智能铁路系统

智能铁路系统严余松西南交通大学交通运输学院一、智能铁路系统的概念智能铁路系统(IntelligentRailwaySystem,IRS)是新一代智能化铁路运输系统的总称，是铁路发展的智能化阶段，也称RITS。智能铁路系统IRS是对铁路运输系统的规划、设计、建设、运行与管理进行系统化与智能化，是依靠先进的信息技术和有效的运输管理手段，实现铁路运输管理和组织的智能化，用最少的投入，达到最大运输量与最高运输效率的铁路运输系统。智能铁路系统IRS的基本特征是将先进的信息技术、导航定位技术、数据通信传输技术、自动控制技术、人工智能技术、组合优化技术、图像分析技术以及计算机网络与处理技术等有效地综合运用于整个铁路运输体系，建立起一种在较大范围内充分发挥作用的实时、准确、高效的铁路运输管理系统，使铁路系统具有主动、有效地适应运输市场需求的能力，实现铁路运营、控制和管理的综合化。用户主体是服务面对的主要用户，是在某个服务领域指定需求的主体，他是进行需求分析，定义用户服务、用户子服务的前提与基础。结合我国铁路运输的具体现状，RITS用户主体分为三大类：路外用户(旅客、货主)、路内用户(运营管理部门、调度管理部门、安全管理部门)、相关部门用户(道路ITS、水运ITS、航空ITS等)，各类用户需求见表1，表2。二、智能铁路系统的用户需求表1路外用户及相关部门对RITS的需求用户对RITS的需求旅客(1)在出行前，需要能够以多种方式得到车站设置、当前车站的状况、列车时刻表，车票预发售情况、售票地点、购票向导、旅行常识、铁路沿线旅游及相关服务信息；并希望系统为旅客的出行方式、路线、车次等提供优化决策；(2)在出行中，旅客能在车上补票，能得到列车的早晚点情况、到达各站的预定时间和实际时间、在各站的停站时间、沿线车站名称及气候、风景名胜、在主要交通站点的换乘信息、列车的服务设施及综合的社会服务设施信息；在发生紧急事故的情况下，能为旅客提供相关的救援信息；(3)在车站进行车次票价查询、出行辅助决策支持及自动售票服务，所乘车次的发点、站台及早晚点情况，沿线的天气、线路信息，车站餐饮、娱乐、住宿等综合服务的导航；(4)接站旅客需要得到接车的到点、早晚点及停靠站台等方面的信息；(5)通过互联网实现远程购票及支付，包括在线查询和预订车票、通过电子现金、电子借记卡、银行信用卡、电子钱包等开放的兑付手段完成购票，退票等业务；(6)提供与其它交通工具联运、住宿、旅游、餐饮、信用卡结算等等提供一条龙的网上预定、支付服务。货主(1)在货物托运前，需要得到铁道部关于各类货物运输的规定，关于车源状况、运输费用、货车配载、货车车型等信息、目的地的各类商务信息及托运指南，并希望系统能根据货主所期望的目标，如所需时间最短、所需费用最少等，采用智能决策技术为货物运输方案及运输路径做出辅助优化决策；(2)在货物托运中，随时得到货物所在列车的装车完成情况、到卸车预报、货物到达信息、在途货物的查询、预报列车到达各站的时间及相应的早晚点信息，换运其他运输方式的信息，在发生紧急事故的情况下，远程为货主提供货物所在列车的安全情况、货物的情况与相关的救援信息；(3)通过互联网远程为货主提供托运服务，包括在线申报要车计划、签订货运订单，货运费用结算、网上交易等；(4)建立铁路与其它运输方式的联运措施，使得货主能够利用网络完成合同、订单、发票等票据往来、信息交互和预定、支付、退偿等一系列资金交易，希望提供货物门对门运输服务；(5)通过铁路电子交易平台，实现一般贸易过程的商品询价，报价与竞价、合同洽谈与签署等各个环节，实现对货物的采购、销售业务。其它运输方式RITS相关部门(1)实现信息沟通和数据共享，通过专用接口访问RITS通用数据平台的信息，包括动态信息如路网信息，运输信息、车辆信息、客票发售信息等，静态信息如客运站的位置信息、货运仓储站场信息、货车类型和配载信息、货运价格信息、计划时刻表信息，停站信息、票价信息、列车载客量信息等；(2)建立多式联合运输系统，为旅客及货主提供费用最小，时间最短等方面的智能优化决策支持，实现客货运输的互补及“门到门”的服务。表2路内用户对RITS的需求用户主体对RITS的需求客运管理部门根据旅客的需求及铁路的客运资源，以优化的方式自动编制铁路的客车运输计划，并能根据客流量信息及分布等因素建立高峰期及淡季的铁路客流量分析预测模型，以便实时调整列车时刻表、票价等，做到客票发售、订购、退票的自动化，实现铁路客运的优质服务。货运管理部门(1)综合考虑货主的需求及铁路货运运输资源，利用智能优化技术实最佳运输方案的制定，根据货物性质、重量、数量、体积、到站地点等货票信息等自动编制货运计划表；并根据货流量信息及分布等因素建立高峰期及淡季的铁路货流量分析预测模型，以便及时调整货运运输计划，实现货运运输的高效化和企业经济效益的最大化；(2)采用智能优化技术，对各种列车在编组站的到、解、编、发等作业过程进行自动控制和集中管理，完成作业计划的自动编制；包括编组站作业的智能控制、驼峰机车推送速度和溜放速度的智能控制、车辆溜放进路及到达、出发、调车作业进路的自动控制；实现调车作业的智能化；(3)对列车在车站的作业实行计算机联锁控制，实现接发车和进路的自动控制，保证列车在车站的作业安全；(4)建立货物从作业信源点到调度决策信宿中心的全程信息管理系统，形成标准化、高效率的信息流程，完成货物从起运到接收整个过程中的追踪管理和企业不同时期经济效益的评估。调度中心(1)综合考虑铁路的线路、桥梁、隧道、牵引供电、信号制式、车辆动力学特性、列车群运行和运输组织等因素，实现行车、机车、车辆、电务等的综合调度：根据运输状况和设备疲劳情况提供工务维修养护以及行车天窗开放等的优化辅助决策，实现运输中断时间的最小化，根据根据运用车分布、通过能力、机车运用、空重车分布状态等提供车流调整辅助决策；实现全路车流调整的智能化；采用智能优化技术实现列车运行调整计划的自动生成；(2)采用先进的定位技术，实现列车的实时、准确的定位及追踪，并能及时可靠的发送与位置相关的信息。(3)对列车在车站的作业实行计算机智能联锁控制，实现接发车和进路的决策和自动控制，保证列车在车站作业的安全、高效。固定设施管理部门(1)建立全路统一的工务、电务等相关的基础数据库，包括各车站站场电子地图、站场平面图地理信息数据库、全局客运设施地理信息图文库、全局货运设备地理信息图文库，提供行车、客，货运设备履历簿的编辑、查询、统计及报表管理；(2)工务方面，通过地图智能生成软件生成电子地图，输入和维护各种工务相关的属性数据；提供工务设备地理信息发布、工务防洪地理信息管理和发布、工务综合信息查询；(3)电务方面，建立电务设备配置图、电务综合图(自闭、联锁示意图)、电气化综合图(接触网高、馈电相别、供电范围、供电臂分布等)，输入和维护各种电务相关的属性数据，提供电务设备地理信息发布，电务综合信息查询统计等功能；(4)建立全路固定设备维修数据库，管理电务设备(通信信号设备、数据传输设备)的维修、线路、桥梁、隧道等的养护维修。并建立维修决策知识库及根据铁路运输资源的实时数据制定维修计划，当发生故障时可基于知识库实现远程维修决策支持。移动设施管理部门(1)建立和维护各种机务相关的属性数据(包含接触网高、馈电相别、供电范围、供电臂分布等)、各局机务(电气化)设备概况图等，机务设备配置图、机务(水电)设备概况图。提供机务设备地理信息发布，机务综合信息查询统计等功能；(2)建立各车辆设备概况图等信息，包括：车辆段、客整所、列检所、站修所、红外线探测点等，输入和维护各种车辆相关的属性数据：提供车辆设备地理信息发布，车辆综合信息查询统计等功能；(3)建立全路移动设备维修数据库，管理机车的一般维修、段修、厂修的纪录及维修质量，车辆的维修信息；并建立维修决策知识库及根据铁路运输资源的实时数据制定维修计划，当发生故障时可基于知识库实现远程维修决策支持。紧急救援与安全管理部门(1)利用GIS技术向主管部门传递事故现场动态图像，加强对现场救援情况的实时监控，建立紧急事件信息库和救援知识库，提供紧急事件处理的辅助决策支持，优化调度指挥救援设备，以及进行事后故障原因分析；(2)定期或实时地对机车，车辆，线路，桥梁、隧道、通信信号、平交道口等与运输安全直接相关的设备状态进行有效的监测，建立全路安全数据库对上述监测信息进行统一管理，制定安全标准，基于全路安全数据库对设备工况进行安全状态评估以掌握全路的安全状况全貌，建立维修决策支持系统，根据评估结果中的危险等级向管理部门提出对移动设备、固定设备的维修决策建议；(3)基于GIS技术建立和维护全路综合防灾数据库，包括各铁路沿线的环境背景图库、沿线的地震、泥石流、滑坡、崩塌、冻土、风沙等灾害的专题地图库、线路工程图，灾害防治工程及防灾物资贮备点分布图，各类预报预警设备分布图；并实时监测各区段的地震、泥石流、风速、滑坡、雨量和水位情况等灾害数据，通过建立应用分析模型(灾害的预测预报模型、灾害的减灾决策模型、灾害的评估模型等)，对系统空间数据库进行深度挖掘，提供灾害预报及灾害评估，同时通过对事故进行仿真模拟，为事故预防办法的制定和事故总结分析提供辅助支持，为灾害易发地提供预防灾害发生的决策支持，其次在灾害发生时也能提供有效的救灾决策支持；(4)利用(GIS技术)视频或激光对平交道口的状况进行实时监控及向相应部门传递相关图像和数据，通过图像识别技术判断平交道口的安全状况，以保障平交道口的通行安全。根据路内外用户对铁路智能运输系统的需求，对相关的内容进行分类、合并、整理后得到RITS的服务框架，见表3。三、智能铁路系统的基本服务框架表3RITS的用户服务框架服务单元服务内容用户主体1智能化用户导航系统为旅客及货主提供列车时刻表等与出行，货运密切相关的信息及出行／托运决策。旅客、货主1．1旅客出行／货主托运前信息提供及辅助决策服务(1)铁路通过Internet等方式及时发布铁路的产品信息，铁路各种服务的内容及方式，铁路运输的法规、常识，铁路运输与其他运输方式的比较，车站及代理点分布及联系方式等，并为旅客提供列车时刻表、车票预发售情况、购票向导、铁路沿线旅游及相关服务信息，允许旅客在远程或本地通过多种媒体访问这些信息，以旅客的需求为优化目标，以列车时刻表、票价、车次、到发站等限制作为约束条件，通过智能优化技术为旅客的出行提供辅助优化决策：(2)远程为货主提供铁道部关于各类货物运输的规定，关于车源状况、运输费用、货车配载、货车车型等信息、所关心的目的地的各类商务信息及托运指南，货物行包运输价格、运送里程，计费方式、计算规则等。允许用户输入货物重量、品类、到发站等数据，进行铁路及其他各种运输方式的运费模拟计算：提供货物行包发送信息、货物行包预报通知、货物行包到达公告等，货主可以检索货物车辆追踪数据库，随时了解自己的货物、包裹所处的位置和状态。根据货主所期望的目标，如所需时间最短，所需费用最少等，采用智能决策技术为货物、行包运输方案及运输路径做出辅助优化决策。1．2旅客车上／货物途中信息提供及辅助决策服务(1)在列车上问旅各提供车上补票、刘车的早睨点情况、到达各站的坝足时间和买际时间、在各站的俘站时间、沿线车站名称及气候、风景名胜、在主要交通站点向旅客提供换乘信息、向旅客发布本车的服务设施及综合的社会服务设施信息，如餐饮、医院、黄页信息等，(2)为货主提供货物所在列车的装车完成情况、到卸车预报、货物到达信息、在途货物的查询、预报列车到达各站的时间及相应的早晚点信息、换运其他运输方式的信息，在发生紧急事故的情况下，远程为货主提供货物所在列车的安全情况、货物的情况与相关的救援信息。1．3旅客车站导航服务(1)向未购票旅客提供车次票价查询、出行辅助决策支持及自动售票服务；(2)向已购票旅客提供所乘车次的发点、站台及早晚点情况，沿线的天气、线路信息；(3)向接站旅客提供接车的到点，早晚点及停靠站台等方面的信息；(4)车站餐饮、娱乐、住宿等综合服务的导航。2铁路电子商务