王 同 軍

(中國國家鐵路集團有限公司， 北京 100844)

按照《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃(2016年調(diào)整)》(以下簡稱《規(guī)劃》)，到2020年時，全國鐵路網(wǎng)規(guī)模達到15萬km，其中高速鐵路3萬km，覆蓋80%以上的大城市；到2030年時，基本實現(xiàn)內(nèi)外互聯(lián)互通、區(qū)際多路暢通、省會高鐵連通、地市快速通達、縣域基本覆蓋，形成“八縱八橫”高速鐵路格局?！兑?guī)劃》勾畫了中國高速鐵路建設(shè)的宏偉藍圖，自其頒布以后，中國高速鐵路建設(shè)全面加快推進。截至2018年底，中國鐵路網(wǎng)規(guī)模達到13.1萬km；其中，高速鐵路運營里程超過2.9萬km，占全球高速鐵路運營里程的三分之二以上，超過其他國家總和，基本形成“四縱四橫”的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)格局。

隨著我國高速鐵路的成網(wǎng)運營，對高速鐵路的運輸組織效率、企業(yè)經(jīng)營效益、旅客服務(wù)質(zhì)量以及安全生產(chǎn)水平都提出了更高的要求，將先進的云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)與鐵路業(yè)務(wù)領(lǐng)域深度融合，發(fā)展智能化高速鐵路，是推動高速鐵路高質(zhì)量建設(shè)和發(fā)展的必由途徑。當前國內(nèi)外高速鐵路智能化的發(fā)展實踐，特別是我國在高速鐵路智能化道路上不斷探索，智能京張、智能京雄建設(shè)全面推進，需要對智能高速鐵路(以下簡稱智能高鐵)的內(nèi)涵進行界定，建立智能高鐵體系架構(gòu)，以對智能高鐵的統(tǒng)籌規(guī)劃與宏觀指導(dǎo)起到整體支撐作用[1]。

1 國外高速鐵路智能化發(fā)展現(xiàn)狀

世界經(jīng)濟快速發(fā)展對高速鐵路的運輸需求、運營效率、服務(wù)品質(zhì)、安全水平提出了更高的要求，如何在基礎(chǔ)設(shè)施供給能力相對固定的前提下，大幅提升鐵路運輸組織效率效益、優(yōu)化旅客服務(wù)品質(zhì)、提高鐵路安全生產(chǎn)水平，已成為世界高速鐵路發(fā)展的關(guān)鍵問題，智能化成為世界高速鐵路發(fā)展的必然趨勢。歐盟、德國、法國、英國、日本、韓國等相繼提出了高速鐵路數(shù)字化、智能化的發(fā)展戰(zhàn)略和實施路徑，圍繞智能高鐵的相關(guān)技術(shù)開展了系列創(chuàng)新實踐。

智能列車方面，德國在新型ICE 3高速列車中應(yīng)用了智能管理系統(tǒng)，采用再生電力制動，車內(nèi)所有系統(tǒng)都以最高能效方式運行，降低了列車能耗和生命周期成本；法國研制了零排放氫燃料電池列車，采用先進的智能能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)能源管理的智能化；意大利鐵路應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)搭建動態(tài)管理維修體系(DMMS)，通過對成百上千個安裝在列車上的傳感器獲得的數(shù)據(jù)進行分析，實時監(jiān)測動車組狀態(tài)并實現(xiàn)故障預(yù)測，使動車組維修工作更加高效[2]。

列車自動駕駛、列車運行控制及調(diào)度方面，瑞士鐵路重點研究列車自動駕駛(ATO)列車模塊化設(shè)計、列車運行、信號預(yù)警自動化、列車精準定位以及軌旁異物自動識別技術(shù)。瑞士、法國、德國、澳大利亞等國家鐵路均著力研發(fā)集中連鎖、移動閉塞、ETCS、列車精準定位等技術(shù)[3]。

工程建設(shè)智能化方面，韓國鐵路以建筑信息模型(BIM)技術(shù)為核心，建立了BIM 1.0至BIM 5.0 5個階段的發(fā)展戰(zhàn)略。德國鐵路提出到2020年底，BIM技術(shù)將覆蓋所有的鐵路建設(shè)項目。針對項目管理系統(tǒng)的招標活動采用iTWO5D BIM平臺，對鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進行5D BIM虛擬規(guī)劃與管控。在工程項目應(yīng)用方面，采用BIM對科隆—尼佩斯ICE動車段進行設(shè)計并提出了不同的可視化備選方案。英國高速鐵路二號線(HS2)工程中引入了BIM技術(shù)，在極具挑戰(zhàn)的6個月內(nèi)構(gòu)建地形模型，打造最優(yōu)軌道線形設(shè)計，緊密聯(lián)系分布在各地的設(shè)計團隊實現(xiàn)高效協(xié)作[4]。

智能基礎(chǔ)設(shè)施方面，歐盟提出推動橋隧路軌工程智能化施工，研究基礎(chǔ)設(shè)施綜合監(jiān)控、自診斷和調(diào)整技術(shù)，探索機電一體化解決方案，開發(fā)低成本、低維護的傳感器數(shù)據(jù)應(yīng)用設(shè)備。日本開展了多項無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在基礎(chǔ)設(shè)施遠程監(jiān)測中的應(yīng)用研究，包括橋梁、軌道、道岔、接觸網(wǎng)、隧道等，通過無人機航拍獲取被測巖體的形狀和裂紋信息，可以有效確定有落石危險的巖體[5]。法國使用無人機等新技術(shù)對維修人員難以進入的場地(如高架橋、懸崖峭壁等)，以及對鐵路線路、橋隧、車站、電力設(shè)施等進行檢測監(jiān)測。

數(shù)字化車票方面，英國鐵路利用藍牙技術(shù)和生物識別技術(shù)幫助旅客快速進站，以電子票替代傳統(tǒng)紙質(zhì)車票，利用手機進行非接觸驗票，縮短檢票進站時間，并且將進一步采用指紋掃描、虹膜識別等技術(shù)進行驗票。瑞典鐵路開展了微芯片檢票試點服務(wù)，允許旅客使用植入微芯片的方式進行檢票。法國鐵路提出開發(fā)非接觸智能卡售檢票系統(tǒng)，用無接觸式智能車票替代現(xiàn)有的紙質(zhì)車票，開展利用手機的售檢票服務(wù)，開發(fā)提供換乘站信息、旅游信息和儲存大量信息的電子客票系統(tǒng)。美國Amtrak公司引入新的網(wǎng)上票務(wù)系統(tǒng)eTicketing，旅客可通過移動設(shè)備進行網(wǎng)上購票，實現(xiàn)在家打印PDF格式車票、智能手機支付、更改或取消訂單等功能，為乘客帶來更加便捷的購票體驗[6-7]。

供電方面，法國鐵路研發(fā)了一種利用發(fā)電地板技術(shù)為車站內(nèi)部分鐵路設(shè)備進行供電的新型智能化技術(shù)；研發(fā)了用于直流牽引變電所的Hesop系統(tǒng)，實現(xiàn)了短途鐵路智能化供電[8]。

總體來講，鐵路智能化的應(yīng)用覆蓋鐵路運輸?shù)恼麄€生命周期及業(yè)務(wù)流程，包括智能建造、無人工地、智能列車、自動駕駛、全流程出行服務(wù)、基于生物識別技術(shù)的身份鑒別、客服機器人、預(yù)測性維修、設(shè)備故障自動識別、自然災(zāi)害的實時監(jiān)測、可穿戴設(shè)備、虛擬車窗等，從而使鐵路運輸更加安全可靠、更加經(jīng)濟高效、更加溫馨舒適、更加方便快捷、更加節(jié)能環(huán)保。

2 我國智能高鐵內(nèi)涵及體系架構(gòu)模型

智能京張、智能京雄建設(shè)的全面啟動，以及云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、北斗定位、5G通信、人工智能等先進技術(shù)在高速鐵路各專業(yè)領(lǐng)域研發(fā)應(yīng)用的廣度和深度持續(xù)擴大，標志著我國高速鐵路向智能化方向邁進?；谛屡d信息技術(shù)與鐵路各專業(yè)相融合的智能技術(shù)的發(fā)展，成為智能高鐵技術(shù)創(chuàng)新的主要模式，是鐵路各方面能力提升的主要途徑。智能高鐵建設(shè)圍繞高速鐵路建設(shè)、裝備、運營3大業(yè)務(wù)主線展開。

高速鐵路建設(shè)包含了勘察設(shè)計、站前工程施工、四電工程、客運站工程、環(huán)境監(jiān)控、建設(shè)管理等內(nèi)容。勘察設(shè)計是高速鐵路建設(shè)的第一步；站前工程主要指線路工程，包括路基、橋涵、隧道、站場、鋪架等，其施工質(zhì)量直接影響高速列車運營的平穩(wěn)性；四電工程包括通信工程、信號工程、電力工程以及電氣化工程；客運站工程主要包括地基基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)工程、建筑屋面、幕墻工程、裝飾裝修、建筑電氣、通風空調(diào)、給排水采暖、電梯、站前廣場、雨棚工程等；鐵路建設(shè)環(huán)境監(jiān)控包括生態(tài)環(huán)境、地下水環(huán)境、棄渣場環(huán)境、噪聲振動環(huán)境等；建設(shè)管理是對建設(shè)項目進行規(guī)劃、組織、控制、指揮和協(xié)調(diào)。

高速鐵路的運輸裝備包含移動裝備(動車組)、牽引供電、列車運行控制、自動駕駛以及通信信號等。其中，動車組的全生命周期包含了設(shè)計、制造、出廠、上線運行、養(yǎng)護維修等各個階段；牽引供電系統(tǒng)主要包括牽引變電所和接觸網(wǎng)；列車運行控制系統(tǒng)主要包括防冒進功能與防超速功能；鐵路通信是為組織鐵路運輸、指揮列車運行和業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)，迅速、準確地傳輸各種信息的專用通信系統(tǒng)；鐵路信號是為保證行、調(diào)車作業(yè)安全，提高車站、區(qū)間通過能力及列車解編能力，改善作業(yè)人員勞動條件的技術(shù)設(shè)備的總稱。

高速鐵路運營包括運輸組織、運營安全、客運服務(wù)等方面。運輸組織主要是指高速鐵路調(diào)度系統(tǒng)，包含了行車調(diào)度、電力調(diào)度、車輛調(diào)度、客服調(diào)度、維修調(diào)度等；運營安全主要包括自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)、周界入侵報警系統(tǒng)、地震預(yù)警系統(tǒng)、綜合檢測列車、巡檢車、超聲波鋼軌探傷車、6C系統(tǒng)等；客運服務(wù)主要包括客運售票、全過程出行服務(wù)、客運生產(chǎn)組織等?？瓦\服務(wù)水平的提升對鐵路運輸與其他運輸方式的競爭具有重要作用，提高服務(wù)質(zhì)量要從“注重管理”向“注重服務(wù)”轉(zhuǎn)變，本著“以服務(wù)為宗旨，待旅客如親人”的宗旨為人民服務(wù)。

智能高鐵的內(nèi)涵是針對以上3大業(yè)務(wù)主線，廣泛應(yīng)用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、人工智能、北斗導(dǎo)航、BIM等新技術(shù)，綜合高效利用資源，實現(xiàn)高速鐵路移動裝備、固定基礎(chǔ)設(shè)施及內(nèi)外部環(huán)境間信息的全面感知、泛在互聯(lián)、融合處理、主動學習和科學決策，實現(xiàn)全生命周期一體化管理的智能化高速鐵路系統(tǒng)[9-11]。依據(jù)智能高鐵的內(nèi)涵，圍繞智能高鐵的建設(shè)需求，建立了集業(yè)務(wù)體系、應(yīng)用體系、數(shù)據(jù)體系(數(shù)據(jù)匯集體系)、技術(shù)體系、評價體系以及標準體系為一體的智能高鐵三維體系架構(gòu)模型，見圖1。

技術(shù)體系層位于整個三維模型的最底層，是智能高鐵建設(shè)的技術(shù)支撐，包括北斗、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及云計算等新技術(shù)；數(shù)據(jù)體系層建立在技術(shù)體系層之上，是智能高鐵的數(shù)據(jù)支撐，規(guī)定了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、建設(shè)管理數(shù)據(jù)、綜合協(xié)同數(shù)據(jù)、經(jīng)營管理數(shù)據(jù)、資源管理數(shù)據(jù)、外部數(shù)據(jù)等智能高鐵所有的相關(guān)數(shù)據(jù)，并且描述了數(shù)據(jù)從產(chǎn)生到應(yīng)用的全生命周期的流向；應(yīng)用體系層包含了勘察設(shè)計、工程施工、建設(shè)管理、移動裝備、通信信號、牽引供電、檢測監(jiān)測、客運服務(wù)、運輸組織、養(yǎng)護維修等10個方面的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上總結(jié)歸納為智能建造、智能裝備以及智能運營3大板塊的業(yè)務(wù)體系層，業(yè)務(wù)體系層和應(yīng)用體系層共同組成智能高鐵的業(yè)務(wù)應(yīng)用體系架構(gòu)，位于三維模型的上層。評價體系和標準體系貫穿了智能高鐵的所有業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域，評價體系包含技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境3個層面；標準體系包括通用基礎(chǔ)與管理標準、智能高鐵應(yīng)用標準、平臺及支撐技術(shù)標準等3個方面。

3 智能高鐵體系架構(gòu)

智能高鐵體系架構(gòu)由業(yè)務(wù)應(yīng)用體系架構(gòu)、數(shù)據(jù)匯集體系架構(gòu)、技術(shù)體系架構(gòu)、標準體系架構(gòu)以及評價指標體系架構(gòu)組成。

3.1 業(yè)務(wù)應(yīng)用體系架構(gòu)

圍繞京張高速鐵路、京雄城際鐵路等智能高鐵的建設(shè)與運輸服務(wù)需求，面向智能建造、智能裝備、智能運營3大板塊，開展10個領(lǐng)域17個方向的N項創(chuàng)新應(yīng)用，進一步提升中國高速鐵路信息化、數(shù)字化和智能化水平。智能高鐵業(yè)務(wù)應(yīng)用體系架構(gòu)見圖2。

(1) 智能建造

智能建造是圍繞鐵路工程建設(shè)過程中人、機、料、法、環(huán)等要素，以BIM+GIS技術(shù)為核心，促進物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)與先進的工程建造技術(shù)相融合，通過綜合運用自動感知、智能診斷、協(xié)同互動、主動學習和智能決策等手段，提升工程設(shè)計及仿真、工廠化加工、精密測控、自動化安裝、動態(tài)監(jiān)測的信息化、數(shù)字化、智能化水平，實現(xiàn)高速鐵路建設(shè)全方位、全專業(yè)、全天候的安全質(zhì)量進度管控及高效智能的施工管理，為設(shè)計、施工、運維全生命周期管理提供數(shù)據(jù)支持，涉及勘察設(shè)計、工程施工、建設(shè)管理3大領(lǐng)域6個方向[2]。

(2) 智能裝備

智能裝備是指基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、新一代通信、北斗導(dǎo)航、全方位態(tài)勢感知、自動駕駛、運行控制等技術(shù)，實現(xiàn)鐵路移動裝備及基礎(chǔ)設(shè)施的自感知、自學習、自診斷、自適應(yīng)，實現(xiàn)動車組等移動裝備的自動及協(xié)同運行，涉及移動裝備、通信信號、牽引供電、檢測監(jiān)測4大領(lǐng)域，共6個方向。

(3) 智能運營

智能運營圍繞高速鐵路養(yǎng)護維修、運輸組織和客運服務(wù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，綜合運用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、下一代通信、北斗導(dǎo)航等新一代信息技術(shù)，實時掌握人-環(huán)境-設(shè)備-信息全生產(chǎn)要素狀態(tài)，構(gòu)建數(shù)據(jù)融合、安全監(jiān)測、健康管理、語音語義、智能視頻、生產(chǎn)協(xié)同等模型，全面提升鐵路設(shè)備維護維修、調(diào)度指揮、客運生產(chǎn)和管理、旅客服務(wù)的整體研判、協(xié)同指揮、科學決策、智能調(diào)度和管控水平，提高鐵路安全生產(chǎn)效率，為旅客提供自助化、精準化、個性化、國際化的無障礙、全過程智能出行服務(wù)，涉及客運服務(wù)、運輸組織、養(yǎng)護維修3大領(lǐng)域，共5個方向。

3.2 數(shù)據(jù)匯集體系架構(gòu)

智能高鐵數(shù)據(jù)匯集主要面向智能建造、智能裝備、智能運營3大板塊以及與智能高鐵相關(guān)的6大應(yīng)用系統(tǒng)，進行全業(yè)務(wù)、全類型的數(shù)據(jù)匯集。對于圖像、視頻大體量數(shù)據(jù)，優(yōu)先接入報警及問題數(shù)據(jù)，對特殊需求接入全量數(shù)據(jù)。按照統(tǒng)一的鐵路行業(yè)數(shù)據(jù)架構(gòu)模型，對數(shù)據(jù)進行標準化、規(guī)范化處理，并將各專業(yè)數(shù)據(jù)進行重組融合，按工程建造、移動裝備、基礎(chǔ)設(shè)施、運營服務(wù)等不同主題建立全生命周期數(shù)據(jù)模型以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)組織與存儲結(jié)構(gòu)，形成一套多專業(yè)融合、多業(yè)務(wù)共享的規(guī)范數(shù)據(jù)資源，建設(shè)“平臺+應(yīng)用”的鐵路大數(shù)據(jù)應(yīng)用體系。智能高鐵數(shù)據(jù)匯集體系架構(gòu)見圖3。

在推進智能高鐵創(chuàng)新項目技術(shù)研究和6大應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的同時，以高速鐵路建設(shè)全生命周期為主線，將工程建設(shè)階段、試驗和聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段、運營階段等階段產(chǎn)生的海量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，及相關(guān)的外部數(shù)據(jù)，通過充分的數(shù)據(jù)匯集和融合應(yīng)用來支撐各階段多種智能應(yīng)用場景。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：在工程建設(shè)階段鐵路工程管理平臺積累的設(shè)計數(shù)據(jù)、工程施工和建設(shè)管理數(shù)據(jù)；在試驗和聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段，試驗數(shù)據(jù)系統(tǒng)積累的車載設(shè)備、通信信號設(shè)備、工務(wù)設(shè)施、供電設(shè)備等試驗和聯(lián)調(diào)聯(lián)試數(shù)據(jù)；在高速鐵路運營階段，客運組織、調(diào)度指揮、客票系統(tǒng)以及車站大腦等信息系統(tǒng)全面收集并積累的運營數(shù)據(jù)；工電供及動車的運用管理和運維系統(tǒng)收集積累的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和設(shè)施設(shè)備維修數(shù)據(jù)；以及航空、城軌、公共交通、氣象、互聯(lián)網(wǎng)、公共服務(wù)等與工程建設(shè)、聯(lián)調(diào)聯(lián)試、運營維護等全過程管理相關(guān)的外部數(shù)據(jù)的收集積累。

3.3 技術(shù)體系架構(gòu)

一套完整的科學技術(shù)體系是推動智能高鐵發(fā)展的原動力，在各個層面發(fā)揮著不可或缺的力量，為智能高鐵創(chuàng)新理念的實現(xiàn)提供支撐。智能高鐵技術(shù)可以分為共性技術(shù)、智能高鐵通用技術(shù)和專用技術(shù)3類，共同組成智能高鐵技術(shù)體系架構(gòu)，見圖4。

(1) 智能高鐵通用技術(shù)

智能高鐵通用技術(shù)是指智能高鐵各個專業(yè)系統(tǒng)都會使用的技術(shù)，分為智能感知技術(shù)、智能傳輸技術(shù)、智能處理技術(shù)和智能應(yīng)用技術(shù)。智能感知從智能高鐵的最底層采集海量基礎(chǔ)信息，實現(xiàn)智能高鐵主要生產(chǎn)要素的位置、狀態(tài)、環(huán)境、人員等信息實時泛在感知。智能高鐵傳輸網(wǎng)絡(luò)有鐵路專網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和感知網(wǎng)，通過智能傳輸技術(shù)實時、穩(wěn)定地傳輸智能終端的采集數(shù)據(jù)。智能處理技術(shù)是智能高鐵的核心技術(shù)，賦予了高速鐵路思維、判斷、分析和決策的能力。智能應(yīng)用將處理的信息與鐵路業(yè)務(wù)相整合，實現(xiàn)具體智能化業(yè)務(wù)功能。

(2) 智能高鐵專用技術(shù)

高速鐵路是跨專業(yè)、多領(lǐng)域、多學科的綜合性復(fù)雜系統(tǒng)，涉及移動裝備、工務(wù)工程、通信信號、牽引供電、運輸組織、設(shè)備運維、安全保障、客運服務(wù)等多個專業(yè)領(lǐng)域，每個領(lǐng)域都有相應(yīng)專業(yè)技術(shù)，智能高鐵的建設(shè)必須在既有的專業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)上進行智能化升級，實現(xiàn)各領(lǐng)域技術(shù)的突破和創(chuàng)新。

(3) 共性技術(shù)

共性技術(shù)是各個領(lǐng)域智能化的基礎(chǔ)和前提，包括安全和隱私、標識和解析、質(zhì)量管理、網(wǎng)絡(luò)管理和公共技術(shù)。

3.4 標準體系架構(gòu)

智能高鐵標準體系架構(gòu)是實現(xiàn)高速鐵路智能化技術(shù)創(chuàng)新和建設(shè)標準化、規(guī)范化的重要基礎(chǔ)，用于指導(dǎo)智能高鐵標準體系的建設(shè)和維護，確保各項工作統(tǒng)一規(guī)范、無縫銜接。按照國家和鐵路行業(yè)標準化方針和政策，運用標準化原理，根據(jù)智能高鐵建設(shè)對標準的需求，形成了智能高鐵標準體系架構(gòu)。體系架構(gòu)采用四級結(jié)構(gòu)，由通用基礎(chǔ)與管理標準、智能高鐵應(yīng)用標準、平臺及支撐技術(shù)標準3大一級類目、9個二級類目、27個三級類目、22個四級類目組成，見圖5。

(1) 通用基礎(chǔ)與管理標準

通用基礎(chǔ)與管理標準包含通用基礎(chǔ)標準、管理與服務(wù)標準2個二級類目。其中，通用基礎(chǔ)標準由定義及術(shù)語、編制通則2個三級類目組成；管理與服務(wù)標準由技術(shù)研發(fā)與管理標準、智能化水平評價標準2個三級類目組成。

(2) 智能高鐵應(yīng)用標準

智能高鐵應(yīng)用標準包含智能建造標準、智能裝備標準、智能運營標準3個二級類目。其中，智能建造標準由勘察設(shè)計標準、工程施工標準、建設(shè)管理標準3個三級類目組成；智能裝備標準由移動裝備標準、通信信號標準、牽引供電標準、檢測監(jiān)測標準4個三級類目組成；智能運營標準由客運服務(wù)標準、運輸組織標準、養(yǎng)護維修標準3個三級類目組成，具體內(nèi)容如下：

① 勘察設(shè)計標準包含基于GIS工程勘察標準、基于BIM工程設(shè)計標準等可擴展類目。

② 工程施工標準包含橋隧路軌智能化施工標準、客運站工程智能化施工標準、四電工程智能化施工標準等可擴展類目。

③ 建設(shè)管理標準包含基于BIM的虛擬建造標準、全過程數(shù)字化管理標準等可擴展類目。

④ 移動裝備標準包含智能動車組標準、智能綜合檢測車標準等可擴展類目。

⑤ 通信信號標準包含列車運行控制標準、CTCS+ATO標準、智能綜合網(wǎng)管標準等可擴展類目。

⑥ 牽引供電標準包含智能牽引變電所標準、簡統(tǒng)化接觸網(wǎng)標準等可擴展類目。

⑦ 檢測監(jiān)測標準包含基礎(chǔ)設(shè)施檢測監(jiān)測標準、自然災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警標準等可擴展類目。

⑧ 客運服務(wù)標準包含智能客運CPS標準、智能票務(wù)標準等可擴展類目。

兒子說：老師教導(dǎo)我們，越是焦躁地尋找，越找不到自己想要的，只有平靜下來，才能聽到內(nèi)心的聲音。我就安靜的坐著，一會就能聽到滴答滴答的聲音，表就找到了。

⑨ 運輸組織標準包含智能綜合調(diào)度標準、智能行車調(diào)度標準等可擴展類目。

⑩ 養(yǎng)護維修標準包含數(shù)字履歷管理標準、故障智能診斷標準等可擴展類目。

(3) 平臺及支撐技術(shù)標準

平臺及支撐技術(shù)標準包含AI平臺標準、網(wǎng)絡(luò)安全標準、數(shù)據(jù)中心標準、支撐技術(shù)標準4個二級類目。其中，AI平臺標準由數(shù)據(jù)資源標準、地理信息服務(wù)標準、大數(shù)據(jù)分析標準、人工智能標準、AI平臺標準等5個三級類目組成；網(wǎng)絡(luò)安全標準由網(wǎng)絡(luò)安全管理標準、網(wǎng)絡(luò)安全等級保護測評標準、網(wǎng)絡(luò)安全風險評估標準等3個三級類目組成；數(shù)據(jù)中心標準由硬件資源標準、系統(tǒng)軟件標準等2個三級類目組成；支撐技術(shù)標準由北斗衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用標準、物聯(lián)網(wǎng)標準等三級類目組成。

3.5 評價指標體系架構(gòu)

智能高鐵評價指標體系圍繞高速鐵路智能化程度為核心目標，通過對智能高鐵采用的各種智能化技術(shù)指標進行分析和測算，比較發(fā)展智能高鐵和不發(fā)展智能高鐵情況下社會的得失，分析智能高鐵對社會生活和環(huán)境所產(chǎn)生的影響以及帶來各種直接和間接的效益，從技術(shù)應(yīng)用、經(jīng)濟、社會環(huán)境、智能特征等4個層面構(gòu)建智能高鐵評價指標體系，見圖6。

(1) 技術(shù)應(yīng)用層面

在技術(shù)應(yīng)用層面由智能建造、智能裝備和智能運營3方面構(gòu)成指標體系。智能建造評價指標包括1個一級指標和3個二級指標，一級指標有智能工程建設(shè)應(yīng)用水平；智能裝備評價指標包括4個一級指標和16個二級指標，一級指標有智能動車組應(yīng)用水平、智能牽引供電應(yīng)用水平、智能運行控制應(yīng)用水平、智能檢測監(jiān)測水平等；智能運營評價指標包括4個一級指標和18個二級指標，一級指標有工電供一體化運維應(yīng)用水平、智能調(diào)度應(yīng)用水平、智能經(jīng)營管理應(yīng)用水平、智能客運應(yīng)用水平。

(2) 經(jīng)濟層面

(3) 社會和環(huán)境層面

社會和環(huán)境層面分為可量度指標和不可量度指標：可量度指標通過生產(chǎn)、運營、維護、管理等多角度、多因素綜合分析提取，具有選定困難評價簡單的特點；不可度量指標通過對社會影響和環(huán)境影響兩方面進行分析，具有選定簡單評價困難的特點。社會環(huán)境層面評價指標包括5個一級指標和16個二級指標，一級指標有安全性能、節(jié)能減排水平、客運服務(wù)水平、智能防災(zāi)能力以及社會生產(chǎn)推動力。

(4) 智能特征層面

智能特征層面主要從全面感知、主動學習、泛在互聯(lián)、融合處理4個方面來考慮。智能特征層面評價指標包括9個一級指標和27個二級指標，一級指標有固定設(shè)備感知程度、移動設(shè)備感知程度、外部環(huán)境感知程度、人工智能算法應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)水平、資源共享能力、外部資源共享能力、大數(shù)據(jù)服務(wù)水平和人工智能服務(wù)水平。

4 智能高鐵應(yīng)用實踐

依托京張高速鐵路、京雄城際鐵路等智能高鐵的建設(shè)，高速鐵路智能化研究成果得以驗證、轉(zhuǎn)化和落地，并在實踐中圍繞智能建造、智能裝備和智能運營開展了多方面的智能創(chuàng)新應(yīng)用。

在智能建造方面，應(yīng)用基于BIM的工程建設(shè)管理平臺，全面承載勘察設(shè)計信息，實現(xiàn)建設(shè)數(shù)據(jù)的自動采集和信息互聯(lián)，實現(xiàn)參建各方協(xié)同管理、輔助決策以及建設(shè)質(zhì)量的可追溯閉環(huán)管理。在橋梁工程方面，實現(xiàn)制、運、架全過程質(zhì)量管控和追溯管理，實現(xiàn)虛擬預(yù)拼裝和數(shù)字化制造。在隧道工程方面，實現(xiàn)超前地質(zhì)預(yù)報信息化、隧道圍巖量測及三維激光斷面掃描信息化、盾構(gòu)機作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控和協(xié)同管理。在路基施工方面，實現(xiàn)基樁施工精準控制與信息化管理、路基智能化連續(xù)壓實。在客站建造方面，實現(xiàn)可視化施組、虛擬建造以及安全風險監(jiān)控和質(zhì)量安全紅線信息化管理。

在智能裝備方面，在“復(fù)興號”CR400BF動車組的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計了世界上首列具有狀態(tài)感知、自動駕駛、智能運維、智能服務(wù)等特征的高速智能動車組，實現(xiàn)高速列車在途運行狀態(tài)和在途旅客服務(wù)的“可測、可視、可控、可響應(yīng)、可接入”，代表了當今世界智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢和最新成果。

在自動駕駛方面，采用高速列車自動駕駛CTCS3+ATO列控系統(tǒng)，實現(xiàn)高速動車組車站自動發(fā)車、區(qū)間自動運行、車站自動精確停車、車門/安全門聯(lián)動控制等功能，有效確保列車運行安全、提高列車運行效率、降低牽引能耗、減輕司機勞動強度、改善旅客乘車體驗。在世界上首次實現(xiàn)時速350 km自動駕駛功能，成為我國高速鐵路自主創(chuàng)新的又一重大標志性成果。

在牽引供電方面，以“安全運行、系統(tǒng)可控、狀態(tài)可視、運維可循”的運維管理智能化為目標，實現(xiàn)智能故障診斷、預(yù)警、自愈重構(gòu)等功能，形成供電系統(tǒng)健康評估體系，打造世界一流的高速鐵路牽引供電養(yǎng)護維修體系。

在智能票務(wù)方面，建立了以旅客實名制身份信息為核心，以售票、驗票、檢票等服務(wù)信息為外延的旅客全行程服務(wù)數(shù)據(jù)模型，創(chuàng)新了基于分布環(huán)境的客票數(shù)據(jù)實時同步技術(shù)、線上線下一體化的人臉識別比對技術(shù)，實現(xiàn)了全面電子客票。

在旅客服務(wù)方面，圍繞旅客購票、進站、候車、檢票、換乘、乘車、出站全過程，通過刷臉驗證、智能服務(wù)機器人、站內(nèi)導(dǎo)航、車站W(wǎng)i-Fi全覆蓋、交互信息服務(wù)、環(huán)境舒適度自適應(yīng)調(diào)節(jié)、站臺安全防護門、智能引導(dǎo)和換乘、訂餐、在線補票及升艙、坐顯和精準驗票、各類自助設(shè)備、旅程規(guī)劃與外部交通接駁等一站式個性化票務(wù)及延伸增值服務(wù)，實現(xiàn)旅客全過程和全方位精準化、個性化、自助化、國際化的無障礙智能出行服務(wù)。

在智能車站方面，基于AI+客運車站，提出“1個大腦+4大業(yè)務(wù)+N個應(yīng)用”架構(gòu)，在旅客服務(wù)、安全保障、生產(chǎn)指揮、節(jié)能環(huán)保4大業(yè)務(wù)范圍內(nèi)拓展各種應(yīng)用，實現(xiàn)全面監(jiān)測、及時預(yù)警、分級報警、協(xié)同聯(lián)動處置和動態(tài)調(diào)整為一體的智能閉環(huán)管控模式，保障車站服務(wù)和生產(chǎn)高效、安全、穩(wěn)定。

在智能調(diào)度方面，以現(xiàn)有CTC3.0為基礎(chǔ)，以鐵路調(diào)度指揮智能化為手段，以提高運輸生產(chǎn)效率為目標，通過構(gòu)建行車信息數(shù)據(jù)平臺、行車調(diào)度綜合仿真平臺，結(jié)合現(xiàn)場實際需求，實現(xiàn)列車運行計劃自動調(diào)整、列車進路和命令安全卡控以及ATO功能。

5 結(jié)束語

近年來，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、北斗衛(wèi)星、BIM等一系列高新技術(shù)的發(fā)展，人類社會正在向智能化時代邁進，中國智能高鐵建設(shè)也逐漸進入實質(zhì)性階段。京張、京雄、福廈高速鐵路以及珠三角城際鐵路，都成為智能高鐵建設(shè)的前沿。2016年4月，京張高速鐵路全線開工，國鐵集團提出打造“精品工程、智能京張”的戰(zhàn)略舉措。京張智能高鐵作為我國智能高鐵最新研究成果的首次集成化應(yīng)用，在列車自動駕駛、智能調(diào)度指揮、故障智能診斷、建筑信息模型、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航、生物特征識別等方面實現(xiàn)重大突破。智能京張的建設(shè)，開啟了中國智能高鐵建設(shè)的新篇章，成為中國高速鐵路從世界先進水平向世界領(lǐng)先水平邁進的標志性工程，具有劃時代的重要意義。

在概括國外智能高鐵發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，界定了我國智能高鐵的內(nèi)涵，設(shè)計了智能高鐵三維體系架構(gòu)模型，構(gòu)建了集業(yè)務(wù)應(yīng)用體系架構(gòu)、數(shù)據(jù)匯集體系架構(gòu)、技術(shù)體系架構(gòu)、標準體系架構(gòu)以及評價指標體系組成的高速鐵路智能化成套體系架構(gòu)，通過依托京張、京雄等多條智能高鐵的建設(shè)，取得了一系列應(yīng)用成果，對我國智能高鐵設(shè)計及落地以及對今后智能高鐵的深入研究與實踐，提供借鑒與支撐。