淺談智能鐵路運輸系統(tǒng)的發(fā)展

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

2、起社會的普遍關(guān)注。交通量的持續(xù)增長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: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)施不可能無限擴展;另一個就是限制交通流量,主要是通過法律和行政手段實現(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,智能運輸系統(tǒng)因此應(yīng)運而生。2什么是智能鐵路運輸系統(tǒng)鐵路運輸具有特殊性, 鐵路智能運輸系統(tǒng)要從鐵路運輸?shù)莫毺匾暯莵硌芯? 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, 實現(xiàn)更高效率、更高安全、更高品質(zhì)服務(wù)的鐵路運輸。因此鐵路科研工

3、作者提出鐵路智能運輸系統(tǒng)(Railway Intelli - gent TransportSystem, RITS必須是集成了電子技術(shù)、計算機技術(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)和智能自動化技術(shù)等, 以實現(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輸相關(guān)的所有移動、固定、信息和人力資源, 以較低的成本達到保障安全、提高運輸效率、改善經(jīng)營管理和提高服務(wù)質(zhì)量為目的新一代鐵路運輸系統(tǒng)。鐵路智能運輸系統(tǒng)涉及十分廣泛的領(lǐng)域, 由以下幾部分組成: 先進的運輸管理系統(tǒng)、先進的運輸自動化系統(tǒng)、先進的列車控制系統(tǒng)、先進的旅客服務(wù)系統(tǒng)、先進的運輸設(shè)施管理系統(tǒng)以及先

4、進的安全保障系統(tǒng)。其關(guān)鍵技術(shù)可歸納為: 數(shù)據(jù)傳輸、列車位置檢測、列車自動操縱、進路自動控制、車站作業(yè)自動化等。與傳統(tǒng)的鐵路運輸方式相比在運輸管理、運輸安全性、運輸效率、運輸服務(wù)質(zhì)量等方面有明顯優(yōu)勢。3智能鐵路系統(tǒng)及其研究情況3.1國外鐵路智能運輸系統(tǒng)研究狀況雖然鐵路智能運輸系統(tǒng)的概念近幾年才提出來,但發(fā)達國家致力于這方面的研究和運用確已有40 余年的歷史, 特別是高速鐵路誕生之后對鐵路運營提出了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn), 促使各時期的先進技術(shù)不斷地融入到鐵路運營管理中, 使得鐵路運營管理的智能化、現(xiàn)代化程度不斷提高。其中尤以歐洲、日本、美國等國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統(tǒng)一的鐵路運行管理系統(tǒng)和統(tǒng)一的列車運行控制系統(tǒng), 以便于使鐵路運輸與其他運輸業(yè)進行有力的競爭。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)立了歐洲鐵路運輸管理項目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運行制定了技術(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 為歐洲列車運行控制系統(tǒng)發(fā)展方向。ETCS/ERTMS 系統(tǒng)的優(yōu)點有:( 1 實現(xiàn)了統(tǒng)一的歐洲規(guī)范。高速列車可以跨國運行, 用戶組對歐洲各國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輸效率。( 3 取消地面信號和軌道區(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 在實施上可以根據(jù)實際情況采用不同級別的技術(shù), 逐步進行系統(tǒng)升級。ETCS/ERTMS 系統(tǒng)是在現(xiàn)有的未正式成為鐵路智能運輸系統(tǒng)而屬于ITS 范疇的項目中是發(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)了新干線列車運行管理系統(tǒng)COMOS(ComputerizedSafety ,Maintenance and Operation System of Shinkasansn,COMOS 、計算機和無線電輔助列車控制系統(tǒng)CARAT (Computer And Radio Aided Train Control System、先進列車管理和通訊

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)識到在已有工作的基礎(chǔ)上從總體上規(guī)劃鐵路智能運輸系統(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), 針對不同鐵路提供一致和通用信息的旅客信息服務(wù), 以期實現(xiàn)便捷的多式聯(lián)運交通。CyberRail 要成為多式聯(lián)運旅客有用和方便的工具, 它就必須體現(xiàn)用戶對系統(tǒng)的要求, 所以它的用

9、戶服務(wù)可以劃分為以下4 個領(lǐng)域:( 1 多式聯(lián)運信息和個人導(dǎo)航( 2 鐵路相關(guān)信息發(fā)布和交換的通用信息平臺( 3 面向需求的運輸規(guī)劃和調(diào)度( 4 智能列車控制目前CyberRail 系統(tǒng)致力于實現(xiàn)兩個層次的目標(biāo):( 1 提供實時的多式聯(lián)運旅客信息服務(wù), 即為旅客提供關(guān)于旅行前信息、門到門的旅行導(dǎo)航、交通受阻時的旅行計劃調(diào)整服務(wù)等方面的更方便、更可靠、更實時的信息。( 2 使鐵路列車運營更靈活、更安全、更可靠、更具競爭力。即采取實時的、面向需求的列車運營計劃和基于通訊的智能行車指揮。除以上兩個系統(tǒng)外, 還有美國的先進列車控制系統(tǒng)ATCS、法國鐵路的連續(xù)實時追蹤自動化系統(tǒng)ASTREE、北美的先進鐵

10、路電子系統(tǒng)ARES、美國舊金山港灣鐵路的先進列車控制系統(tǒng)AATC 等等, 它們在鐵路交通運輸中發(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輸系統(tǒng), 但其研究都屬于鐵路智能運輸系統(tǒng)的研究范疇。3.2 中國鐵路智能運輸系統(tǒng)研究狀況隨著信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、自動控制技術(shù)、人工智能技術(shù)、組合優(yōu)化技術(shù)以及計算機網(wǎng)絡(luò)與處理技術(shù)等在鐵路運輸中的運用, 我國鐵路在信息化建設(shè)方面已取得了豐富的成就, 如鐵路運輸管理信息系統(tǒng)的(TMIS 和調(diào)度管理信息系統(tǒng)(DMIS等覆蓋全國的大規(guī)模信息系統(tǒng); 新一代鐵路列車運行控制系統(tǒng)(CTCS 的開發(fā)和運用, 這些都為我國鐵路智能運輸系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)打下了較好的

11、基礎(chǔ)。2000 年我國組建“國家鐵路智能運輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心”(The Center of National Railway Intelligent Transportation System Engineering and Technology, RITSC, 我國的智能鐵路系統(tǒng)的研究將得到進一步的推動和發(fā)展。3.2.1 鐵路運輸管理信息系統(tǒng)( TMIS為提高鐵路運輸業(yè)的運輸效率和運輸服務(wù)質(zhì)量,鐵道部于1994 年開始大規(guī)模建設(shè)覆蓋全國的鐵路運輸管理信息系統(tǒng)TMIS( Transportion Management InformationSystem,TMIS , 以實現(xiàn)全國鐵路運輸管理

12、的信息化。TMIS 是世界上最復(fù)雜、最龐大的運輸管理信息系統(tǒng), 也是我國"九五"重點科技攻關(guān)項目。該系統(tǒng)已于2004 年完成工程建設(shè)任務(wù)。TMIS 包括: 確報信息系統(tǒng)、貨票信息系統(tǒng)、編組站信息系統(tǒng)、貨運營銷及生產(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)點貨車追蹤信息系統(tǒng)等子系統(tǒng), 涉及5 萬多公里鐵路營運線。TMIS 系統(tǒng)不僅覆蓋鐵道部、路局和分局的各個主管業(yè)務(wù)部門, 而且還遍及全路各基層站段, 通過鐵路計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成一體, 這樣鐵道部中央主處理系統(tǒng)就可以及時從全國鐵路2200 個信息報告點收集全路列車、機車、車輛、集裝箱以及所運貨物的

13、動態(tài)信息, 實現(xiàn)列車、貨物, 機車車輛, 集裝箱的節(jié)點式實時追蹤管理, 為全國鐵路各級運輸生產(chǎn)人員提供及時準(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:全路貨物運輸市場需求動態(tài)信息;貨物運輸執(zhí)行動態(tài)信息;機車、車輛、集裝箱、蓬布等運力資源的配備和使用動態(tài)信息;列車組成動態(tài)信息;列車到發(fā)和通過信息;裝/卸車作業(yè)信息;其他運輸生產(chǎn)作業(yè)與管理信息。TMIS 車站系統(tǒng)及信息采集點采集的信息除了在本地建立數(shù)據(jù)庫外, 還及時將原始信息通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳送至鐵路分局、鐵路局和鐵道部, 各級應(yīng)用部門共享同一信息源, 建立本級管轄范圍內(nèi)的、完整的動態(tài)信息資源庫。TMIS 的優(yōu)點:(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需求。(2 能夠為鐵路運輸調(diào)度部門提供實時的全路貨車、機車、列車、集裝箱及所運貨物的位置、狀態(tài)變化的信息, 可大大改善對貨主的服務(wù), 從而提高貨運管理水平。( 3 由于能提供準(zhǔn)確、及時、完整的信息, 可以有預(yù)見地指揮運輸生產(chǎn), 從而加速機車車輛周轉(zhuǎn), 提高經(jīng)濟效益。( 4 整個鐵路運輸管理工作從經(jīng)驗管理過渡到現(xiàn)代化管理, 不但可以節(jié)省人力, 而且大大減輕運輸生產(chǎn)指揮和管理人員的勞動強度。( 5 實現(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, 接收全國鐵路鐵路系統(tǒng)的各種實時信息與運輸數(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)間的列車宏觀運行狀態(tài)、運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)、重點列車及車站的列車實際運行位置和站場狀態(tài)顯示, 并建有全國鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。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)間的列車宏觀運行狀態(tài)、運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)、重點列車及車站的列車實際運行位置和站場狀態(tài)顯示, 同時顯示與鐵道部、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, 用來從信號設(shè)備及其它設(shè)備上采集有關(guān)列車運行位置、列車車次、信號設(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)運輸組織和行車的直接指揮。部級指揮調(diào)度中心是全國的樞紐, 鐵路DMIS 把從現(xiàn)場車站采集信息經(jīng)過車站基層網(wǎng), 分局DMIS

17、 中心路局DMIS 中心主機傳送到部調(diào)度中心, 形成完整的信息庫, 通過對信息綜合處理, 實現(xiàn)了對全路列車運行的動態(tài)跟蹤實時監(jiān)視, 并由此生成各種列車運行統(tǒng)計報表。因此DMIS 有以下主要功能: 編制列車運行計劃, 自動采集列車運行時刻, 自動繪制實跡運行圖, 列車車次號自動采集和跟蹤, 自動或人工調(diào)整階段計劃, 向車站、機車自動下達階段計劃和調(diào)度命令, 自動生成車站行車日志等等。整個DMIS 系統(tǒng)具有以下幾個特點:( 1 可靠性高: 不允許出現(xiàn)故障而影響鐵路運營指揮。( 2 實時性強: 對任一任務(wù)請求做到及時處理, 延遲時間不超過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: 以計算機為主體、聯(lián)接通訊、聲像等系統(tǒng)。( 5 服務(wù)性強: 提供信息、數(shù)據(jù)的實時顯示、查詢。(6 標(biāo)準(zhǔn)性好: 采用國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)機制, 易于擴展。4對發(fā)展中國智能鐵路系統(tǒng)的若干建議(1 高度重視中國智能鐵路的研究和發(fā)展工作。(2 加快中國智能鐵路系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計。(3 加強研究, 加快立項, 組建隊伍, 進行研究和。(4 加強智能鐵路信息系統(tǒng)的構(gòu)建與整合。5 結(jié)語鐵路是我國國民經(jīng)濟的大動脈, 鐵路運輸在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。為了增強我國鐵路運輸行業(yè)的市場競爭能力、提高管理水平、改善市場營銷手段和服務(wù)質(zhì)量, 我國要大力開展智能鐵路運輸系統(tǒng)的研究。雖然我國還開發(fā)了鐵路綜合辦公系統(tǒng)OMIS、鐵路運輸清算系統(tǒng)、高速鐵路列車運行智能控制、車輛管理信息系統(tǒng)CMIS、財務(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。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)鐵路運輸?shù)陌l(fā)展, 代表著鐵路運輸