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从系统工程思维谈AI驱动下的磁浮交通技术发展

熊嘉阳,  沈志云

熊嘉阳, 沈志云. 从系统工程思维谈AI驱动下的磁浮交通技术发展[J]. 交通运输工程学报, 2026, 26(9): 1-11. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.329
引用本文: 熊嘉阳, 沈志云. 从系统工程思维谈AI驱动下的磁浮交通技术发展[J]. 交通运输工程学报, 2026, 26(9): 1-11. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.329
XIONG Jia-yang, SHEN Zhi-yun. Discussion on the development of maglev transportation technology driven by AI from the perspective of systems engineering thinking[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2026, 26(9): 1-11. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.329
Citation: XIONG Jia-yang, SHEN Zhi-yun. Discussion on the development of maglev transportation technology driven by AI from the perspective of systems engineering thinking[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2026, 26(9): 1-11. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.329

从系统工程思维谈AI驱动下的磁浮交通技术发展

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2026.329
基金项目: 

国家自然科学基金区域联合基金项目 U21A20168

详细信息
    作者简介:

    熊嘉阳(1969-),男,四川峨眉人,副教授,工学博士,E-mail: jyxiong@swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    沈志云(1929-),男,湖南长沙人,教授,中国科学院院士,中国工程院院士,苏联副博士,E-mail: zyshen@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: U271

Discussion on the development of maglev transportation technology driven by AI from the perspective of systems engineering thinking

Funds: 

Regional Joint Fund of National Natural Science Foundation of China U21A20168

More Information
    Corresponding author: SHEN Zhi-yun, professor, academician of Chinese Academy of Sciences and Chinese Academy of Engineering, E-mail: zyshen@swjtu.edu.cn
Article Text (Baidu Translation)
  • 摘要:

    为破解磁浮交通多子系统耦合的复杂管控难题,推动其向智能化、高效化升级,从系统工程思维出发,探究人工智能(AI)与磁浮交通技术的融合路径与实践成效。从理论层面剖析磁浮交通不同技术路线的核心特征,明确AI适配磁浮交通“动态不确定性-高精度控制”核心矛盾的技术逻辑,阐释系统工程思维主导下AI实现子系统协同优化的内在机理,界定AI构建“感知-决策-控制-优化”智能闭环的系统工程价值;从悬浮导向、牵引传动、供电系统、信号通信、智能运维调度五大核心子系统,阐述了BP神经网络、LSTM、强化学习等AI算法的技术突破与场景适配性,量化分析AI技术对悬浮精度、牵引效率、供电稳定性、信号可靠性的提升效果,验证了AI对磁浮系统全维度的赋能作用;提出“顶层数据规范-软硬迭代验证-复合人才培养-跨域协同创新”的AI赋能路径,梳理中低速、高速、超高速真空管道磁浮的技术发展脉络,总结不同场景下的工程实践成果;分析了当前存在的数据孤岛、极端工况可靠性不足、产学研用脱节、AI与新兴技术的融合不深、跨业态协同机制缺失等挑战,从全域数据融合、鲁棒性模型研发、协同创新机制深化、新兴技术融合、跨业态多式联运智能协同5个方面展望了未来发展方向。研究结果表明:系统工程思维主导下的AI与磁浮交通技术的深度融合,是破解磁浮多子系统耦合难题、实现从高速到智能跨越的核心支撑,其子系统协同优化机制为磁浮交通智能化发展提供了理论范式与实践指引。

     

  • 图  1  AI引入磁浮交通系统融合示意

    Figure  1.  Illustration of AI integration into maglev transportation systems

    图  2  悬浮控制算法演进

    Figure  2.  Evolution of hovering control algorithms

    图  3  基于XGBoost与注意力机制的负荷预测及控制流程

    Figure  3.  Load forecasting and control process based on XGBoost and attention mechanism

    图  4  基于数字孪生的磁浮交通智能运维体系

    Figure  4.  Digital twin-driven maglev transportation intelligent operation & maintenance system

    图  5  AI赋能磁浮交通发展路径

    Figure  5.  AI empowers the development path of maglev transportation

    图  6  AI驱动磁浮交通技术发展方向

    Figure  6.  Development direction of AI-driven maglev transportation technology

    表  1  磁浮交通不同技术路线与应用场景的核心特征及AI融合需求

    Table  1.   Core characteristics of different maglev transportation technologies, their application scenarios, and AI integration requirements

    技术路线 应用场景 核心特征 关键技术瓶颈 AI融合需求
    EMS 中低速(≤120 km·h-1) 悬浮间隙小(8~10 mm)、对轨道要求低 低速工况下的能耗优化、复杂环境抗干扰 客流预测、低能耗牵引、自适应控制
    高速(200~600 km·h-1) 悬浮精度要求高、牵引效率敏感 高速下的悬浮振荡抑制、牵引与供电协同 预测性悬浮控制、协同优化、数字孪生
    EDS 超高速真空管道(≥1 000 km·h-1) 真空低气压、超高速定位精度高 低气压感知、精准定位、全局协同 全域感知、高精度定位、多系统协同
    SPL 超高速真空管道(≥1 000 km·h-1) 无源自悬浮、自稳定、自导向 超导载力、磁通蠕动、失超预判 温控监测、失超预警、动态悬浮调控
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    表  2  悬浮导向系统主流AI算法的技术特征与场景适配性

    Table  2.   Technical characteristics and scenario adaptability of mainstream AI algorithms in maglev guidance systems

    AI算法 核心技术特征 适用场景 悬浮精度提升效果 工程落地难点 解决策略
    BP神经网络 非线性映射能力强、实时修正快 中低速磁浮、高速磁浮常规工况 间隙均方根误差降至0.12 mm[6] 训练数据不足、泛化能力弱 融合联邦学习,扩充跨线路数据
    长短期记忆网络(LSTM) 长序列预测、动态建模能力强 高速及超高速磁浮 抑制高速悬浮振荡,稳定性提升40%[7] 计算复杂度高、实时性要求高 结合边缘计算,提升响应速度
    强化学习 自适应决策、动态优化能力强 复杂轨道、侧风干扰工况 横向加速度波动幅度降低35%[8] 策略收敛慢、多目标平衡难 优化奖励函数,提升收敛速度
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    表  3  AI赋能磁浮交通不同场景的工程实践成果与量化指标

    Table  3.   Engineering practice achievements and quantitative indicators of AI empowering maglev transportation in different scenarios

    应用场景 示范线路/平台 核心AI技术应用 量化提升效果
    中低速磁浮 长沙磁浮快线、北京S1线 AI悬浮控制、客流预测、故障预警 悬浮稳定性提升30%,客流预测准确率90%[15, 21]
    高速磁浮 600 km·h-1高速磁浮、上海磁浮线 LSTM悬浮控制、牵引-供电协同、数字孪生 悬浮间隙波动±0.5 mm内,运维成本降低30%[14]
    超高速真空管道磁浮 西南交通大学超高速磁浮试验平台 全域状态感知、高精度定位、系统协同控制 定位误差0.1 m内,响应延迟小于10 ms[16]
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-02-27
  • 录用日期:  2026-05-27
  • 修回日期:  2026-05-20
  • 刊出日期:  2026-09-28

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