《高速鐵路概論（第2版）》（紀(jì)書(shū)景）505-1 教案 第17課 認(rèn)識(shí)智能高速鐵路

第課認(rèn)識(shí)智能高速鐵路第課認(rèn)識(shí)智能高速鐵路17認(rèn)識(shí)智能高速鐵路第課17PAGE7認(rèn)識(shí)智能高速鐵路第課17PAGE7PAGE8PAGE8PAGE7PAGE7

課題認(rèn)識(shí)智能高速鐵路課時(shí)2課時(shí)（90min）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)技能目標(biāo)：（1）了解智能高速鐵路的相關(guān)技術(shù)（2）明確智能高速鐵路相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用思政育人目標(biāo)：樹(shù)立求實(shí)創(chuàng)新、精益求精的工匠精神具備民族自豪感和歷史使命感教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：智能高速鐵路相關(guān)技術(shù)教學(xué)難點(diǎn)：智能高速鐵路相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用教學(xué)方法講授法、問(wèn)答法、案例分析法、分組討論法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)設(shè)計(jì)→→互動(dòng)→傳授新知（50min）→拓展訓(xùn)練（25min）→課堂小結(jié)（3min）→作業(yè)布置（2min）教學(xué)過(guò)程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)意圖課前任務(wù)【教師】布置課前任務(wù)，和學(xué)生負(fù)責(zé)人取得聯(lián)系，讓其提醒同學(xué)完成課前任務(wù)請(qǐng)大家以3～5人為一組，選出組長(zhǎng)并進(jìn)行任務(wù)分工，制訂合理的工作計(jì)劃。將小組成員信息及分工情況填入教材表7-6中（詳見(jiàn)教材）。查閱智能高速鐵路的相關(guān)資料，并將查閱到的資料制作成PPT文件，領(lǐng)會(huì)中國(guó)智能高速鐵路研發(fā)過(guò)程中的自主創(chuàng)新精神。并完成教材任務(wù)工單7.2中的相關(guān)的引導(dǎo)問(wèn)題（詳見(jiàn)教材）。【學(xué)生】完成課前任務(wù)通過(guò)課前任務(wù)，讓學(xué)生對(duì)智能高速鐵路有初步了解，以便做好教學(xué)準(zhǔn)備考勤（2min）【教師】使用文旌課堂APP進(jìn)行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性，掌握學(xué)生的出勤情況互動(dòng)導(dǎo)入（8min）【教師】通過(guò)向?qū)W生展示案例——智能高鐵為冬奧會(huì)保駕護(hù)航（詳見(jiàn)教材），并通過(guò)文旌課堂APP觀看微課——享受高鐵“冬奧服務(wù)”，感受智能“科技范兒”（詳見(jiàn)教材），讓學(xué)生思考：智能高鐵為人們的出行帶來(lái)了怎樣的改變？【學(xué)生】每3～5人一組，并以小組為單位，各小組成員在組內(nèi)輪流發(fā)言，闡述自己對(duì)案例的理解并討論【教師】參與到每組的討論中，及時(shí)為學(xué)生答疑解惑【學(xué)生】分小組闡述觀點(diǎn)【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，導(dǎo)入本節(jié)課課題并板書(shū)：任務(wù)7.2認(rèn)識(shí)智能高速鐵路通過(guò)閱讀案例、觀看微課，讓學(xué)生以小組為單位思考并討論智能高鐵，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知（50min）【教師】講授新知：智能高速鐵路相關(guān)技術(shù)、高速鐵路智能建造、高速鐵路智能裝備、高速鐵路智能運(yùn)營(yíng)、高速鐵路智能服務(wù)智能高速鐵路采用各種先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)新一代信息技術(shù)與高速鐵路技術(shù)的集成融合，實(shí)現(xiàn)了高速鐵路智能建造、智能裝備、智能運(yùn)營(yíng)和智能服務(wù)水平的全面提升?！菊n堂互動(dòng)】?【教師】讓學(xué)生通過(guò)文旌課堂APP觀看微課——智能高鐵是什么？（詳見(jiàn)教材），思考：你認(rèn)為什么樣的列車(chē)才能稱為智能高鐵？?【學(xué)生】觀看、聆聽(tīng)、思考、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)7.2.1智能高速鐵路相關(guān)技術(shù)【課堂互動(dòng)】?【教師】請(qǐng)同學(xué)們思考：說(shuō)一說(shuō)你都了解哪些智能高速鐵路的相關(guān)技術(shù)？?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、討論、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)1．智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用圖像處理、模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，通過(guò)在監(jiān)控系統(tǒng)中增加智能視頻分析模塊，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力過(guò)濾掉視頻畫(huà)面中無(wú)用的或干擾信息，自動(dòng)識(shí)別不同物體，分析抽取視頻源中的關(guān)鍵信息，快速準(zhǔn)確地定位事故現(xiàn)場(chǎng)，判斷監(jiān)控畫(huà)面中的異常情況，還能以最快和最佳的方式發(fā)出警報(bào)或觸發(fā)其他動(dòng)作，從而有效進(jìn)行事前預(yù)警、事中處理、事后取證。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對(duì)人和物的識(shí)別，對(duì)人和物運(yùn)動(dòng)軌跡的識(shí)別，以及對(duì)視頻環(huán)境影響的判斷和補(bǔ)償，可應(yīng)用于線路、隧道等高速鐵路系統(tǒng)的敏感地帶，從而有效防止任何可疑的人和物在工作人員不知情的情況下進(jìn)入這些鐵路重地，以防潛在危險(xiǎn)發(fā)生。【課堂互動(dòng)】?【教師】請(qǐng)同學(xué)們思考：智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)和普通監(jiān)控系統(tǒng)有何不同？?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、討論、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)2．物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)是指根據(jù)相關(guān)協(xié)議，通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，將任意物品與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接，通過(guò)信息的傳輸和交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品智能化識(shí)別、定位、監(jiān)控、跟蹤和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)在高速鐵路中，主要應(yīng)用在智能化售檢票系統(tǒng)、電源及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、電子臺(tái)賬及人員定位管理系統(tǒng)、安全管理信息的有效整合與高度共享等方面?！菊n堂互動(dòng)】?【教師】請(qǐng)同學(xué)們聯(lián)系實(shí)際生活，思考：說(shuō)一說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)在高速鐵路中還可以應(yīng)用在哪些方面？?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、討論、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)3．大數(shù)據(jù)技術(shù)大數(shù)據(jù)技術(shù)是指從規(guī)模巨大的各類數(shù)據(jù)中，快速獲得有價(jià)值信息的技術(shù)?！菊n堂互動(dòng)】?【教師】請(qǐng)同學(xué)們查閱資料，思考：大數(shù)據(jù)技術(shù)在高速鐵路上可以應(yīng)用在哪些方面？?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、討論、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)大數(shù)據(jù)技術(shù)在高速鐵路上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要有以下方面：1）提高信息集成效率大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠整合分散數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)，建立綜合的信息體系。2）優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)控制模型大數(shù)據(jù)技術(shù)可將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)快速整合，并根據(jù)變化路徑設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)，逐點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，形成全新的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研判體系。3）提供風(fēng)險(xiǎn)處置決策依據(jù)大數(shù)據(jù)技術(shù)可將大量現(xiàn)場(chǎng)第一手信息充分利用，幫助鐵路部門(mén)主動(dòng)掌控局面，為風(fēng)險(xiǎn)處置提供客觀、準(zhǔn)確的決策依據(jù)?！咎崾尽看髷?shù)據(jù)的真正價(jià)值在于通過(guò)大數(shù)據(jù)思維發(fā)掘數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值，從而為高速鐵路的運(yùn)營(yíng)管理提供智力支持和決策支持。4．GPS全球定位系統(tǒng)GPS全球定位系統(tǒng)可用于引導(dǎo)列車(chē)安全、準(zhǔn)確地沿著選定路線準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地。GPS全球定位系統(tǒng)具有高精度、高效率和低成本等優(yōu)點(diǎn)。5．北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱BDS）于2020年7月31日上午正式開(kāi)通，它是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其標(biāo)識(shí)詳見(jiàn)教材圖7-10?！菊n堂互動(dòng)】?【教師】讓學(xué)生通過(guò)文旌課堂APP觀看微課——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（詳見(jiàn)教材），思考：談?wù)勀銓?duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的理解。?【學(xué)生】觀看、聆聽(tīng)、思考、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段、用戶段三部分組成。它可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠性的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具備短報(bào)文通信能力。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度定位及短報(bào)文通信功能可對(duì)高速鐵路沿線的自然災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警、實(shí)時(shí)監(jiān)控和輔助搶修，提高搶修效率，將自然災(zāi)害對(duì)高速鐵路運(yùn)營(yíng)的危害降到最低?！菊n堂互動(dòng)】?【教師】將學(xué)生分組，請(qǐng)同學(xué)們以小組為單位，思考并討論：GPS全球定位系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在高速鐵路的應(yīng)用中有什么不同？?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、討論、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)6．人工智能人工智能（簡(jiǎn)稱AI）是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)。人工智能與高速鐵路聯(lián)系起來(lái)，可進(jìn)一步提升客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量，如人工智能X光安檢系統(tǒng)、機(jī)器人電力巡檢、機(jī)器人安保維護(hù)等?！菊n堂互動(dòng)】?【教師】請(qǐng)同學(xué)們聯(lián)系實(shí)際生活，思考：乘坐高鐵時(shí)，你是否見(jiàn)到過(guò)人工智能在高鐵中的應(yīng)用？?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、討論、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)7.2.2高速鐵路智能建造【課堂互動(dòng)】?【教師】讓學(xué)生通過(guò)文旌課堂APP觀看微課——智能高鐵建造（詳見(jiàn)教材），思考：智能高鐵是如何建造的？?【學(xué)生】觀看、聆聽(tīng)、思考、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能等技術(shù)手段，施工監(jiān)控管理系統(tǒng)可對(duì)橋梁、路基、隧道等施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行

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監(jiān)控，管理人員不但能直觀看到施工進(jìn)度，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除各類隱患。1．橋梁工程可實(shí)現(xiàn)智能核心裝備的研發(fā)與應(yīng)用（張拉、壓漿、靜載荷試驗(yàn)等），同時(shí)實(shí)現(xiàn)制造、運(yùn)輸、架構(gòu)的全過(guò)程質(zhì)量管控和溯源管理。2．隧道工程在隧道工程中，中國(guó)實(shí)現(xiàn)了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)信息化、隧道圍巖量測(cè)及三維激光斷面掃描信息化、隧道開(kāi)挖與襯砌施工輔助決策信息化，并采用了隧道管片智能預(yù)制、裝配式隧道基地，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)作業(yè)狀態(tài)的監(jiān)控和協(xié)同管理。高速鐵路智能建造在隧道工程中的應(yīng)用詳見(jiàn)教材圖7-11。高速鐵路隧道的防災(zāi)救援系統(tǒng)也是未來(lái)必備的安全設(shè)施，其主要功能是對(duì)較長(zhǎng)、較大隧道及隧道內(nèi)的列車(chē)運(yùn)行設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或列車(chē)發(fā)生行車(chē)事故時(shí)，可及時(shí)報(bào)警并將其體現(xiàn)在系統(tǒng)終端，使列車(chē)調(diào)度員及相關(guān)設(shè)備管理人員第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障或事故，并立即采取列車(chē)限速、禁行等措施，保證隧道內(nèi)的安全。3．智能路基壓實(shí)檢測(cè)系統(tǒng)可在壓路機(jī)碾壓路基的過(guò)程中，將路基反作用力產(chǎn)生的波形反饋至監(jiān)控系統(tǒng)，再與壓實(shí)目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比分析，施工質(zhì)量是否合格便一目了然。4．軌道工程在某些高鐵無(wú)砟軌道板的混凝土結(jié)構(gòu)里可埋設(shè)芯片，并進(jìn)行編碼。當(dāng)芯片被激活并聯(lián)網(wǎng)后，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軌道板的使用狀況，這樣既方便檢修和查閱數(shù)據(jù)，又能夠節(jié)約成本。另外，鋪軌過(guò)程可應(yīng)用智能機(jī)器人進(jìn)行檢測(cè)，采用機(jī)械化、自動(dòng)化鋪軌機(jī)組和施工信息化等手段，大幅提高軌道的建造精度和施工效率。5．可視化智慧施工系統(tǒng)可視化智慧施工系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)施工全過(guò)程的可視化動(dòng)態(tài)管理，包括施工參數(shù)收集、施工過(guò)程檢測(cè)、地質(zhì)預(yù)測(cè)等。7.2.3高速鐵路智能裝備【課堂互動(dòng)】?【教師】讓學(xué)生通過(guò)文旌課堂APP觀看微課——京張高鐵自動(dòng)駕駛（詳見(jiàn)教材），以京張高鐵自動(dòng)駕駛為例，思考：高速鐵路智能裝備可以應(yīng)用在哪些方面？?【學(xué)生】觀看、聆聽(tīng)、思考、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)自動(dòng)駕駛主要包括五大功能：車(chē)站自動(dòng)發(fā)車(chē)、車(chē)站區(qū)間自動(dòng)運(yùn)行、車(chē)站自動(dòng)停車(chē)、車(chē)門(mén)自動(dòng)防護(hù)、車(chē)門(mén)和站臺(tái)門(mén)聯(lián)動(dòng)。高速鐵路智能裝備是僅接管一些司機(jī)負(fù)責(zé)的附屬、繁雜的工作，行車(chē)安全的問(wèn)題還是需要交由司機(jī)處理?！靖哞F資料庫(kù)】京張高鐵是世界上第一條時(shí)速350km的智能高速鐵路，是“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)的重要組成部分，也是2022年北京冬奧會(huì)重要交通保障設(shè)施。京張高鐵起自北京北站，途徑清河站、沙河站（不辦理客運(yùn)）、昌平站、八達(dá)嶺長(zhǎng)城站、東花園北站、懷來(lái)站、下花園北站、宣化北站，終到張家口站，正線全長(zhǎng)174km。京張高鐵列車(chē)車(chē)頭分別模擬鷹隼和旗魚(yú)的形狀，具有漂亮的外觀和出色的空氣動(dòng)力學(xué)性能。其車(chē)身裝有數(shù)千個(gè)傳感器，能夠隨時(shí)自動(dòng)體檢，保障行車(chē)安全。7.2.4高速鐵路智能運(yùn)營(yíng)1．智能供電系統(tǒng)智能供電系統(tǒng)包括智能供電設(shè)備、智能供電調(diào)度、智能供電運(yùn)行管理及通信網(wǎng)絡(luò)等，可實(shí)現(xiàn)智能故障診斷、預(yù)警、自愈重構(gòu)等功能，還可為供電系統(tǒng)提供健康評(píng)估服務(wù)。2．智能調(diào)度指揮系統(tǒng)高速鐵路的智能調(diào)度指揮系統(tǒng)是基于人工智能構(gòu)建的，可實(shí)現(xiàn)智能動(dòng)態(tài)調(diào)度、智能協(xié)同控制、智能換乘調(diào)度、智能故障診斷等功能，還能從整個(gè)路網(wǎng)的角度進(jìn)行列車(chē)調(diào)度，提升系統(tǒng)的應(yīng)急決策和處置能力。3．動(dòng)車(chē)組智能檢測(cè)機(jī)器人動(dòng)車(chē)組智能檢測(cè)機(jī)器人可使用機(jī)械臂伸入工作人員難以到達(dá)的位置，實(shí)現(xiàn)多角度、近距離的立體掃描檢測(cè)。【課堂互動(dòng)】?【教師】讓學(xué)生通過(guò)文旌課堂APP觀看微課——上海率先啟用動(dòng)車(chē)組智能檢測(cè)機(jī)器人（詳見(jiàn)教材），思考：動(dòng)車(chē)組智能檢測(cè)機(jī)器人是如何實(shí)現(xiàn)掃描檢測(cè)的？?【學(xué)生】觀看、聆聽(tīng)、思考、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)4．新型智能列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：（1）新型智能列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)采用移動(dòng)閉塞替代傳統(tǒng)高鐵的固定閉塞，兩列車(chē)可以在緊緊追蹤的情況下安全運(yùn)行，列車(chē)追蹤間隔可由3min縮短至2min，可將線路運(yùn)輸能力提高30%以上。（2）新型智能列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位替代傳統(tǒng)的軌道電路定位，利用5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車(chē)與列車(chē)間的直接通信，使定位更準(zhǔn)確、安全更有保障。（3）新型智能列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)向智能駕駛轉(zhuǎn)變，在現(xiàn)有自動(dòng)駕駛功能的基礎(chǔ)上，應(yīng)用了列車(chē)主動(dòng)環(huán)境感知、安全態(tài)勢(shì)自動(dòng)評(píng)估等智能技術(shù)，可減少司機(jī)操作，改善廣大旅客的出行體驗(yàn)。（4）新型智能列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)貫徹綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念，將列車(chē)群協(xié)同聯(lián)控作為重要研究方向，實(shí)現(xiàn)了一批列車(chē)出站加速、另一批列車(chē)到站減速，電能內(nèi)部循環(huán)利用，理論上人均百千米能耗可降低30%左右?！ㄔ斠?jiàn)教材）7.2.5高速鐵路智能服務(wù)【課堂互動(dòng)】?【教師】讓學(xué)生通過(guò)文旌課堂APP觀看微課——京張高鐵服務(wù)（詳見(jiàn)教材），思考：以京張高鐵為例，試著總結(jié)一下高速鐵路智能服務(wù)有哪些？?【學(xué)生】觀看、聆聽(tīng)、思考、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)在高速鐵路客運(yùn)服務(wù)方面，智能技術(shù)無(wú)處不在，如智能售票、刷臉進(jìn)站檢票、站內(nèi)智能導(dǎo)航、車(chē)站運(yùn)營(yíng)智能感知、車(chē)站設(shè)備智能監(jiān)控與管理等。鐵路部門(mén)還促進(jìn)高速鐵路網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)融合，推出了旅客行程規(guī)劃、綜合交通信息共享等服務(wù)，滿足高時(shí)速狀態(tài)下大容量、高可靠性、不間斷的移動(dòng)通信，同時(shí)拓展和完善了網(wǎng)絡(luò)購(gòu)票、訂餐、購(gòu)物、賓館預(yù)訂和“高鐵+共享汽車(chē)”等服務(wù)，讓旅客出行更方便、快捷和舒適。【課堂互動(dòng)】?【教師】讓學(xué)生通過(guò)閱讀思政列車(chē)——中國(guó)鐵路在科技創(chuàng)新道路上越走越好（詳見(jiàn)教材），并通過(guò)文旌課堂APP觀看微課——回望“十三五”：中國(guó)高鐵，領(lǐng)跑世界（詳見(jiàn)教材），思考并討論：中國(guó)鐵路在科技創(chuàng)新上取得了怎樣的成就？?【學(xué)生】閱讀、觀看、聆聽(tīng)、思考、討論、發(fā)言?【教師】做出總結(jié)【學(xué)生】聆聽(tīng)、理解、記憶通過(guò)案例分析、視頻解析、課堂討論和老師講解，使學(xué)生了解智能高速鐵路相關(guān)技術(shù)、高速鐵路智能建造、高速鐵路智能裝備、高速鐵路智能運(yùn)營(yíng)、高速鐵路智能服務(wù)等相關(guān)知識(shí)拓展訓(xùn)練（25min）【教師】組織全體學(xué)生進(jìn)行分組，每個(gè)小組作為一個(gè)參賽隊(duì)伍【學(xué)生】學(xué)生每3～5人一組，并以小組為單位，