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本文作者：郭歌史天運作者單位：中國鐵道科學研究院

隨著社會經濟發展，中國鐵路大力發展客運高速、貨運重載，并不斷提高列車運行速度和密度，極大的增強了運輸能力。面對不斷增長的客貨運輸需求，客貨運輸需求不均衡變動的特征，高速、重載運輸安全和故障容錯恢復等需要，以及鐵路發展環境的物質資源稀缺性等約束，因此鐵路需要探索綠色、智能、可持續的發展方式。智能發展，就是要推進信息化與工業化融合，不斷創造新的經濟增長點、新的市場、新的就業形態，提高社會運行效率，實現互聯互通、信息共享、智能處理、協同工作[1]。智能鐵路是鐵路信息化的發展方向，是實現綠色鐵路和鐵路可持續發展的基礎，是鐵路現代化水平的整體體現。智能鐵路的研究首先要明確內涵與特征，從而加深智能鐵路的認識與理解、指導智能鐵路進一步的發展規劃與建設，具有重要的意義。

1國內外智能鐵路研究與發展情況

日本RTRI于2000年提出了面向21世紀的鐵路系統—CyberRail（數字網絡互聯的鐵路）。CyberRail發展的理念是通過信息技術實現沒有客票、沒有車站、沒有時刻表的鐵路業務全面轉變[2]。CyberRail通過提供有效的信息系統，將交通系統的全面信息集中，使旅客、汽車、火車、公路和軌道等可以通過雙向的通信聯系起來，在智能的、集成的和聯運的交通系統中協同工作，為旅客提供旅行規劃、門到門的旅行導航、交通受阻時的旅行計劃調整等方面的服務，更方便、更可靠、更實時的信息，并實現實時的、面向需求的列車運行計劃和基于通信的智能列車控制。在2005～2010年歐盟投資支撐InteGRail[3]項目，以適應歐洲鐵路系統一體化的發展需求。InteGRail的主要目標包括將監控和診斷數據與其他信息系統整合、按需集成信息、能夠讓既有信息系統實現共享。InteGRail項目組建立了一套完整的機制支撐整個歐洲的信息共享，并實現了能夠支撐各個主要領域鐵路系統整合的參考技術平臺。英國鐵路運營公司NetworkRail在2007年提出智能基礎設施（IntelligentInfrastructure）戰略[4]，目標是通過在基礎設施設計和運維過程中智能技術的運用，減少全生命周期的花費、提高可靠性、增強可用性，改變基礎設施養護過程中由發現故障修復的策略，轉變為預測避免，最終達到通過設計避免。智能基礎設施的解決方案，涵蓋了通過數據分析或模型方法減少介入性維修的需要，應用智能監測流程確定潛在的損傷，以及通過有計劃的養護減少緊急維修等。2005年美國聯邦鐵路管理管理協會（FRA）借鑒美國軍方NCO戰略，提出以網絡為中心的鐵路（Network-CentricRailroad）[5]，并指出以網絡為中心的鐵路是綜合集成的體系（SystemsofSystems）。通過29類技術、程序和系統組成，無論已經開發完成或正在開發的，他們都是智能鐵路系統。對所采用的技術而言，無論公路ITS還是大宗運輸ITS（包括鐵路），還是航運和水運ITS，還是管道運輸、郵包快遞、執法和應急處置服務，采用的基本技術相同，不同之處在于不同的領域特征和管理要求，而選擇不同的技術和實現方式。智能鐵路系統可以被實現為獨立的系統，這時其能力和效果會有限制，或作為集成的網絡系統來實現，這將產生組合的優勢。FRA指出鐵路產業非常需要整合的方法，實現以網絡為中心的鐵路。IBM公司2009年提出基于智慧的地球戰略的智慧鐵路（SmarterRail）發展理念[6]。勾畫了智慧鐵路發展的需要，及智慧鐵路應具備的3個關鍵智慧特征：更透徹的感知、更全面的互聯互通、更深入的智能化。近年來，我國智能鐵路研究與發展也取得了大量的成績，智能鐵路的概念、系統組成和核心技術等方面的研究漸入成熟，對智能鐵路的研究和發展有重要的借鑒意義，主要包括ITS-R[7]，以及鐵路智能運輸系統體系框架（RITS）[8]等。面對鐵路大規模快速發展，以及經濟和技術發展的新形勢、新趨勢和新理念，促成了智能鐵路進一步深入研究的新需求，特別是在智能鐵路的內涵與特征等方面。

2智能鐵路的涵義

通過對國內外相關行業智能化研究與發展的現狀，智能相關概念與理論、體系工程理論和智能企業相關理論，以及鐵路基本情況、鐵路信息化發展現狀與趨勢、鐵路智能化發展的動力因素等方面的分析，可以將智能鐵路的定義為：以鐵路路網基礎設施和載運工具為基礎，以傳感網和信息平臺為支撐，以智能計算、智能通信和智能控制為手段，在鐵路系統的運輸組織、客貨營銷、經營管理等各個領域、各個方面，實現鐵路信息化與鐵路業務的全面融合，形成泛在感知、互聯互通、信息共享、智能處理、協同工作的綜合集成體系，建成具有智能特征的安全優質、經濟高效、柔性互動、透明開放、節能環保的現代化鐵路。智能鐵路的內涵可以從智能鐵路的鐵路信息化與鐵路業務全面融合，發展的目標兩個方面理解。

2.1智能鐵路是鐵路信息化與鐵路業務全面融合

鐵路信息化與鐵路業務的全面融合，是指不斷創造鐵路經濟新的增長點、拓展新的市場、加速轉變鐵路經濟發展模式，提高鐵路經營效益，建立泛在感知和互聯的鐵路信息環境，構筑鐵路信息優勢，進而實現信息共享、智能處理、協同工作。鐵路現代化的發展進程中，鐵路信息化起到“倍增器”和“催化劑”的作用。鐵路信息化與鐵路業務全面融合是鐵路業務發展的生命力所在，也是鐵路智能化發展的本質要求。鐵路信息化與鐵路業務的全面融合，從如下4個方面來理解和開展工作：（1）戰略的融合：指鐵路信息化發展戰略與鐵路業務發展戰略要協調一致，鐵路信息化發展模式與鐵路業務發展模式要高度匹配，鐵路信息化發展規劃與鐵路業務發展規劃、計劃要密切配合。（2）資源的融合：通過信息資源的開發利用減少材料和能源等不可再生資源的消耗，減少污染，促進鐵路綠色發展和可持續發展，淘汰落后生產能力，使信息資源成為鐵路核心資源。（3）運營管理體系的融合：指基于信息化管理體系與鐵路既有的管理體系融合，使鐵路運營管理全方位、全過程可感知、可度量，體現精益化、標準化，孕育新一代基于信息、知識的智能鐵路管理方式。（4）技術創新的融合：指信息技術與鐵路專業技術、信息技術設備與鐵路專業設備和裝備的融合，產生新的科技成果，形成新的生產力。

2.2智能鐵路的發展目標

（1）安全優質：首先智能鐵路是安全的，鐵路發展的其他目標都基于安全的前提下開展。同時智能鐵路的運輸服務、運輸生產過程等各個運輸生產與經營活動應體現優質。（2）經濟高效：智能鐵路的運輸生產效率高、成本低，促進能源資源和材料資源的高效利用，智能鐵路的運輸生產、經營管理與服務的各個方面一切以效益為中心。（3）柔性互動：智能鐵路的運輸組織方式是柔性的，能夠根據運輸需求的變化，調整運輸計劃，極大地滿足運輸需求，體現智能鐵路具有靈活的適應能力，旅客與貨主通過智能鐵路運輸服務與鐵路運營建立互動關系。（4）透明開放：智能鐵路的運營情況能夠被管理者細粒度的全程掌控，旅客和貨主能夠掌握旅行和貨物運輸相關的一切必要信息。鐵路與其他運輸方式和社會服務體系（金融服務體系、氣象服務體系、醫療服務體系等）建立開放互聯的關系。（5）節能環保：具備完善的能源消耗和環境排放的監測與計量管理，不斷優化列車動力結構和列車運行控制方式，提高能源利用率，降低能源消耗和碳排放，參與鐵路基礎設施周邊自然環境的保護與治理，促進鐵路綠色發展和可持續發展。

3智能鐵路的核心特征

3.1綜合集成的體系特征

智能鐵路由覆蓋鐵路運輸組織、客貨服務與營銷、經營管理等各個方面的智能運輸系統，及鐵路基礎信息平臺與系統等組成。智能鐵路發展是在現有的體系資源和業務過程的建設基礎上，淘汰不適宜的體系資源，補充新體系資源，優化、整合、集成既有體系資源和業務過程，實現泛在感知、互聯互通、信息共享、智能處理、協同工作。（1）智能鐵路是基于體系整體目標集成的；（2）智能鐵路是面向體系能力的集成，智能鐵路是將各類異構組成系統和體系的各方面能力（包括感知能力、計算能力、控制能力、協作能力等）整合在一起，涌現出個體累加所不具備的整體合力。智能鐵路的能力體系體現為最大的整體性、最小的耦合性，具備是適應變化的整體能力；（3）智能鐵路是開放的綜合集成體系，具有開放的體系框架，具備與社會其他類型體系互聯互通互操作的能力。

3.2智能企業的特征

（1）不斷衡量安全、效率、質量、綠色和經營效益等鐵路目標實現的情況；（2）持續、準確的認知影響鐵路目標實現的內部發展狀況；（3）鐵路外部變化與鐵路能力的不斷匹配，從而完善鐵路目標達成；（4）在動態變化的發展環境中，實施可持續的鐵路業務整合，并不間斷地為利益相關者提供價值。

3.3自感知、自診斷、自決策等智能技術的特征

智能鐵路以智能計算、通信和控制為手段，主要特征為數字化、網絡化、自動化和互動化相融合的智能化，具備動態能力的智能鐵路信息平臺為智能鐵路運營的整體柔性和技術創新提供信息技術支撐。在智能鐵路中各種類型的智能化應用被開發，智能技術得到廣泛利用。其中智能技術是指依據所要解決的問題，基于信息技術與鐵路運營生產技術的融合產生的應用技術，如智能列車控制技術、智能綜合調度技術、智能行車安全監控技術、智能設備養護維修技術、智能客貨運服務技術、智能經營管理決策技術等，智能鐵路所體現的智能技術特征主要表現為：（1）自感知—全面透徹的信息感知與共享；（2）自診斷—對感知的信息及積累的知識進行存儲、思維、推理、判斷；（3）自決策—與行為目標和能力優化匹配的自動控制行動；（4）協同互動—主動交互，廣泛、深度、安全可信的互聯互通與互操作；（5）學習與自適應—主動學習，積累知識，適應環境變化。智能鐵路技術的基本模式，如圖1。

4智能鐵路發展內容的探討

信息化是指培育、發展以智能工具為代表的新生產力，并使之造福于社會的歷史過程。可以將智能鐵路理解為鐵路信息化發展的高級階段。智能鐵路發展的基本內容是進一步推進鐵路信息化全面、深入和融合的發展，主要包括4個方面：

4.1構建泛在感知與互聯的信息環境和具有動態能力的鐵路信息平臺

信息是物質狀態和運動的反映，具有泛在的特征。信息具有不確定性消減的功能，使泛在的信息感知可以極大消減規劃、控制與決策中的不確定性。鐵路信息平臺作為智能鐵路的信息技術基礎設施支撐智能鐵路的發展，需要具備動態能力，支撐鐵路業務的發展。

4.2推進信息技術與鐵路領域的深度融合

信息技術不同于專業技術，屬于橫斷型新興技術群[9]。信息技術的發展將帶動業務能力的提升，促使鐵路研發更多新的智能化應用。同時，業務創新也將對信息技術提出更高的要求。二者互相促進，形成螺旋式上升發展形態，使信息技術完全融入到鐵路的方方面面。

4.3以信息為紐帶促進各業務領域間協作

智能鐵路的關鍵特征是綜合集成的體系，運輸組織、客貨營銷、經營管理各個業務領域的體系資源能力融為一體，使智能鐵路體現個體累加所不具備的能力。綜合集成的體系通過信息空間將組成系統和體系緊密的鏈接在一起，持續演化體系能力。

4.4創新管理機制實現全面信息化管理

信息的安全性（可用性、完整性和機密性）直接影響鐵路的正常生產運營，為鐵路信息化管理帶來更高的要求。全面的信息化管理是對鐵路信息化建設、運行、維護的全面管理，其核心手段是IT管理等相關標準和實施策略，需要鐵路結合領域實際，引入、應用和進一步發展先進的信息化管理標準與體系。

5結束語

智能鐵路是鐵路信息化發展方向，智能鐵路的進一步研究具有重要意義。本文在分析智能鐵路國內外研究與發展現狀的基礎上，結合鐵路發展方式轉變需要和鐵路信息化與業務全面融合，以及體系、智能企業等理論，定義了智能鐵路的概念，從鐵路信息化與業務融合的目標兩個方面論述了智能鐵路的內涵，從綜合集成的體系特征、智能企業的特征，以及自感知、自診斷、自決策等智能技術特征等方面闡述了智能鐵路的核心特征。最后探討了智能鐵路發展的內容。本文為智能鐵路的認識與理解建立了新的思路。