基于RITS体系下的智能铁路运输系统框架结构设计

1、基于RITS体系下的智能铁路运输系统框架结构设计0前言发达国家的铁路智能化研究领先于我国，并产生了较为先进的铁路交通系统，例如美国的IRS,欧洲的ERTMS以及日本的CyberRail等。这些国家在铁路智能系统的研究上，都具有各自的特点，日本将研究的重点放在安全保障、服务集成上；而欧洲则是将研究的重点放在将铁路系统的一体化、更加效率、环保以及更加智能上2。其发展方向主要表现为：货运高速化、客运高速化、接入多样化；而向细分运输需求的技术与装备的谱系化；运输组织、安全保障与服务的一体化支持扩能、能力保持与低成本运营的智能化技术、系统与装备的清洁化、人性化和高能效化；支持互操作的技术、装备和标准国际

2、化。虽然各个国家在铁路交通系统中的技术研究方向不同，但都是以智能化交通为目的，在发展的过程中逐渐发展到数字铁路，再向智能铁路的方向发展。智能铁路系统要满足运输数字信息化、铁路系统的自动化以及全面智能化的发展道路3。其中，数字铁路所指的就是是在铁路的运输管理系统中，将所有可用的资源信息进行数字化，其关键点是对复杂状态的感知以及对各种交通信息的可视化处理等4。我们可以将智能铁路交通理解成在对铁路信息的全面理解的基础之上，来对资源进行集成，完成对铁路交通各类资源以及业务流程的协调，以使用较低的成本来达到理想的运输效。1基于RITS体系下的智能铁路运输系统1.1智能化铁路数字铁路的概念内涵概括为对与铁

3、路相关的所有资源、运行时空内所有变化轨迹的集合进行数字化5，实现数字化的最为重要的技术主要是指对状态进行精确而全面的感知、实现传输、大容量的信息传输的实现、融合处理以及进行高效的可视化的表达等等6；在信息全面收集，然后传输，之后进行处理并共享集成的过程，优化了铁路各业务流程和资源配置的过程即为智能铁路。智能铁路实现的关键在于优化控制，知识决策的介入以及计算任务求解过程的支持，从而实现成本的最小化、安全保障以及效率提升，优化经营。铁路运输系统是一个庞大的信息集合体，具有全面状态的感知、信息及时交流、超级计算以及协调业务实现等功能。在信息共享的基础上，对铁路业务进行集成并实现流程的协调。基于这些技

4、术实现铁路系统对效率、安全准时、优化资源配置更高的要求7，这也是深化智能铁路系统研究与应用的主要原因。InteGRail正是顺应铁路运输系统发展而开展的欧洲铁路一体化研究项目，其目的是通过感知、集成和共享信息实现铁路主要业务流程的协同一致，提供全局化决策支持，进而实现客运及货运延迟最小化、网络运量最大化、基础设施及车辆可靠性最大化、成本最小化的目标。InteGRail有如下特点:（1）可使铁路信息在铁路沿线共享，得到最优运营决策；（2）能成功识别所需共享信息，并确保信息的正确性；（3）维修流程优化中，能有效地确保信息使用；需求管理中，能有效地整合有用信息；（4）能确保信息高效传递给决策者；1.

5、2RITS定义RITS的定义：对先进的信息处理技术、通信、控制与系统、计算智能与决策支持系统进行集合8。在对信息收集处理与传输共享的工作之上，对所有与铁路运输相关的移动或者固定的时空、人财等资源进行有效利用，在较低的成本投入下，实现安全、高效、优化经营管理、提高服务水准等铁路系统新一代的功能定义9。RITS系统的本质是将智能运输系统技术和铁路运输系统连接，形成一个完整的新一代的铁路运输系统，集成了智能控制、管理和决策功能，将与国际接轨10。1.3RITS体系特征RITS追求的安全高效、绿色低碳、自然和谐、需求驱动的自治系统11。：多因素系统通常较为复杂，主要特征体现在以下几个方面：互连和信息共

6、享：RITS功系统功能整合对子系统和子系统的子系统之间的有机连接是必然的，以确保流畅高速通信和及时的信息共享。智能处理：系统应实现交通控制、智能处理综合调度、资源管理和经营管理，带来一个高度智能化和独立的铁路生产经营系统。协同工作：RITS的定义是将固定设施、移动设备和维修设施集合在一起，成为一个有机协调的系统，从而实现各子系统的协调工作，从而提高运输效率，提高安全保障。按需分配在整个系统方面实现信息共享，并根据实时需要，将系统内外信息动态分配，满足各层面信息需求，实现高效、低碳环保并按需要进行驱动的功能。1.4RITS的目标RITS的系统目标是实现轨道交通运输全过程的可测、可视、可控与可响应

7、。可测：轨道交通系统不同层次、粒度状态的可感知性；可视：轨道交通系统运行过程可观测性、可表达性与可理解性；可控：轨道交通系统业务过程可控性与可管理性；可响应：轨道交通系统对服务需求的可满足性与服务品质。2RITS体系框架结构设计RITS体系框架用于确定和描述提供全部铁路智能运输系统用户服务所必需具备的功能，以及实现这些功能的子系统、各子系统之间及其与外部环境之间的接口和信息流。RITS系统的从下到上层次框架分为5层13,如图1所示。为实现传感层面功能，使用最前沿的传感技术设备，对铁路移动设备、固定设施以及各类环境变化下的各类信息适时收集存储、处理传输，根据需要保障整体运输效率。传输层面大容量信

8、息，如车辆间、车辆与地面间的信息交互，为融合层的持续供应数据资源。融合层在元数据模型和互操作技术的应用基础上，采用分布式并行的计算方式，最终实现数据融合与数据的可视化等重要功能。14，支持管理和决策的过程需要。孟liUl旦於力聂爭.ri駅e-iiSTi.5iJtM耻aWitfi*XltS?1H丟电子商嘴畧土吐务电fiS埠st也aiiH潘畳苗強曼硏临轅底.k-.1C:7-：.*.叶那严吃：SIrr-?-k启淫捕工盟Jit图1RITS分层体系框架内部业务层能够实现企业内部的组织管理功能。基于融合层的系统信息融合，满足了运输组织状态监测设施，铁路系统的维修需求，在最大层面上保障了服务层功能的实现。服

9、务层相匹配的是铁路服务功能为外部业务层15，为实现用户需求，将实现层铁路运营管理和运输资源等实际情况纳入考量，实现经济社会发展。层与层的关系，高层对底层的需求，底层对高层的支持等，此类关系在RITS体系框架内协调配合，有效降低了铁路各个子系统之间的耦合性，使得各层通过前沿的技术手段，有效提升该层的工作性能。另外，由于各层次间的接口位置固定，为之后的系统优化升级留下可操作的空间。整体而言，具有不同层次的铁路运输系统都被纳入进RITS。较低的3层可以实现数字化铁路，具有铁路资源的数字化功能，体现运营环境的时空变化。数字化的基础之上，梳理优化各铁路业务流程，协调整合各类资源，集合为“智能铁路”。各种

10、资源分配给铁路运输服务的需求，以及服务层的功能是RITS服务层的最终全面实现后16。3主要技术支持与发展方向3.1主要技术支持要实现可测量和控制，收集视觉信息，并进行反应的功能，物联网（也称传感网），进行大容量的通信以及互操作、云计算和知识推理，并保证网络安全等六项关键技术不可或缺。这六大关键技术分别服务于RITS的不同层次，与RITS体系框架各层的关系见图2。RITS实现层知识推理云计算融合层计算智能J）群智能）分布式、并行计算初级云/泛在、异构协同的安全云/智能铁路自治系统互操作传输层感知层物联网网络安全AGENT、XML、元数据/语义网络、本体、实体互操作/IP分组宽带有线、无线技术/全

11、IP工业宽带融合网技术/数字物理系统/泛在网络大规模协同式网络信息安全保障体系/高可信互动式网络信息安全保障体系大容量通信自适应体、操作2010年2013年2020年自组织、自维持的智能云后IP下一代宽带工业网技术“尘埃”级自主网络高可用自组织网络信息安全保障体系2030年图2关键技术铁路智能化的发展在有线和无线网络的安全方面提出了更高要求。有线网络安全主要研究防火墙、密码、数字水印、入侵检测和病毒检测等技术。无线网络安全的研究集中在安全路由、安全聚合、密钥管理、身份认证和异构无线网络安全等方向。在RITS中，这些技术可分别应用于数据获取、网络通信和应用管理。物联网（传感网）技术主要有射频识别

12、（RFID）传感器网络和检测技术。一般来说，RFID技术用于列车、乘客、车站、固定设备等静态信息的采集，而传感器网络技术用于列车运行状态、轨道状态、铁路防灾系统的动态信息采集等17专有的大容量信息网络可分为3类：车辆、汽车和地面。这和国内车辆设备的网络连接中的应用研究，国外主要集中在TCN网络。在车载、无线局域网、GSM-R、WiMAX和WiFi网络之间的大容量无线传输领域，国内外都进行了应用和现场测试。地面数据传输的主要应用是MSTP网络和基于IP的网络数据。所谓的云计算就是网络交付信息的一种共享型服务模式。云计算为RITS系统适时提供了动态数据，保证了基础设施服务的稳定与灵活，虚拟了铁路资

13、源和应用程序，建立起了不同类型的系统之间的应用通道。要解决分布式异构系统集成应用难题，互操作性是实现信息共享和系统协调的核心所在。目前，欧美国家和中国都开展了相关领域的研究。在RITS系统框架中，互操作技术对于实现资源管理大量的信息交互功能意义非凡，包含运输组织调度、安全监控、客运和货运服务、综合运输等模块。知识推理包括推理的子系统、知识发现和数据挖掘等过程在内。核心是复杂动态环境下的建模、基于本体的知识表示和基于智能代理的动态协作。RITS系统内知识推理技术在目前的基础设施建设、运行和维护的安全监控、交通组织优化、智能乘客信息服务等有方面有着生动案例3.2发展方向智能化程度高、中、低三个等级的RITS对应着系统的发展至今的3个重要阶段：初级阶段是数字铁路和铁路全信息阶段；中级阶段是智能铁路协同整合阶段；高级阶段是铁路高层次的独立阶段。如图3所示。咼级中级初级2020年2010年2013年2030年图3RITS发展模式我国独有的发展模式是指导策略是具体工作的支持。学习国外铁路智能化的发展战略,RITS压迫以关键绩效指标