智能铁道涵义与特点探讨

前言：本站为你精心整理了智能铁道涵义与特点探讨范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。

本文作者：郭歌史天运作者单位：中国铁道科学研究院

随着社会经济发展，中国铁路大力发展客运高速、货运重载，并不断提高列车运行速度和密度，极大的增强了运输能力。面对不断增长的客货运输需求，客货运输需求不均衡变动的特征，高速、重载运输安全和故障容错恢复等需要，以及铁路发展环境的物质资源稀缺性等约束，因此铁路需要探索绿色、智能、可持续的发展方式。智能发展，就是要推进信息化与工业化融合，不断创造新的经济增长点、新的市场、新的就业形态，提高社会运行效率，实现互联互通、信息共享、智能处理、协同工作[1]。智能铁路是铁路信息化的发展方向，是实现绿色铁路和铁路可持续发展的基础，是铁路现代化水平的整体体现。智能铁路的研究首先要明确内涵与特征，从而加深智能铁路的认识与理解、指导智能铁路进一步的发展规划与建设，具有重要的意义。

1国内外智能铁路研究与发展情况

日本RTRI于2000年提出了面向21世纪的铁路系统—CyberRail（数字网络互联的铁路）。CyberRail发展的理念是通过信息技术实现没有客票、没有车站、没有时刻表的铁路业务全面转变[2]。CyberRail通过提供有效的信息系统，将交通系统的全面信息集中，使旅客、汽车、火车、公路和轨道等可以通过双向的通信联系起来，在智能的、集成的和联运的交通系统中协同工作，为旅客提供旅行规划、门到门的旅行导航、交通受阻时的旅行计划调整等方面的服务，更方便、更可靠、更实时的信息，并实现实时的、面向需求的列车运行计划和基于通信的智能列车控制。在2005～2010年欧盟投资支撑InteGRail[3]项目，以适应欧洲铁路系统一体化的发展需求。InteGRail的主要目标包括将监控和诊断数据与其他信息系统整合、按需集成信息、能够让既有信息系统实现共享。InteGRail项目组建立了一套完整的机制支撑整个欧洲的信息共享，并实现了能够支撑各个主要领域铁路系统整合的参考技术平台。英国铁路运营公司NetworkRail在2007年提出智能基础设施（IntelligentInfrastructure）战略[4]，目标是通过在基础设施设计和运维过程中智能技术的运用，减少全生命周期的花费、提高可靠性、增强可用性，改变基础设施养护过程中由发现故障修复的策略，转变为预测避免，最终达到通过设计避免。智能基础设施的解决方案，涵盖了通过数据分析或模型方法减少介入性维修的需要，应用智能监测流程确定潜在的损伤，以及通过有计划的养护减少紧急维修等。2005年美国联邦铁路管理管理协会（FRA）借鉴美国军方NCO战略，提出以网络为中心的铁路（Network-CentricRailroad）[5]，并指出以网络为中心的铁路是综合集成的体系（SystemsofSystems）。通过29类技术、程序和系统组成，无论已经开发完成或正在开发的，他们都是智能铁路系统。对所采用的技术而言，无论公路ITS还是大宗运输ITS（包括铁路），还是航运和水运ITS，还是管道运输、邮包快递、执法和应急处置服务，采用的基本技术相同，不同之处在于不同的领域特征和管理要求，而选择不同的技术和实现方式。智能铁路系统可以被实现为独立的系统，这时其能力和效果会有限制，或作为集成的网络系统来实现，这将产生组合的优势。FRA指出铁路产业非常需要整合的方法，实现以网络为中心的铁路。IBM公司2009年提出基于智慧的地球战略的智慧铁路（SmarterRail）发展理念[6]。勾画了智慧铁路发展的需要，及智慧铁路应具备的3个关键智慧特征：更透彻的感知、更全面的互联互通、更深入的智能化。近年来，我国智能铁路研究与发展也取得了大量的成绩，智能铁路的概念、系统组成和核心技术等方面的研究渐入成熟，对智能铁路的研究和发展有重要的借鉴意义，主要包括ITS-R[7]，以及铁路智能运输系统体系框架（RITS）[8]等。面对铁路大规模快速发展，以及经济和技术发展的新形势、新趋势和新理念，促成了智能铁路进一步深入研究的新需求，特别是在智能铁路的内涵与特征等方面。

2智能铁路的涵义

通过对国内外相关行业智能化研究与发展的现状，智能相关概念与理论、体系工程理论和智能企业相关理论，以及铁路基本情况、铁路信息化发展现状与趋势、铁路智能化发展的动力因素等方面的分析，可以将智能铁路的定义为：以铁路路网基础设施和载运工具为基础，以传感网和信息平台为支撑，以智能计算、智能通信和智能控制为手段，在铁路系统的运输组织、客货营销、经营管理等各个领域、各个方面，实现铁路信息化与铁路业务的全面融合，形成泛在感知、互联互通、信息共享、智能处理、协同工作的综合集成体系，建成具有智能特征的安全优质、经济高效、柔性互动、透明开放、节能环保的现代化铁路。智能铁路的内涵可以从智能铁路的铁路信息化与铁路业务全面融合，发展的目标两个方面理解。

2.1智能铁路是铁路信息化与铁路业务全面融合

铁路信息化与铁路业务的全面融合，是指不断创造铁路经济新的增长点、拓展新的市场、加速转变铁路经济发展模式，提高铁路经营效益，建立泛在感知和互联的铁路信息环境，构筑铁路信息优势，进而实现信息共享、智能处理、协同工作。铁路现代化的发展进程中，铁路信息化起到“倍增器”和“催化剂”的作用。铁路信息化与铁路业务全面融合是铁路业务发展的生命力所在，也是铁路智能化发展的本质要求。铁路信息化与铁路业务的全面融合，从如下4个方面来理解和开展工作：（1）战略的融合：指铁路信息化发展战略与铁路业务发展战略要协调一致，铁路信息化发展模式与铁路业务发展模式要高度匹配，铁路信息化发展规划与铁路业务发展规划、计划要密切配合。（2）资源的融合：通过信息资源的开发利用减少材料和能源等不可再生资源的消耗，减少污染，促进铁路绿色发展和可持续发展，淘汰落后生产能力，使信息资源成为铁路核心资源。（3）运营管理体系的融合：指基于信息化管理体系与铁路既有的管理体系融合，使铁路运营管理全方位、全过程可感知、可度量，体现精益化、标准化，孕育新一代基于信息、知识的智能铁路管理方式。（4）技术创新的融合：指信息技术与铁路专业技术、信息技术设备与铁路专业设备和装备的融合，产生新的科技成果，形成新的生产力。

2.2智能铁路的发展目标

（1）安全优质：首先智能铁路是安全的，铁路发展的其他目标都基于安全的前提下开展。同时智能铁路的运输服务、运输生产过程等各个运输生产与经营活动应体现优质。（2）经济高效：智能铁路的运输生产效率高、成本低，促进能源资源和材料资源的高效利用，智能铁路的运输生产、经营管理与服务的各个方面一切以效益为中心。（3）柔性互动：智能铁路的运输组织方式是柔性的，能够根据运输需求的变化，调整运输计划，极大地满足运输需求，体现智能铁路具有灵活的适应能力，旅客与货主通过智能铁路运输服务与铁路运营建立互动关系。（4）透明开放：智能铁路的运营情况能够被管理者细粒度的全程掌控，旅客和货主能够掌握旅行和货物运输相关的一切必要信息。铁路与其他运输方式和社会服务体系（金融服务体系、气象服务体系、医疗服务体系等）建立开放互联的关系。（5）节能环保：具备完善的能源消耗和环境排放的监测与计量管理，不断优化列车动力结构和列车运行控制方式，提高能源利用率，降低能源消耗和碳排放，参与铁路基础设施周边自然环境的保护与治理，促进铁路绿色发展和可持续发展。

3智能铁路的核心特征

3.1综合集成的体系特征

智能铁路由覆盖铁路运输组织、客货服务与营销、经营管理等各个方面的智能运输系统，及铁路基础信息平台与系统等组成。智能铁路发展是在现有的体系资源和业务过程的建设基础上，淘汰不适宜的体系资源，补充新体系资源，优化、整合、集成既有体系资源和业务过程，实现泛在感知、互联互通、信息共享、智能处理、协同工作。（1）智能铁路是基于体系整体目标集成的；（2）智能铁路是面向体系能力的集成，智能铁路是将各类异构组成系统和体系的各方面能力（包括感知能力、计算能力、控制能力、协作能力等）整合在一起，涌现出个体累加所不具备的整体合力。智能铁路的能力体系体现为最大的整体性、最小的耦合性，具备是适应变化的整体能力；（3）智能铁路是开放的综合集成体系，具有开放的体系框架，具备与社会其他类型体系互联互通互操作的能力。

3.2智能企业的特征

（1）不断衡量安全、效率、质量、绿色和经营效益等铁路目标实现的情况；（2）持续、准确的认知影响铁路目标实现的内部发展状况；（3）铁路外部变化与铁路能力的不断匹配，从而完善铁路目标达成；（4）在动态变化的发展环境中，实施可持续的铁路业务整合，并不间断地为利益相关者提供价值。

3.3自感知、自诊断、自决策等智能技术的特征

智能铁路以智能计算、通信和控制为手段，主要特征为数字化、网络化、自动化和互动化相融合的智能化，具备动态能力的智能铁路信息平台为智能铁路运营的整体柔性和技术创新提供信息技术支撑。在智能铁路中各种类型的智能化应用被开发，智能技术得到广泛利用。其中智能技术是指依据所要解决的问题，基于信息技术与铁路运营生产技术的融合产生的应用技术，如智能列车控制技术、智能综合调度技术、智能行车安全监控技术、智能设备养护维修技术、智能客货运服务技术、智能经营管理决策技术等，智能铁路所体现的智能技术特征主要表现为：（1）自感知—全面透彻的信息感知与共享；（2）自诊断—对感知的信息及积累的知识进行存储、思维、推理、判断；（3）自决策—与行为目标和能力优化匹配的自动控制行动；（4）协同互动—主动交互，广泛、深度、安全可信的互联互通与互操作；（5）学习与自适应—主动学习，积累知识，适应环境变化。智能铁路技术的基本模式，如图1。

4智能铁路发展内容的探讨

信息化是指培育、发展以智能工具为代表的新生产力，并使之造福于社会的历史过程。可以将智能铁路理解为铁路信息化发展的高级阶段。智能铁路发展的基本内容是进一步推进铁路信息化全面、深入和融合的发展，主要包括4个方面：

4.1构建泛在感知与互联的信息环境和具有动态能力的铁路信息平台

信息是物质状态和运动的反映，具有泛在的特征。信息具有不确定性消减的功能，使泛在的信息感知可以极大消减规划、控制与决策中的不确定性。铁路信息平台作为智能铁路的信息技术基础设施支撑智能铁路的发展，需要具备动态能力，支撑铁路业务的发展。

4.2推进信息技术与铁路领域的深度融合

信息技术不同于专业技术，属于横断型新兴技术群[9]。信息技术的发展将带动业务能力的提升，促使铁路研发更多新的智能化应用。同时，业务创新也将对信息技术提出更高的要求。二者互相促进，形成螺旋式上升发展形态，使信息技术完全融入到铁路的方方面面。

4.3以信息为纽带促进各业务领域间协作

智能铁路的关键特征是综合集成的体系，运输组织、客货营销、经营管理各个业务领域的体系资源能力融为一体，使智能铁路体现个体累加所不具备的能力。综合集成的体系通过信息空间将组成系统和体系紧密的链接在一起，持续演化体系能力。

4.4创新管理机制实现全面信息化管理

信息的安全性（可用性、完整性和机密性）直接影响铁路的正常生产运营，为铁路信息化管理带来更高的要求。全面的信息化管理是对铁路信息化建设、运行、维护的全面管理，其核心手段是IT管理等相关标准和实施策略，需要铁路结合领域实际，引入、应用和进一步发展先进的信息化管理标准与体系。

5结束语

智能铁路是铁路信息化发展方向，智能铁路的进一步研究具有重要意义。本文在分析智能铁路国内外研究与发展现状的基础上，结合铁路发展方式转变需要和铁路信息化与业务全面融合，以及体系、智能企业等理论，定义了智能铁路的概念，从铁路信息化与业务融合的目标两个方面论述了智能铁路的内涵，从综合集成的体系特征、智能企业的特征，以及自感知、自诊断、自决策等智能技术特征等方面阐述了智能铁路的核心特征。最后探讨了智能铁路发展的内容。本文为智能铁路的认识与理解建立了新的思路。