智能高速铁路概论 课件 第六章 高速铁路智能运营V2

第六章高速铁路智能运营第六章高速铁路智能运营目录/Contents01高速铁路智能客站02高速铁路智能票务03高速铁路列车运行图智能编制04高速铁路智能调度集中2024/5/10智能高速铁路概论205高速铁路智能综合调度06基础设施智能运维07动车组PHM及智能运维2024/5/10智能高速铁路概论3第六章高速铁路智能客站101高速铁路智能客站高速铁路智能客站是广泛应用新一代信息、控制和通信技术，面向便捷、安全、高效、节能等目标，通过自动化信息服务和智能化管理控制，实现客、站、车、城交互协调发展的智能综合体主要功能：提供面向乘客的服务信息面向客站的作业信息乘客与车站人员智能化管理车站设备智能化故障诊断与维修管理2024/5/10智能高速铁路概论4第六章高速铁路智能客站1（1）智能客站总体架构围绕旅客服务、作业生产、车站管理构建的智能客站总体架构主要构成：信息采集信息处理应用模块应用界面智能客站总体架构信息采集信息处理应用模块应用界面2024/5/10智能高速铁路概论5第六章高速铁路智能客站11）信息采集客站基础数据来自外部相关系统与内部监测信息外部信息：日班计划、列车运行图、旅客服务系统信息、站车交互信息、天气和城市交通状况等内部信息：客运信息、工作人员信息、设备状态信息和温度等上述信息通过局域网、蓝牙、传感器、视频、Zigbee等技术手段获取，再通过信息传输层传输至基础信息接口，最后汇集到客站大数据平台和优化计算平台2024/5/10智能高速铁路概论6第六章高速铁路智能客站12）信息处理客站大数据平台和优化计算平台对采集到的多源信息进行储存和管理，应用特征提取、聚类分析等数据分析算法和深度学习、图模型等优化算法，提取数据多维特征并挖掘数据规律，为车站各应用模块提供公共信息和算法支持2024/5/10智能高速铁路概论7第六章高速铁路智能客站13）应用模块①旅客服务应用模块组成要素旅客性质分析平台、图像识别数据库、一体化票务系统、个性信息推送系统、智能导航系统、智能环控系统主要功能重点旅客、常旅客等不同出行群体的智能识别和个性化服务旅客交通接驳、进站检验、站内出行、上车验证、出站换乘畅行服务站内体感环境智能调控站内旅客定位与引导、车站状态及设施设备利用状况可视化等2024/5/10智能高速铁路概论8第六章高速铁路智能客站1②客站作业应用模块组成要素客站综合指挥中心、客站动态客运计划管理、工单管理、客流监控与预警、客流预测及分配、应急处置决策等主要功能车站动态客运计划优化调整、日班计划智能编制、车站综合智能指挥、服务工单流转等2024/5/10智能高速铁路概论9第六章高速铁路智能客站1③经营管理应用模块组成要素

设备网格化管理、人力资源管理、车站能耗监测、车站商业管理等主要功能设备履历更新、状态监控、运行态势评估和维保计划编制工作人员岗位情况管理、人员作业安排等车站能源监测、车站经营点位与广告位招租管理、车站商业信息整合发布等2024/5/10智能高速铁路概论10第六章高速铁路智能客站14）应用界面通过智能作业终端和生产指挥平台为车站管理人员提供车站客流分布、列车到发、人员分布、环境监控等全方位运行信息为工作人员提供快速联系、协调支援、及时反馈等辅助工具为旅客提供站内导航、信息查询和展示、出行方案调整推荐等个性化功能2024/5/10智能高速铁路概论11第六章高速铁路智能客站1（2）智能客站关键技术1）基于物联网的客运车站运行环境全天候、全区域监测理论技术以“安全、节能、舒适”为原则，运用物联网技术全天候、全区域实时监测和感知车站候车室、检票口、进站口、出站口、换乘通道等关键区域的人流密度、排队长度、通过速度、移动方向、环境舒适度等车站运行环境信息2024/5/10智能高速铁路概论12第六章高速铁路智能客站12）基于信息、人员、设备、环境的协同联动技术通过统一的数据接口实现车站作业、列车、人员、设备、环境等信息实时汇集和共享，依托信息的实时流转和共享共用，实现人员、设备与环境的协同联动2024/5/10智能高速铁路概论13第六章高速铁路智能客站13）基于人工智能和大数据的客运车站安全应急决策和处置技术针对列车大面积晚点、大批旅客滞留、火灾、暴恐等站内各类突发事件的典型场景结合车站的实际运营状况和应急处置预案，提出科学决策建议快速调配站内各类应急资源，及时监控和回传现场状况，确保指令及时准确下发实现贯穿突发事件监测、预案、组织、响应、处置、恢复和评估的一体化应急技术2024/5/10智能高速铁路概论14第六章高速铁路智能客站14）基于神经网络、深度学习和边缘计算的智能音视频分析技术通过神经网络、深度学习和边缘计算等人工智能技术对车站进站身份核验处、检票口、候车大厅、售票厅、自动售取票厅、中转换乘通道、电梯附近等重点区域的视频、图像、音频进行深度学习训练和智能识别完成人脸检测、身份证信息比对、客流趋势监控、客流分析预警等操作2024/5/10智能高速铁路概论15第六章高速铁路智能客站15）基于生物特征识别的虚拟闸机技术通过多种检测手段对旅客的指纹、脸型、虹膜、视网膜、手型、步态、声音等生物特征进行采集采用图像识别、语音处理、智能视频分析等技术对旅客生物特征进行识别，将结果与旅客身份信息和购票信息进行比对，保障已购票旅客正常便捷出行，并对异常旅客进行预警和追踪2024/5/10智能高速铁路概论16第六章高速铁路智能客站16）基于语音识别的多语种交互式旅客服务技术基于信号处理、模式识别、人工智能等技术，对旅客查询话语进行智能分析，并为旅客提供语音回答2024/5/10智能高速铁路概论17第六章高速铁路智能票务202高速铁路智能票务随着万物互联、数据驱动、智能决策的数字化时代的发展，“互联网+出行”得到深入应用，高铁智能票务应运而生。智能票务基于模型和数据的一体化融合应用，开展客流精准预测、一日一图应用、互联网风控等，为旅客出行全过程提供个性化、一站式的客运服务2024/5/10智能高速铁路概论18第六章高速铁路智能票务2（1）智能票务总体架构中国铁路票务系统经过20余年发展，逐步从车站单一客票销售业务系统发展成为覆盖线上（即12306网售票系统，包括12306网站及同名移动端app）和线下3000多个客运车站，提供客票销售、延伸服务、营销决策等多项业务的全球最大的综合性票务系统随着自主选座、接续换乘、12306订餐、网约车、铁路旅游、新型票制、高速铁路Wi-Fi覆盖等新功能不断出现，票务服务走向智能化、人性化2024/5/10智能高速铁路概论19第六章高速铁路智能票务2高铁智能票务总体架构主要由电子客票、智能售票组织、定制化服务和旅客画像等方面构成高速铁路智能票务总体架构图2024/5/10智能高速铁路概论20第六章高速铁路智能票务21）电子客票存储在铁路客票系统中的一种电子数据以电子数据形式体现的铁路旅客运输合同凭证传统纸质车票运输合同属性的一种电子形式承载了铁路旅客运输服务所关联的相关要素信息智能票务通过对电子客票各项关键技术的研究和客票系统架构的升级，实现了纸质车票运输合同凭证、乘车凭证、报销凭证三大属性的有效分离2024/5/10智能高速铁路概论21第六章高速铁路智能票务2①全程服务信息化实现旅客从购票、进站、候车、乘车、出站、换乘等全流程的信息化服务旅客购票后，无须换取纸质车票，凭购票的有效身份证件，办理进站实名制核验、乘车和出站检票、列车查验等手续客票系统根据证件信息识别证件所对应电子客票的有效性2024/5/10智能高速铁路概论22第六章高速铁路智能票务2②票务服务自助化对于持可识读购票证件的旅客，可通过车站设备自助办理进站实名制核验、乘车和出站检票、列车查验、车票变更和打印报销凭证等手续对于在12306移动端app上完成人证核验的旅客，可以直接使用移动端app里的“检票二维码”检票乘车对于持不可识读购票证件的旅客，也可通过半自助设备读取购票信息单，人工核验证件后完成手续办理2024/5/10智能高速铁路概论23第六章高速铁路智能票务2③线上线下服务一体化旅客在12306售票系统上购买的电子客票，可以在车站窗口办理改签和退票旅客在车站窗口或自动售票机上购买的电子客票，也可以在12306售票系统上办理改签和退票2024/5/10智能高速铁路概论24第六章高速铁路智能票务2电子客票的技术突破分布式环境下的异构数据同步技术网格化存储的PSR数据模型大并发条件下行程信息的高速访问技术“云-端”联动的人脸识别技术双因子加密的动态二维码技术2024/5/10智能高速铁路概论25第六章高速铁路智能票务2①分布式环境下的异构数据同步技术分布式环境下不同应用场景采用了不同类型的数据库和文件系统，形成了多种数据库和文件系统混合部署状态分布式环境下的异构数据同步技术高效解决了关键业务数据的集中存放，满足了跨渠道变更及快速验检票的需要2024/5/10智能高速铁路概论26第六章高速铁路智能票务2②网格化存储的PSR数据模型电子客票构建了一个以旅客为中心的涵盖旅客出行服务等内容的数据结构——旅客服务记录（PassengerServiceRecord，PSR），PSR数据模型高效支撑了旅客个性化服务和业务集中办理需要2024/5/10智能高速铁路概论27第六章高速铁路智能票务2③大并发条件下行程信息的高速访问技术普通的关系型数据库无法有效支撑对海量PSR数据的巨大访问压力面对日均千万客流条件下的高并发数据查询需求，电子客票创新了大并发条件下行程信息的高速访问技术2024/5/10智能高速铁路概论28第六章高速铁路智能票务2④“云-端”联动的人脸识别技术解决了自助实名制进站过程中“人-证”一致性的自动核验问题攻克了电子客票条件下铁路复杂场景下的人脸识别难题：闸机摆放位置导致摄像头逆光实人与证件间图片年龄跨度过大既有闸机硬件设备性能偏低等2024/5/10智能高速铁路概论29第六章高速铁路智能票务2⑤双因子加密的动态二维码技术电子客票将二维码设计成为载体之一，并将双因子加密后按时间动态更新的二维码作为其识别码来确保安全性2024/5/10智能高速铁路概论30第六章高速铁路智能票务22）智能售票组织引入精细化的有座席管理和无座席/自由席存量管理相结合的席位管理方式以营销自动生成售票组织策略加以人工辅助调整，实现席位调整的自动化和智能化提供方便、快捷的操作手段，提高业务操作的工作效率2024/5/10智能高速铁路概论31第六章高速铁路智能票务2①票额智能预分以客流分析和预测为基础，在预售期外对席位进行合理配置，在预售过程中根据销售进展和客流情况进行动态调整，实现席位资源和客流需求的最佳匹配2024/5/10智能高速铁路概论32第六章高速铁路智能票务2票额智能预分核心功能包括列车站间客流预测和票额自动分配在数据方面，利用预售数据结合历史数据，建立海量数据样本训练模型，增强预测实时性在技术方面，利用大数据技术分析旅客信息和售票数据，融合线下的沙盘演练数据区与线上的预测算法区，构建客流预测系统，实现列车客流OD预测、车站客流OD预测和票额智能预分，为全国铁路的发送量提供科学预测2024/5/10智能高速铁路概论33第六章高速铁路智能票务2②开行方案动态优化在客流预测基础上，结合运力资源配置情况，对旅客列车的运行区段、运行径路、列车种类、开行对数、编组内容、停站和动车组运用方案进行动态优化调整2024/5/10智能高速铁路概论34第六章高速铁路智能票务23）定制化服务定制化服务是指根据不同人群所需提供适合其的客运服务方案，旅客可以自主选择自己最满意的服务。如“静音车厢”“一站式”服务“高铁+旅游”、“高铁+酒店”、“高铁+餐饮”等2024/5/10智能高速铁路概论35第六章高速铁路智能票务24）旅客画像对以高铁为出行方式的既有旅客和潜在旅客进行数据建模，以不同的数据维度对旅客进行刻画2024/5/10智能高速铁路概论36第六章高速铁路智能票务2通过对旅客的静态人口属性、动态行为偏好等主要信息进行建模分析，抽象出易于理解的语义标签并形成一个用户的信息全貌2024/5/10智能高速铁路概论37第六章高速铁路智能票务2帮助企业管理者区分不同的客户群体，分析不同群体间的需求偏好差异和行为特征差异，并对不同客户群体制定更有针对性的营销策略2024/5/10智能高速铁路概论38第六章高速铁路智能票务25）跨交通方式联程运输服务①铁水联运汽车票+船票火车票+汽车票+船票实现一次购票、一次支付、无缝换乘2024/5/10智能高速铁路概论39第六章高速铁路智能票务2②空铁联运支持机票及“飞机+高铁”空铁联运票销售，让旅客体验飞机、高铁无缝出行，并且与东航共同创新推出在机场和火车站设立空铁联运服务中心，为旅客提供机票和火车票的一站式购票服务2024/5/10智能高速铁路概论40第六章高速铁路智能票务2③汽车票服务聚合多供应商资源，覆盖全国30个省、自治区、直辖市，免去旅客寻找当地客运站的网络购票渠道、跨越多个平台预订的烦恼2024/5/10智能高速铁路概论41第六章高速铁路智能票务2④网约车服务提供网约车、接送机、接送站服务，引入区域化运力供应商，解决大型车站夜间集中到达旅客用车问题，为旅客提供更便捷优惠的约车出行体验2024/5/10智能高速铁路概论42第六章高速铁路智能票务2⑤联程联运信息平台开展城市交通、铁路、民航、公路、水路等多源数据关联融合，面向铁路旅客提供综合交通信息查询、行程交通信息概要查询、便捷换乘指引与推荐、出行公告信息查询功能，支撑联程联运业务更好开展2024/5/10智能高速铁路概论43第六章高速铁路智能票务2（2）智能票务关键技术智能票务的愿景目标是依托广泛的感知体系，围绕客运服务“MaaS+全行程”，实现业务办理自动化、资源共享化、服务集成化，提升全行程的服务质量，实现全行程“无缝衔接”。包括为旅客提供全流程闭环的自动化感知客运服务为旅客提供综合一体的网络化服务增强服务决策能力，使旅客实现智慧出行智能票务关键技术包括票务服务的感知自动化、服务网络化和执行自主化等相关技术2024/5/10智能高速铁路概论44第六章高速铁路智能票务21）感知自动化通过采用多样化的自动感知技术，实现各生产要素状态的全面感知通过对生物特征识别和可视化交互等技术的应用，实现对旅客身份及客运服务需求的获取及分析2024/5/10智能高速铁路概论45第六章高速铁路智能票务22）服务网络化主要通过对联运信息融合技术、人机交互技术、共享融合技术、协同联动安全服务等技术的研究，构建广泛互联的信息共享机制以铁路客运信息为基础，融合处理国内航空、公路、水运及国外交通行业等综合信息形成以铁路电子客票为核心，涵盖不同出行目的的多样化客运延伸服务网络化体系，形成旅客出行综合交通一体化服务模式2024/5/10智能高速铁路概论46第六章高速铁路智能票务23）执行自主化通过对人机协同相关技术的研究，以智能分析和处理为手段，全面整合铁路运营管理数据、客运数据、联运数据、其他社会数据及旅客画像等信息资源，形成基于智能识别的全程自助智能化客运服务模式通过深度学习、智能算法优化，实现智能决策的主动执行，形成智能感知、决策及执行的集成化服务体系2024/5/10智能高速铁路概论47第六章高速铁路列车运行图智能编制303高速铁路列车运行图智能编制高速铁路运行图智能编制充分利用云计算、大数据、物联网等新一代信息技术，采用多部门协同、集中部署分布访问的模式，实现面向大规模路网的远程、异地、协同和自动编图，满足“高速铁路一张网，高速铁路一张图”、车站和区间同质性、“列车运行图作业化，列车运行图编制一体化”和列车运行图编制智能化等需求2024/5/10智能高速铁路概论48第六章高速铁路列车运行图智能编制3（1）运行图智能编制系统总体架构高速铁路列车运行图智能编制系统总体架构主要包括基础设施层数据层服务层应用层安全管理层高速铁路列车运行图智能编制系统总体架构基础设施层数据层服务层应用层安全管理层2024/5/10智能高速铁路概论49第六章高速铁路列车运行图智能编制31）基础设施层基础设施层作为最底层的物理资源池，负责为上层提供数据存储及计算资源应用计算机集群技术构建高性能、高可靠的云计算中心，以虚拟化技术整合服务器等资源，形成计算、存储、网络等可动态管理的虚拟化资源池应用可扩展的分布式存储技术，打破存储性能瓶颈，提高系统安全性和存储效率2024/5/10智能高速铁路概论50第六章高速铁路列车运行图智能编制32）数据层数据层主要负责云端的数据感知、存储、交换与管理，为系统运行提供多粒度的数据支撑应用数据管理技术，对海量数据进行分类、组织、存储和管理，实现基础路网、客流、运力资源配置等关键数据的抽取和整合结合分布式存储技术，构建各类数据的专题数据库，提高数据交换效率2024/5/10智能高速铁路概论51第六章高速铁路列车运行图智能编制33）服务层服务层主要面向应用层构建基础功能和自动化算法通过嵌入算法为用户提供各项自动化编制和人机交互功能等通过对精细化列车运行图优化模型进行重构，设计可并行计算的求解算法，实现运行图优化模型快速求解等2024/5/10智能高速铁路概论52第六章高速铁路列车运行图智能编制34）应用层基于Web界面的应用层为不同权限用户提供服务，以图形化界面为用户提供核心业务功能，并提供方便的人机交互工具，在云端通过调用服务层算法实现冲突检测、列车运行图编制、车站作业计划编制、动车运用计划编制列车运行仿真等功能2024/5/10智能高速铁路概论53第六章高速铁路列车运行图智能编制35）安全管理层云计算安全与管理层贯穿平台整体架构，对云计算系统各个层次的资源、任务、数据、功能等进行监控和安全维护，确保系统正常运行在基础设施层加强虚拟化系统访问监控和支撑硬件加固在数据层实现数据监控、防护和加密处理等2024/5/10智能高速铁路概论54第六章高速铁路列车运行图智能编制3高速铁路列车运行图智能编制系统集中部署在国铁集团主数据中心，借助云计算中心实现路网列车运行图编制优化的模型求解根据设定的权限为不同用户开放对应的系统功能和数据资源等，为不能接入国铁集团私有云的客户提供基于B/S模式的Web程序和服务

高速铁路列车运行图智能编制系统部署2024/5/10智能高速铁路概论55第六章高速铁路列车运行图智能编制3（2）运行图智能编制关键技术列车运行图智能编制是一项涉及计划、客运、车务、工务、电务、供电等多个部门的复杂多目标优化问题，关键技术主要包括两大类第一类是智能编制业务，包括数据管理技术、列车运行图智能一体化编制技术、列车运行牵引仿真技术等第二类是支撑智能编制业务的模型与算法，包括列车运行图优化编制模型与算法、车站作业计划优化编制模型与算法、动车组运用计划与乘务交路优化模型与算法2024/5/10智能高速铁路概论56第六章高速铁路列车运行图智能编制31）高速铁路列车运行图智能编制业务①数据管理技术基础设施数据基于地理信息系统（GIS），将路网数据与实际地理坐标相关联，实现基础路网和编图参数的精细化、可视化展示和管理根据具体业务功能，从宏观、中观、微观3个层次自动展示多级多粒度路网模型2024/5/10智能高速铁路概论57第六章高速铁路列车运行图智能编制3

客流数据通过读取或者输入客流OD数据，结合宏观路网，实现路网条件下各区段的断面客流统计分析各枢纽站进出站客流、换乘客流统计分析以多种形式图形化展示2024/5/10智能高速铁路概论58第六章高速铁路列车运行图智能编制3列车开行方案通过与开行方案编制系统接口，读取列车开行方案数据实现开行方案的图形化展示，提供人机交互编制和调整工具进行相关的指标统计，形成列车运行图编制的重要输入之一2024/5/10智能高速铁路概论59第六章高速铁路列车运行图智能编制3②列车运行图智能一体化编制技术基于优化模型和智能求解算法，分析基础设施、实时客流、列车开行方案等数据，考虑车站作业、停站方案和维修天窗等要素实现列车运行图、车站作业计划、动车组交路计划和乘务计划等“一体化”编制和调整2024/5/10智能高速铁路概论60第六章高速铁路列车运行图智能编制3自动完成列车运行时间推算、列车作业冲突检测/疏解、列车作业方案匹配、车站作业动态仿真等业务2024/5/10智能高速铁路概论61第六章高速铁路列车运行图智能编制3利用图形化展示界面提供人机交互编制、调整和统计分析工具，实时展示调整方案的作业指标2024/5/10智能高速铁路概论62第六章高速铁路列车运行图智能编制3③列车运行牵引仿真技术在微观路网的基础上，考虑牵引供电、列控等级等条件约束，进行高可信度的列车运行仿真仿真模拟结果不仅可以评估运行图参数（运行时分、列车间隔）的准确性，还可验证运行图可行性，识别能力瓶颈，为运行图调整和优化提供决策依据2024/5/10智能高速铁路概论63第六章高速铁路列车运行图智能编制32）核心业务模型与算法①列车运行图优化编制模型与算法列车运行图优化编制模型较多，比较成熟的模型是基于时空网络的资源分配模型。以一次列车在一个局部路网的运行过程为例以车站进站作业、停站作业、出站作业、区间运行作业为对象以车站、区间为占用资源列车运行过程可视为具有时间、空间连续性的作业集合2024/5/10智能高速铁路概论64第六章高速铁路列车运行图智能编制3高速铁路列车运行时空网络图2024/5/10智能高速铁路概论65第六章高速铁路列车运行图智能编制3以微观路网的闭塞分区、进路冲突作为约束条件的前提下当有越来越多的列车在路网内需要运行占用进出站进路、股道和区间的时候，就必然发生资源（车站进路、股道、区间）占用冲突，需根据资源占用规则（列车间隔时间、作业标准等）进行有效资源分配列车运行图优化模型以能力最大或满足客运需求为目标基于列生成法、拉格朗日松弛算法和分支定界法等优化方法，构建精确算法和启发式算法相结合的并行计算程序模块，实现大规模路网多级、多用户协同编制2024/5/10智能高速铁路概论66第六章高速铁路列车运行图智能编制3②车站作业计划优化编制模型与算法当车站作业计划只考虑到发线占用计划时，可以与运行图编制模型集成为一个整体优化模型，如进一步考虑车站列车作业和调车作业的协调，车站作业计划的优化编制模型等同于一个局部路网的列车运行图优化模型，该模型在微观路网的基础上，将道岔、交叉渡线、轨道作为资源来分配给各次列车占用2024/5/10智能高速铁路概论67第六章高速铁路列车运行图智能编制3车站作业计划的编制、调整和优化问题可以转化成工业调度job-shop问题，以列车为工件（job），以轨道为加工机器（machine），给每次列车的作业（operation）安排合适的加工机器和加工时间以满足列车运行图推算的时刻表为前提条件结合车站能力的最大化或站内资源的均衡运用等优化目标以各项作业时间标准、进路和股道占用冲突为约束条件自动完成各次列车在本站的作业计划并反馈编制结果到运行图编制模块2024/5/10智能高速铁路概论68第六章高速铁路列车运行图智能编制3小规模的中间站的车站作业计划通常可根据简单规则快速生成多条线路的衔接站或大规模客运站的车站作业计划，则需考虑调车作业干扰、特殊作业规则（如吸污、上水等）和敌对进路等因素的影响，需要专门编制子系统来完成枢纽站的作业计划优化编制2024/5/10智能高速铁路概论69第六章高速铁路列车运行图智能编制3车站作业计划自动编制通过云端调用算法完成。拉格朗日松弛算法、交替向量乘子法等工业调度领域求解job-shop问题的成熟算法，可改造后用于求解车站作业计划自动编制模型2024/5/10智能高速铁路概论70第六章高速铁路列车运行图智能编制3③动车组运用计划与乘务交路优化模型与算法基于列车运行图的动车组接续网络图转化动车组运用计划优化模型和算法动车组交路计划自动编制方法主要以满足列车运行线担当为要求，以最少动车组的数量为优化目标，以一级修的检修里程和时间为主要约束，将问题转化为带时间窗的车辆调度问题2024/5/10智能高速铁路概论71第六章高速铁路列车运行图智能编制3可将每一次列车看作VRP（车辆调度问题）中的一个客户，列车运行的距离和时间可以看作客户的需求，每一组动车组看作VRP中的车辆，动车组运用计划编制相比经典的VRPTW约束条件更复杂、计算规模更大对于单线动车组交路勾画，只需重点考虑本线列车运行线的接续关系对于路网动车组交路计划编制，可进一步考虑动车组在不同线路的大小交路套用对于动车组属、修程修制等规定，则不仅是技术问题，还涉及管理问题求解VRP较为成熟的算法均可在改进之后用来求解动车交路优化模型，如精确算法中的拉格朗日松弛算法、交替向量乘子法、现代优化算法中的仿生进化算法等2024/5/10智能高速铁路概论72第六章高速铁路列车运行图智能编制3乘务交路优化模型和算法乘务交路计划自动编制的模型和求解算法可以参考动车交路的优化模型和算法，将乘务片段看作VRP中的客户，乘务组看作VRP中的车辆，乘务交路优化编制模型也可转化成为VRPTW动车交路优化模型的求解算法改进以后也可用于乘务交路优化模型的求解2024/5/10智能高速铁路概论73第六章高速铁路智能综合调度505高速铁路智能综合调度运输调度指挥作为高速铁路运输生产核心工作，涉及生产组织全过程，需要及时准确掌握相关信息，才能精细准确地做出调度指挥决策智能综合调度以确保运输生产安全、提高运输效率、提升运输效益、优化运输服务质量为目标，以模型数据一体化驱动作为技术手段，提升运输调度指挥部门的感知能力、决策能力、执行能力和评价能力2024/5/10智能高速铁路概论74第六章高速铁路智能综合调度5（1）智能综合调度总体架构智能综合调度运用运筹学、大数据、人工智能、计算机仿真等技术，基于对运输需求、设施设备状态、所处环境状态、生产动态等信息的自动获取实现高铁运输计划、列车开行计划、机车车辆运用计划、乘务计划和生产作业计划的一体化编制实现计划自动下达和执行过程的动态监控实现生产效率和运输效益的自动评价2024/5/10智能高速铁路概论75第六章高速铁路智能综合调度5智能综合运输调度系统提供国铁集团、铁路局、站段、车间等多级应用采用“平台+应用”模式，功能覆盖运输综合计划协同编制、客运调度管理、列车运行管理、车辆管理、施工维修管理、调度命令管理、应急辅助决策等核心应用提供线路、车站、车辆、机务、工务、电务、车务等相关应用系统功能集成的接口及综合视频、音视频分析的集成展示渠道2024/5/10智能高速铁路概论76第六章高速铁路智能综合调度5智能综合调度系统总体架构2024/5/10智能高速铁路概论77第六章高速铁路智能综合调度51）运输综合计划协同管理平台运输综合计划协同管理平台模块分为统一资源描述、信息动态采集、业务流程卡控、运输综合展示等四部分内容在统一资源描述和信息动态采集之上，运输综合计划通过一体化平台协同管理和编制通过与各业务领域系统的业务流程的互控与信息交互，实现统一运输计划、运输资源的实时发布及运输作业的统一协调管理2024/5/10智能高速铁路概论78第六章高速铁路智能综合调度52）综合计划编制综合计划编制模块通过对基本图数据的结构化处理，以列车工作计划为统领，贯穿动车组运用计划、三乘计划、站段作业计划、施工维修计划，形成综合计划的一个有机整体，包括开行计划协同管理、日班计划协同编制调整和综合运行图展示三大功能2024/5/10智能高速铁路概论79第六章高速铁路智能综合调度5开行计划协同管理：主要针对临客停运、加开等场景，涉及国铁集团、路局、站段三级的协同过程日班计划协同编制调整：是综合计划调度日常工作，涉及路局、站段两级。实现计划编制和调整、调度命令拟定下达智能化、自动化，各类工种协同作业，形成计划下达到实际反馈的闭环监控综合运行图展示2024/5/10智能高速铁路概论80第六章高速铁路智能综合调度53）客运调度管理客运调度管理包括客运开行计划管理、加开停运调整、旅客服务监督等功能客运开行计划管理通过读取客运基本图数据，形成客运开行的“一日一图”将基本运行线上绑定的机车、车底交路等基本信息进行综合展示提供冲突检测和辅助调整基本运行线的相关功能2024/5/10智能高速铁路概论81第六章高速铁路智能综合调度5加开停运调整加开停运申请格式化管理、加开停运辅助审批开行进路选择、基本图运行线选择车底交路校验、安全卡控、加开停运命令编制等2024/5/10智能高速铁路概论82第六章高速铁路智能综合调度5旅客服务监督掌握客票预售、发售和补票信息，以及实际乘车客流情况掌握列车运行状态监视，实时接收列车运行调整计划、列车运行实绩信息、列车运行正晚点及预测信息对旅客列车晚点等造成的客流异常或旅客滞留及由此引起的旅客换乘困难进行预警和报警实时接收影响旅客运输的各类信息，包括事故、天气、灾害、列车限速、设备故障报警等，并将受影响情况通知列车长和沿途各站2024/5/10智能高速铁路概论83第六章高速铁路智能综合调度54）列车运行管理密切监视列车运行情况及现场发回的各种实时信息，按下达计划组织列车的正常运行在列车秩序紊乱时及时编制列车运行调整计划，并积极组织相关人员实施，确保尽快恢复正常的列车运行秩序通过实际运行信息的上传，实现以多种方式实时显示列车运行位置、列车车次、列车速度、列车正晚点信息、列车出入段状态和动车基地内作业状态信息2024/5/10智能高速铁路概论84第六章高速铁路智能综合调度55）车辆管理智能综合调度系统中涉及的动车组基础信息来自动车组管理信息系统（EMUManagementInformationSystem，EMIS），包含车型、车组号配置、编组、定员、整备状态、履历及检修、运用计划等信息此功能可以使用本系统查看，也可以直接在EMIS系统中查询2024/5/10智能高速铁路概论85第六章高速铁路智能综合调度56）施工维修调度管理实现计划管理、综合维修可视化管理、施工维修调度指挥与安全卡控、防灾安全监控等功能能够接收列车运行计划、施工维修计划、路用列车计划、列车运行调整计划、供电计划根据列车运行计划、施工维修计划、列车运行调整计划以及各维修部门的准备情况，调度员对综合维修计划进行调整和确认后发送至相关处所2024/5/10智能高速铁路概论86第六章高速铁路智能综合调度57）调度命令管理围绕铁路调度命令管理业务，基于统一的基础数据管理构建国铁集团、铁路局集团公司、站段三级一体化的调度命令智能管控体系实现调度命令的多样化录入、格式化编制、智能化卡控、自动化传递和全程一体化闭环管理2024/5/10智能高速铁路概论87第六章高速铁路智能综合调度58）应急辅助决策为国铁集团级及铁路局级的调度应急作业人员在处理应急事件时提供辅助决策，主要包括列车晚点盯控、在途车分布、异常停车盯控、跨局信息共享、列车自动调整、智能安全检测等功能列车自动调整功能通过获取运输计划协同管理平台上面的计划信息和异常信息，充分利用原图中存在的冗余时间，在不增加晚点时间的限度内改变正点列车的运行线，通过自动调整运算，生成调整方案2024/5/10智能高速铁路概论88第六章高速铁路智能综合调度5（2）智能综合调度关键技术面向运输生产全过程管理技术运输计划综合编制与调整技术调度从计划到执行的闭环管理技术运输综合计划协同管理平台构建技术基于微服务架构的业务子系统构建技术统一集成服务平台构建技术等2024/5/10智能高速铁路概论89第六章高速铁路智能综合调度51）面向运输生产全过程管理技术以满足客运需求和运力资源的合理运用为目标通过构建运输综合计划协同管理平台，将分布在运输生产各环节信息系统的信息进行整合，实现客运信息全流程贯通，取代手工作业和电话沟通，确保相关专业系统以运输计划为业务纽带实现有效协作2024/5/10智能高速铁路概论90第六章高速铁路智能综合调度52）运输综合计划综合编制与调整技术利用“平台+系统”的一体化构建技术实现国铁集团、铁路局、站段、车间的一体化贯通以列车开行计划为核心，将施工维修计划、车底运用计划、站段作业计划、三乘计划等各专业计划由分散编制调整为协作编制，所有维修、机务、客运、车站作业工作都围绕着一部计划开展计划发生变化时，所有工作都进行同步调整，通过信息化支撑实现客运生产全流程的工作协同2024/5/10智能高速铁路概论91第六章高速铁路智能综合调度53）调度从计划到执行的闭环管理技术以列车基本运行图为基础，结合客运需求，编制开行方案，基于开行方案，结合日常的文电，编制列车工作计划，进而实现站段作业计划的编制监督站段作业的执行，收集站段作业实绩反馈，形成统计分析和阶段的趋势分析，进而去调整后续计划实现基本计划、开行计划与站段作业计划的协同闭环管理，提高运输调度决策质量2024/5/10智能高速铁路概论92第六章高速铁路智能综合调度54）运输综合计划协同管理平台构建技术设计运输综合计划协同管理平台的模块功能和信息流程，在统一资源描述和信息动态采集之上，实现统一运输计划运输资源实时发布业务流程互控与信息交互运输作业统一协调管理2024/5/10智能高速铁路概论93第六章高速铁路智能综合调度55）基于微服务架构的业务子系统构建技术通过构建智能综合调度系统的微服务架构，保障业务功能的高可用性，提升对业务创新的支撑能力，统一开发、测试和运维的过程，降低新业务应用的建设成本和风险2024/5/10智能高速铁路概论94第六章高速铁路智能综合调度56）统一PaaS平台构建技术通过统一的PaaS平台打造智能综合调度系统应用程序、运行环境提供PaaS平台用户安全认证、多租户管理、自动化安全补丁升级、安全传输等平台安全相关能力提供分布式服务管理、容器化技术、分布式业务监控、平台健康及应用性能监控等关键的核心技术组件2024/5/10智能高速铁路概论95第六章基础设施智能运维606基础设施智能运维高速铁路基础设施智能运维融合高速铁路轨道、路基、隧道桥涵、通信信号、接触网和变电所等设备全生命周期的机理模型、表征模型和数据，实现工电供一体化管理、数据全面感知、故障实时诊断、状态智能分析、事故安全预警、方案自主决策等功能，为基础设施的可视化、智能化、预测性运维提供支持2024/5/10智能高速铁路概论96第六章基础设施智能运维6（1）基础设施智能运维总体架构基础设施智能运维融合应用移动通信、云计算、物联网、大数据、人工智能等信息新技术，面向基础设施设备运维全过程开展全面数字化、网联化、智能化，实现设备资产集中、设备检测检查、设备故障诊断、设备融合分析、生产计划管理、质量评价、综合决策、健康状态预测等功能基础设施智能运维总体架构分为基础设施层、服务层、应用层和用户访问层2024/5/10智能高速铁路概论97第六章基础设施智能运维6基础设施智能运维总体架构图2024/5/10智能高速铁路概论98第六章基础设施智能运维61）基础设施层组成要素服务器设备、存储设备、网络设备、网络安全平台、虚拟化平台、基础软件等主要功能为上层应用提供存储、计算、数据库、操作系统、地理信息软件等基础设施资源2024/5/10智能高速铁路概论99第六章基础设施智能运维62）服务层组成要素微服务集成开发环境、数据治理和公共服务组件等主要功能数据治理主要实现结构化数据、非结构化数据的采集、清洗、管理、存储等在完成数据治理基础上提供通信服务、接口服务、地理信息服务、空间服务、公共算法、BIM模型等公共服务组件2024/5/10智能高速铁路概论100第六章基础设施智能运维63）应用层应用层以基础设施设备设施为对象，应用动、静态检测技术，借助服务层的数据汇聚与处理能力，在基础平台、BIM、空间数据服务、算法支撑下，实现安全生产过程管理、生产维修决策分析、主动运维深度应用等主要功能设备台账（含设备单元、设备台账等）检测监测（含缺陷问题库、缺陷问题分析等）生产作业组织（含作业计划、作业监控、生产调度、评价体系等）决策分析（含状态分析、安全预警、故障诊断、生产分析、维修决策等）应急管理（含应急预案、应急处置等）功能2024/5/10智能高速铁路概论101第六章基础设施智能运维64）用户访问层用户通过浏览器、客户端或应用终端等访问渠道访问系统，实现数据交互和功能应用2024/5/10智能高速铁路概论102第六章基础设施智能运维6（2）基础设施智能运维关键技术多专业协同业务流程设施参数在线调整运维机器人/无人机基础设施时空模型设施在线无损修复运维资源配置优化等基础设施智能运维管理关键技术2024/5/10智能高速铁路概论103第六章基础设施智能运维61）业务流程管理将业务需求、业务前置条件（物资供给状态、环节相关物理状态等）、业务各阶段物理状态等信息进行综合管理，通过关联整合形成综合参考各业务间物理状态相互影响关系的业务流程管理物理信息模型设施状态匹配业务需求，将设施状态物理信息模型与业务流程信息管理系统进行关联整合，以设备状态主导业务流程，并初步形成基础设施运维管理信息物理系统；匹配各类自动化智能化运维装备，初步实现优质高效低成本的状态修逐步进行业务扩展及模块优化，运维管理系统各业务分工细化，并在此基础上进行深度优化，业务全流程进行精细化管理，实现业务流程的最优决策2024/5/10智能高速铁路概论104第六章基础设施智能运维62）设施参数在线调整实现可调整参数的远程控制，以实现各业务领域联动的系统全局最优决策根据各业务领域设施结构原理与数字孪生模型，梳理各项点的关键可调节型参数，再对其进行可调节性升级2024/5/10智能高速铁路概论105第六章基础设施智能运维63）运维机器人/无人机在列车正常运行过程中进行检修作业的运维机器人、无人机，可利用列车通行间隙完成单次或模块化的作业，改善以人为主导的运维方式存在的缺点，如到达维修地点耗时较长，作业效率受温度、海拔、光线等外在因素影响大，人力成本高等问题2024/5/10智能高速铁路概论106第六章基础设施智能运维64）基础设施时空模型采取北斗网格、BIM与GIS相融合的时空模型，将各基础设施的位置信息数字化、精准化、可视化，从而为实现更多基于设备位置信息的应用服务提供可靠的数据基础基于BIM的智能运维技术应用主要实现BIM模型静态数据与运维动态数据的交互闭环、多参与方协同作业，设施设备智能可视化运维、智能数据分析、故障预测和全生命周期管理等功能，可有效提高铁路基础设施运维的服务水平和效率2024/5/10智能高速铁路概论107第六章基础设施智能运维65）设施在线无损修复在铁路基础设施中存在着大量的易损耗构件，如供电系统中接触网的接触线、工务系统中的钢轨等现有维护方法是对接触线进行重安或更换，对钢轨进行打磨或更换研究此类大型易损构件的在线无损维修技术，有利于避免消耗大量的人力和时间，减少对资源的损耗2024/5/10智能高速铁路概论108第六章基础设施智能运维66）运维资源配置优化充分考虑各线路不同区段故障发生频率的差异性，研究沿途合理配置机器人、无人机收容站及运维物资储存站的方法，实现维修资源配置优化通过3D打印技术实现备件原料化配置，降低单一配件的配置冗余需求，优化资源利用率2024/5/10智能高速铁路概论109第六章动车组PHM及智能运维707动车组PHM及智能运维故障预测与健康管理（PrognosticsHealthManagement，PHM）技术基于故障监测、诊断及预警等技术发展而来，是智能化设备检测维护体系的重要组成部分。基于PHM的动车组运维是动车组智能运维的关键环节，是实现计划预防修到数字化精准状态修的重要手段2024/5/10智能高速铁路概论110第六章动车组PHM及智能运维7（1）动车组PHM及智能运维总体架构智能动车组PHM及智能运维系统由车载系统、车地数据传输系统和地面系统构成按照系统功能分为子系统PHM功能、车辆级PHM功能和列车级PHM功能，全面覆盖了“车—空—地”的PHM技术生态链智能动车组PHM总体架构2024/5/10智能高速铁路概论111第六章动车组PHM及智能运维71）车载系统智能动车组车载系统由车载PHM单元、人机接口单元及手持移动终端组成车载PHM单元：采用经过第三方测试认证的标准规格工控机，搭载高性能处理单元，能够进行实时数据采集、数据预处理、数据存储、模型运算等功能，通过列车以太网，采用标准TRDP通信协议从列车总线上采集关键系统及部件的状态参数、故障参数等信息2024/5/10智能高速铁路概论112第六章动车组PHM及智能运维7人机接口单元：通过读取车载PHM单元数据实现实时状态显示、预警报警信息查看、电子交互手册查询等功能2024/5/10智能高速铁路概论113第六章动车组PHM及智能运维7手持移动终端：利用列车内部专用的具有安全措施的局域网与PHM单元进行数据交互，在列车内部及车外一定范围内为司乘人员提供可移动的数据查询终端，提高了列车在行驶过程中的应急处理效率，提高了列车运行安全可靠性2024/5/10智能高速铁路概论114第六章动车组PHM及智能运维72）车地数据传输系统车载PHM系统产生的数据通过车地数据传输系统进行压缩处理，利用5G设备及天线将数据通过规定协议发送至地面服务器进行集中存储处理再通过专用通道回传至各运用单位供地面PHM系统平台使用，为模型的开发探索提供数据依据2024/5/10智能高速铁路概论115第六章动车组PHM及智能运维73）地面系统地面系统的目标是通过提高动车组智能化程度，优化动车组的设计、制造和运维，保障车辆安全运营，降低车辆运维成本，提升旅客服务满意度。地面PHM平台以维修保障为中心，利用先进传感器技术获取列车运行状态数据利用智能算法和模型对车载大数据进行挖掘分析以获取列车设备健康状态的定量知识对列车关键系统和部件的性能进行检测和评估，识别早期故障，预测中长期故障，为列车实现基于状态的均衡修提供支持2024/5/10智能高速铁路概论116第六章动车组PHM及智能运维7智能动车组地面PHM架构智能动车组地面PHM包括数据接入与存储、状态监测、故障诊断、故障预警、健康评估、统计分析、运维决策、系统管理等应用功能基于性能进行备件库存优化和维修资源规划，优化修程修制，降低全生命周期维修成本2024/5/10智能高速铁路概论117第六章动车组PHM及智能运维7在数据处理层面，智能动车组PHM系统还可分为数据源层、数据采集层、数