數(shù)字孿生如何改變鐵路安全？

　　數(shù)字孿生、人工智能、機器學(xué)習(xí)和實時監(jiān)控如何確保鐵路安全。

　　實時計算的最新進展已將數(shù)字孿生轉(zhuǎn)變?yōu)楦�蹤�?fù)雜系統(tǒng)和改進決策的重要技術(shù)。這些新用例能夠更有效地捕獲和分析數(shù)據(jù)，提供所需的見解，以便在失去機會之前做出關(guān)鍵決策。這種新發(fā)現(xiàn)的功能，可以使領(lǐng)導(dǎo)者能夠采取主動措施并避免潛在的危機，這代表著其實時管理和響應(yīng)復(fù)雜情況的能力取得了重大進步。

　　數(shù)字孿生使用的這種轉(zhuǎn)變超出了產(chǎn)品生命周期管理中的早期應(yīng)用范圍，這有助于評估單個產(chǎn)品在部署之前和之后在實際情況中的性能，例如噴氣發(fā)動機或風(fēng)力渦輪機。新技術(shù)使數(shù)字孿生能夠監(jiān)控全國鐵路網(wǎng)等大型動態(tài)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，從而大大增強其實時監(jiān)控能力。數(shù)字孿生還擅長預(yù)測建模，模擬數(shù)千個交互實體的行為以防止出現(xiàn)問題。雖然數(shù)字孿生可以在各種用例中為決策者提供有價值的見解，但本文重點關(guān)注公共安全的一個關(guān)鍵問題：列車脫軌。

　　利用數(shù)字孿生來防范日益增多的列車脫軌事故

　　盡管鐵路系統(tǒng)的事故預(yù)防系統(tǒng)有所改善，但其有效性仍有很大的改進空間。僅在2022年，就有1164起脫軌事故在美國造成了嚴(yán)重破壞，造成超過2.2億美元的損失。重要部件(如車輪軸承)的高工作溫度經(jīng)常成為罪魁禍?zhǔn)�。為了監(jiān)測車輪軸承的溫度，大約6000個熱箱在鐵路沿線打開了一個新的窗口，在列車經(jīng)過時報告溫度數(shù)據(jù)。然而，必須利用這些熱箱收集的大量數(shù)據(jù)來預(yù)測即將發(fā)生的軸承故障。由于來自探測器的數(shù)據(jù)仍然斷開，無法進行實時關(guān)聯(lián)以檢測趨勢，因此提高安全性的潛力在很大程度上尚未得到開發(fā)。這個錯失的機會可能會帶來可怕的后果。

　　現(xiàn)在，考慮一下數(shù)字孿生技術(shù)的最新突破，其為解決這一挑戰(zhàn)提供了新的機會。這些先進的數(shù)字孿生使鐵路運營商能夠識別車輪軸承問題并主動防止脫軌。其可以實時監(jiān)控全國范圍內(nèi)所有正在運行的軌道車車隊，并在幾毫秒內(nèi)精確定位潛在問題。與當(dāng)前的安全系統(tǒng)不同，其能夠在軌道車從一個探測器行駛到另一個探測器時跟蹤車輪軸承的溫度波動，從而使其能夠識別溫度趨勢，并提前預(yù)測即將發(fā)生的故障。

　　數(shù)字孿生和人工智能

　　數(shù)字孿生可以利用人工智能和機器學(xué)習(xí)原理來幫助識別模式和異常，從而提高其預(yù)測能力。例如，每個數(shù)字孿生中運行的分析代碼可以使用機器學(xué)習(xí)算法來發(fā)現(xiàn)不規(guī)則的溫度趨勢、車軸和車輪的意外變化以及其他異常情況。機器學(xué)習(xí)算法可以利用鐵路線的數(shù)千個測量值和其他數(shù)據(jù)進行監(jiān)督訓(xùn)練集，從而建立車輪軸承的典型安全溫度范圍。機器學(xué)習(xí)可以幫助建立基線統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并通過無縫集成來自熱盒的數(shù)據(jù)并將其存儲在每個數(shù)字孿生中，快速識別需要立即關(guān)注的偏差。

　　同時，數(shù)字孿生可以準(zhǔn)確記錄每節(jié)軌道車的使用歷史，考慮天氣條件等環(huán)境數(shù)據(jù)，并考慮一系列其他因素，進一步增強其分析和決策能力。當(dāng)這些技術(shù)協(xié)同工作時，其可以觸發(fā)實時警報，以培訓(xùn)工程師，阻止?jié)撛诘拿撥�，甚至以驚人的準(zhǔn)確性預(yù)測即將發(fā)生的事件。

　　數(shù)字孿生和內(nèi)存計算

　　內(nèi)存計算技術(shù)提供了一項關(guān)鍵突破，為數(shù)字孿生提供大規(guī)模實時監(jiān)控和預(yù)測建模能力。其將數(shù)字孿生部署在云中可擴展的服務(wù)器集群或本地基礎(chǔ)設(shè)施上。通過將數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中并利用多個服務(wù)器的綜合計算能力，該技術(shù)使數(shù)千個數(shù)字孿生能夠快速訪問其情境數(shù)據(jù)并在幾毫秒內(nèi)分析傳入的信息。內(nèi)存計算使數(shù)字孿生能夠立即實時采取行動，以防止列車脫軌等潛在災(zāi)難。相比之下，傳統(tǒng)的離線分析平臺通常依賴于緩慢的數(shù)據(jù)庫檢索，從而導(dǎo)致阻礙實時響應(yīng)能力的瓶頸。

　　由于內(nèi)存計算可以有效地運行大量數(shù)字孿生，因此其還使數(shù)字孿生能夠模擬具有復(fù)雜交互的大型系統(tǒng)，以進行預(yù)測建模。這有助于系統(tǒng)管理員評估動態(tài)行為的影響，例如天氣事件，從而做出更好的決策，并確保平穩(wěn)運行。其還允許在部署之前在各種場景中測試實時監(jiān)控系統(tǒng)。例如，可以在模擬鐵路網(wǎng)絡(luò)的模擬中測量用于檢測車輪軸承故障的機器學(xué)習(xí)算法，以驗證其有效性。

　　利用數(shù)字孿生和尖端技術(shù)的力量

　　列車脫軌是一項緊迫且經(jīng)濟負(fù)擔(dān)沉重的挑戰(zhàn)，而新的數(shù)字孿生技術(shù)為解決這一問題提供了突破。在鐵路運營中使用數(shù)字孿生有可能提供持續(xù)的實時監(jiān)控，并對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進行更深入的反思。這項技術(shù)對于防止未來的列車脫軌有著巨大的希望，標(biāo)志著增強鐵路安全的第一步。

　　當(dāng)數(shù)字孿生與人工智能和內(nèi)存計算等其他尖端技術(shù)相結(jié)合時，其結(jié)果會更加強大。機器學(xué)習(xí)方法使在數(shù)字孿生中運行的分析代碼能夠識別不規(guī)則趨勢，內(nèi)存計算技術(shù)提供了大規(guī)模實時監(jiān)控和預(yù)測建模所需的計算能力。這些組合技術(shù)使鐵路運營商能夠以極高的精度檢測潛在問題，并主動實施新一代預(yù)防措施，以保護鐵路系統(tǒng)和乘客。

　　展望未來，數(shù)字孿生有望擴大其作用，以監(jiān)控鐵路系統(tǒng)中的其他關(guān)鍵組件，例如交換機和道口。這一演變有望促進鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化、改善公共安全、降低成本并提高鐵路運營效率。隨著這一轉(zhuǎn)型的展開，數(shù)字孿生將在為鐵路行業(yè)復(fù)雜的安全挑戰(zhàn)構(gòu)建解決方案方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

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