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科学研究

Scientific Research

董德存教授课题组
主要成员:董德存教授、欧冬秀教授、黄世泽副教授、顾问:薛永琪院士(双聘)
研究内容:研究团队以信息与控制工程为理论基础和技术手段,以轨道交通为主要研究对象,侧重信息高新技术的研究与运用。团队主攻信息检测与处理、信息传输、轨道交通控制与调度、轨道交通智能运维、轨道交通安全与风险评估的基础理论、方法与关键技术,是同济大学交通运输工程一流学科在“轨道交通”领域方向重点建设的一流学科团队,团队成果在高速铁路、城市轨道交通、有轨电车中得到广泛应用。
主要成员简介

 

 

董德存董德存,1958年11月生,教授、博导,加州大学伯克利分校访问学者,上海铁道学会会员、IEEE会员、中国通信学会高级会员、上海通信学会理事、上海市物流协会理事、教育部轨道运输与工程教学指导分委员会副主任、铁道部青年科技拔尖人才。研究方向:轨道交通信号与控制。主持和参加国家863、科技支撑计划、上海市科技攻关课题和重点课题,发表论文100余篇,其中SCI、EI论文20余篇,获发明专利3项,获宝钢奖、教育部科技进步二等奖1项、上海市科技进步一等奖1项、三等奖2项。

 

欧冬秀欧冬秀,教授、博士生导师,综合交通信息与控制工程系副主任,上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室副主任,2002年香港城市大学/2007年苏黎世联邦工业大学访问学者,研究方向为轨道交通控制与安全。正负责十三五先进轨道交通重大专项“轨道交通系统安全保障技术”子任务及上海市科委项目各一项,参与多项。曾主持国家自然基金1项,参与国家863及支撑计划、省部级课题20余项,获“上海市优秀青年教师”。主编教材4本,其中国家规划教材1本。获2014年度上海市科技进步一等奖,上海市科技进步三等奖2项。获得授权发明专利8项,发表论文30余篇,其中SCI、EI收录20篇。任轨道交通运输与工程教学指导分委会铁路信息技术教学指导组委员。Email:ou.dongxiu@tongji.edu.cn

 

黄世泽黄世泽,1983年6月生,中共党员,工学博士,副教授。主要研究方向为轨道交通关键设备故障诊断及故障预警,尤其聚焦基于视频处理的设备设施信息感知与智能计算。目前正主持国家自然科学基金、国家重点研发计划以及四川省科技重大专项。科学出版社出版专著3本,授权发明专利20余项,发表SCI论文6篇,EI论文20余篇。目前兼任中共浙江省乐清市政协委员、同济大学交通科学与技术研究院院长助理,上海市公路学会科普工作委员会秘书长。先后获得同济大学青年教师讲课竞赛二等奖、第二届卓越大学联盟高校青年教师教学创新大赛二等奖、同济大学2018年度中国路桥奖励金、同济大学2018年度优秀班主任,指导学生获得2018年第13届全国大学生交通科技大赛一等奖、2018年获得交通运输工程学院“突出贡献奖”。Email:hsz@tongji.edu.cn.

 

代表性成果

1)轨道交通网络化关键设备互联及嵌入式系统

轨道交通的快速发展,从“单线”运营变为“网络”运营,一条线甚至一个站的故障都可能影响其他线路的正常运营,催生了关键设备网络化互联交互信息的需求。轨道交通网络化运营和整体管理可以提高运营效率和安全,但是面临设备技术多种制式并存、线路间设备和子系统信息不能互联共享、标准多样、技术壁垒等难题。本成果面向我国城市轨道交通网络化关键设备所存在的主要问题,结合现场实际需求和理论研究,研发了轨道交通网络化关键设备互联及嵌入式系统,主要科技成果包括:(1) 轨道交通多线路跨域的层叠式网络架构设计、(2) 轨道交通专用的高安全实时操作系统、 (3) 微秒级高精度信息采集传输相关设备、(4) 基于自主实时嵌入式操作系统的安全计算机平台、(5) 轨道交通信息内容安全保证机制技术、(6) 多项国家标准与企业标准的制定工作。成果在大铁、城市轨道交通、有轨电车中得到广泛应用,累计产生经济效益超10亿元,获2014年度上海市科技进步一等奖。

图1 

2)轨道交通关键设备状态监测与故障诊断

当前我们轨道交通领域正在由大规模的建设转向超大规模轨道交通网络的运营维护。轨道交通关键设备的安全是确保整个交通网络安全的前提。在国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助下,针对轨道交通的道岔等关键的信号设备、弓网系统等关键的供电设备,围绕着设备的状态监测与故障诊断,开展了深入研究,取得了一系列创新成果:

1)提出了基于相似度的道岔诊断方法:充分利用道岔微机检测系统获得的道岔动作曲线,深入分析道岔的故障机理,建立了道岔典型故障的曲线模板。提出了基于相似度的道岔故障诊断方法,大幅度提高了诊断的准确性和效率。方法进一步运用到了电源屏、信号机等其他信号设备的故障诊断上,取得了良好的效果。

2)研发了基于可见光的弓网电弧识别方法:针对和谐号动车组的弓网电弧识别问题,充分利用和谐号装在的弓网视频系统,创造性的提出了基于深度学习视频的列车运行环境的方法然后基于每一环境段,基于卷积神经网络实现了对每一帧图像的分类,并构建了基于分类的弓网视频连续时间序列,从而实现了对弓网电弧的精准识别,大幅度提升了弓网电弧的诊断准确性。

3)研发了基于可见光和红外视频融合的弓网电弧识别方法:针对复兴号动车组的弓网电弧识别问题,充分利用复兴号装载的可见光视频和红外视频,分别提取可见光图像特征和红外图像特征,基于特征级的信息融合,实现了对弓网电弧的精准辨识。

4)提出了道岔故障全生命周期预测方法:充分利用道岔微机检测系统的历史数据,通过对每一次道岔曲线的特征提取。基于大数据自学习的特征的预测,提出了基于特征的曲线重构方法。运用道岔曲线的故障诊断技术,实现了对道岔全生命周期的预测。

图2 

本成果有效提升了轨道交通关键设备的安全性及可靠性。以上述成果为依托,累计申请/授权发明专利10项;发表SCI论文7篇;获国家自然科学基金项目资助1项;获国家重点研发计划2项。项目成果已经通过部分企业的微监控系统产品,在京沪高铁等轨道交通领域取得了应用。

3)轨道交通安全保障与风险防控

针对关键信号设备这一轨道交通基础设施,研究复杂恶劣运营环境下基础设施与设备服役性能演变规律、故障诊断、状态估计、风险评估等共性基础问题,建立关键信号设备安全服役状态模型,形成信号设备服役状态综合感知和安全分析理论,为保障复杂恶劣环境中服役的轨道交通系统安全提供理论支撑与基础。

从人、设备、环境、管理等方面建立路网运行全局安全风险点集,研究路网风险因素关联模糊测度方法,建立基于路网运行安全的网络模型,提出路网运营风险因素、测量指标及其辨识方法,实现对路网安全状态动态预测、评价与控制。研究列车运行与维修一体化优化模型构建与智能求解算法,形成基于风险预警的列车运行与运维协同优化方法,为路网运营状态与系统风险分析、预测、评估和管控及主动安全保障提供理论与方法基础。

(4) 有轨电车车路协同控制及智能调度

通过对实际有轨电车线路运行问题研究,以现有系统技术方案为背景,构建了有轨电车车速引导控制模型,并在有轨电车网络中多线路交汇情况下,构建一种面向复杂交叉口有轨电车优先冲突的协调控制方法。同时对行车组织优化及智能调度问题开展了深入研究,取得了一系列创新成果:

1构建有轨电车车速引导控制模型,提出对应实现方法。在车载信息系统内增加车速引导模块,通过提供建议车速以提高有轨电车在交叉口通过率。成果应用于半独立路权的有轨电车线路,减少有轨电车在交叉口区域的停车延误,提高有轨电车全线运行效率。

2在有轨电车网络多线路交汇情况下,以交叉口有轨电车效益最大化为目标,构建一种面向复杂交叉口有轨电车优先冲突的协调控制方法。在路口信号控制系统内增加申请决策模块,对有轨电车的进路申请和优先申请进行协调优化。项目可应用于多条线路交汇的有轨电车交通网路,解决多线路有轨电车在交汇的交叉口优先请求冲突、联锁安全问题,保证多线路有轨电车交通网络的安全和高效。

图3

以上述成果为依托,申请/授权发明专利2项;指导硕士学位论文6篇;发表SCI/EI论文10篇;获上海市科技委员会项目资助1项;获得城市轨道交通创新创业大赛二等奖。项目成果已经通过深圳龙华有轨电车有限公司和卡斯柯信号有限公司等企业技术研发深圳市龙华区、成都有轨电车领域取得了应用。


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