无人驾驶核动力电池列车

无人驾驶核动力电池列车
作者：李宗仪鲍廷义
来源：《电子乐园·上旬刊》2019年第01期
摘要：本文将在理论上建立了无人驾驶核动力列车的总体设计。

无人驾驶核动力列车将采用全新智能控制系统，火车上安装有新型超级计算机控制系统、远程控制系统、超声波、雷达、北斗卫星定位系统、感测系统、故障诊断系统、激光传感器等设备，在运行过程中，人工智能替代人力，负责火车的一切操作。

关键词：核电池;无人驾驶列车;超级计算机;人工智能
随着无人驾驶技术应用到城轨地铁、高铁上，核电池及核聚变技术的快速发展，本论文在针对无人驾驶核动力列车的相关技术做一定的基础研究，制定高压型核电池（几百至几千V 左右）发电系统代替柴油发电机的可行性技术方案，为商业化应用奠定一定的技术基础，助力“一带一路”的发展，开启人类文明新征程。

一、研究背景及意义
2013年，习近平总书记从实现中华民族伟大复兴的中国梦出发，着眼人类前途命运和建设更加美好的世界，提出了“一带一路”倡议。

2018年3月29日，随着中欧班列（波兰—成都）的成功开行，2018年中欧班列累计开行数量达到1000列，同比增长75%，标志着铁路部门服务“一带一路”建设持续取得重要成果。

中欧班列物流组织日趋成熟，工作在中欧班列上的司机，每周要开8-10趟车，时时要对列车信号监视、速度控制、运行状态追踪等。

从能源角度看，随着石油等不可再生能源日益减少，内燃机车的运输成本也会逐渐提高，而电气化改造线路成本高、维修不变、各国使用的交流工频不同，加之铁路运输的不均衡性，电气化铁路负荷波动频繁、变化大等因素均不利中欧班列的大发展。

鉴于近几年来国际上对能源的关注，各国在能源领域积极展开研究，核电池将朝着更安全、寿命更长、重量更轻、能源转换效率更高和功率范围更大的方向发展。

全白动无人驾驶系统可以自动实现列车休眠、唤醒、准备、自检、自动运行和停车，以及在故障情况下实现自报警等功能，使得列车按照优化的运行曲线进行运营，达到节能环保的目的。

同时，列车不设驾驶员，也节省人力成本，全自动化运营也避免了人为操作失误导致的运营故障。

随着中国北斗卫星导航定位系统的不断完善，精度不断提升，激光传感技术、激光摄像机、全球定位仪的问世，以及对可控核聚变的应用日益广阔，均为本研究提供了强有力的技术支持和可行性。

综上所述，无人驾驶核动力电池列车的研究具有较强的现实意义及经济效益。

二、研究目的
本论文在利用无人驾驶技术，将一种智能控制长期工作不需要维修、高效大功率、小体积、低成本、清洁、绿色的核电池应用到列车上，探讨大功率高压型核电池（几百至几千V
左右）发电系统代替柴油发电机的可行性方案。

三、当前国内外研究现状
2017年8月，澳大利亚矿业巨头力拓对外透露，所有“矿坑到港”的火车运输里程，有50%都是以自动的方式完成的，所产出的铁矿石800/由自动火车系统运输完成，不过，以防意外，列车上保留了司机。

2017年10月，力拓在澳大利亚西部皮尔巴拉地区测试了一辆全自动无人驾驶核动力列车（无司机），成功完成了世界上首个火车无人驾驶任务，顺利测试了100公里。

随着中国北斗卫星导航定位系统的不断完善，定位精度不断提升，激光传感技术、激光摄像机、全球定位仪、超级智能计算机的问世，无人驾驶技术应用到城轨地铁、高铁上，核电池及核聚变技术的快速发展，以及对可控核聚变的应用日益广阔。

同时，随着5G建设的推广，“万物互联”将成为可能，从而为智能驾驶列车的迅速发展奠定网络基础条件。

核电池的应用如下：
①航天领域的应用：20世纪，美国发射的地球卫星、登月飞船、空间探测器都使用核电池作为动力;
②航海、航空导航等领域的应用;
③医学领域的应用;
④微型电动机械中的应用;
⑤手机等电子产品上的应用;
⑥电动汽车上的应用;
随着航天、航空、深海等领域使用核电池的成熟，核电池必将在能源需求量日增的火车上得到应用。

因此，可以预计在21世纪科学家们将会在国际班列上应用一种长期工作不需要维修、高效大功率、小体积、清洁的核电池。

鉴于近几年来国际上对能源的关注，各国在能源领域积极展开研究，核电池将朝着更安全、寿命更长、重量更轻、能源转换效率更高和功率范围更大的方向发展。

相应地，随着核电池安全、效能和成本等问题的解决，其应用领域也会更广。

四、技术方案
为克服现有技术不足，本论文目的是提供一种无人驾驶核电池列车，结构简单，节约能源，减少人力，实现高度自动化列车。

为实现上述目的，本论文通过以下技术方案实现：
无人驾驶核电池列车，其列车包括：
（1）车体，车体包括车内设备、车壳、底架、转向架;
（2）中央控制装置，中央控制装置包括全自动无人驾驶系统、北斗卫星导航定位系统、超级智能计算机、激光传感器、雷达、感测器件、激光摄像机。

（3）核电池供电装置，核电池供电装置包括核电池、高压控制箱等。

中央控制装置受远程控制，远程控制为运行控制中心;全自动无人驾驶系统可以自动实现列车休眠、唤醒、准备、自检、自动运行和准确停车，以及在故障情况下实现自报警;北斗卫星导航定位系统提供高精度、高可靠定位;雷达通过电磁波提供前进轨道上异物或杂物的位置、距离变化、方位及高度信息;感测器件为超声波感测器件，超声波感测器件包括超声波感测头，超声波感测头用日函过超声波感测车体外的物体的位置及其移动状态;核电池供电装置安装在底架上由核电池、高压控制箱等组成;故障报警系统由超级智能计算机控制，超级智能计算机是收集、分析、预测、处理各种数据的中心;激光摄像机可在恶劣天气环境中正常工作，拍摄记录运行全程。

五、结语
中国北斗卫星导航定位系统不断完善，定位精良度不断提升，智能控制结合移动互联、大数据等技术的发展，为面向列车运营、管理和检修，提供了高能效传动、优化节能操纵、故障诊断与健康管理、智能人机交换等技术支持。

随着航天、航空、深海等领域用核电池的成熟，为核电池在耗能巨大的国际班列上得以应用奠定了基础。

随着同位素放射源、能量转换材料、防辐射材料等相继取得突破，核电池的安全性更高、寿命更长、成本更低、质量更轻、能量转换效率更高、功率更大。

在核电池的安全、功率、成本等问题相继被攻克后，其应用价值领域必定会更高更广
本文通过调研，应用现有无人驾驶技术将核动力电池应用到中欧列车上，制造出具有时代特色的、绿色的、環保的国际列车，推动“一带一路”的建设，进一步提高中国与“一带.路”貂拯笼国家贸易额，立足周边，辐射“一带一路”，加快面向全球的自贸区网络早日形成，减轻中欧班列车司机的负担和工作量，同心创新路，掌握新机遇。

参考文献
[1]中国科学技术协会：《核科学技术学科发展报告》，中国核学会，中国科学技术出版社，2016
[2]北京市科学技术协会：《聚焦超级核能》，北京核学会，北京出版社，2015.4
[3]吴明红王传珊：《核科学技术的历史、发展与未来》，北京，科学出版社，2015。