蔣麗麗，劉國梁，王英杰，封博卿，劉陽學(xué)，魏小娟，楊峰雁

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

1 概述

為實現(xiàn)鐵路智能化發(fā)展藍(lán)圖，需要深入研究移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、新一代人工智能等新技術(shù)，結(jié)合高鐵智能化發(fā)展實際，形成面向智能建造與運(yùn)營服務(wù)、智能動車組、智能調(diào)度與運(yùn)行控制等關(guān)鍵技術(shù)集合，持續(xù)推進(jìn)我國高鐵的智能化升級，實現(xiàn)我國高鐵走向世界、引領(lǐng)世界高鐵科技變革的偉大目標(biāo)[1-3]。

在智能安全保障方面，利用物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，形成了聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控和信息綜合應(yīng)用全面感知系統(tǒng)，實現(xiàn)了多源信息輸入、復(fù)合技防技術(shù)支持[4-5]，為智能高鐵提供了包括基礎(chǔ)設(shè)施安全、列車運(yùn)行安全、運(yùn)行環(huán)境安全等方面的全方位安全管理和監(jiān)控，具體如下：

（1）加強(qiáng)固定、移動設(shè)施設(shè)備運(yùn)營維護(hù)，確?；A(chǔ)設(shè)施安全。針對工務(wù)、電務(wù)、供電等不同專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施特點(diǎn)，結(jié)合智能基礎(chǔ)設(shè)施，分析不同專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施安全檢測監(jiān)測智能化方案，系統(tǒng)性研究智能化基礎(chǔ)設(shè)施安全防護(hù)體系，為我國未來高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施安全保障提供合理化技術(shù)發(fā)展建議[6]。

（2）以信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，建立智能運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，確保列車運(yùn)行安全。分析研究列車運(yùn)行安全監(jiān)控智能化設(shè)備發(fā)展方向，構(gòu)建車地聯(lián)動的列車運(yùn)行安全智能監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計安全監(jiān)控信息全流程閉環(huán)管理方案以及監(jiān)控故障協(xié)同應(yīng)急響應(yīng)工作模式。深化人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等智能技術(shù)研究，為列車安全運(yùn)行提供技術(shù)保障[7]。

（3）建立高鐵防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)，防止地質(zhì)災(zāi)害及周界侵限影響。建立完整的高鐵自然災(zāi)害及異物侵限智能監(jiān)測技術(shù)體系；突破高鐵自然災(zāi)害預(yù)警及報警信息的自動處置技術(shù)，提升高鐵風(fēng)、雨、雪等災(zāi)害報警的處置能力和智能化水平。

（4）構(gòu)建全天候、立體化的高鐵治安防范保障技術(shù)體系，確保治安防范[8]。利用物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)形成聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，搭建信息綜合應(yīng)用全面感知系統(tǒng)，通過多源信息輸入，加強(qiáng)復(fù)合技防技術(shù)支持，構(gòu)建人機(jī)智能交互，建立基于列車運(yùn)行及基礎(chǔ)設(shè)施和周邊環(huán)境監(jiān)測的“人防、物防、技防”全方位一體化高鐵智能安全保障體系[9-10]。

目前，在高鐵安全保障方面，已經(jīng)建成全面覆蓋高鐵行車安全和基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)10 種檢測監(jiān)測系統(tǒng)。運(yùn)用大數(shù)據(jù)方法，評估分析高鐵設(shè)施設(shè)備的運(yùn)用、維護(hù)、檢修信息，掌握服役狀態(tài)和性能變化規(guī)律，為修程修制優(yōu)化、故障預(yù)測、故障處置等提供技術(shù)支撐。現(xiàn)有高鐵智能安全保障體系見圖1。

圖1 現(xiàn)有高鐵智能安全保障體系

2 需求分析

2.1 外部環(huán)境需求

2.1.1 自然災(zāi)害與異物侵限等偶發(fā)情況影響加劇

我國山地面積占陸地總面積的2/3，高鐵列車常穿行于位置偏僻、環(huán)境惡劣的山區(qū)，滑坡、泥石流等自然災(zāi)害長期威脅運(yùn)營安全。運(yùn)行速度的不斷提升對高鐵安全提出了更高要求，尤其是如何對高鐵沿線自然災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測和安全預(yù)警備受關(guān)注。另外，異物侵限也考驗著高鐵的安全運(yùn)營。常見異物侵限有滾石、落物、動物等，具有突發(fā)性和無規(guī)律性等特點(diǎn)，嚴(yán)重威脅列車安全。

2.1.2 反恐防范與處置面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

高鐵運(yùn)輸存在客流密度大、人員結(jié)構(gòu)混雜、線路跨度長等特點(diǎn)，易成為恐怖分子作案目標(biāo)，一旦發(fā)生恐怖襲擊，可能造成人員生命、財產(chǎn)巨大損失。雖然我國各地公安機(jī)關(guān)在高鐵反恐防范與處置方面取得了一定成效，但恐怖分子仍對鐵路構(gòu)成一定威脅，鐵路系統(tǒng)與地方政府、公安聯(lián)防各部門應(yīng)急救援聯(lián)動機(jī)制需進(jìn)一步建立健全，避免救援不及時造成不必要的損失。

2.2 內(nèi)部環(huán)境需求

2.2.1 基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備安全保障需求

隨著高鐵線路的增多及其安全保障需求的提高，傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)維修、排查安全隱患和預(yù)測災(zāi)害方法效率低下，亟須更加完善的設(shè)施設(shè)備、列車狀態(tài)監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，以及對相應(yīng)橋梁、隧道、車站、站場、重要立交道口等更密切地監(jiān)測。

2.2.2 列車運(yùn)行安全監(jiān)控需求

由于高鐵列車運(yùn)行速度快、行車密度大，以及高速運(yùn)行導(dǎo)致的空氣阻力、列車對線路沖擊力等大幅提高，傳統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)已不能滿足要求。列車運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)以信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，以現(xiàn)場總線、故障診斷、無線傳輸、專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)為手段，以列車運(yùn)營安全為目標(biāo)，要求對主要設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、故障處理、遠(yuǎn)程監(jiān)控、安全防護(hù)等功能實現(xiàn)自動化、智能化，采用更完備的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)和設(shè)備監(jiān)測設(shè)施和備用裝置，以消除事故隱患。

2.3 內(nèi)外聯(lián)動需求

在高鐵設(shè)施設(shè)備狀態(tài)、列車運(yùn)行控制以及周邊運(yùn)行環(huán)境實時監(jiān)測和資源數(shù)字化管理的基礎(chǔ)上，要求形成鐵路內(nèi)部各專業(yè)、各崗位、上下級，車站與列車，車站與地方之間的信息及時溝通和處置任務(wù)的協(xié)同聯(lián)動。

當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時，要求將“人員-資源-設(shè)備”依據(jù)突發(fā)事件等級進(jìn)行有效協(xié)同指揮，車站要與列車、公安、消防、醫(yī)療、應(yīng)急物資儲備以及地方醫(yī)療機(jī)構(gòu)、應(yīng)急救援專業(yè)隊伍、特種救援設(shè)備等協(xié)調(diào)聯(lián)動。

2.4 趨勢發(fā)展需求

2.4.1 基礎(chǔ)設(shè)施保障全面感知技術(shù)需求

形成“自感知、自適應(yīng)、自診斷”的養(yǎng)護(hù)維修監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)問題的“自學(xué)習(xí)、自處理”等功能，實現(xiàn)高鐵災(zāi)害防治的智能化維護(hù)。

2.4.2 行車安全智能監(jiān)控系統(tǒng)需求

提高車輛運(yùn)維技術(shù)、現(xiàn)代車輛維修理論和管理模式、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷、預(yù)測性維修技術(shù)，同時發(fā)展聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控列車監(jiān)控子系統(tǒng)，實現(xiàn)列車安全智能監(jiān)控。

2.4.3 自然災(zāi)害及異物侵限智能監(jiān)測技術(shù)需求

高鐵大風(fēng)時空預(yù)警模型；高鐵災(zāi)害及異物侵限實時監(jiān)測；災(zāi)后應(yīng)急措施的有效及時；災(zāi)前預(yù)測和災(zāi)后處理融為一體；全方位一體化高鐵智能安全保障體系。

2.4.4 反恐安全防控及預(yù)警技術(shù)需求

大數(shù)據(jù)在高鐵反恐中的應(yīng)用；智能反恐預(yù)警決策系統(tǒng)；防災(zāi)網(wǎng)與中國地震臺網(wǎng)、國家氣象網(wǎng)的三網(wǎng)融合。

3 總體架構(gòu)

以高鐵基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備、列車運(yùn)行、自然災(zāi)害及異物侵限預(yù)警中的固定、移動設(shè)備為研究對象，通過研究智能安全監(jiān)控技術(shù)、智能安全檢測監(jiān)測技術(shù)以及智能安全評估與預(yù)警技術(shù)，建立智能設(shè)施設(shè)備的監(jiān)測和在線智能診斷系統(tǒng)、列車運(yùn)行安全保障系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)測報警系統(tǒng)以及事故救援和減災(zāi)系統(tǒng)，用于智能高鐵的設(shè)施設(shè)備的安全維護(hù)、安全態(tài)勢分析、預(yù)警、應(yīng)急以及輔助決策。

綜合利用新型檢測監(jiān)測技術(shù)，提高鐵路基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備維修管理水平，確?；A(chǔ)設(shè)施設(shè)備安全，保障智能基礎(chǔ)設(shè)施在業(yè)務(wù)各環(huán)節(jié)中各種數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性、真實性和網(wǎng)絡(luò)的容錯性，具體如下：

（1）針對工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施特點(diǎn)，研究提出工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施安全檢測監(jiān)測體系總體框架，明確主要組成部分和功能需求，開展基于智能感知環(huán)境下軌道幾何狀態(tài)、鋼軌廓型、軌道關(guān)鍵部件與路基、橋涵、隧道狀態(tài)檢測與監(jiān)測技術(shù)方案研究，科學(xué)制定檢測項目及技術(shù)指標(biāo)；

（2）針對供電設(shè)施設(shè)備特點(diǎn)，研究提出鐵路供電綜合安全檢測監(jiān)測系統(tǒng)智能化方案，以實現(xiàn)對供變電設(shè)備和接觸網(wǎng)全方位及全天候的安全檢測；

（3）針對電務(wù)設(shè)備特點(diǎn)，研究建立車載和地面信號設(shè)備的一體化、全方位安全檢測監(jiān)測技術(shù)體系，重點(diǎn)針對軌道電路傳輸特性、道岔轉(zhuǎn)轍設(shè)備、機(jī)車信號、牽引回流以及信號設(shè)備與其他專業(yè)設(shè)備的結(jié)合部等重要行車設(shè)備，開展安全檢測監(jiān)測方案研究。

智能安全保障技術(shù)總體架構(gòu)見圖2。

圖2 智能安全保障技術(shù)總體架構(gòu)

4 關(guān)鍵技術(shù)預(yù)測

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，形成聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控和信息綜合應(yīng)用全面感知系統(tǒng)，采用多源信息輸入，復(fù)合技防技術(shù)支持，加強(qiáng)人機(jī)智能交互，閉環(huán)安全管理，建立列車運(yùn)行及基礎(chǔ)設(shè)施一體化安全保障系統(tǒng)和周邊安全隱患與列車運(yùn)行的自動控制綜合安全保障系統(tǒng)，自動識別周邊安全隱患和自動控制綜合安全保障體系。通過智能檢測機(jī)器人或PHM，對列車進(jìn)行智能檢測檢修。通過智能安全保障，推進(jìn)高鐵沿線災(zāi)害報警裝置的自動化，提高災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)整體的技術(shù)水平和決策支持能力。同時，提高高鐵沿線災(zāi)害監(jiān)測的預(yù)警能力和防災(zāi)減災(zāi)水平，減少人工干預(yù)，形成“人防、物防、技防”的全方位一體化高鐵智能安全保障體系。智能安全保障關(guān)鍵技術(shù)預(yù)測見圖3。

圖3 智能安全保障關(guān)鍵技術(shù)預(yù)測

4.1 基于全面感知的基礎(chǔ)設(shè)施安全檢測監(jiān)測體系研究

在工務(wù)、供電、電務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施方面，將形成“自感知、自適應(yīng)、自診斷”的養(yǎng)護(hù)維修監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，增強(qiáng)設(shè)備工作的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，實現(xiàn)問題的自學(xué)習(xí)、自處理等功能，實現(xiàn)高鐵災(zāi)害防治的智能化維護(hù)。

4.1.1 自感知工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施檢測與監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)包括車載系統(tǒng)及地面分散系統(tǒng)，點(diǎn)多面廣，因此需要建設(shè)檢測與監(jiān)測信息網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施各類設(shè)備狀態(tài)的自動收集和集中管理，建成分散檢測、集中報警、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測、信息共享的工務(wù)檢測與監(jiān)測數(shù)據(jù)集成平臺。各類設(shè)備必須遵照統(tǒng)一的接口、數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議，實現(xiàn)與數(shù)據(jù)集成平臺的數(shù)據(jù)交互。集成平臺對各系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、綜合分析、信息共享，為工務(wù)管理決策部門和維修部門服務(wù)。

4.1.2 智能化供電綜合安全檢測監(jiān)測系統(tǒng)

對已有分散檢測、監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行功能完善、技術(shù)集成，形成分層分布式結(jié)構(gòu)，使之成為具有綜合處理功能的檢測與監(jiān)測平臺，指導(dǎo)供電設(shè)備的日常維護(hù)和維修。對各檢測、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫進(jìn)行綜合分析、專家診斷，成為具有開放式設(shè)計構(gòu)架，能兼容接入其他智能檢測、監(jiān)測設(shè)備，保障供電設(shè)備安全運(yùn)行。

4.1.3 自適應(yīng)設(shè)備信息智能化管理

充分利用信息化、數(shù)據(jù)化的設(shè)備檢測監(jiān)測手段改造傳統(tǒng)作業(yè)模式，綜合利用6C 系統(tǒng)、單兵巡視設(shè)備、接觸網(wǎng)巡檢儀等信息化視頻監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)全天候、全時段、全覆蓋設(shè)備檢測監(jiān)測，突出加強(qiáng)視頻信息綜合分析，借助無線網(wǎng)絡(luò)，對檢測監(jiān)測信息即時傳遞，形成路局?jǐn)?shù)據(jù)監(jiān)控中心、站段調(diào)度指揮中心、車間分析中心3 級視頻信息綜合調(diào)用分析長效機(jī)制。同時，加強(qiáng)SCADA 復(fù)示終端系統(tǒng)維護(hù)管理，實現(xiàn)牽引供電、電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的遙控、遙信、遙測及調(diào)度管理，對重要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實時在線監(jiān)控，重點(diǎn)建設(shè)以先進(jìn)檢測設(shè)備為主、以人工測量為輔、動靜態(tài)相結(jié)合的設(shè)備檢測系統(tǒng)，全方位、多角度、立體式準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

4.1.4 施工作業(yè)智能綜合安全監(jiān)控技術(shù)

（1）借助先進(jìn)成熟的地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)和移動通信技術(shù)，實現(xiàn)工務(wù)作業(yè)的定位跟蹤和數(shù)據(jù)回傳，可為安全生產(chǎn)管理和應(yīng)急故障處理等提供技術(shù)支持；（2）使用具備攝像功能的移動終端，綜合移動通信、終端軟件遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，實現(xiàn)對路外施工、防洪區(qū)段、現(xiàn)場作業(yè)等現(xiàn)場環(huán)境的實時監(jiān)控，可為安全生產(chǎn)管理、應(yīng)急故障處理等提供實時可視化支持；（3）借助遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)獲取列車位置信息，為工務(wù)現(xiàn)場作業(yè)防護(hù)提供信息預(yù)警；（4）利用二維碼圖像掃描識別技術(shù)在上道作業(yè)和作業(yè)結(jié)束下道前點(diǎn)驗人員、機(jī)具和主要材料，加強(qiáng)上線作業(yè)安全管理，避免機(jī)具和材料遺漏。

4.2 集成化的列車運(yùn)行安全自動監(jiān)控系統(tǒng)

研究列車運(yùn)行安全監(jiān)控設(shè)備的自動化、智能化技術(shù)。

（1）利用車載檢測傳感器、地對車監(jiān)控設(shè)備的集成化、微型化、自動化研究，大幅提高檢測設(shè)備監(jiān)控精度、降低設(shè)備組成復(fù)雜度、增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

（2）通過信息智能監(jiān)控報警技術(shù)研究，實現(xiàn)行車異常全自動實時報警，利用多源監(jiān)控信息實現(xiàn)運(yùn)行故障綜合自動診斷及報警提示。

（3）立足于鐵路大數(shù)據(jù)平臺、高速通信網(wǎng)絡(luò)等未來信息化條件，研究構(gòu)建行車安全智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)的總體系統(tǒng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、功能架構(gòu)等關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計，提出車地聯(lián)動的多源綜合實時監(jiān)控方案。

（4）提出行車安全監(jiān)控總體業(yè)務(wù)管理方案。設(shè)計行車安全監(jiān)控信息實時自動報警、快速應(yīng)急響應(yīng)、現(xiàn)場實施處置、故障復(fù)核檢修的全流程閉環(huán)管理方案，結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)的智能化應(yīng)用功能，實現(xiàn)高效的列車監(jiān)控管理業(yè)務(wù)能力。

（5）在列車運(yùn)行安全地面監(jiān)測設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控及信息綜合應(yīng)用系統(tǒng)方面，將提高車輛運(yùn)維技術(shù)、現(xiàn)代車輛維修理論和管理模式、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷、預(yù)測性維修技術(shù)。同時發(fā)展聯(lián)網(wǎng)列車監(jiān)控子系統(tǒng)，進(jìn)行信息化頂層統(tǒng)一規(guī)劃，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析、人工智能技術(shù)等新科技實現(xiàn)智能監(jiān)測動車組安全。制定車輛安全監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)總體方案，明確各型探測設(shè)備數(shù)據(jù)接入規(guī)范，與車輛管理信息系統(tǒng)信息建立共享機(jī)制，中國國家鐵路集團(tuán)有限公司統(tǒng)一制定數(shù)據(jù)流程、數(shù)據(jù)接口。

4.3 多源高鐵自然災(zāi)害及異物侵限智能監(jiān)測技術(shù)研究

研究高鐵自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測范圍，智能監(jiān)測、傳輸、決策、處置技術(shù)，信息安全保障體系及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，形成完整的高鐵自然災(zāi)害及異物侵限智能監(jiān)測技術(shù)體系。研究大風(fēng)預(yù)測和結(jié)合風(fēng)向的大風(fēng)時空預(yù)警模型，研究風(fēng)、雨、雪災(zāi)害監(jiān)測報警信息自動控車相關(guān)技術(shù)。研究基于物聯(lián)網(wǎng)、北斗衛(wèi)星、無線傳感網(wǎng)、雷達(dá)、智能視頻等多種技術(shù)融合的高鐵侵限監(jiān)測技術(shù)，監(jiān)測高鐵沿線重點(diǎn)地段、橋梁、隧道口等處所，全面保障列車運(yùn)行安全；開展高鐵災(zāi)害監(jiān)測大數(shù)據(jù)分析技術(shù)研究，對災(zāi)害監(jiān)測、報警數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，研究高鐵災(zāi)害特性、時空分布演化規(guī)律，開展高鐵災(zāi)害監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)優(yōu)化，災(zāi)害預(yù)測、預(yù)警、報警處置規(guī)則優(yōu)化，設(shè)備故障預(yù)警和健康管理，系統(tǒng)評估等大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)對災(zāi)害監(jiān)測、系統(tǒng)優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)制定等的決策支持作用。實現(xiàn)高鐵災(zāi)害及異物的實時監(jiān)控，以及災(zāi)后應(yīng)急措施的有效及時，將災(zāi)前預(yù)測和災(zāi)后處理融為一體。綜合應(yīng)用多種數(shù)據(jù)源，結(jié)合大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)，建立全方位一體化高鐵智能安全保障體系，避免高鐵事故或?qū)⑵鋼p失降至最小。

4.3.1 大風(fēng)時空預(yù)警

建立大風(fēng)時空預(yù)警系統(tǒng)，實時監(jiān)測風(fēng)速和風(fēng)向，通過對地理信息各因子的運(yùn)算、歷史資料導(dǎo)入、沿線風(fēng)速監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)庫分析等綜合判斷，為行車指揮控制系統(tǒng)提供較合理的行車速度限制指令信息。為了實現(xiàn)系統(tǒng)對風(fēng)速的采集監(jiān)測，在現(xiàn)場設(shè)置風(fēng)速風(fēng)向儀，用于采集實時風(fēng)速數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)采集到影響列車運(yùn)行的強(qiáng)風(fēng)時，對照預(yù)先設(shè)定的報警閾值，發(fā)出風(fēng)速警戒，并將實時風(fēng)向風(fēng)速信息及報警信息傳輸至調(diào)度終端。調(diào)度終端接到報警信息后，根據(jù)調(diào)度終端顯示的行車建議采取相應(yīng)的列車管制措施，并利用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。

4.3.2 災(zāi)害報警自動控車

主要對危及鐵路行車安全的自然災(zāi)害、異物侵限、突發(fā)事件等進(jìn)行實時監(jiān)測，采集監(jiān)測信息、集中管理、分布應(yīng)用，提供及時準(zhǔn)確的災(zāi)害報警和預(yù)警功能，防止或減少災(zāi)害對高鐵列車運(yùn)行安全的影響。災(zāi)害報警自動控車系統(tǒng)可細(xì)分為5 個子系統(tǒng)，其設(shè)備分別針對不同的災(zāi)害類型，具體如下：

（1）風(fēng)監(jiān)測子系統(tǒng)。主要實現(xiàn)風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)的集中實時采集監(jiān)視和風(fēng)速報警，根據(jù)現(xiàn)場實時風(fēng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，依據(jù)設(shè)定的相關(guān)報警規(guī)則，通過分析軟件實時給出風(fēng)速不小于最低風(fēng)速報警閥值條件下的警示信息。

（2）雨量監(jiān)測子系統(tǒng)。主要實現(xiàn)實時采集鐵路沿線降雨量信息，通過處理、分析實時監(jiān)測降雨量，當(dāng)降雨量達(dá)到一定閾值后發(fā)出警報，對列車進(jìn)行運(yùn)行管制。

（3）雪深監(jiān)測子系統(tǒng)。主要實現(xiàn)實時采集鐵路沿線降雪量信息，通過處理、分析實現(xiàn)雪深報警等功能，當(dāng)降雪量達(dá)到一定閾值后發(fā)出警報，對列車進(jìn)行運(yùn)行管制。

（4）地震監(jiān)控子系統(tǒng)。通過在鐵路沿線安裝強(qiáng)震儀實現(xiàn)地震信息的實時采集監(jiān)測，按照功能可分為地震報警和預(yù)警。地震報警功能是指通過監(jiān)測地震S 波，當(dāng)?shù)卣饎蛹铀俣冗_(dá)到一定閾值后發(fā)出警報，對牽引供電和列車運(yùn)行采取控制措施，減少災(zāi)害損失；地震預(yù)警功能則是指監(jiān)測地震P 波，利用電磁波和地震波、P 波和S 波的速度差，在地震發(fā)生后，當(dāng)破壞性地震S波尚未來襲的數(shù)秒至數(shù)十秒之前發(fā)出預(yù)警，采取相應(yīng)措施，避免重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

（5）異物侵限監(jiān)控子系統(tǒng)。主要在異物侵入鐵路界限可能對列車運(yùn)行安全造成影響的場所，如公跨鐵橋、隧道口、公鐵并行地段等安裝雙電網(wǎng)、激光等設(shè)備，實現(xiàn)異物實時監(jiān)測，通過接口繼電器把報警信息實時傳至列控系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)，控制列車及時停車。

4.3.3 多種技術(shù)融合的高鐵侵限監(jiān)測

在新型復(fù)合傳感技防技術(shù)方面，開展長航時無人機(jī)、激光雷達(dá)、安防機(jī)器人等新型技防手段與雙電纜傳感器、光纜傳感器、紅外線、微波和視頻監(jiān)控等多種監(jiān)測技術(shù)數(shù)據(jù)相互融合，綜合分析侵限情況及危害程度，分析應(yīng)用人工智能相關(guān)技術(shù)，從入侵目標(biāo)識別跟蹤，高鐵環(huán)境圖像增強(qiáng)、入侵行為分析、破壞檢測等方面對視頻智能識別相關(guān)理論和方法展開深入研究。

4.3.4 災(zāi)害監(jiān)測大數(shù)據(jù)分析技術(shù)研究

由于自然災(zāi)害因子眾多，動力機(jī)制復(fù)雜，強(qiáng)風(fēng)、大雨、大雪等自然災(zāi)害發(fā)生的范圍和程度呈現(xiàn)出趨勢性、周期性和隨機(jī)性的疊加狀態(tài)；地震災(zāi)害等具有突發(fā)性的特點(diǎn)。針對不同類型的自然災(zāi)害，需要采用不同的預(yù)測方法應(yīng)對。在大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用中，對風(fēng)、雨、雪等自然災(zāi)害的預(yù)測可采用數(shù)學(xué)建模方法，預(yù)測鐵路沿線發(fā)生大風(fēng)、大雨等自然災(zāi)害，指揮行車；對于地震、滑坡、泥石流等突發(fā)性自然災(zāi)害，則利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對海量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)無法分析的問題，得出其發(fā)生的大致規(guī)律，實現(xiàn)提前預(yù)防，減少自然災(zāi)害對行車安全的影響。

研究基于融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的大數(shù)據(jù)預(yù)警系統(tǒng)，對預(yù)警系統(tǒng)的總體框架和策略進(jìn)行分析，基于實際鐵路場景研究預(yù)警數(shù)據(jù)處理算法。同時，基于融合架構(gòu)研究預(yù)警通知算法，包括預(yù)警內(nèi)容生成、列車定位工作流程和預(yù)警消息信令流程。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，結(jié)合異物侵限發(fā)生的時間、發(fā)生環(huán)境、造成危害等數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，挖掘出異物侵限發(fā)生的大致規(guī)律，為異物侵限監(jiān)測提供提前的預(yù)防措施。

4.3.5 基于高分辨遙感的高鐵周邊環(huán)境安全保障

研究利用遙感衛(wèi)星和無人機(jī)采集高分辨遙感數(shù)據(jù)，通過遙感影像動態(tài)變化監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)高鐵沿線周邊環(huán)境安全狀況的監(jiān)測，及時掌握鐵路周圍環(huán)境的變化。根據(jù)鐵路沿線安保區(qū)及線路軌道安全區(qū)等地理位置范圍數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、判別，建立安全保障目標(biāo)特征庫，形成應(yīng)急和周邊隱患發(fā)現(xiàn)、處理、檢驗、監(jiān)測的應(yīng)用方案，實現(xiàn)周邊環(huán)境安全的提前預(yù)防、及時發(fā)現(xiàn)、及時制止，保障高鐵運(yùn)行環(huán)境安全。

4.4 基于GIS+大數(shù)據(jù)的高鐵智能預(yù)警反恐技術(shù)研究

4.4.1 高鐵線路和基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備安全反恐

利用智能視頻監(jiān)控技術(shù)，對視頻監(jiān)控圖像進(jìn)行自動化識別，搭建數(shù)據(jù)平臺，加強(qiáng)情報信息預(yù)警；建立安全防控邊界，配備移動警務(wù)終端，利用北斗定位技術(shù)實時監(jiān)測巡檢信息；利用GIS+BIM 的深度融合，拓展高鐵設(shè)施設(shè)備的反恐監(jiān)控范圍，為大數(shù)據(jù)分析處理管控打牢基礎(chǔ)，升級數(shù)據(jù)傳輸功效，實現(xiàn)實時更新，構(gòu)建實名制數(shù)據(jù)與涉恐重點(diǎn)管控人員信息碰撞、比對，推動查控信息化與基層警務(wù)工作深度融合。

4.4.2 反恐預(yù)警決策技術(shù)

建立基于鐵路地理信息的反恐預(yù)警平臺，集成基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備、列車運(yùn)行以及周邊環(huán)境的安全信息，接入地方交通、市政、醫(yī)療、消防等部門的預(yù)警信息，實現(xiàn)信息共享，高效反饋，共同決策，建立有效的應(yīng)急救援聯(lián)動機(jī)制，提高反恐決策處置水平?；诖髷?shù)據(jù)等技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)高速鐵路防災(zāi)網(wǎng)與中國地震臺網(wǎng)、國家氣象網(wǎng)的三網(wǎng)融合，系統(tǒng)優(yōu)化我國高鐵災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警模型，提升預(yù)警的準(zhǔn)確性和時效性。

4.4.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的高鐵應(yīng)急處置技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物物相連與萬物互聯(lián)，大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)挖掘及預(yù)測預(yù)警，云計算實現(xiàn)超強(qiáng)的計算處理，人工智能實現(xiàn)基于現(xiàn)有知識的自適應(yīng)學(xué)習(xí)。結(jié)合大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)，建立基于人工智能技術(shù)的專家知識庫，形成高鐵基礎(chǔ)設(shè)施、列車運(yùn)行以及周邊運(yùn)行環(huán)境安全監(jiān)控模型、突發(fā)事件預(yù)警模型、協(xié)同聯(lián)動模型、應(yīng)急疏散模型、應(yīng)急評估模型，實現(xiàn)應(yīng)急處置方案的自動生成，將“站內(nèi)人員-資源-設(shè)備”依據(jù)突發(fā)事件進(jìn)行有效協(xié)同指揮，車站與列車、公安、消防、醫(yī)療、應(yīng)急物資儲備，以及地方醫(yī)療機(jī)構(gòu)、應(yīng)急救援專業(yè)隊伍、特種救援設(shè)備等協(xié)調(diào)聯(lián)動，提升應(yīng)急發(fā)現(xiàn)和處置的信息化和智能化，提高應(yīng)急狀況的處置水平。

5 技術(shù)路線

智能安全保障技術(shù)路線分為4 個階段：起步階段、深入階段、整合階段和鞏固階段（見圖4）。

圖4 智能安全保障技術(shù)路線

起步階段（目前—2020 年）：安全保障需求分析。分析國內(nèi)外軌道交通行業(yè)中安全保障需求的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀、趨勢，傳統(tǒng)的安全保障系統(tǒng)已遠(yuǎn)不能滿足要求。從對高鐵運(yùn)行安全產(chǎn)生影響的“人、機(jī)、環(huán)境”方面，探討高鐵的運(yùn)行安全和安全保障信息系統(tǒng)，分別對鐵路基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備安全、列車運(yùn)行安全監(jiān)控和高鐵災(zāi)害及侵限監(jiān)測進(jìn)行研究。

深入階段（2020—2025 年）：關(guān)鍵技術(shù)研究及技術(shù)集成。綜合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、北斗等新一代信息技術(shù)，基于全面感知的基礎(chǔ)設(shè)施安全檢測監(jiān)測體系，研究高鐵列車運(yùn)行安全智能監(jiān)控系統(tǒng)、高鐵自然災(zāi)害及侵限智能監(jiān)測、高鐵車站和線路的智能反恐等關(guān)鍵技術(shù)。

整合階段（2025—2035 年）：建立統(tǒng)一安全保障體系。建立列車運(yùn)行及基礎(chǔ)設(shè)施一體化安全保障系統(tǒng)、周邊安全隱患與列車運(yùn)行自動控制綜合安全保障系統(tǒng)，提高高鐵智能安全保障整體技術(shù)水平和決策支持能力。

鞏固階段（2035 年— ）：全面應(yīng)用階段。形成“人防、物防、技防”的全方位一體化高鐵智能安全保障體系，推動高鐵安全保障體系從信息化、數(shù)字化走向智能化。