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國家能源集團深耕重載鐵路智能駕駛助力交通強國建設

中國電力網(wǎng)發(fā)布時間:2024-08-05 10:10:32  作者:劉春艷

  【編者按】鐵路是綜合交通運輸體系的骨干,是建設現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的重要支撐,是全面建設社會主義現(xiàn)代化國家的先行領域。鐵路科技創(chuàng)新是國家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分,是引領鐵路發(fā)展的第一動力。國家能源集團深耕細作重載智能駕駛技術(shù)研發(fā)及成果系統(tǒng)運用,不斷填補行業(yè)空白,推動了鐵路高質(zhì)量發(fā)展,助力科技強國、交通強國建設。

  陜北晉北部高原地帶,溝壑縱橫,坎坷不平。我國西煤東運第二大通道——國家能源集團包神鐵路神朔線蜿蜒其中,在與大自然的博弈中呈現(xiàn)出坡陡彎急的獨特景象,線路最小曲線半徑僅400米,線路最大坡度為12‰。

  如此復雜的線路條件意味著,裝載萬噸烏金的列車必須以極大的動力牽引,進行極難行車操縱,才能穿山越嶺,越過千溝萬壑,將溫暖送到千家萬戶。多年來,包神鐵路堅持“創(chuàng)新是企業(yè)的責任”理念,強化科技創(chuàng)新主體地位,不斷加強科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)建設深度融合,聚焦重載鐵路運輸領域持續(xù)深耕,繼智能駕駛?cè)f噸重載列車在神朔線首開成功后,陸續(xù)突破了多項關(guān)鍵核心技術(shù),形成一系列行業(yè)引領的重載鐵路技術(shù)成果,讓重載列車實現(xiàn)千溝萬壑競自由。

  8月3日,一列重載列車從中疾馳而過,這列由2臺“國能號”12軸機車牽引著108節(jié)車廂的超萬噸重載列車風馳電掣,一路向東。這是一列采用智能駕駛成套技術(shù)、實現(xiàn)了從依賴傳統(tǒng)人工駕駛到高度自動化、智能化駕駛的歷史性跨越的重載列車,在推動建設多功能、綜合性、現(xiàn)代化能源運輸大通道上“先行一步”,踏上了中國重載鐵路智慧發(fā)展的傳奇之旅。

  如今,這些智能駕駛技術(shù)成果在包神鐵路已經(jīng)實現(xiàn)譜系化批量運用,累計安全運行里程達220萬公里,運行列數(shù)10200列,運載煤炭總量4380萬噸。

  打造“動力之王”

  加快構(gòu)建能源運輸新質(zhì)生產(chǎn)力

  滿載萬噸烏金爬上12‰的坡道,強大的牽引力是重載列車的硬指標。

  作為國家能源集團一體化運營的源頭,包神鐵路始終貫徹新發(fā)展理念,致力打造現(xiàn)代化、智慧化的優(yōu)質(zhì)鐵路運輸企業(yè),積極踐行能源供應“穩(wěn)定器”“壓艙石”的使命擔當。

  包神鐵路自1997年神朔線引進SS4B型電力機車,開啟自主大功率重載運輸時代,近30年先后推出了全球最大功率電力機車、新一代綠色智能“國能號”電力機車、重載鐵路智能駕駛、重載機車智能運維等重大項目,走出了一條重載與提速并舉、綠色與智慧相融的自主創(chuàng)新之路。

  機車的更新迭代,不僅意味著速度的提升,也預示著新的時代到來。著眼當下,科技和產(chǎn)業(yè)變革方興未艾,全國乃至全球鐵路運輸行業(yè)技術(shù)革命正加速演變、日新月異。

  2021年6月25日,被譽為重載鐵路“動力之王”的24軸電力機車在神朔線試運行,以其28800kW單機最大功率、2280kN的單機最大牽引力、106m的最長車長以及24軸最多軸數(shù),刷新軌道交通運輸牽引動力的四項世界紀錄。同時,24軸機車擁有最先進的智能化大腦,能在12‰的坡道上牽引萬噸貨物列車,能以正常時速駛過最小400米的曲線彎道,是當之無愧的“國之重器”。

  2022年9月28日,24軸機車順利通過了一年考核期和20萬公里的運行考核里程,正式上線運行,填補了我國大功率交流傳動電力機車產(chǎn)品的空白,為建設交通強國注入強勁動力。

  作為“國之重器”,24軸機車展現(xiàn)出了不俗的實力。截至7月31日,24軸機車實現(xiàn)安全開行1125趟列,安全走行514623公里,牽引貨物載重達 967.2萬噸,大國重器煥發(fā)舉鼎之勢。

  24軸大功率交流傳動電力機車研制應用,是包神鐵路錨定“科技強國”“交通強國”戰(zhàn)略,踐行國家能源集團“兩端發(fā)力、一個重塑”路徑,加快高端化、智能化、綠色化發(fā)展,構(gòu)建能源領域新質(zhì)生產(chǎn)力的生動實踐。

  然而,這成績絕非偶然。早在2019年,包神鐵路集團就著手研制實施一整套高可靠性、高安全性、高智能化的機車智能駕駛系統(tǒng),悄然掀起了中國重載鐵路機車運用與操縱智能化變革。

  為中國重載鐵路智能化轉(zhuǎn)型

  提供“包神方案”

  包神鐵路集團神朔線運輸線路環(huán)境復雜,列車操縱難度大。地質(zhì)條件和線路狀況的雙重復雜,給重載列車安全運行帶來了巨大的風險和挑戰(zhàn),同時,也需要投入更多司乘人員才能確保安全運輸,導致公司人力資源成本居高不下。

  也因此,包神鐵路集團最需要智能化,也最有條件實現(xiàn)智能化。同時,在這樣的運輸條件下,實現(xiàn)重載列車運營全過程自動化控制難度與平原地區(qū)鐵路相比,不可同日而語。

  壓力就是動力,責任亦是動力。

  包神鐵路因責任而生,因責任而興,因責任向未來。面對時代性課題,包神鐵路堅持科技引領、注重需求牽引,緊扣鐵路運輸行業(yè)發(fā)展重大課題,著手《神華號交流傳動貨運電力機車智能駕駛技術(shù)研究》科技項目的研發(fā),與中車集團、北京交通大學、西南交通大學等合作,開展智能駕駛技術(shù)及工程化應用相關(guān)研究。

  作為智能駕駛的先行者,包神鐵路圍繞重載列車自動運行控制、復雜環(huán)境下控制技術(shù)、自動站段調(diào)車作業(yè)、障礙物檢測及異物入侵識別技術(shù)和機車自動整備技術(shù)等展開攻克。

  為保障項目的順利實施,包神鐵路集團最初先按單機、小列、大列穩(wěn)步推進方式,逐步擴展到站段自動調(diào)車作業(yè)。針對現(xiàn)場實施過程中遇到問題,項目組通過統(tǒng)計分析運行數(shù)據(jù),定時組織召開問題分析討論會,將優(yōu)秀司乘人員的經(jīng)驗與設計理論相結(jié)合,逐步實現(xiàn)在神朔全線復雜線路條件下的萬噸列車智能駕駛運用,解決了萬噸重載列車長大上坡坡起、長大下坡循環(huán)空氣制動、起伏坡道平穩(wěn)控制等諸多難題。

  “那時候,項目組的人像著了魔似的,只要逮住我就問個不停,我也把駕駛過程中碰到問題和自己的想法和盤托出。”包神鐵路集團機務分公司朱蓋塔運用車間值乘司機李昆回憶道。

  2019年10月16日,我國首列智能駕駛“3+0”萬噸重載列車在神朔線成功開行,實現(xiàn)了國內(nèi)首創(chuàng)重載列車運營全過程自動化控制,包神鐵路智能駕駛進入1.0時代,開啟了我國重載鐵路運輸智能駕駛?cè)缕瘘c,為行業(yè)研究和發(fā)展提供了經(jīng)驗和示范。

  “3+0”萬噸重載列車智能駕駛技術(shù),首次實現(xiàn)信息融合機車智能駕駛體系架構(gòu)、首次實現(xiàn)萬噸貨運列車智能駕駛運用、首次實現(xiàn)庫內(nèi)自動化作業(yè)、首次實現(xiàn)干線機車調(diào)車作業(yè)自動化。智能駕駛技術(shù)現(xiàn)場應用后,較人工駕駛提速3km/h,節(jié)約人工成本560萬元/年,機車牽引制動化控制率達到98%,機車機能整備試驗效率提升17%,為我國重載鐵路智能化轉(zhuǎn)型提供了“包神方案”。

  顯然,包神鐵路并未止步于此。

  為搶占產(chǎn)業(yè)體系智能化發(fā)展制高點,打造現(xiàn)代化、智能化、綠色化鐵路運輸,助力集團公司加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,包神鐵路再一次向自己發(fā)起挑戰(zhàn)——在現(xiàn)有線路和運輸條件下,將目標鎖定干線機車智能駕駛譜系化技術(shù)研究。

  譜系化研究批量化應用

  打造國能新名片

  站段調(diào)車作業(yè)始終是智能駕駛系統(tǒng)運用的重點管控環(huán)節(jié),要想實現(xiàn)干線機車智能駕駛譜系化,事必要解決機車定位、信號自動識別、異物識別等難題。

  通過對8軸交流機車智能駕駛“3+0”萬噸重載列車運用過程中的數(shù)據(jù)分析和現(xiàn)場實地調(diào)研,針對傳統(tǒng)單一速度傳感器測速測距定位方法的局限性,包神鐵路引入“北斗定位+測速測距定位”的融合技術(shù),實現(xiàn)了厘米級的定位精度。

  這一技術(shù)的應用,不僅消除了空轉(zhuǎn)、輪滑等帶來的定位誤差,還減少了人工校準操作,為列車的精準控制提供了堅實的基礎,提升了重載鐵路的運輸安全性和效率。

  問題接踵而來。面對區(qū)間線路線路異物入侵依賴于人工車機聯(lián)控,存在信息不準確、缺失等問題,包神鐵路提出基于機車自主區(qū)間檢測方法,首次實現(xiàn)長距離、大寬度正線區(qū)間障礙物巡檢,實時將異物侵限信息發(fā)至地面,提高了線路感知能力與應急處置速度。

  經(jīng)過近三年的研究和試驗,2022年9月28日,我國首列24軸機車“1+0”萬噸智能駕駛重載列車在神朔線成功開行,標志著我國重載鐵路智能駕駛技術(shù)邁上了新的臺階。

  有了8軸機車和24軸機車萬噸重載智能駕駛的成功經(jīng)驗,包神鐵路著手12軸機車智能駕駛的研究。

  集智攻關(guān),自主創(chuàng)新。經(jīng)過5年的技術(shù)攻關(guān),智能駕駛技術(shù)應用由單一的8軸電力機車,拓展為覆蓋8軸、12軸、24軸多種型號30臺電力機車電力機車,萬噸列車編組模式包括3+0、2+0、1+0等不同方式,率先實現(xiàn)國內(nèi)重載貨運列車智能駕駛技術(shù)批量化應用,干線機車譜系化技術(shù)研究、批量化加裝與應用,常態(tài)化多車型全覆蓋。

  2023年4月10日,由兩臺12軸機車以“2+0”模式智能駕駛牽引的萬噸重載列車在包神鐵路神朔線成功開行。實現(xiàn)自動喚醒、整備、調(diào)車、掛車、障礙物識別、重聯(lián)編組、區(qū)間運行、自動休眠等23個機車應用場景全覆蓋,較人工駕駛提速3km/h,節(jié)約人工成本2380萬元/年,機車牽引制動化控制率達到100%。

  如今,包神鐵路集團智慧、綠色、高效的現(xiàn)代鐵路運輸體系建設步伐不斷加快,重載鐵路智能駕駛現(xiàn)已成為國能新名片。包神鐵路重載機車智能駕駛系統(tǒng)現(xiàn)已通過國際安全評估SIL2級認證,成為國內(nèi)軌道交通高端裝備由“制造”向“智造”轉(zhuǎn)換的成功范例。(包神鐵路 劉春艷 )


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