徐正昊 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司鎮(zhèn)江站

1 引言

隨著鐵路和高新科技的迅速發(fā)展，我國(guó)鐵路的覆蓋網(wǎng)迅速擴(kuò)大規(guī)模，鐵路中的運(yùn)輸調(diào)度與管理也呈現(xiàn)出越來(lái)越復(fù)雜的局面。我國(guó)鐵路的里程發(fā)展尤為迅速，從2000年的6.8萬(wàn)km增長(zhǎng)到2020年的14.14萬(wàn)km，高鐵里程更是高居世界第一。

與此同時(shí)，隨著智能化信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算等技術(shù)的數(shù)字化驅(qū)動(dòng)，為構(gòu)建全網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)后盾。未來(lái)的高復(fù)雜鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)要提高運(yùn)輸調(diào)度的實(shí)時(shí)可控性、運(yùn)輸安全性和高效調(diào)度，除了需要優(yōu)化自身運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)，還需要結(jié)合信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)，全面更新鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，為我國(guó)鐵路注入新的活力。

2 目標(biāo)

數(shù)字化驅(qū)動(dòng)的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)的最終目的是，通過(guò)第五代（5G）無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)連接調(diào)度控制系統(tǒng)、車(chē)載終端和智能化鐵路設(shè)備等，從而大大優(yōu)化鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)的管理，提高列車(chē)調(diào)度系統(tǒng)的進(jìn)程和全面化調(diào)度集中系統(tǒng)，以此對(duì)鐵路運(yùn)輸進(jìn)行全面更新?lián)Q代。具體目標(biāo)如下（數(shù)字化驅(qū)動(dòng)的運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)目標(biāo)示意圖如圖1所示）。

圖1 數(shù)字化驅(qū)動(dòng)的運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)目標(biāo)示意圖

第一，利用5G無(wú)線(xiàn)通信的海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)使復(fù)雜的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息能夠成功上載。通過(guò)大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)，在運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集中區(qū)域進(jìn)行大數(shù)據(jù)上載，使得整個(gè)區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)中的量級(jí)數(shù)據(jù)都能夠被傳輸?shù)竭吘墏鬏斁W(wǎng)絡(luò)。然后，通過(guò)數(shù)據(jù)的后處理，使得各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和規(guī)律能夠直觀的展現(xiàn)出來(lái)。第二，使得鐵路運(yùn)輸調(diào)度更加靈活、合理化。通過(guò)利用5G無(wú)線(xiàn)通信的超低時(shí)延特性，能夠使得列車(chē)指揮調(diào)度系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地與車(chē)載終端和鐵路智能化設(shè)備進(jìn)行信息互聯(lián)，從而建立交互式的通信數(shù)字化驅(qū)動(dòng)的運(yùn)輸調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整即時(shí)調(diào)度策略。改善列車(chē)運(yùn)輸調(diào)度中心與實(shí)際運(yùn)輸之間的調(diào)度誤差。第三，改善鐵路運(yùn)輸調(diào)度的效率。通過(guò)不斷地更新實(shí)時(shí)列車(chē)運(yùn)輸信息并不斷地優(yōu)化調(diào)度策略，使正在執(zhí)行的調(diào)度策略始終處于最有效的狀態(tài)，大大提升了由于異構(gòu)調(diào)度策略所帶來(lái)的執(zhí)行誤差。第四，改善鐵路運(yùn)輸調(diào)度的定制化耦合管理。通過(guò)各個(gè)區(qū)域性運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的差異性，利用全連接數(shù)字化驅(qū)動(dòng)方式，使得各個(gè)具備差異性網(wǎng)絡(luò)之間有機(jī)耦合，使其既不影響調(diào)度效率，還能相互耦合促進(jìn)，從而達(dá)到區(qū)域性運(yùn)輸調(diào)度的定制化耦合管理。第五，鐵路運(yùn)輸調(diào)度管理、指揮、調(diào)度的智能自動(dòng)化。一線(xiàn)運(yùn)行、指揮調(diào)度和方案管理的有機(jī)結(jié)合離不開(kāi)高性能的通信服務(wù)，通過(guò)超高可靠低時(shí)延的通信網(wǎng)將鐵路運(yùn)輸調(diào)度的各個(gè)技術(shù)部門(mén)、服務(wù)部門(mén)和管理部門(mén)深度融合，建立應(yīng)急響應(yīng)、快速反應(yīng)的一體化服務(wù)。

3 數(shù)字化驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)的構(gòu)成

基于5無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的“數(shù)字化驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)”采用了基于多輸入多輸出、邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片、協(xié)作通信等5G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鐵路列車(chē)、鐵路設(shè)備群和鐵路指揮、調(diào)度、管理系統(tǒng)的狀態(tài)共享、調(diào)度優(yōu)化和智能自動(dòng)化管理。

3.1 數(shù)字化驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)搭建

數(shù)字化驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)及無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)為核心，以實(shí)際鐵路運(yùn)輸網(wǎng)為基礎(chǔ)，從一體化鐵路運(yùn)輸網(wǎng)展開(kāi)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的信息驅(qū)動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)。數(shù)字化驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)由列車(chē)車(chē)載系統(tǒng)、鐵路智能設(shè)備群、無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)、列車(chē)指揮系統(tǒng)、調(diào)度中心系統(tǒng)和調(diào)度管理系統(tǒng)等部分組成。數(shù)字化驅(qū)動(dòng)搞運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)的涵蓋了鐵路設(shè)備群的所有信息數(shù)據(jù)，將這些量級(jí)數(shù)據(jù)信息通過(guò)多輸入多輸出無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)傳輸?shù)椒植际酵ㄐ呕荆谕ㄟ^(guò)分布式基站的數(shù)字化邊緣處理服務(wù)器對(duì)量級(jí)信息進(jìn)行初始化處理，從而獲得運(yùn)輸調(diào)度的數(shù)字化驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)。調(diào)度管理系統(tǒng)通過(guò)這些量級(jí)的數(shù)字化驅(qū)動(dòng)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)一體化鐵路的全面監(jiān)控與管理。同時(shí)調(diào)度管理方案通過(guò)列車(chē)指揮系統(tǒng)和調(diào)度中心系統(tǒng)又通過(guò)下行的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)被廣播，以實(shí)現(xiàn)列車(chē)和鐵路智能設(shè)備群的實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制。數(shù)字化驅(qū)動(dòng)的運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)字化驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2 信息上載

在整個(gè)鐵路運(yùn)輸網(wǎng)中，信息上載是整個(gè)數(shù)字化。

驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，通過(guò)鐵路運(yùn)輸網(wǎng)與調(diào)度相關(guān)信息、列車(chē)及鐵路設(shè)備群信息和應(yīng)急類(lèi)信息的上載以獲得數(shù)字驅(qū)動(dòng)信息條件。針對(duì)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的獲取及分類(lèi)，是保證鐵路高效、智能運(yùn)行的首先前提。多類(lèi)型量級(jí)信息可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信的方式被上載。通過(guò)5G無(wú)線(xiàn)通信的大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)來(lái)保證大網(wǎng)絡(luò)下的量級(jí)數(shù)據(jù)的整體上載，以保證數(shù)字驅(qū)動(dòng)信息的有效性。此外，通過(guò)高壓電力線(xiàn)通信與無(wú)線(xiàn)協(xié)作通信，以保證應(yīng)急事件信息的請(qǐng)求準(zhǔn)確性。其中，應(yīng)急事件的信息直接上載到裝備有邊緣服務(wù)器的分布式基站上。其他信息則被上載到數(shù)字化驅(qū)動(dòng)終端調(diào)度系統(tǒng)。

3.3 數(shù)字化驅(qū)動(dòng)調(diào)度處理與分析

數(shù)字化驅(qū)動(dòng)調(diào)出處理與分析是數(shù)字化驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)核心，包括應(yīng)急事件的邊緣計(jì)算處理、定制化網(wǎng)絡(luò)切片、自動(dòng)化調(diào)度優(yōu)化、數(shù)據(jù)后處理技術(shù)、一體化通信技術(shù)等。首先通過(guò)分布式的邊緣計(jì)算中心對(duì)應(yīng)急事件進(jìn)行優(yōu)先處理，并通過(guò)邊緣指揮中心下達(dá)執(zhí)行指令，以保證鐵路運(yùn)輸網(wǎng)的正常運(yùn)行與工作。與此同時(shí)，通過(guò)數(shù)字化驅(qū)動(dòng)終端調(diào)度系統(tǒng)對(duì)區(qū)域性鐵路網(wǎng)進(jìn)行定制化分析，然后再通過(guò)實(shí)時(shí)的列車(chē)運(yùn)行環(huán)境，列車(chē)狀況和當(dāng)前調(diào)度方案等信息實(shí)時(shí)地更新列車(chē)運(yùn)輸調(diào)度方案。此外，數(shù)據(jù)后處理平臺(tái)，一方面通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行規(guī)律探索，以提高鐵路運(yùn)輸?shù)男?，另一方面通過(guò)可視化技術(shù)將探索數(shù)據(jù)特征所得到的一般性規(guī)律經(jīng)行可視化，可視化方式可以通過(guò)散點(diǎn)圖、折線(xiàn)圖、熱點(diǎn)圖和3D實(shí)時(shí)地域分析等進(jìn)行。通過(guò)對(duì)一體化鐵路運(yùn)輸網(wǎng)信息的高速處理和數(shù)據(jù)后處理，提高鐵路運(yùn)輸?shù)闹悄苄?、即時(shí)性和可靠性。

3.4 數(shù)字化驅(qū)動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)功能

全鐵路網(wǎng)調(diào)度。構(gòu)建一體化鐵路運(yùn)輸網(wǎng)，可以通過(guò)大數(shù)據(jù)通信進(jìn)行全網(wǎng)互聯(lián)。列車(chē)指揮中心、調(diào)度管理中心和調(diào)度集中系統(tǒng)與列車(chē)和鐵路設(shè)備群相互發(fā)送調(diào)度相關(guān)請(qǐng)求與命令和運(yùn)行信息。

遠(yuǎn)程調(diào)度在線(xiàn)升級(jí)。通過(guò)安裝在列車(chē)上的開(kāi)放式接口設(shè)備，利用無(wú)線(xiàn)通信的低延時(shí)高可靠特性可以對(duì)各區(qū)域鐵路網(wǎng)進(jìn)行在線(xiàn)升級(jí)與修改。

鐵路運(yùn)輸調(diào)度數(shù)據(jù)分析處理功能。根據(jù)自動(dòng)報(bào)點(diǎn)、離線(xiàn)預(yù)測(cè)和調(diào)度方案統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)字化驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸調(diào)動(dòng)系統(tǒng)可以自動(dòng)優(yōu)化并產(chǎn)生運(yùn)輸過(guò)程中所需要的統(tǒng)計(jì)信息。

確定列車(chē)或設(shè)備的實(shí)時(shí)性跟蹤定位。無(wú)線(xiàn)通信的超低延時(shí)為列車(chē)的上載鐵路公里標(biāo)和地理經(jīng)緯度坐標(biāo)提供了前提保證。列車(chē)指揮系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)性的地理位置信息對(duì)每一輛列車(chē)和智能設(shè)備進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)點(diǎn)追蹤，針對(duì)不同的顯示場(chǎng)景，數(shù)字化驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)可以結(jié)合各種數(shù)字信息在指揮室的電子地圖上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位追蹤。

4 數(shù)字化驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用

考慮由鐵路總公司設(shè)分布式調(diào)度管理處、鐵路局設(shè)邊緣處理中心、列車(chē)調(diào)度總管理中心、列車(chē)運(yùn)輸路線(xiàn)及智能設(shè)備等組成的某區(qū)域性鐵路運(yùn)輸調(diào)度網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的鐵路運(yùn)輸線(xiàn)路的諸如運(yùn)輸調(diào)度、設(shè)備維修等事件的信息交互處理大多基于第四代甚至不及第四代移通信技術(shù)，并且分級(jí)管理、集中式處理的方式大大降低了鐵路運(yùn)輸調(diào)度和其他事件處理的效率，尤其是對(duì)于突發(fā)性事件。通過(guò)數(shù)字化驅(qū)動(dòng)的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)為這些問(wèn)題提出新的解決方法。

（1）首先從實(shí)時(shí)性分類(lèi)控制、分級(jí)處理的角度看，基于數(shù)字化驅(qū)動(dòng)的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)列車(chē)指揮中心對(duì)該網(wǎng)絡(luò)中的每輛列車(chē)實(shí)現(xiàn)低延時(shí)通信的實(shí)時(shí)控制，基于5G的通信特點(diǎn)使這點(diǎn)成為了可能。區(qū)別于列車(chē)的控制，一些應(yīng)急事件的優(yōu)先處理在每個(gè)區(qū)域性定制化網(wǎng)絡(luò)中的邊緣應(yīng)急中心被就近處理，一方面通過(guò)邊緣針對(duì)性計(jì)算處理保證了應(yīng)急事件處理的優(yōu)先性，另一方面邊緣計(jì)算處理充分發(fā)揮了本地處理的優(yōu)勢(shì)，大大降低了集中式統(tǒng)處理所帶來(lái)的計(jì)算延時(shí)和通信延時(shí)。

（2）從區(qū)域性鐵路運(yùn)輸網(wǎng)的調(diào)度方案定制化的角度看，不同的鐵路線(xiàn)路規(guī)模，不同時(shí)刻經(jīng)過(guò)列車(chē)數(shù)量，軌旁智能設(shè)備數(shù)量和實(shí)時(shí)應(yīng)急變故等因素共同構(gòu)建了每個(gè)時(shí)刻、每個(gè)區(qū)域鐵路運(yùn)輸調(diào)度的特殊化。通過(guò)5G無(wú)線(xiàn)通信超高可靠低時(shí)延的特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，能夠?qū)⒍鄠€(gè)獨(dú)立或耦合的區(qū)域性鐵路運(yùn)輸網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)性調(diào)度優(yōu)化、應(yīng)急處理和網(wǎng)絡(luò)定制化。結(jié)合列車(chē)運(yùn)行環(huán)境、智能設(shè)備狀態(tài)合理地、科學(xué)地、適時(shí)地優(yōu)化運(yùn)輸調(diào)度方案。不僅僅大大提高了復(fù)雜鐵路運(yùn)輸網(wǎng)的靈活度，還為智能自動(dòng)化運(yùn)輸調(diào)度提供了基礎(chǔ)。

（3）從鐵路運(yùn)輸網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)后處理角度看，數(shù)據(jù)是數(shù)字化驅(qū)動(dòng)的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)核心，原始數(shù)據(jù)用來(lái)即時(shí)性運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)，數(shù)據(jù)的后處理則用來(lái)表征運(yùn)輸調(diào)度過(guò)程中的規(guī)律、可視化和方案探索，并對(duì)智能設(shè)備群、列車(chē)等硬件設(shè)備提供安全檢測(cè)。

數(shù)字化驅(qū)動(dòng)的運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)可以根據(jù)原始的列車(chē)運(yùn)輸調(diào)度、智能設(shè)備群的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)地網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)，不僅如此還可以根據(jù)后處數(shù)據(jù)處理從經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)中獲取學(xué)習(xí)能力，從計(jì)算機(jī)的角度綜合地、智能地分析出一體化的全網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸管理方案。同時(shí)具有傳統(tǒng)鐵路運(yùn)輸網(wǎng)的的分級(jí)管理、集中處理的優(yōu)勢(shì)，更具有更科學(xué)的數(shù)據(jù)管理分析能力，多類(lèi)型事件分類(lèi)處理能力和超強(qiáng)性定制化管理能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著鐵路科技和通信技術(shù)的急速發(fā)展，成熟的通信技術(shù)也與鐵路運(yùn)輸網(wǎng)進(jìn)行了深度融合，也使得鐵路運(yùn)輸調(diào)度也逐漸趨向于標(biāo)準(zhǔn)化、高效化和安全化。具有鐵路運(yùn)輸網(wǎng)的數(shù)字化管理，數(shù)據(jù)后處理，調(diào)度方案分析、指揮方案的優(yōu)化和運(yùn)輸調(diào)度的一體化的數(shù)字化驅(qū)動(dòng)的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)具有很龐大的應(yīng)用場(chǎng)景。數(shù)字化驅(qū)動(dòng)不僅僅能讓鐵路運(yùn)輸調(diào)度變得更具備操作性和分析性，還更能夠?qū)?shí)際運(yùn)輸調(diào)度的模擬進(jìn)行數(shù)字量化，從而使得鐵路運(yùn)輸調(diào)度網(wǎng)絡(luò)具備更高的延展性。