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基于人工智能技术的动车组客室舒适度控制

系统设计研究

作者：***

来源：《西部交通科技》2023年第08期

摘要：為使动车组客室环境与乘客的舒适度需求相匹配，文章设计基于人工智能技术的动

车组客室舒适度控制系统。利用传感器层采集动车组客室光照度、温湿度以及气体等环境参数

数据，对采集数据进行融合，依据融合结果，动车组客室舒适度预测模块运用人工智能技术中

的T-S模糊神经网络，预测动车组客室舒适度，并将预测结果反馈给主控制器模块，该模块通

过向空调、通风和灯光等设备发出控制命令，实现动车组客室舒适度控制。经测试，该系统对

动车组各客室舒适度预测值与期望值基本一致，能够实现动车组不同客室舒适度的全面、准确

控制。

关键词：人工智能；动车组客室；舒适度控制；多源数据融合

中图分类号：U270.38+3A521644

引言0

近年来我国铁路事业获得迅猛发展，动车组因具有安全、快捷以及环保等特点，逐渐成为

人们远行的重要交通工具［1］。随着铁路技术和人们生活质量的持续提升，人们对动车组客

室舒适度水平提出了更严格的要求，舒适的客室环境不仅有益于乘客的身体健康，避免出现头

痛、胸闷等情况，还能给乘客带来心理上的愉悦感［2］。由于动车组客室基本处于封闭状

态，因此通过温度、风速和光照度等环境参数调节，为乘客营造良好的客室环境是保证动车组

客室舒适度的有效手段［3-4］。但一直以来客室环境参数调节大多采用人工形式，经常发生

严重背离乘客舒适度要求的现象，且调节实时性较差，还容易造成能源浪费，因此研究动车组

客室舒适度控制系统极其必要。

针对该系统的设计成果有很多，例如谢苗苗和李威等，分别利用改进D-S证据理论与人体

热感觉穿戴传感技术完成系统设计［5-6］。这两种系统对控制指令均具有较好的响应效果，

但需要优化大量超参数，且对参数设置较敏感。人工智能技术是对模拟和延伸人的智能进行开

发的一项技术科学，在各个领域均具有广泛的应用空间，因此本文研究基于人工智能技术的动

车组客室舒适度控制系统设计。

动车组客室舒适度控制系统设计1研究

系统1.1总体结构

基于人工智能技术的动车组客室舒适度控制系统总体结构如图1所示。

（1）传感器层：若干个类型不同的传感器组成，将其部署在动车组各客室内合适的位置

上，用于采集光照度、温湿度以及气体等环境参数数据。

（2）无线传输层：负责创建传感器层和业务应用层之间的连接，利用智慧安全型无线通

信模块，将传感器层采集的环境参数数据传输到业务应用层。

（3）业务应用层：包含多源数据融合、动车组客室舒适度预测和主控制器三大模块。多

源数据融合模块负责对接收到的各类环境参数数据进行融合；依据融合结果，动车组客室舒适

度预测模块运用人工智能技术中的T-S模糊神经网络，预测动车组各客室的舒适度，并将预测

结果反馈给主控制器模块；结合环境参数国际标准和人体对各环境参数的敏感度，得出舒适度

环境参数最优值表，如果预测结果未达到舒适度要求，针对其中超出最优值的环境参数，主控

制器模块通过向空调、通风和灯光等设备发出控制命令，实现温湿度、空气清新度和光照度等

自动调节，从而保证动车组各客室的舒适度水平。

（4）界面层：为相关技术人员提供实时监测动车组各客室环境参数数据和舒适度指标的

功能，可以对舒适度进行手动控制，还具备数据分析和管理运行功能。

系统硬件1.2设计

1.2.1智慧安全型无线通信模块结构

负责传输动车组客室环境参数数据的智慧安全型无线通信模块结构，如图2所示。该模块

选用的处理器型号为ARMCortex-A8AM3354，具有功耗低、高性价比和外设接口丰富等优

点；电源管理电路可以将多种电源电压提供给该模块，并能有效管理模块各部分电源，从而达

到节能的目的；复位电路可以避免模块出现死机情况，对保证模块安全稳定运行发挥着巨大作

用；为提升动车组客室环境参数数据传输安全性，利用SPI总线连接处理器与加/解密芯片，

并采用一问一答的通信模式［7-8］；通过I2C总线和MMC接口与处理器相连接的EEPROM

存储芯片、SD卡的作用，体现在对用户设定的模块参数进行存储，以及保存模块的风险感知

数据；串口1与USB（从）接口负责连接系统传感器层中的各类传感器，完成动车组客室环

境参数数据的接收；串口2与USB（主）接口负责连接