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本文作者：郭歌史天運(yùn)作者單位：中國鐵道科學(xué)研究院

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，中國鐵路大力發(fā)展客運(yùn)高速、貨運(yùn)重載，并不斷提高列車運(yùn)行速度和密度，極大的增強(qiáng)了運(yùn)輸能力。面對不斷增長的客貨運(yùn)輸需求，客貨運(yùn)輸需求不均衡變動的特征，高速、重載運(yùn)輸安全和故障容錯(cuò)恢復(fù)等需要，以及鐵路發(fā)展環(huán)境的物質(zhì)資源稀缺性等約束，因此鐵路需要探索綠色、智能、可持續(xù)的發(fā)展方式。智能發(fā)展，就是要推進(jìn)信息化與工業(yè)化融合，不斷創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)、新的市場、新的就業(yè)形態(tài)，提高社會運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、信息共享、智能處理、協(xié)同工作[1]。智能鐵路是鐵路信息化的發(fā)展方向，是實(shí)現(xiàn)綠色鐵路和鐵路可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是鐵路現(xiàn)代化水平的整體體現(xiàn)。智能鐵路的研究首先要明確內(nèi)涵與特征，從而加深智能鐵路的認(rèn)識與理解、指導(dǎo)智能鐵路進(jìn)一步的發(fā)展規(guī)劃與建設(shè)，具有重要的意義。

1國內(nèi)外智能鐵路研究與發(fā)展情況

日本RTRI于2000年提出了面向21世紀(jì)的鐵路系統(tǒng)—CyberRail（數(shù)字網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的鐵路）。CyberRail發(fā)展的理念是通過信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)沒有客票、沒有車站、沒有時(shí)刻表的鐵路業(yè)務(wù)全面轉(zhuǎn)變[2]。CyberRail通過提供有效的信息系統(tǒng)，將交通系統(tǒng)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(lián)系起來，在智能的、集成的和聯(lián)運(yùn)的交通系統(tǒng)中協(xié)同工作，為旅客提供旅行規(guī)劃、門到門的旅行導(dǎo)航、交通受阻時(shí)的旅行計(jì)劃調(diào)整等方面的服務(wù)，更方便、更可靠、更實(shí)時(shí)的信息，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的、面向需求的列車運(yùn)行計(jì)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(xiàng)目，以適應(yīng)歐洲鐵路系統(tǒng)一體化的發(fā)展需求。InteGRail的主要目標(biāo)包括將監(jiān)控和診斷數(shù)據(jù)與其他信息系統(tǒng)整合、按需集成信息、能夠讓既有信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共享。InteGRail項(xiàng)目組建立了一套完整的機(jī)制支撐整個(gè)歐洲的信息共享，并實(shí)現(xiàn)了能夠支撐各個(gè)主要領(lǐng)域鐵路系統(tǒng)整合的參考技術(shù)平臺。英國鐵路運(yùn)營公司NetworkRail在2007年提出智能基礎(chǔ)設(shè)施（IntelligentInfrastructure）戰(zhàn)略[4]，目標(biāo)是通過在基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)和運(yùn)維過程中智能技術(shù)的運(yùn)用，減少全生命周期的花費(fèi)、提高可靠性、增強(qiáng)可用性，改變基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)過程中由發(fā)現(xiàn)故障修復(fù)的策略，轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)測避免，最終達(dá)到通過設(shè)計(jì)避免。智能基礎(chǔ)設(shè)施的解決方案，涵蓋了通過數(shù)據(jù)分析或模型方法減少介入性維修的需要，應(yīng)用智能監(jiān)測流程確定潛在的損傷，以及通過有計(jì)劃的養(yǎng)護(hù)減少緊急維修等。2005年美國聯(lián)邦鐵路管理管理協(xié)會（FRA）借鑒美國軍方NCO戰(zhàn)略，提出以網(wǎng)絡(luò)為中心的鐵路（Network-CentricRailroad）[5]，并指出以網(wǎng)絡(luò)為中心的鐵路是綜合集成的體系（SystemsofSystems）。通過29類技術(shù)、程序和系統(tǒng)組成，無論已經(jīng)開發(fā)完成或正在開發(fā)的，他們都是智能鐵路系統(tǒng)。對所采用的技術(shù)而言，無論公路ITS還是大宗運(yùn)輸ITS（包括鐵路），還是航運(yùn)和水運(yùn)ITS，還是管道運(yùn)輸、郵包快遞、執(zhí)法和應(yīng)急處置服務(wù)，采用的基本技術(shù)相同，不同之處在于不同的領(lǐng)域特征和管理要求，而選擇不同的技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方式。智能鐵路系統(tǒng)可以被實(shí)現(xiàn)為獨(dú)立的系統(tǒng)，這時(shí)其能力和效果會有限制，或作為集成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，這將產(chǎn)生組合的優(yōu)勢。FRA指出鐵路產(chǎn)業(yè)非常需要整合的方法，實(shí)現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)為中心的鐵路。IBM公司2009年提出基于智慧的地球戰(zhàn)略的智慧鐵路（SmarterRail）發(fā)展理念[6]。勾畫了智慧鐵路發(fā)展的需要，及智慧鐵路應(yīng)具備的3個(gè)關(guān)鍵智慧特征：更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通、更深入的智能化。近年來，我國智能鐵路研究與發(fā)展也取得了大量的成績，智能鐵路的概念、系統(tǒng)組成和核心技術(shù)等方面的研究漸入成熟，對智能鐵路的研究和發(fā)展有重要的借鑒意義，主要包括ITS-R[7]，以及鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)體系框架（RITS）[8]等。面對鐵路大規(guī)模快速發(fā)展，以及經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的新形勢、新趨勢和新理念，促成了智能鐵路進(jìn)一步深入研究的新需求，特別是在智能鐵路的內(nèi)涵與特征等方面。

2智能鐵路的涵義

通過對國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)智能化研究與發(fā)展的現(xiàn)狀，智能相關(guān)概念與理論、體系工程理論和智能企業(yè)相關(guān)理論，以及鐵路基本情況、鐵路信息化發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢、鐵路智能化發(fā)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(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和載運(yùn)工具為基礎(chǔ)，以傳感網(wǎng)和信息平臺為支撐，以智能計(jì)算、智能通信和智能控制為手段，在鐵路系統(tǒng)的運(yùn)輸組織、客貨營銷、經(jīng)營管理等各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)鐵路信息化與鐵路業(yè)務(wù)的全面融合，形成泛在感知、互聯(lián)互通、信息共享、智能處理、協(xié)同工作的綜合集成體系，建成具有智能特征的安全優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)高效、柔性互動、透明開放、節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)代化鐵路。智能鐵路的內(nèi)涵可以從智能鐵路的鐵路信息化與鐵路業(yè)務(wù)全面融合，發(fā)展的目標(biāo)兩個(gè)方面理解。

2.1智能鐵路是鐵路信息化與鐵路業(yè)務(wù)全面融合

鐵路信息化與鐵路業(yè)務(wù)的全面融合，是指不斷創(chuàng)造鐵路經(jīng)濟(jì)新的增長點(diǎn)、拓展新的市場、加速轉(zhuǎn)變鐵路經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，提高鐵路經(jīng)營效益，建立泛在感知和互聯(lián)的鐵路信息環(huán)境，構(gòu)筑鐵路信息優(yōu)勢，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息共享、智能處理、協(xié)同工作。鐵路現(xiàn)代化的發(fā)展進(jìn)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(yè)務(wù)全面融合是鐵路業(yè)務(wù)發(fā)展的生命力所在，也是鐵路智能化發(fā)展的本質(zhì)要求。鐵路信息化與鐵路業(yè)務(wù)的全面融合，從如下4個(gè)方面來理解和開展工作：（1）戰(zhàn)略的融合：指鐵路信息化發(fā)展戰(zhàn)略與鐵路業(yè)務(wù)發(fā)展戰(zhàn)略要協(xié)調(diào)一致，鐵路信息化發(fā)展模式與鐵路業(yè)務(wù)發(fā)展模式要高度匹配，鐵路信息化發(fā)展規(guī)劃與鐵路業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃、計(jì)劃要密切配合。（2）資源的融合：通過信息資源的開發(fā)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(jìn)鐵路綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展，淘汰落后生產(chǎn)能力，使信息資源成為鐵路核心資源。（3）運(yùn)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(yùn)營管理全方位、全過程可感知、可度量，體現(xiàn)精益化、標(biāo)準(zhǔn)化，孕育新一代基于信息、知識的智能鐵路管理方式。（4）技術(shù)創(chuàng)新的融合：指信息技術(shù)與鐵路專業(yè)技術(shù)、信息技術(shù)設(shè)備與鐵路專業(yè)設(shè)備和裝備的融合，產(chǎn)生新的科技成果，形成新的生產(chǎn)力。

2.2智能鐵路的發(fā)展目標(biāo)

（1）安全優(yōu)質(zhì)：首先智能鐵路是安全的，鐵路發(fā)展的其他目標(biāo)都基于安全的前提下開展。同時(shí)智能鐵路的運(yùn)輸服務(wù)、運(yùn)輸生產(chǎn)過程等各個(gè)運(yùn)輸生產(chǎn)與經(jīng)營活動應(yīng)體現(xiàn)優(yōu)質(zhì)。（2）經(jīng)濟(jì)高效：智能鐵路的運(yùn)輸生產(chǎn)效率高、成本低，促進(jìn)能源資源和材料資源的高效利用，智能鐵路的運(yùn)輸生產(chǎn)、經(jīng)營管理與服務(wù)的各個(gè)方面一切以效益為中心。（3）柔性互動：智能鐵路的運(yùn)輸組織方式是柔性的，能夠根據(jù)運(yùn)輸需求的變化，調(diào)整運(yùn)輸計(jì)劃，極大地滿足運(yùn)輸需求，體現(xiàn)智能鐵路具有靈活的適應(yīng)能力，旅客與貨主通過智能鐵路運(yùn)輸服務(wù)與鐵路運(yùn)營建立互動關(guān)系。（4）透明開放：智能鐵路的運(yùn)營情況能夠被管理者細(xì)粒度的全程掌控，旅客和貨主能夠掌握旅行和貨物運(yùn)輸相關(guān)的一切必要信息。鐵路與其他運(yùn)輸方式和社會服務(wù)體系（金融服務(wù)體系、氣象服務(wù)體系、醫(yī)療服務(wù)體系等）建立開放互聯(lián)的關(guān)系。（5）節(jié)能環(huán)保：具備完善的能源消耗和環(huán)境排放的監(jiān)測與計(jì)量管理，不斷優(yōu)化列車動力結(jié)構(gòu)和列車運(yùn)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(chǔ)設(shè)施周邊自然環(huán)境的保護(hù)與治理，促進(jìn)鐵路綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)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(yùn)輸組織、客貨服務(wù)與營銷、經(jīng)營管理等各個(gè)方面的智能運(yùn)輸系統(tǒng)，及鐵路基礎(chǔ)信息平臺與系統(tǒng)等組成。智能鐵路發(fā)展是在現(xiàn)有的體系資源和業(yè)務(wù)過程的建設(shè)基礎(chǔ)上，淘汰不適宜的體系資源，補(bǔ)充新體系資源，優(yōu)化、整合、集成既有體系資源和業(yè)務(wù)過程，實(shí)現(xiàn)泛在感知、互聯(lián)互通、信息共享、智能處理、協(xié)同工作。（1）智能鐵路是基于體系整體目標(biāo)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(gòu)組成系統(tǒng)和體系的各方面能力（包括感知能力、計(jì)算能力、控制能力、協(xié)作能力等）整合在一起，涌現(xiàn)出個(gè)體累加所不具備的整體合力。智能鐵路的能力體系體現(xiàn)為最大的整體性、最小的耦合性，具備是適應(yīng)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(lián)互通互操作的能力。

3.2智能企業(yè)的特征

（1）不斷衡量安全、效率、質(zhì)量、綠色和經(jīng)營效益等鐵路目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的情況；（2）持續(xù)、準(zhǔn)確的認(rèn)知影響鐵路目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部發(fā)展?fàn)顩r；（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(biāo)達(dá)成；（4）在動態(tài)變化的發(fā)展環(huán)境中，實(shí)施可持續(xù)的鐵路業(yè)務(wù)整合，并不間斷地為利益相關(guān)者提供價(jià)值。

3.3自感知、自診斷、自決策等智能技術(shù)的特征

智能鐵路以智能計(jì)算、通信和控制為手段，主要特征為數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化和互動化相融合的智能化，具備動態(tài)能力的智能鐵路信息平臺為智能鐵路運(yùn)營的整體柔性和技術(shù)創(chuàng)新提供信息技術(shù)支撐。在智能鐵路中各種類型的智能化應(yīng)用被開發(fā)，智能技術(shù)得到廣泛利用。其中智能技術(shù)是指依據(jù)所要解決的問題，基于信息技術(shù)與鐵路運(yùn)營生產(chǎn)技術(shù)的融合產(chǎn)生的應(yīng)用技術(shù)，如智能列車控制技術(shù)、智能綜合調(diào)度技術(shù)、智能行車安全監(jiān)控技術(shù)、智能設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)、智能客貨運(yùn)服務(wù)技術(shù)、智能經(jīng)營管理決策技術(shù)等，智能鐵路所體現(xiàn)的智能技術(shù)特征主要表現(xiàn)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(jìn)行存儲、思維、推理、判斷；（3）自決策—與行為目標(biāo)和能力優(yōu)化匹配的自動控制行動；（4）協(xié)同互動—主動交互，廣泛、深度、安全可信的互聯(lián)互通與互操作；（5）學(xué)習(xí)與自適應(yīng)—主動學(xué)習(xí)，積累知識，適應(yīng)環(huán)境變化。智能鐵路技術(shù)的基本模式，如圖1。

4智能鐵路發(fā)展內(nèi)容的探討

信息化是指培育、發(fā)展以智能工具為代表的新生產(chǎn)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(fā)展的高級階段。智能鐵路發(fā)展的基本內(nèi)容是進(jìn)一步推進(jìn)鐵路信息化全面、深入和融合的發(fā)展，主要包括4個(gè)方面：

4.1構(gòu)建泛在感知與互聯(lián)的信息環(huán)境和具有動態(tài)能力的鐵路信息平臺

信息是物質(zhì)狀態(tài)和運(yùn)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(guī)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(shù)基礎(chǔ)設(shè)施支撐智能鐵路的發(fā)展，需要具備動態(tài)能力，支撐鐵路業(yè)務(wù)的發(fā)展。

4.2推進(jìn)信息技術(shù)與鐵路領(lǐng)域的深度融合

信息技術(shù)不同于專業(yè)技術(shù)，屬于橫斷型新興技術(shù)群[9]。信息技術(shù)的發(fā)展將帶動業(yè)務(wù)能力的提升，促使鐵路研發(fā)更多新的智能化應(yīng)用。同時(shí)，業(yè)務(wù)創(chuàng)新也將對信息技術(shù)提出更高的要求。二者互相促進(jìn)，形成螺旋式上升發(fā)展形態(tài)，使信息技術(shù)完全融入到鐵路的方方面面。

4.3以信息為紐帶促進(jìn)各業(yè)務(wù)領(lǐng)域間協(xié)作

智能鐵路的關(guān)鍵特征是綜合集成的體系，運(yùn)輸組織、客貨營銷、經(jīng)營管理各個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的體系資源能力融為一體，使智能鐵路體現(xiàn)個(gè)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(tǒng)和體系緊密的鏈接在一起，持續(xù)演化體系能力。

4.4創(chuàng)新管理機(jī)制實(shí)現(xiàn)全面信息化管理

信息的安全性（可用性、完整性和機(jī)密性）直接影響鐵路的正常生產(chǎn)運(yùn)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(shè)、運(yùn)行、維護(hù)的全面管理，其核心手段是IT管理等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施策略，需要鐵路結(jié)合領(lǐng)域?qū)嶋H，引入、應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展先進(jìn)的信息化管理標(biāo)準(zhǔn)與體系。

5結(jié)束語

智能鐵路是鐵路信息化發(fā)展方向，智能鐵路的進(jìn)一步研究具有重要意義。本文在分析智能鐵路國內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合鐵路發(fā)展方式轉(zhuǎn)變需要和鐵路信息化與業(yè)務(wù)全面融合，以及體系、智能企業(yè)等理論，定義了智能鐵路的概念，從鐵路信息化與業(yè)務(wù)融合的目標(biāo)兩個(gè)方面論述了智能鐵路的內(nèi)涵，從綜合集成的體系特征、智能企業(yè)的特征，以及自感知、自診斷、自決策等智能技術(shù)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(fā)展的內(nèi)容。本文為智能鐵路的認(rèn)識與理解建立了新的思路。