传感器在轨道交通领域的应用

传感器作为轨道交通系统的 “感知神经”，贯穿车辆、轨道、站台、调度、运维全场景，凭借准确的信号采集、实时的数据传输和智能的分析反馈，解决了轨道交通运行中的安全监测、状态感知、自动化控制等问题，是实现轨道交通智能化、无人化、高效化的基础。从列车的牵引制动到轨道的健康监测，从站台的安全防护到全网的调度指挥，各类传感器的协同应用，构建起轨道交通全生命周期的感知与管控体系。

一、车载传感器

车载传感器直接部署在列车车身、转向架、牵引系统、制动系统等部位，实时监测列车运行状态和关键部件健康情况，是保障列车安全、平稳行驶的一道防线，同时为列车自动驾驶（ATO）提供感知数据。

1. 速度与位置传感器霍尔速度传感器、光电编码器、北斗 / GNSS 定位传感器为主，采集列车行驶速度、轮对转速、实时位置信息，为列车自动驾驶的速度调节、停车、区间测距提供数据支撑，同时配合轨道电路实现列车防追尾（ATP 列车自动保护系统），是列车运行控制的传感器。
2. 振动与冲击传感器加速度传感器、振动传感器，安装在转向架、轮对、车身等部位，监测列车运行中的振动幅度、冲击频率，实时判断轮对磨耗、轴箱故障、轨道不平顺等问题，避免因部件异常导致的脱轨、颠簸等风险，同时为列车舒适性优化提供数据。
3. 牵引与制动系统传感器
4. 环境与状态传感器
5. 车门与安全传感器接近传感器、红外传感器、压力传感器安装在列车车门处，监测车门开关状态、与站台的间隙，检测车门是否夹人 / 夹物，确保车门在列车启动前完全关闭、停车后对准站台，保障乘客上下车安全。

轨道及沿线基础设施是轨道交通的重要载体，此类传感器部署在钢轨、轨枕、道岔、桥梁、隧道等部位，实现轨道健康监测、地质灾害预警、周边环境感知，及时发现线路故障和安全隐患，避免因基础设施损坏导致的行车事故，同时为轨道精细化运维提供数据支撑。

1. 轨道状态监测传感器
2. 地质与灾害预警传感器
3. 轨道电路与计轴传感器计轴传感器通过监测轮对的数量，准确判断轨道区段内是否有列车占用，配合轨道电路实现列车位置的准确定位，是列车调度和区间防护的重要基础。

车站和站台的传感器聚焦乘客安全、客流管控、设备自动化运行，实现站台安全防护、客流智能调度、车站设备自动控制，提升乘客出行体验和车站运营效率。

1. 站台安全传感器
2. 客流监测与管控传感器红外客流传感器、视频图像传感器（AI 视觉）、超声波传感器部署在站台、站厅、楼梯、电梯处，实时统计进出站乘客数量、站台客流密度，当客流超过安全阈值时，触发车站限流、广播提醒等措施，同时为车站调度、列车发车间隔调整提供数据支撑。
3. 车站设备自动化传感器

此类传感器并非单一硬件，而是通过各类感知终端 + 物联网（IoT）+ 大数据平台的协同，实现轨道交通全网的运行数据采集、传输、分析和智能调度，同时为设备全生命周期运维提供依据，属于轨道交通的 “后台感知体系”。

1. 调度指挥传感器整合车载、轨道、车站的各类传感器数据，通过数据采集终端（DTU）传输至调度中心，配合雷达、视频传感器实现列车运行状态的实时监控、客流的智能调度、线路的故障预警，实现全网列车的高效、有序运行，提升线路运输能力。
2. 智能运维传感器基于物联网传感器、无线传输传感器，对轨道交通全场景的设备（列车部件、轨道、信号设备、车站设备）进行全生命周期状态监测，通过采集设备的运行数据、故障数据，建立设备健康模型，实现预测性维护，即提前发现设备故障隐患，在故障发生前进行维修，替代传统的 “定期维护”，大幅降低设备故障率和运维成本，提升轨道交通系统的可靠性。
3. 能源监测传感器电流传感器、电压传感器、功率传感器、电能计量传感器部署在车站、列车、牵引变电所，实时监测轨道交通系统的能耗情况，分析能耗规律，实现能源的精细化管理和节能优化。

轨道交通的运行环境具有高负荷、强振动、多干扰、全天候的特点，且直接关系到乘客生命安全，因此对传感器的性能提出了严苛要求包括：

1. 高可靠性与稳定性：能在 - 40℃~85℃的温湿度范围、强电磁干扰（牵引系统、信号系统）、强振动冲击的环境下长期稳定工作，平均无故障时间（MTBF）要求极高；
2. 高精度与实时性：速度、位置、压力等关键数据的采集精度需达到毫米级、毫秒级，且数据传输延迟低，满足列车自动控制和故障实时预警的需求；
3. 高防护性：具备防水、防尘、防腐蚀、抗电磁干扰（EMC）的能力，防护等级一般不低于 IP67；
4. 兼容性与组网能力：支持 RS485、CAN、以太网、5G、LoRa 等多种通信协议，能与轨道交通的 ATP、ATO、SCADA 等系统无缝对接，实现多传感器数据的协同组网和融合分析；
5. 低功耗：部分户外部署的传感器无外接电源，要求低功耗运行，配合电池或太阳能供电。

随着轨道交通向智能高铁、全自动地铁（GoA4）、市域铁路一体化发展，传感器技术也朝着微型化、集成化、智能化、无线化、多感知融合的方向升级：

1. 多传感器融合：将速度、位置、振动、温度等多种感知功能集成在一个传感器模块中，实现多维度数据的同步采集和融合分析，提升感知的可靠性；
2. 智能传感器：传感器内置芯片和算法，实现数据的本地预处理、边缘计算和故障自诊断，减少数据传输压力，提升响应速度；
3. 无线化与物联网化：基于 5G、北斗、LoRa 等技术，实现传感器的无线组网和远程监测，替代传统的有线连接，降低部署和维护成本；
4. 视觉与雷达融合：将 AI 视觉传感器、毫米波雷达、激光雷达（LiDAR）结合，实现对轨道、站台、周边环境的三维感知，提升自动驾驶和安全防护的智能化水平；
5. 国产化与自主可控：主要的传感器（如霍尔电流传感器、高精度速度传感器、轨道监测传感器）逐步实现国产化替代，打破国外技术垄断，提升轨道交通供应链的安全性；
6. 绿色节能：低功耗、自供电（太阳能、振动能、温差能）传感器的应用范围不断扩大，契合轨道交通的节能发展理念。

传感器是轨道交通智能化发展的基础和关键支撑，其应用覆盖了列车运行、轨道维护、车站运营、全网调度的全流程，不仅保障了轨道交通的安全、高效、平稳运行，更推动了轨道交通从 “人工控制” 向 “自动控制”、从 “定期维护” 向 “预测性维护”、从 “单一路运营” 向 “全网智能调度” 的转型升级。随着传感器技术与 5G、人工智能、大数据、北斗导航等技术的深度融合，未来将构建起轨道交通全场景、全生命周期、全维度的智能感知体系，为乘客带来更安全、更便捷、更舒适的出行体验，也为轨道交通行业的高质量发展注入动力。