浅谈智能铁路运输系统的发展.

1、浅谈智能铁路运输系统的发展摘要:介绍了智能运输的概念发展背景,以及发展智能运输系统的必要性,总结了智能交通系统ITS 的发展状况和智能铁路系统的国内外研究情况, 提出了中国智能铁路系统C IRS 的基本组成和总体结构。在此基础上, 分析了中国智能铁路系统C IRS 的基本特征和所具有的优势, 指出了中国智能铁路系统C IRS 的若干关键技术,提出发展智能运输系统的设想和建议。关键词:智能交通系统; 中国智能铁路系统;智能铁路;智能运输;铁路运输;智能交通;系统;发展1 智能铁路运输系统的发展背景随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,整个社会对交通运输的需求日益增加,交通污染与交通事故越来越引

2、起社会的普遍关注。交通量的持续增长是造成这种状况的最根本原因,而传统的解决途径主要有两个:一是加大交通基础设施建设的投入,但资金、土地等稀缺资源是有限的,道路基础设施不可能无限扩展;另一个就是限制交通流量,主要是通过法律和行政手段实现,这些方法短期可以奏效,但有失公平、合理。人们希望通过增加技术含量的方法提高现有道路的利用率,提高道路交通的安全程度和道路使用的舒适性,智能运输系统因此应运而生。2什么是智能铁路运输系统铁路运输具有特殊性, 铁路智能运输系统要从铁路运输的独特视角来研究, 以便充分挖掘交通基础设施和信息基础设施的潜力, 实现更高效率、更高安全、更高品质服务的铁路运输。因此铁路科研工

3、作者提出铁路智能运输系统(Railway Intelli - gent TransportSystem, RITS必须是集成了电子技术、计算机技术、现代通信技术、现代信息处理技术、控制与系统技术、管理与决策支持技术和智能自动化技术等, 以实现信息采集、传输、处理和共享为基础, 通过高效利用与铁路运输相关的所有移动、固定、信息和人力资源, 以较低的成本达到保障安全、提高运输效率、改善经营管理和提高服务质量为目的新一代铁路运输系统。铁路智能运输系统涉及十分广泛的领域, 由以下几部分组成: 先进的运输管理系统、先进的运输自动化系统、先进的列车控制系统、先进的旅客服务系统、先进的运输设施管理系统以及先

4、进的安全保障系统。其关键技术可归纳为: 数据传输、列车位置检测、列车自动操纵、进路自动控制、车站作业自动化等。与传统的铁路运输方式相比在运输管理、运输安全性、运输效率、运输服务质量等方面有明显优势。3智能铁路系统及其研究情况3.1国外铁路智能运输系统研究状况虽然铁路智能运输系统的概念近几年才提出来,但发达国家致力于这方面的研究和运用确已有40 余年的历史, 特别是高速铁路诞生之后对铁路运营提出了更为严峻的挑战, 促使各时期的先进技术不断地融入到铁路运营管理中, 使得铁路运营管理的智能化、现代化程度不断提高。其中尤以欧洲、日本、美国等国家的研究更为引人注目, 产生了一批有代表的系统。随着欧共体蓬

5、勃兴起, 欧洲铁路需建立一个统一的铁路运行管理系统和统一的列车运行控制系统, 以便于使铁路运输与其他运输业进行有力的竞争。欧共体于20世纪80 年代末组织开发欧洲列车控制系统ETCS(EuropeanTrain Control System,ETCS , 后又设立了欧洲铁路运输管理项目ERTMS (European Rail Traffic ManagementSystem , ERTMS ,它们合成统称为ETC- S/ERTMS,作为欧洲21 世纪干线铁路总体解决方案。ERTMS 包括ETCS 和GSM-R( 铁路专用全球移动通信系统 。ETCS 为保持设备通用性, 确保高速列车能跨国运行制

6、定了技术需求规范和功能技术规范( SRS和FRS 。规范的技术核心为以欧洲车载设备(Eurocab为核心, 以欧洲查询/应答器(Eurobalise 为列车定位修正基准, 以欧洲查询/应答器、欧洲环线(Euroloop及欧洲无线通信(Euroradio 作为车- 地信息传输的通道, CBTC 为欧洲列车运行控制系统发展方向。ETCS/ERTMS 系统的优点有:( 1 实现了统一的欧洲规范。高速列车可以跨国运行, 用户组对欧洲各国铁路的加入是开放的。(2 通过提高速度和缩短列车间隔提高了运输效率。( 3 取消地面信号和轨道区段空闲检查设备及相应电缆, 降低了设备成本。( 4 在实施上可以根据实际

7、情况采用不同级别的技术, 逐步进行系统升级。ETCS/ERTMS 系统是在现有的未正式成为铁路智能运输系统而属于ITS 范畴的项目中是发展最好的系统。日本研究开发了新干线列车运行管理系统COMOS(ComputerizedSafety ,Maintenance and Operation System of Shinkasansn,COMOS 、计算机和无线电辅助列车控制系统CARAT (Computer And Radio Aided Train Control System、先进列车管理和通讯系统ATACS(Advanced Train Administration and Communi

8、cation System 等系统。随着RITS 研究的深入, 日本开始认识到在已有工作的基础上从总体上规划铁路智能运输系统的重要性。RITS 的概念及其体系框架的研究开始引起注意。2000 年初日本铁路技术研究所于正式提出了面向铁路的ITS智能铁路系统CyberRail。其研究目的在于定义CyberRail 的系统架构, 针对不同铁路提供一致和通用信息的旅客信息服务, 以期实现便捷的多式联运交通。CyberRail 要成为多式联运旅客有用和方便的工具, 它就必须体现用户对系统的要求, 所以它的用户服务可以划分为以下4 个领域:( 1 多式联运信息和个人导航( 2 铁路相关信息发布和交换的通用

9、信息平台( 3 面向需求的运输规划和调度( 4 智能列车控制目前CyberRail 系统致力于实现两个层次的目标:( 1 提供实时的多式联运旅客信息服务, 即为旅客提供关于旅行前信息、门到门的旅行导航、交通受阻时的旅行计划调整服务等方面的更方便、更可靠、更实时的信息。( 2 使铁路列车运营更灵活、更安全、更可靠、更具竞争力。即采取实时的、面向需求的列车运营计划和基于通讯的智能行车指挥。除以上两个系统外, 还有美国的先进列车控制系统ATCS、法国铁路的连续实时追踪自动化系统ASTREE、北美的先进铁路电子系统ARES、美国旧金山港湾铁路的先进列车控制系统AATC 等等, 它们在铁路交通运输中发挥

10、着重要作用。这些系统尽管尚不能称为完整的铁路智能运输系统, 但其研究都属于铁路智能运输系统的研究范畴。3.2 中国铁路智能运输系统研究状况随着信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术、人工智能技术、组合优化技术以及计算机网络与处理技术等在铁路运输中的运用, 我国铁路在信息化建设方面已取得了丰富的成就, 如铁路运输管理信息系统的(TMIS 和调度管理信息系统(DMIS等覆盖全国的大规模信息系统; 新一代铁路列车运行控制系统(CTCS 的开发和运用, 这些都为我国铁路智能运输系统的开发建设打下了较好的基础。2000 年我国组建“国家铁路智能运输系统工程技术研究中心”(The Center of N

11、ational Railway Intelligent Transportation System Engineering and Technology, RITSC, 我国的智能铁路系统的研究将得到进一步的推动和发展。为提高铁路运输业的运输效率和运输服务质量,铁道部于1994 年开始大规模建设覆盖全国的铁路运输管理信息系统TMIS( Transportion Management InformationSystem,TMIS , 以实现全国铁路运输管理的信息化。TMIS 是世界上最复杂、最庞大的运输管理信息系统, 也是我国"九五"重点科技攻关项目。该系统已于2004 年完

12、成工程建设任务。TMIS 包括: 确报信息系统、货票信息系统、编组站信息系统、货运营销及生产管理信息系统、车辆管理信息系统、铁道部调度信息系统、集装箱追踪信息系统、大节点货车追踪信息系统等子系统, 涉及5 万多公里铁路营运线。TMIS 系统不仅覆盖铁道部、路局和分局的各个主管业务部门, 而且还遍及全路各基层站段, 通过铁路计算机网络联成一体, 这样铁道部中央主处理系统就可以及时从全国铁路2200 个信息报告点收集全路列车、机车、车辆、集装箱以及所运货物的动态信息, 实现列车、货物, 机车车辆, 集装箱的节点式实时追踪管理, 为全国铁路各级运输生产人员提供及时准确, 完整的信息和辅助决策管理方案

13、。TMIS 系统采集的主要信息包括:全路货物运输市场需求动态信息;货物运输执行动态信息;机车、车辆、集装箱、蓬布等运力资源的配备和使用动态信息;列车组成动态信息;列车到发和通过信息;装/卸车作业信息;其他运输生产作业与管理信息。TMIS 车站系统及信息采集点采集的信息除了在本地建立数据库外, 还及时将原始信息通过计算机网络传送至铁路分局、铁路局和铁道部, 各级应用部门共享同一信息源, 建立本级管辖范围内的、完整的动态信息资源库。TMIS 的优点:(1不仅能支持铁道部现有的业务应用, 还可以满足未来的增长需求。(2 能够为铁路运输调度部门提供实时的全路货车、机车、列车、集装箱及所运货物的位置、状

14、态变化的信息, 可大大改善对货主的服务, 从而提高货运管理水平。( 3 由于能提供准确、及时、完整的信息, 可以有预见地指挥运输生产, 从而加速机车车辆周转, 提高经济效益。( 4 整个铁路运输管理工作从经验管理过渡到现代化管理, 不但可以节省人力, 而且大大减轻运输生产指挥和管理人员的劳动强度。( 5 实现信息共享。为解决全国铁路调度指挥管理系统的现代化,1996 年铁路系统决定建立调度管理信息系统DMIS(Dispateh Management Information System, DMIS, 该系统将于2005 年底前全面完成。DMIS 包括以下四个层次:第一层铁道部调度指挥中心DMI

15、S 系统的核心与各铁路局、铁路分局相连, 接收全国铁路铁路系统的各种实时信息与运输数据和资料, 监视各铁路局、铁路分局、主要干线、路局交接口、大型客站、编组站、枢纽、车站、区间的列车宏观运行状态、运行统计数据、重点列车及车站的列车实际运行位置和站场状态显示, 并建有全国铁路调度指挥系统数据库。第二层铁路局调度指挥中心接收各铁路分局的信息与资料, 同时显示与铁道部、铁路局及相临铁路局的信息交换。第三层铁路分局调度指挥中心接收铁路分局内各站的信息与资料, 监视主要干线、路局交接口、大型客站、编组站、枢纽、车站、区间的列车宏观运行状态、运行统计数据、重点列车及车站的列车实际运行位置和站场状态显示,

16、同时显示与铁道部、铁路局及相临铁路分局的信息交换。第四层基层信息采集系统安装在各车站, 用来从信号设备及其它设备上采集有关列车运行位置、列车车次、信号设备状态等相关数据, 并将上述数据通过专用通信线路传送到铁路分局。整个DMIS 系统由铁道部、铁路局负责宏观管理和指挥协调工作, 铁路分局和车站负责运输组织和行车的直接指挥。部级指挥调度中心是全国的枢纽, 铁路DMIS 把从现场车站采集信息经过车站基层网, 分局DMIS 中心路局DMIS 中心主机传送到部调度中心, 形成完整的信息库, 通过对信息综合处理, 实现了对全路列车运行的动态跟踪实时监视, 并由此生成各种列车运行统计报表。因此DMIS 有

17、以下主要功能: 编制列车运行计划, 自动采集列车运行时刻, 自动绘制实迹运行图, 列车车次号自动采集和跟踪, 自动或人工调整阶段计划, 向车站、机车自动下达阶段计划和调度命令, 自动生成车站行车日志等等。整个DMIS 系统具有以下几个特点:( 1 可靠性高: 不允许出现故障而影响铁路运营指挥。( 2 实时性强: 对任一任务请求做到及时处理, 延迟时间不超过3s。( 3 数据量大: 路局、分局、分界口等数据全部汇总到部调度中心。( 4 系统复杂: 以计算机为主体、联接通讯、声像等系统。( 5 服务性强: 提供信息、数据的实时显示、查询。(6 标准性好: 采用国际、国内标准机制, 易于扩展。4对发

18、展中国智能铁路系统的若干建议(1 高度重视中国智能铁路的研究和发展工作。(2 加快中国智能铁路系统的规划设计。(3 加强研究, 加快立项, 组建队伍, 进行研究和。(4 加强智能铁路信息系统的构建与整合。5 结语铁路是我国国民经济的大动脉, 铁路运输在国民经济中占有极其重要的地位。为了增强我国铁路运输行业的市场竞争能力、提高管理水平、改善市场营销手段和服务质量, 我国要大力开展智能铁路运输系统的研究。虽然我国还开发了铁路综合办公系统OMIS、铁路运输清算系统、高速铁路列车运行智能控制、车辆管理信息系统CMIS、财务管理信息系统RFAMIS 等系统。但这些系统各自开发, 连通性和互操作性较差,信息基本不能共享, 造成资源的浪费。借鉴采用高新技术改造铁路系统的欧洲ERTMS 在服务、效率、安全方面取得的成功经验及从ITS 的角度建立起RITS 的体系框架以更好地指导铁路运输的发展, 代表着铁路运输发展的一个新方向的