淺談智能鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展

1、淺談智能鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展摘要:介紹了智能運(yùn)輸?shù)母拍畎l(fā)展背景,以及發(fā)展智能運(yùn)輸系統(tǒng)的必要性,總結(jié)了智能交通系統(tǒng)ITS 的發(fā)展?fàn)顩r和智能鐵路系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究情況, 提出了中國(guó)智能鐵路系統(tǒng)C IRS 的基本組成和總體結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上, 分析了中國(guó)智能鐵路系統(tǒng)C IRS 的基本特征和所具有的優(yōu)勢(shì), 指出了中國(guó)智能鐵路系統(tǒng)C IRS 的若干關(guān)鍵技術(shù),提出發(fā)展智能運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)想和建議。關(guān)鍵詞:智能交通系統(tǒng); 中國(guó)智能鐵路系統(tǒng);智能鐵路;智能運(yùn)輸;鐵路運(yùn)輸;智能交通;系統(tǒng);發(fā)展1 智能鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展背景隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,整個(gè)社會(huì)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨笕找嬖黾?交通污染與交通事故越來越引

2、起社會(huì)的普遍關(guān)注。交通量的持續(xù)增長(zhǎng)是造成這種狀況的最根本原因,而傳統(tǒng)的解決途徑主要有兩個(gè):一是加大交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入,但資金、土地等稀缺資源是有限的,道路基礎(chǔ)設(shè)施不可能無限擴(kuò)展;另一個(gè)就是限制交通流量,主要是通過法律和行政手段實(shí)現(xiàn),這些方法短期可以奏效,但有失公平、合理。人們希望通過增加技術(shù)含量的方法提高現(xiàn)有道路的利用率,提高道路交通的安全程度和道路使用的舒適性,智能運(yùn)輸系統(tǒng)因此應(yīng)運(yùn)而生。2什么是智能鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)鐵路運(yùn)輸具有特殊性, 鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)要從鐵路運(yùn)輸?shù)莫?dú)特視角來研究, 以便充分挖掘交通基礎(chǔ)設(shè)施和信息基礎(chǔ)設(shè)施的潛力, 實(shí)現(xiàn)更高效率、更高安全、更高品質(zhì)服務(wù)的鐵路運(yùn)輸。因此鐵路科研工

3、作者提出鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)(Railway Intelli - gent TransportSystem, RITS必須是集成了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代信息處理技術(shù)、控制與系統(tǒng)技術(shù)、管理與決策支持技術(shù)和智能自動(dòng)化技術(shù)等, 以實(shí)現(xiàn)信息采集、傳輸、處理和共享為基礎(chǔ), 通過高效利用與鐵路運(yùn)輸相關(guān)的所有移動(dòng)、固定、信息和人力資源, 以較低的成本達(dá)到保障安全、提高運(yùn)輸效率、改善經(jīng)營(yíng)管理和提高服務(wù)質(zhì)量為目的新一代鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)。鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)涉及十分廣泛的領(lǐng)域, 由以下幾部分組成: 先進(jìn)的運(yùn)輸管理系統(tǒng)、先進(jìn)的運(yùn)輸自動(dòng)化系統(tǒng)、先進(jìn)的列車控制系統(tǒng)、先進(jìn)的旅客服務(wù)系統(tǒng)、先進(jìn)的運(yùn)輸設(shè)施管理系統(tǒng)以及先

4、進(jìn)的安全保障系統(tǒng)。其關(guān)鍵技術(shù)可歸納為: 數(shù)據(jù)傳輸、列車位置檢測(cè)、列車自動(dòng)操縱、進(jìn)路自動(dòng)控制、車站作業(yè)自動(dòng)化等。與傳統(tǒng)的鐵路運(yùn)輸方式相比在運(yùn)輸管理、運(yùn)輸安全性、運(yùn)輸效率、運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量等方面有明顯優(yōu)勢(shì)。3智能鐵路系統(tǒng)及其研究情況3.1國(guó)外鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究狀況雖然鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)的概念近幾年才提出來,但發(fā)達(dá)國(guó)家致力于這方面的研究和運(yùn)用確已有40 余年的歷史, 特別是高速鐵路誕生之后對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)提出了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn), 促使各時(shí)期的先進(jìn)技術(shù)不斷地融入到鐵路運(yùn)營(yíng)管理中, 使得鐵路運(yùn)營(yíng)管理的智能化、現(xiàn)代化程度不斷提高。其中尤以歐洲、日本、美國(guó)等國(guó)家的研究更為引人注目, 產(chǎn)生了一批有代表的系統(tǒng)。3.1.1歐

5、洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)ERTMS隨著歐共體蓬勃興起, 歐洲鐵路需建立一個(gè)統(tǒng)一的鐵路運(yùn)行管理系統(tǒng)和統(tǒng)一的列車運(yùn)行控制系統(tǒng), 以便于使鐵路運(yùn)輸與其他運(yùn)輸業(yè)進(jìn)行有力的競(jìng)爭(zhēng)。歐共體于20世紀(jì)80 年代末組織開發(fā)歐洲列車控制系統(tǒng)ETCS(EuropeanTrain Control System,ETCS , 后又設(shè)立了歐洲鐵路運(yùn)輸管理項(xiàng)目ERTMS (European Rail Traffic ManagementSystem , ERTMS ,它們合成統(tǒng)稱為ETC- S/ERTMS,作為歐洲21 世紀(jì)干線鐵路總體解決方案。ERTMS 包括ETCS 和GSM-R( 鐵路專用全球移動(dòng)通信系統(tǒng) 。ETCS 為保

6、持設(shè)備通用性, 確保高速列車能跨國(guó)運(yùn)行制定了技術(shù)需求規(guī)范和功能技術(shù)規(guī)范( SRS和FRS 。規(guī)范的技術(shù)核心為以歐洲車載設(shè)備(Eurocab為核心, 以歐洲查詢/應(yīng)答器(Eurobalise 為列車定位修正基準(zhǔn), 以歐洲查詢/應(yīng)答器、歐洲環(huán)線(Euroloop及歐洲無線通信(Euroradio 作為車- 地信息傳輸?shù)耐ǖ? CBTC 為歐洲列車運(yùn)行控制系統(tǒng)發(fā)展方向。ETCS/ERTMS 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有:( 1 實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的歐洲規(guī)范。高速列車可以跨國(guó)運(yùn)行, 用戶組對(duì)歐洲各國(guó)鐵路的加入是開放的。(2 通過提高速度和縮短列車間隔提高了運(yùn)輸效率。( 3 取消地面信號(hào)和軌道區(qū)段空閑檢查設(shè)備及相應(yīng)電纜, 降低

7、了設(shè)備成本。( 4 在實(shí)施上可以根據(jù)實(shí)際情況采用不同級(jí)別的技術(shù), 逐步進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)。ETCS/ERTMS 系統(tǒng)是在現(xiàn)有的未正式成為鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)而屬于ITS 范疇的項(xiàng)目中是發(fā)展最好的系統(tǒng)。3.1.2 日本21 世紀(jì)的智能鐵路系統(tǒng)CyberRail日本研究開發(fā)了新干線列車運(yùn)行管理系統(tǒng)COMOS(ComputerizedSafety ,Maintenance and Operation System of Shinkasansn,COMOS 、計(jì)算機(jī)和無線電輔助列車控制系統(tǒng)CARAT (Computer And Radio Aided Train Control System、先進(jìn)列車管理和通訊

8、系統(tǒng)ATACS(Advanced Train Administration and Communication System 等系統(tǒng)。隨著RITS 研究的深入, 日本開始認(rèn)識(shí)到在已有工作的基礎(chǔ)上從總體上規(guī)劃鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)的重要性。RITS 的概念及其體系框架的研究開始引起注意。2000 年初日本鐵路技術(shù)研究所于正式提出了面向鐵路的ITS智能鐵路系統(tǒng)CyberRail。其研究目的在于定義CyberRail 的系統(tǒng)架構(gòu), 針對(duì)不同鐵路提供一致和通用信息的旅客信息服務(wù), 以期實(shí)現(xiàn)便捷的多式聯(lián)運(yùn)交通。CyberRail 要成為多式聯(lián)運(yùn)旅客有用和方便的工具, 它就必須體現(xiàn)用戶對(duì)系統(tǒng)的要求, 所以它的用

9、戶服務(wù)可以劃分為以下4 個(gè)領(lǐng)域:( 1 多式聯(lián)運(yùn)信息和個(gè)人導(dǎo)航( 2 鐵路相關(guān)信息發(fā)布和交換的通用信息平臺(tái)( 3 面向需求的運(yùn)輸規(guī)劃和調(diào)度( 4 智能列車控制目前CyberRail 系統(tǒng)致力于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)層次的目標(biāo):( 1 提供實(shí)時(shí)的多式聯(lián)運(yùn)旅客信息服務(wù), 即為旅客提供關(guān)于旅行前信息、門到門的旅行導(dǎo)航、交通受阻時(shí)的旅行計(jì)劃調(diào)整服務(wù)等方面的更方便、更可靠、更實(shí)時(shí)的信息。( 2 使鐵路列車運(yùn)營(yíng)更靈活、更安全、更可靠、更具競(jìng)爭(zhēng)力。即采取實(shí)時(shí)的、面向需求的列車運(yùn)營(yíng)計(jì)劃和基于通訊的智能行車指揮。除以上兩個(gè)系統(tǒng)外, 還有美國(guó)的先進(jìn)列車控制系統(tǒng)ATCS、法國(guó)鐵路的連續(xù)實(shí)時(shí)追蹤自動(dòng)化系統(tǒng)ASTREE、北美的先進(jìn)鐵

10、路電子系統(tǒng)ARES、美國(guó)舊金山港灣鐵路的先進(jìn)列車控制系統(tǒng)AATC 等等, 它們?cè)阼F路交通運(yùn)輸中發(fā)揮著重要作用。這些系統(tǒng)盡管尚不能稱為完整的鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng), 但其研究都屬于鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)的研究范疇。3.2 中國(guó)鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究狀況隨著信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)、組合優(yōu)化技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與處理技術(shù)等在鐵路運(yùn)輸中的運(yùn)用, 我國(guó)鐵路在信息化建設(shè)方面已取得了豐富的成就, 如鐵路運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)的(TMIS 和調(diào)度管理信息系統(tǒng)(DMIS等覆蓋全國(guó)的大規(guī)模信息系統(tǒng); 新一代鐵路列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(CTCS 的開發(fā)和運(yùn)用, 這些都為我國(guó)鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)打下了較好的

11、基礎(chǔ)。2000 年我國(guó)組建“國(guó)家鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心”(The Center of National Railway Intelligent Transportation System Engineering and Technology, RITSC, 我國(guó)的智能鐵路系統(tǒng)的研究將得到進(jìn)一步的推動(dòng)和發(fā)展。3.2.1 鐵路運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)( TMIS為提高鐵路運(yùn)輸業(yè)的運(yùn)輸效率和運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量,鐵道部于1994 年開始大規(guī)模建設(shè)覆蓋全國(guó)的鐵路運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)TMIS( Transportion Management InformationSystem,TMIS , 以實(shí)現(xiàn)全國(guó)鐵路運(yùn)輸管理

12、的信息化。TMIS 是世界上最復(fù)雜、最龐大的運(yùn)輸管理信息系統(tǒng), 也是我國(guó)"九五"重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。該系統(tǒng)已于2004 年完成工程建設(shè)任務(wù)。TMIS 包括: 確報(bào)信息系統(tǒng)、貨票信息系統(tǒng)、編組站信息系統(tǒng)、貨運(yùn)營(yíng)銷及生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、車輛管理信息系統(tǒng)、鐵道部調(diào)度信息系統(tǒng)、集裝箱追蹤信息系統(tǒng)、大節(jié)點(diǎn)貨車追蹤信息系統(tǒng)等子系統(tǒng), 涉及5 萬(wàn)多公里鐵路營(yíng)運(yùn)線。TMIS 系統(tǒng)不僅覆蓋鐵道部、路局和分局的各個(gè)主管業(yè)務(wù)部門, 而且還遍及全路各基層站段, 通過鐵路計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成一體, 這樣鐵道部中央主處理系統(tǒng)就可以及時(shí)從全國(guó)鐵路2200 個(gè)信息報(bào)告點(diǎn)收集全路列車、機(jī)車、車輛、集裝箱以及所運(yùn)貨物的

13、動(dòng)態(tài)信息, 實(shí)現(xiàn)列車、貨物, 機(jī)車車輛, 集裝箱的節(jié)點(diǎn)式實(shí)時(shí)追蹤管理, 為全國(guó)鐵路各級(jí)運(yùn)輸生產(chǎn)人員提供及時(shí)準(zhǔn)確, 完整的信息和輔助決策管理方案。TMIS 系統(tǒng)采集的主要信息包括:全路貨物運(yùn)輸市場(chǎng)需求動(dòng)態(tài)信息;貨物運(yùn)輸執(zhí)行動(dòng)態(tài)信息;機(jī)車、車輛、集裝箱、蓬布等運(yùn)力資源的配備和使用動(dòng)態(tài)信息;列車組成動(dòng)態(tài)信息;列車到發(fā)和通過信息;裝/卸車作業(yè)信息;其他運(yùn)輸生產(chǎn)作業(yè)與管理信息。TMIS 車站系統(tǒng)及信息采集點(diǎn)采集的信息除了在本地建立數(shù)據(jù)庫(kù)外, 還及時(shí)將原始信息通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送至鐵路分局、鐵路局和鐵道部, 各級(jí)應(yīng)用部門共享同一信息源, 建立本級(jí)管轄范圍內(nèi)的、完整的動(dòng)態(tài)信息資源庫(kù)。TMIS 的優(yōu)點(diǎn):(1不僅

14、能支持鐵道部現(xiàn)有的業(yè)務(wù)應(yīng)用, 還可以滿足未來的增長(zhǎng)需求。(2 能夠?yàn)殍F路運(yùn)輸調(diào)度部門提供實(shí)時(shí)的全路貨車、機(jī)車、列車、集裝箱及所運(yùn)貨物的位置、狀態(tài)變化的信息, 可大大改善對(duì)貨主的服務(wù), 從而提高貨運(yùn)管理水平。( 3 由于能提供準(zhǔn)確、及時(shí)、完整的信息, 可以有預(yù)見地指揮運(yùn)輸生產(chǎn), 從而加速機(jī)車車輛周轉(zhuǎn), 提高經(jīng)濟(jì)效益。( 4 整個(gè)鐵路運(yùn)輸管理工作從經(jīng)驗(yàn)管理過渡到現(xiàn)代化管理, 不但可以節(jié)省人力, 而且大大減輕運(yùn)輸生產(chǎn)指揮和管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。( 5 實(shí)現(xiàn)信息共享。3.2.2 調(diào)度管理信息系統(tǒng)(DMIS為解決全國(guó)鐵路調(diào)度指揮管理系統(tǒng)的現(xiàn)代化,1996 年鐵路系統(tǒng)決定建立調(diào)度管理信息系統(tǒng)DMIS(Dis

15、pateh Management Information System, DMIS, 該系統(tǒng)將于2005 年底前全面完成。DMIS 包括以下四個(gè)層次:第一層鐵道部調(diào)度指揮中心DMIS 系統(tǒng)的核心與各鐵路局、鐵路分局相連, 接收全國(guó)鐵路鐵路系統(tǒng)的各種實(shí)時(shí)信息與運(yùn)輸數(shù)據(jù)和資料, 監(jiān)視各鐵路局、鐵路分局、主要干線、路局交接口、大型客站、編組站、樞紐、車站、區(qū)間的列車宏觀運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、重點(diǎn)列車及車站的列車實(shí)際運(yùn)行位置和站場(chǎng)狀態(tài)顯示, 并建有全國(guó)鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。第二層鐵路局調(diào)度指揮中心接收各鐵路分局的信息與資料, 同時(shí)顯示與鐵道部、鐵路局及相臨鐵路局的信息交換。第三層鐵路分局調(diào)度指揮中

16、心接收鐵路分局內(nèi)各站的信息與資料, 監(jiān)視主要干線、路局交接口、大型客站、編組站、樞紐、車站、區(qū)間的列車宏觀運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、重點(diǎn)列車及車站的列車實(shí)際運(yùn)行位置和站場(chǎng)狀態(tài)顯示, 同時(shí)顯示與鐵道部、鐵路局及相臨鐵路分局的信息交換。第四層基層信息采集系統(tǒng)安裝在各車站, 用來從信號(hào)設(shè)備及其它設(shè)備上采集有關(guān)列車運(yùn)行位置、列車車次、信號(hào)設(shè)備狀態(tài)等相關(guān)數(shù)據(jù), 并將上述數(shù)據(jù)通過專用通信線路傳送到鐵路分局。整個(gè)DMIS 系統(tǒng)由鐵道部、鐵路局負(fù)責(zé)宏觀管理和指揮協(xié)調(diào)工作, 鐵路分局和車站負(fù)責(zé)運(yùn)輸組織和行車的直接指揮。部級(jí)指揮調(diào)度中心是全國(guó)的樞紐, 鐵路DMIS 把從現(xiàn)場(chǎng)車站采集信息經(jīng)過車站基層網(wǎng), 分局DMIS

17、 中心路局DMIS 中心主機(jī)傳送到部調(diào)度中心, 形成完整的信息庫(kù), 通過對(duì)信息綜合處理, 實(shí)現(xiàn)了對(duì)全路列車運(yùn)行的動(dòng)態(tài)跟蹤實(shí)時(shí)監(jiān)視, 并由此生成各種列車運(yùn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)表。因此DMIS 有以下主要功能: 編制列車運(yùn)行計(jì)劃, 自動(dòng)采集列車運(yùn)行時(shí)刻, 自動(dòng)繪制實(shí)跡運(yùn)行圖, 列車車次號(hào)自動(dòng)采集和跟蹤, 自動(dòng)或人工調(diào)整階段計(jì)劃, 向車站、機(jī)車自動(dòng)下達(dá)階段計(jì)劃和調(diào)度命令, 自動(dòng)生成車站行車日志等等。整個(gè)DMIS 系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn):( 1 可靠性高: 不允許出現(xiàn)故障而影響鐵路運(yùn)營(yíng)指揮。( 2 實(shí)時(shí)性強(qiáng): 對(duì)任一任務(wù)請(qǐng)求做到及時(shí)處理, 延遲時(shí)間不超過3s。( 3 數(shù)據(jù)量大: 路局、分局、分界口等數(shù)據(jù)全部匯總到部

18、調(diào)度中心。( 4 系統(tǒng)復(fù)雜: 以計(jì)算機(jī)為主體、聯(lián)接通訊、聲像等系統(tǒng)。( 5 服務(wù)性強(qiáng): 提供信息、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、查詢。(6 標(biāo)準(zhǔn)性好: 采用國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制, 易于擴(kuò)展。4對(duì)發(fā)展中國(guó)智能鐵路系統(tǒng)的若干建議(1 高度重視中國(guó)智能鐵路的研究和發(fā)展工作。(2 加快中國(guó)智能鐵路系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。(3 加強(qiáng)研究, 加快立項(xiàng), 組建隊(duì)伍, 進(jìn)行研究和。(4 加強(qiáng)智能鐵路信息系統(tǒng)的構(gòu)建與整合。5 結(jié)語(yǔ)鐵路是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈, 鐵路運(yùn)輸在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。為了增強(qiáng)我國(guó)鐵路運(yùn)輸行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力、提高管理水平、改善市場(chǎng)營(yíng)銷手段和服務(wù)質(zhì)量, 我國(guó)要大力開展智能鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的研究。雖然我國(guó)還開發(fā)了鐵路綜合辦公系統(tǒng)OMIS、鐵路運(yùn)輸清算系統(tǒng)、高速鐵路列車運(yùn)行智能控制、車輛管理信息系統(tǒng)CMIS、財(cái)務(wù)管理信息系統(tǒng)RFAMIS 等系統(tǒng)。但這些系統(tǒng)各自開發(fā), 連通性和互操作性較差,信息基本不能共享, 造成資源的浪費(fèi)。借鑒采用高新技術(shù)改造鐵路系統(tǒng)的歐洲ERTMS 在服務(wù)、效率、安全方面取得的成功經(jīng)驗(yàn)及從ITS 的角度建立起RITS 的體系框架以更好地指導(dǎo)鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展, 代表著鐵路運(yùn)輸