆进行实时监控，对于提高运输效率和节约成本具有很大的意义，充分保障交通安全、改善环境质量、提高能源利用率，实现实时、准确、高效的交通运输管理系统。

【关键词】智能;ITS;导航;车载定位;车载黑匣子

1. 绪论

随着经济全球化趋势的不断增强和科学技术的迅猛发展，作为企业“第三利润源”的现代物流业，己在世界范围内广泛兴起。现代物流通过对仓储、运输、配送等环节的协调综合管理，达到了缩短物流运作周期、降低运营成本、优化物流资源的目的。

1.1研究的背景及意义。

20世纪90年代中期，第三方物流的概念开始传人我国，它是运输、仓储等基础服务行业的一个重要发展。近几年，虽然我国第三方物流有了长足的发展，但从整体上来看，企业规模不大，服务水平不高，第三方物流还只是停留在某一个层次或某一个环节上，没有实现从原材料供给到商品销售整个供应链的全程服务，还没有形成真正意义上的网络服务。从形成结构上分析，我国的第三方物流企业大部分是传统仓储、运输企业经过改造转型而来的，技术设备陈旧，观念落后，在信息化方面存在着很大的问题。信息技术落后，因特网、条形码、EDI等信息技术未能广泛应用，第三方物流企业和客户不能充分共享信息资源，没有结成相互依赖的伙伴关系。

经济的发展推动着交通运输的发展，各国的路网通行能力日益满足不了快速增长的交通需求，交通拥挤、交通事故、环境污染以及能源短缺等交通问题是世界各国面临的共性问题。对于物流企业来说直接影响了经济效益和社会效益，能否找到一种有效途径来解决该问题，降低经济损失、提高运输的运营效率和安全是研究智能运输系统的主要动机。通讯、控制、信息技术等先进技术的产生为智能运输系统的产生提供了有力的技术支撑，用高新技术改造传统产业，提高运输的工作效率和水平，已经成为各个运输企业的共识。

1.2智能运输系统简介。

1.2.1智能运输系统基本概念。

智能运输系统 (Intelligent Transportation System，ITS)是“智能系统”和“运输系统”的结合。智能运输系统就是通过对关键基础理论模型的研究，从而将信息技术、通信技术、电子控制技术和系统集成技术等有效的应用于交通运输系统，建立起能在大范围内发挥作用的实时、准确、高效的交通运输管理系统。智能运输系统利用现代科学技术在道路、车辆和驾驶员之间建立起智能的联系。

1.2.2智能运输系统的作用。

ITS通过各种先进的电子信息技术，缓解了在生产生活中所存在的各种阻碍人们出行的问题。这种新型的运输系统，不仅能使交通基础设施发挥出最大的效能，提高服务质量;而且创造了巨大的社会效益和经济效益。

2. 智能运输的相关技术分析

2.1GPS和GIS在ITS中的应用。

随着交通问题的不断暴露，ITS的研发与应用被越来越多的人所关注。目前，应用GPS 技术的车辆应用有三种类型，一是美国的汽车急救系统;而是日本的车辆导航仪;三是中国的车辆调度系统。在ITS中，一个关键的问题就是首先要准确的知道车辆当前所处的位置，这个问题通常采用GPS和GIS技术解决。

2.1.1GPS概论。

(1) GPS组成 。

GPS系统由空间部分、地面监控部分和用户接受机三部分组成。

A.GPS卫星星座。

空间部分导航卫星星座有21颗工作卫星和3颗备用卫星，共24计颗卫星，平均分布在个6轨道上，每个轨道上有4颗卫星轨道，倾角约55°。轨道高度20183Km左右，运行周期约12h(717.88min)。

B.地面监控系统。

地面监控部分包括1个主控站、3个注入站和5个监测站。主控站主要根据各监控站对GPS观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去。注入站的任务主要是将主控站计算出卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去，每天注入3次，每次注入14天的星历。监测站分别观测卫星，然后把有关信息送回卫星。由监测站提供的观测数据形成了GPS卫星实时发布的广播星历。

C.GPS信号接收机。

GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行交换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。凡是有GPS接受机的用户都能够使用GPS系统进行定位或导航。下图1为GPS星图。

(2) GPS的工作原理。

确定卫星所处的准确位置。首先，要优化设计卫星运行轨道，同时要由监测站通过各种手段，连续不断检测卫星的运行状态，实时发送控制指令，使卫星保持在正确的运行轨道中。将正确的运行轨迹编成星历，注入卫星，再经由卫星发送给GPS接收机。正确接收每个卫星的星历，就可确定卫星的准确位置。

2.1.2车辆导航系统在ITS中的应用。

该系统可为一辆以上的车辆提供其在地球表面上的位置，它可在任一给定时间内精确确定一辆车在道路网中的位置。该系统可从3个基本的信息源获得数据，它们是：

A.GPS接收机。用来精确确定车辆的位置，但它可能遭受偶然的干扰，为此通常采用航位推算导航或辅助定位技术作为GPS信号丢失时的补偿，以使导航系统功能连续。

B.车载传感器。通常包括测量转弯速率的陀螺仪、输出电子速度脉冲的测速计以及测量方向的罗盘。这些数据被用来进行航位推算，以便确定车辆相对道路的运动。

C.导航地图数据库。通过GPS和车载传感器所采集到的数据，利用地图匹配进行处理，与存贮在GIS数据库中的地形数据进行比较。

2.1.3车辆监控系统在ITS中的应用。

(1) 车载监控的工作原理。

车辆监控系统是集GPS、GIS和现代化通信技术于一体的高科技系统，主要由主控中心和移动车辆设备两部分构成。为了对车辆进行实时动态的管理与检测，要求在系统内设有城市道路信息库、车辆运行状态检测子系统、重要车辆运行路线优化设计子系统、车辆运输调度管理子系统、车辆报警紧急处理子系统等。用过这些系统，将目标车辆的位置和其他信息传送到主控中心，在主控中心进行地图匹配后显示在显示器上。主控中心可以对移动车辆的准确位置、速度和状态等必要的参数进行监控和查询，从而科学的进行调度和管理，提高运营效率。车载监控系统由后台监控中心和车载监控终端组成。车辆监控系统的总体结构如下图2所示。

(2) 后台监控中心和车载监控终端之间通过GPRS通信链路完成信息的传输。系统通过拨号，使数据首先通过GPRS Modem与移动GPRS业务节点进行无线通讯，然后通过GPRS网关与Internet连接，最终通过连接到后台监控中心服务器，系统完成终端与中心的数据传输。

车辆监控系统的主要功能有：

A.车辆跟踪。

利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，并任意放大、缩小、还原、换图可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪，利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输。

B.提供出行路线的规划和导航。

自动线路规划：由驾驶员确定起点和终点，由计算机软件按照要求自动设计最佳行驶路线，包括最快的路线、最简单的路线、通过高速公路路段次数最少的路线等。

人工线路设计，由驾驶员根据自己的目的地设计起点、终点和途经点等，自动建立线路库。线路规划完毕后，显示器能够在电子地图上显示设计线路，并同时显示汽车运行路径和运行方法。

C.信息查询。

为用户提供主要物标，如旅游景点、宾馆、医院等数据库，用户能够在电子地图上根据需要进行查询。查询资料可以文字、语言及图像的形式显示，并在电子地图上显示其位置。同时，监测中心可以利用监测控制台对区域内任意目标的所在位置进行查询，车辆信息将以数字形式在控制中心的电子地图上显示出来。

D.话务指挥。

指挥中心可以监测区域内车辆的运行状况，对被监控车辆进行合理调度。指挥中心也可随时与被跟踪目标通话，实行管理。

E.紧急援助。

通过定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图可显示求助信息和报警目标，规划出最优援助方案，并以报警声、光提醒值班人员进行应急处理。

2.2智能运输系统与现代物流的关系。

(1)智能运输系统技术(ITS)是目前提高交通运输效率和安全性的主要手段，也是交通运输行业发展的科学方向。其产生的背景就是为了解决道路交通日益拥挤、路网通行能力不能满足交通量增长需要、交通事故率居高不下、能源浪费和环境污染严重等问题。智能运输系统作用的主要对象是驾驶员、车辆和道路，最重要的是它把这三者作为一个整体紧密地联系在一起，使传统的交通控制与管理变得更为有效，大大地提高了交通的机动性和安全性，同时也使交通拥挤得到了明显的缓解。

(2)运输和配送是现代物流消除空间和时间隔离的基础，在物流活动中始终处于核心地位，据统计，运输费用在物流费用中占的比例最大，占44%，并且在整个物流活动中所占用的时间也较多。由此看来，实现运输和配送的安全快速化对降低物流成本和提高物流的服务水平有着十分重要的作用。而智能运输系统技术肩负着实现运输现代化的使命，正是这一要求使智能运输系统技术和现代物流活动紧密地联系在一起，并且技术的应用为现代物流的发展提供了技术支持和保障。智能运输系统与现代物流的关系见表1。

2.3ITS应用实例。

根据本课题研究内容的要求，作者对汉中市汽车客运总公司进行了调研。

2.3.1汉中市汽车客运总公司。

(1)汉中市汽车客运总公司简称长客公司组建于1978年，是交通部首批核定的全国道路运输二级资质企业。现有员工近5000人，各类客车800辆，日发客运班次1800余班，营运班线通达全市十县一区，公司所属车站年运送旅客能力为1600余万人。

(2)随着西汉高速的开通，汉运司大力开拓发展高档豪华班车旅客运输业务，并依托主业，积极发展多种经营。目前已建成了14个门类，集科工贸、旅游、商业、广告为一体的服务网络。

(3)作为汉中市最大的客运公司，汉运司始终把旅客的安全放在第一位，如何做到这一点，该公司除加强内部管理之外，最具有代表性的一点就是对运行车辆的实时的动态监控。2006年10月份开始，汉运司开始引入智能监控系统，建立了GPS系统(即Global positioning system)，共花费400多万元，保证公司内的693辆车上每车配备。通过该系统，在监控室内，监控人员能够准确知道某辆客车在运行途中的装载情况、驾驶人员的工作状态、车上旅客的乘车状况等等，一旦发现异常情况就能够实现有效的管理，杜绝交通事故及恶性事件的发生，既保障了驾驶员和旅客的安全，又保证了生产的正常进行，有效地对行车安全和违规现象进行了实时监控。

(4)在监控中心，随着屏幕界面的逐渐放大，上百个红点出现，红点旁边有车号、车速及行驶路线等标记。车上配备两个监控探头，一个是整车的，一个是驾驶员的，随着监控中心人员的操作，电脑屏幕跳出的窗口图片清晰地显示了车内乘客的状况，而另一张，则是大客车驾驶员的即时状态，监控中心的工作人员可以很直观地对车辆是否存在超载、超速和驾驶员疲劳驾驶现象进行监控，并且一旦驾驶员连续驾车超过4小时、车速超过110码高速公路等情况，GPS便会自动报警，这时监控中心的工作人员可以通过控制台内的电话与车上驾驶员进行联系，车上都配备了蓝牙耳机，可以在通话的同时保证了行车的安全。

(5)监控中心通过系统取证，对相关公司的违规行为下发单据，接受内部处理。单据上详细记录了汉运司违规大客车的车号、时间，甚至还附加着即时违规照片超载和数据。汉运司认为最明显的改变就是多辆承包经营的车主们规范了行车行为。2007年，车辆事故起数、死亡人数等四项指标平均下降了三至四成。

(6) 汉运司运输系统构成概念如图3所示：其特点在于共用平台组合整个系统。

3. 智能运输系统设计

3.1系统结构设计。

(1)第三方智能物流系统设计过程，可以采取模块设计方法，即先将系统分解成多个部分，逐一设计，最后再根据最优化原则组合成为一个满意的系统，依据这个思路，第三方智能物流系统的结构按物流服务管理划分为：前端服务、后端服务、企业规划管理。

(2)其中前端服务包括确认客户需求、电子商务网站设计/管理，客户集成方案实施等。后端服务则包括五类主要的业务：订单管理、仓储与分拨、运输与交付、退货管理、客户服务。企业规划与管理是指对于顾客提交的订单，第三方智能物流系统有能力对相关数据进行分析，产生一些深度分析报告。这些经过分析的信息可以帮助制造商及时了解市场信息，以便随时调整目前的市场推广策略。第三方智能物流服务结构如图4所示。

3.2智能运输系统层次的建立。

(1)智能运输系统既然是通信、控制和信息科学在运输系统中集成应用的产物，根据以上的分析和研究，可以这样来看智能运输系统，如图5所示。

(2)正是由于智能运输系统有这样的层次结构，同时它又是一个超大规模的系统，因此它是有别于以前的传统的交通管理和控制方法的。实际的设计过程是为运输系统提出了一定的目标，在知识层次上应用系统科学的方法，在极复杂的相互关系网中按最大效益和最小费用的标准去考虑不同的解决方案并选出可能的最优方案，实现这个目标，必须借助通信、计算机和信息科学。而为了在知识层次上寻找实现目标的方法和手段，就要求人们能够用知识的表达形式来描述智能运输系统。

3.3车载智能仪的设计与实现。

3.3.1系统方案设计。

本系统主要以车载终端为设计对象，构架了终端系统。系统组成如图6所示。

(1)智能车载终端系统通过GPS模块实时对车辆位置等信息进行获取，并传输给中央处理模块进行信息处理。

(2)通过对(终端信号单元)外部模拟信号输入、 数字信号输入以及开关量输入三种信号分别进行采集进行处理。

(3)中央处理模块采集到的数据进行必要的现场处理存储和转发，以及对数据的编码，然后通过标准接口 RS232/RS485 将数据信号传送到 GPRS模块。GPRS模块对信号进行进一步的处理，再通过 GPRS空中接口接入到GPRS网络进行数据的透明传输，最后经由 APN专线传输到后方(物流指挥中心指挥中心等)进行远程控制时，可以将控制信号发送到 GPRS网络中，然后经过 GPRS模块传输到智能车载终端中，进而对运行车辆进行控制和处理。

(4)数据存储模块能够保存的数据(GPS模块获取的信息、采集的信息等)经过处理后存储于内部大容量存储器中。

(5)通过中央处理系统能够把数据存储在通用U盘上。

3.3.2硬件设计。

(1)系统中央处理器选择。

TMS470R1A256是TI公司TMS470R1x通用16/32位精简指令( RISC) 微控制器的系列产品。TMS470R1A256 主 要 包 含 以 下 资 源： 256 K BFLASH、12 KB SRAM、零管脚锁相环(ZPLL)时钟模块、模拟看门狗(AWD)定时器、实时中断(RTI)、串行外围接口(SPI)、串行通信接口(SCIx)、标准CAN 控制器(SCC)、二类串行接口(C2Sib)、外部时钟分频器(ECP)，10 位多缓冲 ADC(MibADC)、16 输入通道、高端定时器( HET)，多达49个I/ O口和一个只输入口。TMS470R1A256 的 Flash 存储器是非易失性的、电可擦除的，可编程的存储器，并具有32位宽的数据总线接口。Flash 操作以系统时钟频率进行，可达 24MHz。在管道模式下，频率可达48 MHz。SCI是全双工的、串行I/ O接口，实现了CPU与采用标准不归零制(NRZ)格式的外围设备间的异步通讯。SCC利用串行的、多主机通信协议实现了高效的分布式实时控制和高达1Mbit/s的稳定通讯。SCC是高噪声和恶劣环境中，要求可靠串行通信和多道通讯应用的理想选择。C2Sib使TMS470R1A256 可以在遵循 SAEJ I850 协议标准的二类网络中发送与接收信息。

TMS470R1A256处理器功能框图如图7所示。

(2)采集单元设计。

信息采集单元使用MOTOROLA公司推出的可编程多路开关检测接口集成电路MC33993，可检测多达 22 路的开关量输入信号，并可将检测到的多路开关状态 (三态)信号通过该芯片的 SPI口传送给处理器。此外 ，该器件还具有 22 路模拟多路开关功能，可用以读取多路模拟输入信号。该模拟输入信号经缓冲器可由模拟多路开关输出以供处理器读取。并且MC33993 可使得包括 处理器在内的整个系统能在一个较低的静态电流下工作这对远程监控之类的系统非常重要，因为对它们而言，电流损耗是重要的设计考虑。因此，本系统设计选用 MC33993 作为多路开关检测接口电路。系统中 MC33993 采用 SPI与 处理器实现硬件连接，如图8所示。当外部有开关量输入，状态发生改变时MC33993 会 发出中断信号INT给TMS470R1A256 ， 处理器响应中断读取开关量输入状态，从而提高 MCU 的工作效率。

(3) 数据存储模块设计。

在汽车行驶记录仪行业中，数据安全保存是最重要的。随着车载记录系统的的发展，保存的数据量越来越大，这就需要大容量的存储器，本系统选用RAMTRON公司研制的FM24L256新型存储器，它的核心技术是铁电晶体材料，拥有随即存取记忆体和非易失性存贮产品的特性。FM24L256 和 FM24L256 的通讯方式是双向两线协议，脚位少，占用线路板空间小。图9描述了 FM24L256 与处理器硬件连接方式。

(4)U盘存储。

本系统中 USB 的主机通过主机控制器与 USB设备进行数据传输。USB 主机完成如下功能：检测USB设备的插拔;管理USB主机与USB 设备之间的控制流;管理USB主机与设备间的数据流和收集 USB 主机的状态等功能。USB控制芯片选用CYPRESS 公司生产的SL811HS，其可支持全速数据传输的 USB 控制芯片，且内含 USB 主从控制器，支持全速、低速数据传输，并能自动识别低速或全速设备。SL811HS提供的接口遵从USB1.1标准，可与 TMS470R1A256 微处理器相连。SL811HS的数据接口与微处理器进行接口可提供8位数据 I/O 或双向DMA通道，并能以从机操作方式支持 DMA 数据传输。SL811HS 内部有一个256字节的RAM，可用做控制寄存器或数据缓冲器。SL811HS 与 TMS470R1A256的硬件连接方式如图10所示。

(5) GPS模块设计。

GPS是通过接受卫星信号，起车载定位的作用。GPS模块选用美国瑟孚公司所设计的第二代卫星定位接收芯片HOLUXGR285 智能型卫星接收模组，其是一个完整的卫星定位接收器。具备全方位功能，能满足专业定位的严格要求与个人消费需求。HOLUXGR285通过RS2232，与处理器沟通 ，并以内建充电电池，存贮卫星资料。HOLUXGR285 与 TMS470R1A256 均为 3. 3V 供电 ，故无需电平转换便可通过串行通讯口实现数据交换。硬件连接如图11所示。

(6) GPRS模块设计 。

GPRS是移动通信技术，用来把接收到的数据送给管理中心用来监视车辆的行车路线。GPRS模块选用Benq M22，它是一款内嵌TCP/ IP协议栈，支持GSM/ GPRS CLASS4，可工作在 EGSM900MHz，DCS 1800MHz，PCS 1900MHz，可以支持数据业务的透明和非透明传输。从封装上来说，M22使用连接座式接口，模块上自带天线 MMCX接头。由于支持 GPRS甚至拥有嵌入式的 TCP/ IP，可以用于实时性要求较高，数据量相对较大，传输速度相对较快的汽车行驶记录仪中，Benq M22和处理器的通讯数据接口为UART，电平为 TTL/ CMOS ，波特率为标称的300～115200bp s的自适应波特率 ，只要是这个区间的标称波特率 ，模块自动识别 ，无须用户去干预，可以接成全串口或者半串口通讯。所谓的全串口，是指DB9 的九条线都需要接上 ，所谓的半串口则只接 RXD ， TXD 和 GND 就可以进行通讯了。本系统采用半双工模式 ，则模块的 RXD 可以直接连接TMS470R1A256 的 TXD ，模块的 TXD 可以直接连接 TMS470 R1A256 的 RXD。如图12所示。

3.3.3软件设计。

系统上电后 ，首先对系统进行初始化。然后进行自检 ，自检范围包括数据存储器、 时钟和 I/ O 口 ，自检后根据自检结果在显示器上显示相关信息。如果自检不通过 ，显示 “自检不正常” 和错误代码。自检通过后 ，然后进入驾驶员身份认证 ，通过后 ， LCD 显示相关数据 ，等待数据刷新。

3.3.4数据采集。

系统读取到原始数据后，根据脉冲量和车辆特征系数等能够计算出总累计行驶里程、最近2个日历天的累计行驶里程、最近 360 小时内的累计行驶里程、 每 200 毫秒的速度和每分钟的速度。记录仪采集的脉冲来自于速度传感器 ，该速度传感器每转产生 8 个脉冲 ，而车辆在每公里使速度传感器旋转的转数由车辆特征系数决定。记录仪根据所记录的脉冲数 ，可以得到车辆行驶的里程。由脉冲数计算出行驶速度 ，只要先由脉冲数计算得到里程数 ，再除以时间 ，即可得到速度(系统主程序流程图见图13)。

3.3.5GPRS设计。

(1)M22 支 持 GPRS CLASS4，即 下 行 速 度42.8Kbps ，上行速度 21.4Kbps。同时 ，M22 也支持嵌入式的 TCP/ IP协议。这个嵌入式的 TCP/ IP协议解决了从命令模式连接到数据传输模式的一个比较复杂的过程。因为有了嵌入式的 TCP/ IP ，所以可以实时的传输大量汽车记录数据 ，实现实时监控车辆的运行情况。使用 TCP 协议进行数据通信时 ，必须要经过三个阶段 ，第一个阶段是连接建立阶段 ，第二个阶段是数据收发阶段 ，第三个阶段是连接释放阶段。

(2)本系统中发送短消息采用而 PDU 模式 ，因为它不仅支持中文短信 ，也能发送英文短信。PDU模式收发短信可以使用 3 种编码： 72bit、 82bit 和UCS2 编码。本设计是在传统记录仪上 ，添加 GPS ， GPRS模块 ，并对该系统进行测试的结果是能够实现精确定位(民用标准)、远程监控、 电子狗及数据传输等功能 ，实现了基本记录仪与 GPS 导航一体化 ，满足系统的设计要求。

3.4可行性分析。

(1)“智能仪”方案的设计是在深入研究了国内外智能系统和国内发展现状的前提下提出的，符合国内交通运输实际情况。

(2)在保证系统良好的功能前提下，选用性价比较高的元器件(中央处理器、接口芯片和功能模块芯片等)，尽量选用工业级芯片。通过移植通用的Linux操作系统，软件开发难度不大，有利于缩短产品的研制周期。

作者：闫新勇

第3篇：矿区铁路智能运输调度系统的设计与实现

摘要：以提高矿区铁路运输安全的整体性能为主要目的，在对影响矿区列车运行相关因素进行论述的基础上，通过对矿区铁路机车的整体调度系统、调度作业子系统进行分析，实现了矿区铁路智能化运输系统的应用，为实现矿区铁路智能运输调度系统的自动化、信息化，同时提高道路运输安全性能起到了一定的促进作用。

关键词：矿区铁路;智能调度;系统设计;调车作业

0、引言

矿区铁路由于其作业连续性较差、作业车辆种类多、运行线路多、路况复杂等原因，其运输调度作业工作一直是矿区铁路运行管理的重点。为了保证矿区铁路运行安全，提高铁路的运输效能，实现矿区经济效益的提高，有必要利用现代计算机技术和通信技术对当前运输调度系统进行改造，以逐步实现矿区铁路的智能化。本文在对影响矿区列车运行相关因素进行论述的同时，分析了矿区铁路机车的整体调度系统、调度作业子系统，实现了矿区铁路智能化运输系统的应用，为实现矿区铁路智能运输调度系统的自动化、信息化，同时提高道路运输安全性能起到了一定的促进作用。

1、影响矿区列车运行的相关因素

1.1列车自身的干扰

由于矿区作业车辆的种类较多，其类型、作业等级、牵引方式、在各个车站的到发时刻等都不同，而这些因素都将给列车的调度运行系统带来一定的影响。即在运行过程中可能存在的到发早点、晚点、在站作业时间等将会给列车调度系统带来影响。

1.2区间干扰

铁路的运行区间主要可以分为单线、复线以及单、双混合区间三种。区间给调度系统带来的干扰主要是双线变单线、逆向道路施工封閉以及故障慢行等因素，都将给铁路的区间通过能力造成干扰。

1.3车站干扰

由于矿区各个区间车辆的作业任务不同，因此各个区间的车站作业业务性质也不同，而且在站线数目、车站类型等方面都存在着一定的差别，这些因素同样会给调度带来一定的影响。

1.4闭塞方式造成的干扰

区间闭塞方式主要包括自动闭塞、半自动闭塞以及人工闭塞三种。当闭塞方式因为设备故障等不可抗力因素而发生变化时，将会给列车的计划运行带来一定的干扰和影响。

1.5 所运货物干扰

大型矿区各个区域的产量、生产变化以及矿产质量等会直接影响其物资进出的总量、多寡，从而对矿区铁路列车的调度产生干扰。

1.6 自然环境干扰

列车的所有运行形成都处于“露天”状态，其整个过程中的雨、雪、风、雾等环境因素都会对列车的调度运行造成影响，这也是调度工作需要考虑的问题。

2、智能调度系统运行难点分析

根据当前计算机技术及通信技术的应用情况来看，通过计算机系统来实现列车调度运行计划的调整主要存在如下几个方面的问题：

2.1 调度目标的建模及问题描述

列车的运行调度问题其本质上是一种特殊的运输调整问题，在处理过程中主要是针对列车与车站、列车与区间、列车与列车之间的关系，规定列车占用区间以及站线之间的合理时机。而对与该目标的处理，不同的数学模型在处理问题的过程中所侧重的方向是不同的。

2.2 列车运行调度方案的评价

列车运行调度方案的可靠性及科学性与其评价存在密切关系。因为评价角度、评价方法存在差异，通常会存在两种以上的评价方式。首先是对列车的性质、影响、经济因素以及铁路运输实际等进行综合考虑，对列车运行调度方案调整内部的评价。其次则是从运行图出发，基于技术、质量等指标，对列车运行调度方案，诸如始发与运行晚点列数、运行速度、正点率等进行评价。其中，前者虽然综合因素较多，且足够全面，但是其中很大一部分不能实现标准量化，而后者虽然容易量化，但是容易出现偏重某个指标的问题。

2.3 信息采集不全面，量化不足

列车调度过程中，需要针对所有来自现场的数据进行综合汇总、分析，诸如技术装备的运行状况、矿区生产状况、技术类指标文件、运行途中气候以及规则制度等。

针对上述相关信息，通过计算机能够对其中的设备、技术文件、规章制度等规律性较强的信息进行描述，但是对于其他的相关信息，例如矿区生产状况、气候条件等则不能完全予以收集，即使能够收集到也很难进行描述。这种信息不完整问题时的计算机智能调度结果不能完全满足实际需要，而只是作为一种调度人员的作业参考而存在。调度员通过工作经验以及相关理论，在方案上进行适当更改，进一步满足实际调度需要。

3、智能调度系统总体设计

本文所设计的该系统主要包括五个相互关联的子系统构成，系统将计算机联锁、调度监督、列车号自动识别、车地联控、平面调车、调度指挥等相关信息综合起来，基于系统内部局域网传输技术进行信息传递，最终形成实时记录命令—回执—执行过程—执行结果—统计上报的全程信息化，使得整个调度系统与现场执行形成一个动态的闭环。与此同时，还通过磁盘阵列、双机热备，并且在数据库周边设置防火墙的方式限制外部IP访问系统，确保了系统的可靠性及数据安全能力。所设计的智能调度系统结构如图1所示。

4、智能调度系统内部子调度流程分析

4.1 调车计划系统作业流程

调车计划主要根据矿区内部车辆的装、卸、洗车计划，同时结合矿区在将来一段时间内所需车辆动态信息而制定的调车作业计划，同时下达到运输管理部门予以执行。调车作业则是根据车辆现场运行动态来制定的，同一个矿区可以同时包括进厂洗车、调车以及装车对位调车、重车卸车对位调车以及车辆编组调车作业等。在编制调车作业计划过程中，需要注意到：

(1) 第一钩是传机车，调车作业计划从第二钩着手编辑;

(2) 调车计划作业单中涉及到的摘车数、挂车数之和为0，否则系统将提示作业编制不合法;

(3) 调车计划的编制过程必须满足方向、摘挂方式的合理性;

(4) 调度计划中股道上的摘车数目不得大于股道容车数，否则系统将提示设置不合法，并提示对应的修改信息。调度人员根据需要和现场车辆信息制定对应的调车计划，并将制定好的调度计划命令下达给执行现场，运输管理部门在接收调车作业计划之后，对应的值班人员确认计划之后将直接发送至调车管理系统，进行机车调车作业。图2是调车作业系统数据流程图。

4.2 接发车处理流程

接车处理流程就是在运输车间车号录入并提交编组后，将自动接入车辆，而接车计划则根据车站传真信息得到，调度人员将联系运输部门做好接车准备;按照调度部门下达的接车计划和车站联系接车事宜进行接车，之后根据车号系统识别进行车号编组以及人工校核，并将之上报调度部门;按照调度部门下达的编组单与车站联系发车。接发车处理数据流程如图3所示。

发车计划则是根据调车作业编制而制定的，在完成对应的调车作业计划之后，若在作业现场调车或者是从厂内向作业现场调车时，必须向运输车间下达对应的编组单，运输部门根据该编组单进行发车。其具体的发车数据流图如图4所示。

4.3 装车站智能定位系统的配置

通过在装车线的合理位置设置地面传感器，然后在机车上设置车载信息读入设备，通过使用机车跟踪信息、列车车速、机车位置、地理位置等相关数据，对机车的停车位置进行实时计算。在机车推动车皮进入装车线后，对应车皮的前车轮将压上传感器，车地联控地面系统将立即记录机车的地理位置。而当机车继续推动车皮时，地面系统将计算得到车辆的后续推动距离，在即将到达装卸位置之后，将通过无线通信发出对应的语音提示，保证装车作业安全。

结语：

矿区铁路车辆调度系统是保证铁路安全运行、提高车辆运行速度、确保车辆运输效率的重要途径。随着矿区产能以及作业效率的不断提升，传统的调度作业方式已经不能满足矿区的生产需要。为了与矿区持续增长的产出相匹配，需要建立并应用智能铁路调车系统。根据具体的应用情况来看，所建立的矿区铁路智能调车系统在保证铁路作业效率，提高作业安全性能以及实现矿区生产效益提高方面具有明显作用。

参考文献

[1] 陈晓菲. 基于远程集中控制系统的专用铁路调车作业优化研究[M]. 北京交通大学， 2010，06.

[2] 黄克军. TDCS系统在矿区专用铁路内的应用[J]. 沿海企业与科技， 2009(02).

[3] 蒋珉.MATLAB程序设计及应用[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2010.

[4] 张学军，张志春. 构建神东矿区智能化运营系统的探讨[J]. 中国煤炭工业，2008(2).

[5] 劉大庆，黄鹏杰. TDCS系统在矿区专用铁路上的应用实践[J]. 黑龙江科技信息，2011(33).

[6] 李开峰.企业铁路运输调车作业计算机仿真研究[D].中南大学，2008.

作者：杨跃辉

第4篇：浅说铁路智能运输系统

随着我国经济的不断发展，国民对铁路所承担的责任、服务要求也越来越高。如何提高铁路运输的安全、效率和服务?一直是我国铁路面临的主要难题。事实，世界各国都在考虑这个问题。铁路运输的实践和研究证明：单靠扩大基础投资、增修高速铁路是不够的，必须是从铁路运输的特殊性视角来观察、研究，从系统的观点出发用科学的手段把列车、线路和运营管理综合起来考虑，实现更高效率、更高安全、更高品质服务的铁路运输。因此智能铁路运输系统英文缩写RITS (Railway Intelligent Transport System)便应运而生。

铁路智能运输系统集成了电子技术、计算机技术、现代通信技术、现代信息处理技术、控制与系统技术、管理与决策支持技术和智能自动化技术等，以实现信息采集、传输、处理和共享为基础，通过高效利用与铁路运输相关的所有移动、固定、信息和人力资源，以较低的成本达到保障安全、提高运输效率、改善经营管理和提高服务质量的目的。

铁路智能运输系统涉及十分广泛的领域。主要以下几部分组成：先进的运输管理系统、先进的运输自动控制系统、先进的列车控制系统、先进的旅客服务系统、先进的运输设施管理系统以及先进的安全保障系统。其关键技术主要包括：数据传输、列车定位、列车运行控制、列车进路控制、编组站作业自动化等。除此之外，还有与之配套的旅客服务系统，货主服务系统等。RITS与传统的铁路运输方式相比，在运输管理、运输安全性、运输效率、运输服务质量等方面有明显优势。

虽然铁路智能运输系统的概念是在近几年提出，但发达国家致力于这方面的研究和运用，事实已有二十来年的历史。特别是高速铁路诞生、发展之快，对铁路运营管理提出了严重的挑战，不断地促使各时期的先进技术加速融入到铁路运营管理中，使得铁路运营管理的智能化、现代化程度不断提高。其中尤其以欧洲、日本、美国等国家的研究更为引人注目.产生了一批有代表的系统。如欧洲铁路运输管理系统(ERTMS/ETCS)。随着欧共体蓬勃兴起.欧洲铁路需建立一个统一的铁路运行管理系统和统一的列车运行控制系统，以此解决列车运行的互通问题，以便于使铁路运输与其他运输业进行有力的竞争。欧共体于20世纪80年代末组织开发欧洲列车控制系统ETCS(European Train Control System,ETCS).后又设立了欧洲铁路运输管理项目ERTMS(European Rail Traffic Management System.ERTMS)，它们统称为ETCS/ERTMS，作为欧洲铁路的总体解决方案。尽管ERTMS/ETCS还不是严格意义上的

RITS,但它仍然是ITS领域中一个很好的系统，已被欧洲各国所接受，而且许多国家还在效仿这个系统。

ERTMS包括ETCS和GSM—R(铁路专用全球移动通信系统)。ETCS为保持设备通用性，确保高速列车能跨国运行制定了技术需求规范和功能技术规范。规范的技术核心为以欧洲车载设备(Eurocab)为核心.以欧洲查询应答器(Eurobalise)为列车定位修正基准，以欧洲查询应答器、欧洲环线(Euroloop)及欧洲无线通信(Euroradio)作为车——地信息传输的通道，并把CBTC(基于无线的列车控制)作为列车运行控制系统的发展方向。

基于通信的列车控制(CBTC)是RITS关键技术。1999年9月，美国电子电机工程师学会 (Institute of Electrical and Electronic Engineers) 英文缩写IEEE一个国际性的电子技术与信息科学工程师的协会，制定了第1个CBTC标准，将CBTC定义为：利用(不依赖于轨道电路的)高精度列车定位、双向大容量车——地数据通信和车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系统。该技术与传统的基于轨道电路的列车控制系统(TBTC)相比，有很多优越性，其中最重要的是:列车和地面控制设备之间通过双向无线通信传递信息，构成闭环控制系统，使列车运行的安全性大大提高;CBTC技术可以实现移动闭塞方式(MAS)，使两列车追踪间隔大大缩短，提高列车在区间追踪运行的密度，从而大大提高铁路运输效率。 因此CBTC技术已凭借自身优点成为新一代列控的发展方向。目前，发达国家对于高速铁路基于通信的列控系统的研究已经形成欧洲、美国、日本3大体系。

美国AATC

美国于1992年初提出了基于无线通信的“先进的自动化控制系统(AATC)”。AATC属于

CBTC系统，最突出的特点是列车定位使用扩频通信方式，采用军用加强型定位报告系统，沿线安装无线电台，路旁无线电台将测定信号送至控制中心，控制中心根据无线电波传播时间计算出列车所在位置，并根据列车定位计算出列车安全运行速度，车站由此可决定列车定车距离、发送安全行车速度码，以及其加速命令，实现对列车的控制。

日本ATACS

为了迎合CBTC系统在全世界铁路的发展，日本于1995年由日立公司开发研制了一种基于双向无线通信的先进列车管理与通信系统(ATACS)。该系统的列车控制也不再基于轨道电路，而采用了CBTC技术。在ATACS中，将铁路线路划分成若干个控制区，每个控制区有一个地面控制器和一个无线电基站。地面控制器完成一些控制功能，它与相应的无线电基站相联。地面控制器接收列车坐标信息后，就能进行列车运行的间隔控制。在编组站还有进路控制。在平交道口则对道口信号及栏杆进行控制。无线电基站则通过移动无线电方式将列车位置参数、运行速度等数据传送至车载设备，以此完成车载设备与地面之间的信息交换。 欧洲ETCS

随着欧共体蓬勃兴起，欧洲各国之间的合作加强，为便于管理和长远发展，欧共体于1994-1998年建立了统一的铁路运输管理系统，并开发了欧洲列车运行控制系统(ETCS)。ETCS是一种应用于铁路干线的列车自动防护和机车信号系统，功能多，系统的应用分为5个等级，高等级向下兼容，每个级别有不同的特征和功能。

在借鉴世界各国经验的基础上，结合我国国情、路情，我国已制定了中国统一的CTCS技术标准(暂行)。与欧洲列车运行控制系统(ETCS)相对应制定了5个等级。在CTCS-3级中，取消了地面信号系统，采用移动闭塞，系统通过GSM-R实施移动授权，应答器实现列车定位，车载设备实现列车完整性的检查，事实上，在CTCS几个等级中，只有CTCS-3属于CBTC。

总之，铁路智能运输系统可归纳为系统的智能化与控制设备的智能化二大层次。系统智能化是指上层管理部门根据铁路系统的实际情况，借助先进的计算机技术来合理规划列车的运行，使整个铁路系统达到最优化;控制设备的智能化则是指采用智能化的执行机构，来准确、快速地获得指挥者所需的信息，并根据指令来指挥、控制列车的运行。

第5篇：铁路智能运输系统框架研究

马赫

(西南交通大学交通运输与物流学院 四川 成都 610031)

摘要：通过对国外铁路智能系统的发展概况的介绍，以及对中国铁路智能系统的现状分析，在此基础上提出中国铁路智能系统的组成建议。 关键词：铁路;铁路智能运输系统;信息系统 中图分类号：U2 文献标识码： A 文章编号：

随着社会和经济的快速发展对铁路运输不断增长的需求，给现有的铁路运输能力和基础设施带来前所未有的压力，日益老化的系统与传统的业务实践往往无法解决这些问题。通过积极采用信息技术、传感技术、智能决策及控制技术等现代科学技术与铁路运输系统有机地融为一体，实现新一代铁路运输系统——铁路智能系统。制定铁路智能系统框架就是为了明确铁路智能系统的结构，避免各个子系统在研究开发过程中出现重复、不匹配等问题，是研究智能铁路系统的基础。日本、美国等发达国家对此已做了大量研究，并取得一定的成果，中国可在结合国情的基础上加以借鉴，构建技术先进、结构合理、功能完善、管理科学、经济适用、安全可靠、具有中国特色的铁路智能系统。

1.国外铁路智能系统简介

日本铁路技术研究的新一代铁路智能运输系统CyberRail(数字铁路系统)主要服务于旅客，通过提供强大的信息提供及分析决策实现铁路与其他运输方式无缝衔接。主要包括用户导航及多式联运信息提供、运输规划和调整、智能列车控制、铁路信息发布及交换四个部分。

欧洲铁路研发使用的ERTMS系统(欧洲列车运行管理系统)由ETCS(欧洲列车控制系统)、GSM-R(铁路专用全球移动通信系统)和ETMS(欧洲运输管理系统)三子系统。ERTMS系统有确保列车的运营安全和线路车辆的优化配置两个主要功能。

美国联邦铁路局研究智能铁路系统(IRS)主要包括数字数据通信网、差分GPS系统、主动列车控制系统、能源管理系统、智能气象系统、智能化平交道口系统、战术规划系统、战略规划系统、调车场管理系统、机车运用计划系统、乘务员运用计划系统、效益管理系统、紧急情况报警系统、旅客咨询系统【3】。

2中国铁路智能现状

目前我国已投入使用的铁路信息系统包括铁路运输管理信息系统 (TMIS) 、列车调度指挥系统(TDCS)、铁路列车运行控制系统(CTCS)、计划调度管理系统(OPMS)、行车组织策划系统(TOPS)、车号自动识别系统(ATIS)、机车信号系统(LBS)、列车超速防护系统(ATP)、编组站综合自动化系统(CIPS)、铁路客票发售与预订系统(TRS)、铁路办公信息系统(OMIS)、数字移动通信系统(GSM-R)等系统。

我国现使用的铁路信息系统大多为运输组织领域的应用系统，在人性化客货服务系统、智能化紧急救援与安全系统、各个子系统间互联互通方面与国外差距较大。

3中国铁路智能系统框架构成建议

根据国内外铁路智能系统的发展模式分析，建议中国铁路智能系统建设采取先整体后局部的模式开发，即先构建铁路智能框架，再具体开发对应的应用程序。这种开发模式可进行系统分析和设计，避免了开发过程中的混乱模式。

通过研究日本CyberRail和美国IRS这两个系统体系框架以及欧洲的ERTMS系统，并结合我国铁路现状，分析我国智能铁路系统框架主要由公共基础平台、电子商务系统、运输组织系统、实时监测系统、设备及基础设施管理系统、智能办公系统、安全信息系统以及决策支持系统8个部分组成。

(1)公共基础平台:旨在构建完善的铁路信息传输通信网络，实现铁路智能各子系统之间信息的交换及共享，发挥信息化整体效益。主要包括通信网络、信息共享、公共基础信息、信息安全保障、铁路门户五个部分【5】。

(2)电子商务系统:旨在充分发挥铁路运输的优势，与客户进行信息交流和互动式服务，提升铁路的市场竞争力。由客运方面的旅客服务系统、客票发售及预订管理系统、自动售检票系统、车站导向指示系统五个部分;及货运方面的货运服务系统、多式联运信息系统两个部分。 (3)运输组织系统:主要为铁路运输的调度指挥、生产作业部门服务，旨在实现运输组织智能化，保障运输安全，提升运输生产效率。主要包括前面提到的现已投入使用的TMIS、TDCS、OPMS、CTCS、CIPS、LBS、ATIS、ATP、TOPS系统，还应该包括铁路工作人员用于管理的旅客运输管理系统、货物运输管理系统等系统。

(4)实时监测系统:通过收集声音、动静态图像信息为其他信息提供服务。包括线路监测系统、桥隧监测系统、信号监测系统、电网监测系统、机车车辆监测及定位追踪系统、车站监测系统、气象地质监测系统等系统组成。

(5)设备及基础设施管理系统:通过实时监控系统提供移动及固定设备的信息，协助发现潜在危机。除此之外，该系统还负责移动及固定设备的检修维护管理工作。主要包括车辆管理信息系统、机务管理信息系统、工务管理信息系统、电务管理信息系统等系统，这些系统主要为车辆段、机务段、工务段、电务段等部门服务。

(6)智能办公系统:旨在提高工作效率，实现办公自动化，主要包括办公信息系统、财务管理信息系统、人力资源管理信息系统、统计分析系统等系统。

(7)安全信息系统:主要包括铁路运营安全系统及信息网络安全两部分。铁路运营安全系统还应包括应急救援指挥系统、事故统计分析系统等系统。

(8)决策支持系统:旨在辅助工作人员进行决策分析。主要包括客运营销辅助决策支持系统、货运营销辅助决策支持系统、安全信息分析及应急救援决策支持系统、线路规划决策支持系统、运输组织优化决策支持系统、机务及乘务工作人员运用计划决策支持系统等系统组成。

4.结束语

作为未来铁路运输发展的必然趋势，铁路智能系统随着科技的进步也在不断发展，越来越多的先进技术将被注入铁路智能系统中。例如现在有学者在研究“北斗”卫星导航系统在铁路智能运输系统中的应用，RFID技术在铁路集装箱堆场进出口的应用，远程传感技术自动检测轴温并报警等前沿技术与铁路智能系统的结合。因此，铁路智能系统的框架制定就是为了给工程实践以有效的理论指导，协调各方面的先进技术，以免造成缺乏规划、建设混乱的局面，更好的引进各方先进技术与铁路智能系统相融合。

参考文献：

【1】贾利民,日本铁路智能运输系统的建设与发展,世界轨道交通,2004-2 【2】贾利民,李平.铁路智能运输系统——体系框架与标准体系,中国铁道出版社,2004,08:16~17 【3】李平,杨峰雁,张莉艳,贾利民.关于中国铁路智能运输系统的研究,2005年中国智能自动化会议论文集,2005 【4】中华人民共和国铁道部,铁信息[2005]4号关于发布《铁路信息化总体规划》的通知,2005

第6篇：智能运输系统

1. GPS由三大子系统构成：空间卫星系统，地面监控系统，用户接受系统。

2. 动态交通流有道系统主要由三部分组成：交通信息中心，通信系统，车载诱导单元。

3. 先进的公共交通系统的关键技术：自动乘客计数器，公交运营软件，交通信号优先策

略。

4. 按控制范围，交通控制方式分为：点控，线控，面控。

5. 电子收费系统可分为：计算机网络与软件子系统，音频子系统，视频子系统和电力支

持子系统。

6. 智能运输系统(ITS)就是通过关键基础理论模型的研究，从而将信息技术、通信技

术、电子控制技术和系统集成技术等有效的应用于交通运输系统，从而建立起大范围内发挥作用的实时、准确、高效的交通运输管理系统。智能运输系统也称智能交通系统。

7. [动态交分配，就是将时变的交通出行合理分配带不同的路径上，以降低个人的出行费

用或系统总费用。]它是在交通供给状况以及交通需求状况均为已知的条件下，分析其最优的交通流量分布模式，从而为交通流控制和管理、城市交通诱导管理提供依据。

8. 动态系统最优(DSO)就是指在所研究的时段内，出行看各瞬间时通过所选择的出行路

径，相互配合，使得系统的总费用最小。

9. 地里信息系统(GIS)是一种采集、处理、传输、存储、管理、查询检索、分析、表达

和应用地里信息的计算机系统，是分析、处理和挖掘海量地里数据的通用技术。

10. [电子收费方式(ETC)是指收取通过路费的全过程均由机器完成，操作人员不需要直

接介入，只需要对设备进行管理、监督以及处理特别事件。]它是指利用电子计算机与通信技术，使驾驶员不需要停在收费站付费，以缓解因收费而造成交通排队现象的技术，是收费方式的发展方向。

11. 交通事件是指导致道路通行能力下降或交通需求不正常升高的非周期性发生的情况。

12. 先进的公共交通系统(APTS)，就是在公共网络分配，公交调度等关键基础理论研究

的前提下，利用系统工程的理论和方法，将现代通信、信息、电子、控制、计算机、网络、GPS、GIS等高科技集成应用于公共交通系统，并通过建立公共交通系统智能化调度系统、公共交通信息服务系统、公共电子收费系统等，实现公共交通调度、运营、管理的信息化、现代化和智能化，为出行者提供更加安全、舒适、便捷的公共交通服务，从而吸引公交出行，缓解城市交通拥挤，有效的解决城市交通问题，创造更大的社会和经济效益。

13. 简述出行信息的主要内容：(出行者信息系统的服务内容)

1、 出行前信息服务 2行驶中驾驶员信息服务 3途中公共交通信息服务 4个性化信息

服务 5路线诱导及导航服务 6合乘匹配与预定服务

14. 列举目前常用的交通检测技术

目前实用的自动采集技术有：感应线圈检测器、超声波检测器、磁性检测器、红外线检测器、微波检测器、视频检测器、道路管检测器、声学检测器。

15.我国智能交通系统的研究内容

1、 交通管理与规划

2、电子收费 3出行者信息 4车辆安全与辅助驾驶 5紧急事件与

安全 6运营管理 7综合运输 8自动公路

15. 简述协同学研究系统的主要内容

协同理论是研究在由许多子系统构成的复杂系统中，这些子系统是如何通过协作和自组织而形成宏观尺度上的空间结构、时间结构或功能结构，其基本观点是众参量在竞争中产生序参量，并引导和控制整个系统的发展方向。序参量之间、序参量和其他参量之间通过合作和联合形成系统宏观有序状态。根据生态学的相关理论，协同作用是一个系统稳定发展的基本条件，它要寻找的是系统自组织的一般原理。随着中国城市化进程的加快，城市道路交通系统作为一个相对独立的组织系统也处于剧烈的变化阶段，这完全符合协同论的研究条件。

协同学的研究对象是非平衡开放系统中的自组织及形成的有序结构。由于系统组成的大系统总有一个相对稳定的宏观结构，这个宏观结构是各个子系统相互竞争、作用而形成的模式，各子系统之间的协同作用与竞争决定着系统从无序到有序的演化过程，这正是协同学的精髓所在，也是协同学中协同一词的真正含义。

协同学研究系统的主要特征：

1、 系统都是开放的，并且处于原理平衡状态。

2、 当某一参量增长到一定阀值时，原定态失稳，出现临界状态，进而出现新的定态。

过程是自发进行的，称为自组织，又叫非平衡相变。

3、 新的定态相对于旧的定态更为有序，是无序到有序的突变，称为非平衡状态下的有

序化转变。

4、 系统接近临界点时，因涨落而偏离定态后，恢复至定态所需时间(弛豫时间)无限

增长，称为“临界减慢”现象。

5、 新的有序结构靠能量流和物质流维持。

16. 路径导航系统按路径优化的地点划分为自主型路径导航系统和中心式路径导航系统。

17. 论述智能化公交调度与传统调度的差异，并分析其构成

传统调度方法：根据客流调查基础数据、时间、季节等因素，凭借调度人员的经验，划定客流高峰、平峰和低峰期，在各个时间段内，采用定点发车的方法调度车辆。 智能化调度系统：就是利用先进的技术手段，动态的获取实时交通信息，实现对车辆的实时监控和调度，它是公交车辆调度的发展模式，是公共交通实现科学化、现代化、智能化管理的重要标志。

智能化调度方法是相对传统调度方法而言的，二者的区别在于智能化调度方法是根据实时客流信息和交通状态，在无人参与的情况下自动给出发车间隔和调度形式的一种全新的调度方法。而传统的调度方法是调度人员根据公交线路客流到达规律，凭借经验确定发车间隔和发车形式的一种调度方法。

构成：公交智能化调度系统主要由公交调度中心、分调度中心、车载移动站和电子站牌灯几部分构成。

1、 公交调度中心主要由信息服务系统、地里信息系统、大屏幕显示系统、协调调

度系统和经济情况处理系统组成。

2、 分调度中心由车辆定位与调度系统、地里信息系统两部分组成。

18. 先进的交通管理系统

是智能运输系统的重要组成部分，它是依靠先进的交通监测技术、计算机信息处理技术和通信技术，对城市道路和市际高速公路综合网络的交通运营和设施进行一体化的控制和管理，通过监测车辆运行来控制交通流量，快速准确的处理辖区内发生的各种事件，以便使得客货运输达到最佳状态。

19. 环形线圈感应检测器通常由环形线圈传感器、传输馈线、信号检测处理单元(检测电

路及调协电路)及背板框架四部分组成。

20. 环形线圈检测器的工作原理

环形线圈车辆检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测技术，其传感器是一个埋在路面下，通过一定工作电流的环形线圈。当车辆通过线圈或停车线圈上时。车辆引起线圈回路电感量的变化，检测器检测出变化量就可以检测出车辆的存在，从而达到检测交通流信息的目的。

第7篇：高速铁路车站综合智能安全系统解决方案

通过对高铁建置的运行及作业安全进行观察和了解，我们可以将铁路轨道安全的重点切分为三大块;那就是轨道安全、列车组车厢安全和车站安全。因为已有众多专业厂商在专门探讨轨道及车厢安全的部分，因此本文抛开了对轨道本身的高速铁路轨道安全监测及高速铁路的车厢安全监控这两部分，转而专注于现阶段运营状况越来越复杂的高速铁路车站的安全部分，提出相应的车站综合智能安全系统解决方案。

高速铁路车站运营安全与一般的铁路车站有何不同

安全是铁路系统永远坚持的目标要求，车站则是安全因素的重要环节，虽然高速铁路车站一般看起来与地铁、动车车站看起来并无差异，甚至在一般人看起来都是一样的结构与运作方式，但实际上，高速铁路车站与一般的地铁、铁路火车车站的运行有着明显的差异。这里举两个简单例子，一是;一般的地铁、铁路车站的列车停靠站时由于运量不同，所以停靠站时间也不同，而高铁由于是属于城际高速运输系统，因此会有部分站点在不同车次上是不靠站的，高速铁路在运行方式有很多时候是以降低停靠站或以减少停靠站来达到直达或快捷的目标，所以在列车不靠站通过时虽然以减速通过，但高铁速度仍然是以高于一般铁路列车的车速，因此会给高铁候车月台带来瞬间的强风气流，它可能会带来月台设备的晃动或是人员被气旋牵引或吹动等。因此，对于月台的设备固定及监控，以及人员的管制就不同于一般的地铁、动车及火车车站的方式，也正因如此，我们可以看到包括国外及国内的高铁车站在月台人员进出时都会有特殊的管制及人员侦测设备，同时也会针对一些监控设备及月台信号灯设备有特定的固定与安装架设方式(如图1)，如此一来当高铁列车采用不靠站通过时，设备也不致于晃动或被强风吹落轨道上。

图1 高铁车站在监控设备及信号灯的强化固定

另外在管制月台进出及人员滞留的侦测技术上，我们也会看到高铁车站在月台人员管制侦测上通常会采用视频动态侦测技术或体温热感侦测器等方式(如图2)，以防止人员或猫狗小动物的不当进入管制月台区。

图2 高铁月台区侦测设备安装实景

二是：高铁月台与一般的铁路、地铁车站在安全管制上也有差异。在一般的铁路车站，人员在列车未进站前或未发车前，可以看到候车人员可以随意使用电扶梯或步行梯，自由的进出铁路及地铁月台区域。但高铁车站不同的是;在列车尚未进站前或发车后，月台区是属于管制的，且电梯手扶梯都应该配合验票闸门进行使用管制，也就是说在尚未获得列车进站信息信号前，所有验票闸门及电梯手扶梯等进出月台的设施及卡口都应该是严格管控的，这样一来，除了可以达到对旅客人流的控制外，更可以确保月台净空管制的原则，以维持月台候车的安全。

以上所提都是高铁车站内与一般的铁路、地铁车站在安全要求上明显而具体的差异所在，当然除了这两个实例以外，高铁车站在货物托运与行李检查上通常采取分离管制检察的方式，这也不同于一般的铁路车站货物跟随托运人运输的方式。因此，总体而言，虽然作业方式相似，但高铁车站在安全管制的要求上是比其它铁路轨道系统要来得要求更高的。[nextpage]

高速铁路车站运营安全的潜在危险因子有哪些

从上述若干例子中可以看到，高铁车站在高速铁路的安全防范上是一个非常重要的部分，因此我们有必要先去探讨及了解一下高速铁路车站会有哪些可能存在的危险因子，这些安全的顾虑又会产生哪些安全措施的需求，表1是针对高铁车站的各个重要环节分析出来的安全顾虑因子及产生的安全技术需求。

表-1高速铁路车站区域安全问题关系表

从表1中可以看到，高铁车站的危险因子部分与一般的铁路轨道车站的要求是一致的，但仍然有些是需要特殊的智能解决方案与应用来确保高速铁路车站的安全。同时，这些智能技术要求必需能够整合到高速铁路车站的一切信息及监控、通讯系统内，下来我们就进一步来了解高铁车站综合智能安全系统的大概建设情况。

高铁车站运营综合智能安全系统运用

完整的高速铁路车站智能安全系统架构是包含信息、影像、分析、辨识、统计及广播、电子告示、门禁、电力及设备监控等在内的整合及信息交换联动系统，并以此为标准架构。在此架构下，从每一车次列车进站到列车离站都应该有一个自动化子系统结合以上的子系统联动的智能型安全控制系统，进行全自动化及人工辅助的车站运行控制，以完成高铁快速自动化的要求，这个架构应为一完整平台控制方式，其架构如下图3所示。

图 3 高速铁路车站智能安全控制系统架构图

透过此架构，我们可以看到车站运营安全智能化的系统控制流程。首先在列车信息传达上，过去的列车到站及离站透过GIS (列车定位信息系统)传达后，都由控制员以手动方式将列车车号、车次以计算机键入方式显示于旅客信息广告牌PIDS (Passenger Information Display System)上，再由播音员以实时广播方式通告车站内的旅客进入月台区上车，若列车出现误点情形时，却无法实时进行广告牌显示信息更新及实时讯息播音通告，而现在，透过智能化信息交换控制系统，系统平台可以在列车进站前即可取得通过列车GIS系统所夹带的列车代号车次信息。同时，经过平台系统交换信息后转译译码，直接驱动电子广告牌显示列车文字信息及同步启动播放列车进站预录语音，要求搭车旅客准备验票，并进行旅客进入哪一个月台候车的导引通告，也可以透过平台控制传达自动启动电梯手扶梯服务及开启月台闸门，让旅客在列车进站前夕有足够安全的前置时间进入月台区，以达到月台区管制的目的。

其次，透过月台及其它区域的闭路电视监控系统与视频智能分析侦测系统的配合，可以在月台区进行人员及物品行李在月台区的移动动态侦测，可以将月台人员及行李的异常动作行为透过智能分析判断，及时将状态通知月台服务站(PAO)值班人员进行反应处置。同时还可以通过摄像机的事件自动触发机制，触发事件区域最近的PTZ摄像机，进行预置位锁定(Preset)，执行自动画面锁定，并将此事件画面跳出(SPOT Out)在指定的显示器或月台服务站(PAO) 显示器上，以掌握全部状态，适时通知列车驾驶人员及行车管制中心(OCC)。这些状态的监控范围包含人员越过月台安全线、异常逗留徘徊、过度接近月台左右二侧边缘、行李物品不明遗留物及物品异常掉落轨道区，或是月台区人流过大或上下车异常拥挤等状况。并透过发布事件方式，让系统平台控制月台管制闸门及电梯手扶梯，管制放行或暂停人员进入月台区，以利于事件处理及发布广播讯息。[nextpage]

另外，高铁车站智能安全系统平台也可以结合消防系统，在探测器侦测到消防烟火告警讯息时，利用消防区间配备的影像监控摄像机加以确认事件，经消防系统及影像确认非误报讯息后，除管制必要的进出车站及月台闸门之外，并在事件确认后进行电梯及手扶梯锁定并停止使用，同时透过探测区间联动防火门的开启及闭锁状态，以利防堵烟雾及疏散逃生，与此同时，广播系统也应启动紧急广播机制系统，以预录语音或人工播音播放逃生引导以及各区域疏散方式，以避免发生拥挤踩踏事件。

列车停靠站部分也是月台安全监控的一个重点，利用监控系统与影像动态绊线侦测，可以让车站OCC系统了解列车靠站的停车位置是否适当，以及上下车的状态与对异常事件的掌握，如旅客物品及脚步滑落车厢与列车间隙的事件，车门开启关闭异常，行李上下车异常等情况，都是列车停靠站时必要的监控项目。

最后，透过站内密布的监控摄像机将所有摄像机依区域及列车进出站时间编辑成自动巡程扫描监看(Touring)或执行群组定时区域扫描(Pattern)的动作方式，在每日例行的列车进出站过程中，依人潮进出动线及作业内容进行预编程的监控，以更好地利用遍布密集的摄像机。同时在智能化技术的帮助下，还可以进行脸部辨识及异常行李的动线检查，以降低车站安全维护人员不足所造成的安全漏洞。

以上都是高速铁路车站智能型安全控制系统实现的安全管理机制，透过建置完整的系统控制平台或第三方软件平台的支持与开放，还可以将车站门禁及停车场卡口管制等多种子系统集成到这种智能联动方式的安全管理机制中来。

高铁车站及周边安全是旅客安全的延伸

在车站大厅及公共区域部分，由于高铁车站运量较大，因此在出入口的安全管控范围内也相对有一定的需求，对此区域的安全管制除了必要的高清摄像机外，配置宽动态的人脸捕捉摄像机以配合脸部辨识系统也是必要的。另外，对于随行行李的安检流程及安检区前后区域的管理也应该有完整的影像监控机制，这样可以避免违规品的丢包与藏匿行为。同时对于售票区及自动售票机区域也应采用摄像机进行全面监控，售票区内外应有影音摄像机记录所有的售票过程，包括售票员在售票时的行为举止和与旅客的对话等，这样除了可以确保票务纠纷事件之外，还可以提升票务的服务水平。

另外，在高铁车站的一些公共区域，如卫生间前及走道、商店区、旅客候车休息区等容易发生盗窃及旅客个人安全事件的区域，也应该要搭配全区的摄像机及带有影像智能分析的系统，如不当逗留、群聚骚动、打架、突然奔跑或烟火等影像分析辨识技术，以帮助车站管理人员进行事件监控与处理。

当然，若车站附件设有地下地面停车场的，也应将其纳入高铁车站的安全系统管辖范围之内，停车场的安全也是高铁旅客安全延伸的一部分，如何做好高铁停车场的安全管理也是车站安防的要点之一。停车场的危险因子除了停车管理与旅客人生财产安全之外，就是对车辆的安全管理，因此在这个区域可以采用日夜宽动态摄像机、紧急求救系统、车牌辨识系统及消防系统。日夜监控摄像机针对停车区域的人、车安全，进行广角全面的高清监控，对人员进出则提供高清的全身及脸部画面监控;车辆收费进出卡口则针对车型、车牌、驾驶人进行完整的辨识及比对记录，以供事件追查所用。一个高铁车站的停车场安全系统不应只是影像监控，由于汽车防盗器声音及汽车玻璃被破坏的异常声响经常容易被忽略，因此停车场对于声音异常声响的收音及分析识别也是很重要的一环，应对环境经常性噪音进行一个高分贝噪音侦测，除了可以保障汽车防盗事件的发生之外，更可以掌握场内不当驾驶行为，以防止场内车祸的发生。最后，消防系统则是针对汽车意外火警侦测及灭火而设计的，应采用影像智能侦烟/侦焰系统搭配固定的差动、侦烟、温度探测设备，以监控整个停车场的消防状态才是一个万全的机制。

结语

2011年，高速铁路在国内的建设里程及运营量都将达到一个新的境界，高速铁路车站的运营自动化与智能化都是未来车站安全运营的必要执行项目，现阶段的安全管制措施仍以人为管控为主、系统控制为辅，藉由本文的概述，期盼能在短期内看到中国高速铁路车站安全系统能朝着更加人工智能化的目标迈进。

第8篇：智能爆炸物品运输储存应用监控系统技术方案

阿克苏地区拜城县智能爆炸物品运输储存应用监控系

统技术方案

2013年3月18日，在拜城县政府、和新疆安全技术服务中心、北京龙德时代技术服务有限公司合作完成的“智慧(智能)爆破监控系统”应用成果通过专家验收，专家听取了汇报、审阅了相关资料，并实际观看了整个控过程。

爆炸物品作为重大危险源，无论是在社会治安、反恐防恐还是在生产安全方面都具有极大地危险性和危害性。爆炸物品的生产、储存、运输、使用过程中往往产生大量的爆炸事故、社会恐爆事故。给人民财产和生命安全、给社会稳定带来极大地危害。

对拜城县各煤矿的爆炸物品管理起到安全性的作用，炸药雷管由于其特殊性，危险性，因此生产、储存、运输、使用过程中产生事故的概率远远高于其他一般物品。

对矿上雷管炸药全面的进行监控监督，防止社会上作案的事件。有的人甚至炸火车、炸铁路、炸民房、炸学校，消除给社会带不稳定性。

针对爆破物品的巨大危害，根据当地社会的实际情况在拜城县炸药库管理监控部门安装了智能爆炸物品运输储存应用监控系统。

第9篇：智能制造系统

智能制造系统

摘要：智能制造渊于人工智能的研究。一般认为智能是知识和智力的总和，前者是智能的基 摘要 础， 后者是指获取和运用知识求解的能力。 智能制造应当包含智能制造技术和智能制造系统， 智能制造系统不仅能够在实践中不断地充实知识库， 具有自学习功能， 还有搜集与理解环信 息和自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力 关键词：人工智能 自动化 专家 制造系统 关键词 Summary: Smart manufacturing-Yuan in artificial intelligence research. General considers that smart is the sum of knowledge and intelligence, the former is

二、智能制造的发展历史 和人类专家共同组成的人机一体化智能 智 能 制 造 系 统 ( intelligent 系统，它在制造过程中能进行智能活动， manufacture system，MS)由部分或全部具 诸如分析、推理、判断、构思。和决策 有一定自主性和合作性的智能制造单元组 等。通过人与智能机器的合作共事，去 成的、 在制造活动全过程中表现出相当智能 扩大、延伸和部分地取代人类专家在制 行为的制造系统。 智能制造系统最主要的特 造过程中的脑力劳动。它把制造自动化 征是在工作过程中知识的获取、表达与使 的概念更新，扩展到柔性化、智能化和 用。 智能制造系统根据其知识来源的不同可 高度集成化。 分为两种类型：(1)以专家系统为代表的非 毫无疑问，智能化是制造自动化的 自主式的制造系统， 其特点是系统的知识是 发展方向。在制造过程的各个环节几乎 根据人类的制造知识总结归纳而来， 系统知 都广泛应用人工智能技术。专家系统技 识依赖于人工进行扩展， 因而有知识获取瓶 术可以用于工程设计，工艺过程设计， 颈、适应性差、缺乏创新能力等缺陷;(2) 生产调度，故障诊断等。也可以将神经 建立在系统自学习、 自进化与自组织基础上 网络和模糊控制技术等先进的计算机智 的自主型的智能制造系

统， 其特点是系统的 能方法应用于产品配方，生产调度等， 知识可以在使用过程中不断自动学习、 完善 实现制造过程智能化。而人工智能技术 与进化， 从而具有很强的适应性以及开放式 尤其适合于解决特别复杂和不确定的问 的创新能力。随着以神经网络、遗传算法与 题。但同样显然的是，要在企业制造的 遗传编程为代表的计算智能技术的发展， 智 全过程中全部实现智能化，如果不是完 能制造系统正逐步从非自主式的向具有自 全做不到的事情，至少也是在遥远的将 学习、 自进化与自组织的具有持续发展能力 来。有人甚至提出这样的问题，下个世

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的自主式智能制造系统过渡发展。 【1】 纵览全球，虽然总体而言智能制造 尚 处 于 概 念和 实 验 阶段， 但 各 国 政府 均 将此列入国家发展计划，大力推动实施。 1992 年美国执行新技术政策，大力支持 被 总 统 称 之 的 关 键 重 大 技 术 ( Critical Techniloty) ， 包 括 信 息 技 术 和 新 的 制 造 工 艺 ， 智能 制 造 技术自 在 其 中 ，美 国 政 府 希 望 借助 此 举 改造传 统 工 业 并启 动 新产业。 加拿大制定的 1994~1998 年发展战 略计划，认为未来知识密集型产业是驱 动全球经济和加拿大经济发展的基础， 认为发展和应用智能系统至关重要，并 将具体研究项目选择为智能计算机、人 机界面、机械传感器、机器人控制、新 装置、动态环境下系统集成。 日本 1989 年提出智能制造系统，且 于 1994 年启动了先进制造国际合作研究 项目，包括了公司集成和全球制造、制 造知识体系、分布智能系统控制、快速 产品实现的分布智能系统技术等。 欧洲联盟的信息技术相关研究有 ESPRIT 项目，该项目大力资助有市场潜 力的信息技术。 1994 年又启动了新的 R&D 项目，选择了 39 项核心技术，其中三项 ( 信 息 技 术、 分 子 生物学 和 先 进 制造 技 术)中均突出了智能制造的位置。 中国 80 年代末也将“智能模拟”列 入 国 家 科 技发 展 规 划的主 要 课 题 ，已 在 专 家 系 统 、模 式 识 别、机 器 人 、 汉语 机 器 理 解 方 面取 得 了 一批成 果 。 最 近， 国 家科技部正式提出了“工业智能工程” ， 作 为 技 术 创新 计 划 中创新 能 力 建 设的 重 要 组 成 部 分， 智 能 制造将 是 该 项 工程 中 的重要内容。

三、智能制造的发展现状

智能制造渊于人工智能的研究。人 工智能就是用人工方法在计算机上实现 的智能。随着产品性能的完善

智能信息库 化 及 其 结 构的 复 杂 化、精 细 化 ， 以及 功 能 的 多 样 化， 促 使 产品所 包 含 的 设计 信 息 和 工 艺 信息 量 猛 增，随 之 生

生 产 线和 生 产 设 备 内 部的 信 息 流量增 加 ， 制 造过 程 和 管 理 工 作的 信 息 量也必 然 剧 增 ，因 而 促 使 制 造 技术 发 展 的热点 与 前 沿 ，转 向 了 提 高 制 造系 统 对 于爆炸 性 增 长 的制 造 信息处理的能力、效率及规模上。目前， 先 进 的 制 造设 备 离 开了信 息 的 输 入就 无 法运转，柔性制造系统(FMS)一旦被切 断 信 息 来 源就 会 立 刻停止 工 作 。 专家 认 为 ， 制 造 系统 正 在 由原先 的 能 量 驱动 型 转 变 为 信 息驱 动 型 ，这就 要 求 制 造系 统 不但要具备柔性，而且还要表现出智能， 否 则 是 难 以处 理 如 此大量 而 复 杂 的信 息 工 作 量 的 。其 次 ， 瞬息万 变 的 市 场需 求 和 激 烈 竞 争的 复 杂 环境， 也 要 求 制造 系 统 表 现 出 更高 的 灵 活、敏 捷 和 智 能。 因 此，智能制造越来越受到高度的重视。 因此，它是制造技术发展，特别是 制 造 信 息 技术 发 展 的必然 ， 是 自 动化 和 集成技术向纵深发展的结果

四、智能制造的优缺点 智能制造系统(Intelligent Manufacturing System---IMS)是一种 由智能机器和人类专家共同组成的人机 一体化系统，它突出了在制造诸环节中， 以一种高度柔性与集成的方式，借助计 算机模拟的人类专家的智能活动，进行 分析、判断、推理、构思和决策，取代

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或延伸制造环境中人的部分脑力劳动， 同时，收集、存储、完善、共享、继承 和发展人类专家的制造智能。由于这种 制造模式，突出了知识在制造活动中的 价值地位，而知识经济又是继工业经济 后的主体经济形式，所以智能制造就成 为影响未来经济发展过程的制造业的重 要生产模式。 智能制造系统是智能技术 集成应用的环境，也是智能制造模式展 机器人手机 现的载体。 一般而言，制造系统在概念上认为 是 一 个 复 杂的 相 互 关联的 子 系 统 的整 体 集 成 ， 从 制造 系 统 的功能 角 度 ， 可将 智 能 制 造 系 统细 分 为 设计、 计 划 、 生产 和 系统活动四个子系统。在设计子系统中， 智 能 制 定 突出 了 产 品的概 念 设 计 过程 中 消 费 需 求 的影 响 ; 功能设 计 关 注 了产 品 可制造性、可装配性和可维护及保障性。 另 外 ， 模 拟测 试 也 广泛应 用 智 能 技术 。 在 计 划 子 系统 中 ， 数据库 构 造 将 从简 单 信 息 型 发 展到 知 识 密集型 。 在 排 序和 制 造 资 源 计 划管 理 中 ，模糊 推 理 等 多类 的 专 家 系 统 将集 成 应 用;智 能 制 造 的生 产 系 统 将 是 自治 或 半 自治系 统 。 在 监测 生 产 过 程 、 生产 状 态 获取和 故 障 诊 断、 检 验 装 配 中 ，将 广 泛 应用

智 能 技 术 ;从 系 统 活 动 角 度， 神 经 网络技 术 在 系 统控 制 中 已 开 始 应用 ， 同 时应用 分 布 技 术和 多 元 代 理 技 术、 全 能 技术， 并 采 用 开放 式 系 统 结 构 ，使 系 统 活动并 行 ， 解 决系 统 集成。 智能制造的未来发展趋势 五﹑智能制造的未来发展趋势

1、人工智能技术。因为 IMS 的目标 单是“人工智能系统，而且是人机一体 是计算机模拟制造业人类专家的智能活 化智能系统，是一种混合智能。想以人 动，从而取代或延伸人的部分脑力劳动， 工智能全面取代制造过程中人类专家的 因此人工智能技术成为 IMS 关键技术之 智能，独立承担分析、判断、决策等任 一。IMS 与人工智能技术(专家系统、人 务，目前来说是不现实的。人机一体化 工神经网络、模糊逻辑)息息相关。 突出人在制造系统中的核心地位，同时 在智能机器的配合下，更好的发挥人的 潜能，使达到一种相互协作平等共事的

2、并行工程。针对制造业而言，并 行工程是一种重要的技术方法学，应用 于 IMS 中，将最大限度的减少产品设计 的盲目性和设计的重复性。

3、信息网络技术。信息网络技术是 制造过程的系统和各个环节“智能集成” 化的支撑。信息网络同时也是制造信息 及知识流动的通道。

4、虚拟制造技术。虚拟制造技术可 以在产品设计阶段就模拟出该产品的整 个生命周期，从而更有效，更经济、更 灵活的组织生产，实现了产品开发周期 最短，产品成本最低，产品质量最优， 生产效率最高的保证。同时虚拟制造技 术也是并行工程实现的必要前提。

5、自律能力构筑。即收集和理解环 境信息和自身的信息并进行分析判断和 规划自身行为的能力。强大的知识库和 基于知识的模型是自律能力的基础。

6、人机一体化。智能制造系统不单

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关系，使二者在不同层次上各显其能， 相辅相成。

7、自组织和超柔性。只能制造系统 中 的 各 组 成单 元 能 够依据 工 作 任 务的 需 要 ， 自 行 组成 一 种 最佳结 构 ， 使 其柔 性 从智能制造的系统结构方面来考虑, 未来智能制造系统应为分布式自主制造系 统, 该系统由若干个智能施主组成, 根据 生产任务细化层次的不同, 智能施主可以 分为不同的级别。 如一个智能车间称为一个 施主, 它调度管理车间的加工设备, 它以 车间级施主身份参与整个生产活动; 同时 对于一个智能车间而言, 它们直接承担加 工任务。 无论哪一级别的施主, 它与上层控 制系统之间通过网络实现信息的连接, 各 智能加工设备之间通过自动引导小车实现 物质传递。 在这样的制造环境中产品的生产 过程为: 通过并行