智慧型鐵路

智慧型鐵路，是一種新型的鐵路交通解決方案。通過智慧型系統的整合集成運用，在提高速度的同時保證了新交通工具的安全性。這個系統包括全球定位系統、天氣預報系統、電子導航系統、實時路人信息、交通運輸管理系統、交通信號系統等集成架構的新型網路。

基本介紹

• 中文名：智慧型鐵路
• 外文名：Intelligent Railway System

系統組成

感測器

智慧型鐵路系統將會包括數以百萬計的感測器，企業通過感測器為基礎的網路和數據分析，能夠及時發布信息，調整資源配置，實現最佳化調度。

感測器技術在提高列車安全運行方面也功不可沒。通過在火車的關鍵組件上部署感測器和智慧型裝置，及時提供車況信息，對可能出現的危險情況發出警報，防患於未然。

鐵路智慧型化網路視頻監控系統解決方案

視頻監控

視頻監控是智慧型鐵路必不可少的組成部分，然而，在初級智慧型鐵路系統下，仍然需要通過人工方式來監控影像的變化。試圖從鐵路技術升級盛宴中分一杯羹的IBM，宣稱自己掌握了先進的視像識別技術，這一技術能夠把從攝像頭所收集到的影像數據進行智慧型分析和篩選，協助發現潛在危機，從而節省大量的人力資源成本。

客戶服務

在客戶服務問題上，則可以通過數據的智慧型化匯總和處理，實現旅客通過手機等移動設備購票、接收提示信息、預留座位的功能，讓旅客的乘車體驗更加愉悅。

固定基礎設施

根據IBM發布的《智慧的鐵路解決方案》介紹，在北美和歐洲，很多鐵路沿線的固定基礎設施通過射頻識別電子標籤(RFID)，幫助識別軌道車輛、檢測聲音信號、熱量和車輪摩擦，並且能夠對鐵路各個區段的車頭、車廂、鐵軌、隧道、橋樑和車站進行監控。

解決方案

德國公司

德國也取得了新的研究成果，成功研製出新一代的智慧型鐵軌。這種鐵軌不僅可以精確測定地震波到達鐵路的時間和方位，還可分辨出地震、火車、人或動物所引發的不同震頻,從而可以避免人員傷亡。

而Railion公司是一家德國列車運營商，它致力於開發一種適用於歐洲市場的智慧型貨車系統，以滿足今後10-20年歐洲市場運量的增長。通過安裝遠程信息處理裝置，目前它已經能夠實現實時監測貨車與貨物，及時發現時刻表錯誤，自動獲取列車車況信息等。

西門子公司

西門子公司的智慧型交通解決方案包括停車控制系統、城市交通控制系統和高速公路及隧道機電系統。用戶可以通過這些系統採集停車場、城市交通、道路工程以及相關事件的信息，並進行匯總、合理規劃、最佳化處理，然後通過有效媒體向公眾發布全面交通信息，包括交通狀況信息、交通事件信息、道路施工信息、停車場信息、公交路線及時刻表信息等等，從而達到改善社會整體交通狀況，提高社會效益的目的。

思科系統公司

思科系統公司通過開發無線網路基礎設施，與電信運營商建立合作關係，為公共運輸公司提供服務方案。基於標準的開放式思科智慧型網路能夠利用移動IP轉接器滿足公共運輸行業的各種無線接入要求。即使車輛移動時接入模式可用性會有所變化，這些轉接器也能提供永久連線。例如，即將到達擁有熱點的車站時，火車可能會使用Wi-Fi；但在兩個車站之間運行時，可能會使用GPRS。由於思科網路能夠提供永久無線連線，因而使運行中的車輛能夠獲得與有線位置相同的連線質量。利用可靠的網路接入，公共運輸公司能夠為乘客提供更可靠、更安全、更有效的乘車體驗。

丹麥鐵路服務公司

丹麥鐵路服務公司正在使用的一個無線平台。據DSB開發經理Nils Feldthus介紹，這是“一款涵蓋資料庫、Java機、通信、門戶和設備管理的全面的解決方案，”可以由此簡化整個流程。在對外服務中，該系統可以提供列車時刻信息，記錄乘客人數，並使用信用卡的支付方式售票。

中國現狀

根據中國鐵道部發布的《中國鐵路中長期發展規劃》，到2020年，為滿足快速增長的旅客運輸需求，將建立省會城市及大中城市間的快速客運通道，規劃“四縱四橫”鐵路快速客運通道以及三個城際快速客運系統。其中，預計到2012年，中國將有1.3萬公里高速鐵路投入運營。省會城市都將通過快速客運專線連線，時速200公里以上的鐵路線路將達到5萬公里以上。預計到2020年，中國200公里及以上時速的高速鐵路建設里程將超過1.8萬公里，將占世界高速鐵路總里程的一半以上。

同時，中國鐵路的運營里程僅占世界鐵路的6%，卻完成了世界鐵路總運量的22%。中國鐵路能有這樣的作為，信息化功不可沒。

早期研究

早在上個世紀90年代末期，中國國內已有學者介入到智慧型鐵路的研究中。例如學者嚴余松就認為，智慧型鐵路系統的基本組成應該包括：先進的運輸管理系統、先進的運輸信息系統、先進的列車控制系統、先進的用戶信息系統、先進的運輸設施管理系統、先進的運輸安全管理系統。而數據傳輸、列車位置檢測、列車自動操縱、進路自動控制、車站作業自動化等將是中國智慧型鐵路系統的幾個關鍵技術。

發展目標

在中國鐵路“十一五”發展規劃中提出，將大力推進技術裝備現代化作為重要指導思想，加快通信信號技術現代化，利用現代化通信技術，建設以光纖數字系統和GSM-R為主體，並與其他信息傳輸方式協調統一的傳輸體系。建立基於GSM-R的中國鐵路綜合移動通信技術體系。建設高速寬頻數字傳送網路及接入網，發展鐵路專用通信和應急通信。

同時，還要建立智慧型化、網路化的調度通信系統，逐步建成新一代調度集中控制系統（CTC），發展以主體化機車信號為基礎，以實施列車超速防護為重點的列車運行控制系統（CTCS），基本建成計算機連鎖系統。

在推進鐵路信息化方面，規劃要求廣泛利用現代通信和信息技術等成果，構建技術先進、結構合理、功能完善、管理科學、經濟適用、安全可靠、具有中國特色的鐵路信息系統。重點強化運輸繁忙的東部地區和路網中具有重要作用的鐵路幹線和新建客運專線的信息化建設，逐步實現調度指揮智慧型化、客貨行銷社會化、經營管理現代化，在提高運輸效率、擴大運輸能力、最佳化資源配置、保障運輸安全、改進服務質量、提升管理水平、提高經濟效益等方面發揮明顯作用。

面臨問題

有關專家也指出，中國鐵路信息化建設雖然取得了很大成績，但還存在著不少問題，主要體現在以下幾個方面：首先，由於通信網建設滯後，網路及信息安全工作薄弱，信息傳輸通道擁擠、堵塞現象仍然時有發生。其次，“信息孤島”仍然存在：信息系統沒有構成有機整體，大多各自獨立，信息資源難以共享，綜合套用難以展開，從而影響了整體效益的發揮。

同時，由於投入套用的信息系統運行質量不高，特別是原始信息的採集不夠及時、準確、完整。而即使在採用信息技術後，目前的鐵路系統仍沿用傳統的作業流程，組織機構、管理流程和規章制度沒有實質性的改變，信息化效益難以充分發揮。

外國智慧型鐵路

CyberRail系統

日本鐵路技術研究所（Railway　Technical　Reseach　Institute，簡稱RTRI）開始了新一代集成了多種IT技術的鐵路系統（即CyberRail）的研究。在CyberRail系統里，乘客、鐵路工作人員以及鐵路相關公司可自由的傳輸、收集和處理信息。因此，乘客可隨時收到根據個人需求而提供的旅行計畫以及個人導航信息，同時鐵路公司可不斷最佳化運輸計畫，以滿足旅客的需求和列車控制的高安全性。

事實上，CyberRail系統是一個通過鐵路運輸來增強ITS結構的系統，它強調的是通過其強大的信息提供功能，實現鐵路運輸方式與其他運輸方式的無接縫、無障礙的銜接和運輸。CyberRail系統致力於實現兩個層次的目標：一是提供實時的多式聯運乘客信息服務；二是使鐵路在列車計畫和列車控制方面變得更靈活從而更具競爭力。CyberRail的基本原理就是利用最新的信息和通信技術，在電腦中記錄大量必要和充分的旅行者信息，為乘客沿著運輸鏈提供建議和嚮導。因此，CyberRail對乘客和鐵路公司都具有重大的意義。

該系統預計在十年內實現。

產生原因

1.1　ITS與多式聯運智慧型運輸系統的關係

日本的ITS早期叫道路和交通智慧型社會(VERTIS)，2001年6月正式改名為ITS。儘管以新幹線為標誌的日本鐵路事業發展已處於世界領先地位，但當把日本鐵路系統做為一個ITS系統考慮時，很明顯就發現存在以下問題：如採用過時的商業模式等。鐵路系統提供的信息也不是實時的，並且缺乏統一的標準。此外，日本的鐵路也不能滿足多式聯運乘客日益提高的可持續流動性的交通需求。因此，日本鐵路技術研究所致力於發展一個符合21世紀要求的新型鐵路系統概念。CyberRail就是滿足了以上需求目的的系統。CyberRail並不一定是運輸領域最具發展優先權的，但應作為鐵路系統發展的一個參考模型，並從ITS的角度建立起一個通用的標準或框架。

1.2商業模式的改變運輸發展的趨勢是實現門到門穩定、高效、安全的運輸。理想的交通方式應該是藉助信息的發展使得乘客的出門計畫可通過一個"助手"自動實現計畫的安排和調整，實現無接縫無障礙的運輸。而CyberRail系統可作為乘客的助手，藉助IT技術，幫助乘客實現以上功能。因此，傳統的車站功能將不再重要。新的車站功能作為一個電腦空間和真實空間的連線點而誕生。這意味著鐵路運輸商業模式將發生重大改變。

根據這樣的思想設計系統有特殊的益處。由於硬體設施的建設需要花費大量的時間和金錢，加上設施修建後重新調整的困難，以及交通可持續發展要求避免對環境的近一步破壞，因此，通過軟體設計來滿足乘客需求的方式來實現乘客運輸的連續性。換句話說，就是提供軟體支持信息系統以支持多式聯運運輸。如果乘客對軟體的設計思想滿意，再投資相應的硬體設施來提高系統的便利性和高效性。如果乘客對設計不滿意，可重新設計軟體以便更好滿足乘客的需要。相信這是對社會引入新的思想和觀念的一種更安全的方式，而不是突然的建造人們從未使用的多式聯運換乘站。

系統概念

（1）CyberRail是從鐵路角度定義的ITS。

表2-1　給出了日本ITS功能和相應鐵路功能的對照；

表2-1　日本ITS功能和相應的鐵路功能對照表發展領域 內容 相應的鐵路系統 鐵路實現水平先進的導航系統 導航、路徑誘導、其它信息 在多式聯運下的個人導航 × 電子收費系統輔助安全駕駛 電子收費、危險警告、駕駛輔助、自動公路系統 IC智慧卡、自動乘客出入口、ATS、ATC以及其他列車運轉控制系統 ОО 交通管理最佳化 交通流的最佳化、事故信息 列車運轉規劃系統 — 道路管理效率的提高 維護運轉的改善、危險品信息 維護支持系統、地震早期警告系統 О 支持公共運輸 支持公交運轉和運營管理 多式聯運 — 商用車輛運轉效率的提高 商用車輛運轉輔助 貨車和貨櫃管理系統、貨物運轉控制系統 — 行人支持 人行道線誘導 車站內的無障礙行走和導航、交叉路口的安全 × 緊急車輛運轉支持 自動緊急預警 列車廣播和調度控制 ОО

（2）CyberRail是在有限資源的情況下，從乘客和鐵路運轉角度出發，有效提高現有鐵路商業運作模式的旅客服務水平，以及為實現無接縫和無障礙多式聯運運輸提供信息的系統。

（3）CyberRail是通過IT把鐵路運輸系統的各個子項目子研究統一起來的標準化的過程；

（4）CyberRail是與ITS融合的開放系統；

（5）CyberRail實現旅客門到門運輸的旅行鏈；

（6）CyberRail是傳統商業運作模式的轉變。

實現場景

以下將給出十年後CyberRail系統實現後的一個在市區內場景。在CyberRail的世界裡，旅行者是通過一個手提設備來利用系統資源的，該設備也稱為標籤（tag）。以下的標籤主要表現為行動電話。對盲人來說，標籤可表現為手杖。不同的標籤具有不同的功能，可以通過不同的形式表現。系統之所以能提供精細的服務，關鍵是在標籤內安裝了標準裝置。

(1) 出發前

出發前旅行者登入CyberRail系統即可獲得從一出發地到另一目的地的導航信息。個人導航是旅行契約的開始。通過改善蜂窩式電話等現有移動裝置的用戶接口，例如聲音識別等方面，可使旅行者使用系統的便利程度大大提高。

(2) 旅行時

旅行時把系統設定在"開始"模式，系統就會提供這樣的服務：從出發時間開始計算的導航，接著是到車站的路線誘導以及車站內的詳細信息的提供。如果計畫發生改變，系統會在考慮當時的列車運轉情況下提醒乘客換乘列車。一旦列車時刻表發生變動，系統將根據當時狀況和個人偏好提供替代路線方案，仿佛就象旅行者得到了一個忠實專業的旅行代理商的服務。如果旅行者對路線非常熟悉或不想被這些功能所干擾，他/她可關掉這些服務，讓系統不再宣布這些訊息，除非有重大變化發生。

（3）到達後

到達後CyberRail　系統仍保留著基於旅行前導航信息基礎上的原始旅行計畫和由於事故引起的計畫改變的信息等，以作為向用戶收費的基礎。

(4) 商業模式的轉變如前面所說，在系統服務過程中，基本的費用數據已經被收集起來，即目前鐵路商業運轉中工作量最大的這部分工作已經由系統自動完成，因此，那時的車站將無任何工作人員，而僅僅是列車、客車、乘客以及電腦空間相遇和共享的一個連線點。車站將變成名副其實進行電子商務的一個場所，蘊涵著無限商機。

通用模型

4.1CyberRail概念模型 CyberRail　的基本機制就是一個集成了IT的運輸電腦空間，一個多式聯運的電腦空間。運輸電腦空間就是不間斷地觀測多式聯運網路中移動目標的定位、狀態以及其它數據並在由信息系統和網路組成的電腦空間中進行記錄和追蹤。在鐵路系統中，這一概念已被介紹到列車安全運轉當中來。各種保證路線安全的信號系統已被開發。基於軌道電路傳遞的列車位置信息，閉塞信號系統可防止列車碰撞的發生，站內的信號系統則保證引導列車到達目的進路。其它更直接的例子還有鐵路廣播信號系統，如日本的CARAT　和ATACS系統、歐洲的ETCS　系統以及美國的AATC系統。

給出了CyberRail系統運轉的概念模型。 CyberRail概念模型

4.2　CyberRail的基本分類根據CyberRail的概念模型，CyberRail　有三種基本分類：

(1) 按需求分類。該分類表示整個電腦空間的目標，與現實世界中的移動終端對應。主要提供活動需求、現在定位以及各種側面因素等信息。各種側面因素包括乘客偏好、歷史以及其它乘客管理信息。

(2) 按運輸工具分類。該分類引入了以乘客或貨物為目標的各類運輸工具，如火車、客車、腳踏車以及飛機等。主要提供現在位置、運輸工具狀況、運輸目標本身狀態和維護的信息。

(3) 按路線分類。該分類是在考慮了運輸規劃和交通控制管理以及與道路維護和控制狀態、軌道和空間之間的關係的情況下定義的。因此，該分類主要提供在某一路線上的運輸工具的狀態、沿某一線路的天氣狀況、物理現象、以及一條線路的維護狀況等信息。

實體技術

5.1　CyberRail的實體構成

是由CyberRail的概念模型轉換過來的實體模型，該模型表明了鐵路運轉系統中各種實體之間的功能關係。從圖中可容易理解CyberRail是一個採用了移動廣播通信和網路技術的典型IT系統。 圖5-1　鐵路運轉系統中的實體構成

5.2　CyberRail的用戶服務領域[2]

目前日本鐵路技術研究所開展CyberRail系統研究的首要工作是定義CyberRail　系統體系框架，而該工作首先要定義系統的用戶服務。CyberRail　的用戶服務可劃分為四個領域：(1)多式聯運信息提供和個人導航；　(2)　需求傾向的運輸規劃和調整；(3)　智慧型列車控制；(4)鐵路相關信息在開放信息環境中的分布和交換。

5.3　CyberRail系統技術需求實現CyberRail系統需要以下技術：

（1）CyberRail　空間可利用的通信。

（2）集成了多種無線通信方式的鐵路領域控制機制內的高質量通信系統。

用戶服務

相關技術和問題示例 用戶服務和採用技術之間的關係

開發機制

CyberRail的系統複雜性決定了它不可能由任何單個組織完全實現系統的功能。因此，日本鐵路技術研究所決定成立一個研究小組來促進CyberRail系統的研究開發。通過該小組的研究，促進各行業專家和個人對CyberRail系統的思想、產品以及子系統進行討論和建議。