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1、智能铁路系统智能铁路系统严严 余余 松松西南交通大学交通运输学院西南交通大学交通运输学院一、一、智能铁路系统的概念智能铁路系统的概念 智能铁路系统(Intelligent Railway System,IRS)是新一代智能化铁路运输系统的总称，是铁路发展的智能化阶段，也称RITS。智能铁路系统IRS是对铁路运输系统的规划、设计、建设、运行与管理进行系统化与智能化，是依靠先进的信息技术和有效的运输管理手段，实现铁路运输管理和组织的智能化，用最少的投入，达到最大运输量与最高运输效率的铁路运输系统。智能铁路系统IRS的基本特征是将先进的信息技术、导航定位技术、数据通信传输技术、自动控制技术、人工智能
2、技术、组合优化技术、图像分析技术以及计算机网络与处理技术等有效地综合运用于整个铁路运输体系，建立起一种在较大范围内充分发挥作用的实时、准确、高效的铁路运输管理系统，使铁路系统具有主动、有效地适应运输市场需求的能力，实现铁路运营、控制和管理的综合化。用户主体是服务面对的主要用户，是在某个服务领域指定需求的主体，他是进行需求分析，定义用户服务、用户子服务的前提与基础。结合我国铁路运输的具体现状，RITS用户主体分为三大类：路外用户(旅客、货主)、路内用户(运营管理部门、调度管理部门、安全管理部门)、相关部门用户(道路ITS、水运ITS、航空ITS等)，各类用户需求见表1，表2。二、二、智能铁路系统
3、的用户需求智能铁路系统的用户需求表表1路外用户及相关部门对路外用户及相关部门对RITS的需求的需求 用户 对RITS的需求 旅客(1)在出行前，需要能够以多种方式得到车站设置、当前车站的状况、列车时刻表，车票预发售情况、售票地点、购票向导、旅行常识、铁路沿线旅游及相关服务信息；并希望系统为旅客的出行方式、路线、车次等提供优化决策；(2)在出行中，旅客能在车上补票，能得到列车的早晚点情况、到达各站的预定时间和实际时间、在各站的停站时间、沿线车站名称及气候、风景名胜、在主要交通站点的换乘信息、列车的服务设施及综合的社会服务设施信息；在发生紧急事故的情况下，能为旅客提供相关的救援信息；(3)在车站进
4、行车次票价查询、出行辅助决策支持及自动售票服务，所乘车次的发点、站台及早晚点情况，沿线的天气、线路信息，车站餐饮、娱乐、住宿等综合服务的导航；(4)接站旅客需要得到接车的到点、早晚点及停靠站台等方面的信息；(5)通过互联网实现远程购票及支付，包括在线查询和预订车票、通过电子现金、电子借记卡、银行信用卡、电子钱包等开放的兑付手段完成购票，退票等业务；(6)提供与其它交通工具联运、住宿、旅游、餐饮、信用卡结算等等提供一条龙的网上预定、支付服务。货主(1)在货物托运前，需要得到铁道部关于各类货物运输的规定，关于车源状况、运输费用、货车配载、货车车型等信息、目的地的各类商务信息及托运指南，并希望系统能
5、根据货主所期望的目标，如所需时间最短、所需费用最少等，采用智能决策技术为货物运输方案及运输路径做出辅助优化决策；(2)在货物托运中，随时得到货物所在列车的装车完成情况、到卸车预报、货物到达信息、在途货物的查询、预报列车到达各站的时间及相应的早晚点信息，换运其他运输方式的信息，在发生紧急事故的情况下，远程为货主提供货物所在列车的安全情况、货物的情况与相关的救援信息；(3)通过互联网远程为货主提供托运服务，包括在线申报要车计划、签订货运订单，货运费用结算、网上交易等；(4)建立铁路与其它运输方式的联运措施，使得货主能够利用网络完成合同、订单、发票等票据往来、信息交互和预定、支付、退偿等一系列资金交
6、易，希望提供货物门对门运输服务；(5)通过铁路电子交易平台，实现一般贸易过程的商品询价，报价与竞价、合同洽谈与签署等各个环节，实现对货物的采购、销售业务。其它运输方式RITS相关部门(1)实现信息沟通和数据共享，通过专用接口访问RITS通用数据平台的信息，包括动态信息如路网信息，运输信息、车辆信息、客票发售信息等，静态信息如客运站的位置信息、货运仓储站场信息、货车类型和配载信息、货运价格信息、计划时刻表信息，停站信息、票价信息、列车载客量信息等；(2)建立多式联合运输系统，为旅客及货主提供费用最小，时间最短等方面的智能优化决策支持，实现客货运输的互补及“门到门”的服务。表表2路内用户对路内用户
7、对RITS的需求的需求 用户主体 对RITS的需求 客运管理部门 根据旅客的需求及铁路的客运资源，以优化的方式自动编制铁路的客车运输计划，并能根据客流量信息及分布等因素建立高峰期及淡季的铁路客流量分析预测模型，以便实时调整列车时刻表、票价等，做到客票发售、订购、退票的自动化，实现铁路客运的优质服务。货运管理部门(1)综合考虑货主的需求及铁路货运运输资源，利用智能优化技术实最佳运输方案的制定，根据货物性质、重量、数量、体积、到站地点等货票信息等自动编制货运计划表；并根据货流量信息及分布等因素建立高峰期及淡季的铁路货流量分析预测模型，以便及时调整货运运输计划，实现货运运输的高效化和企业经济效益的最
8、大化；(2)采用智能优化技术，对各种列车在编组站的到、解、编、发等作业过程进行自动控制和集中管理，完成作业计划的自动编制；包括编组站作业的智能控制、驼峰机车推送速度和溜放速度的智能控制、车辆溜放进路及到达、出发、调车作业进路的自动控制；实现调车作业的智能化；(3)对列车在车站的作业实行计算机联锁控制，实现接发车和进路的自动控制，保证列车在车站的作业安全；(4)建立货物从作业信源点到调度决策信宿中心的全程信息管理系统，形成标准化、高效率的信息流程，完成货物从起运到接收整个过程中的追踪管理和企业不同时期经济效益的评估。调度 中心(1)综合考虑铁路的线路、桥梁、隧道、牵引供电、信号制式、车辆动力学特
9、性、列车群运行和运输组织等因素，实现行车、机车、车辆、电务等的综合调度：根据运输状况和设备疲劳情况提供工务维修养护以及行车天窗开放等的优化辅助决策，实现运输中断时间的最小化，根据根据运用车分布、通过能力、机车运用、空重车分布状态等提供车流调整辅助决策；实现全路车流调整的智能化；采用智能优化技术实现列车运行调整计划的自动生成；(2)采用先进的定位技术，实现列车的实时、准确的定位及追踪，并能及时可靠的发送与位置相关的信息。(3)对列车在车站的作业实行计算机智能联锁控制，实现接发车和进路的决策和自动控制，保证列车在车站作业的安全、高效。固定设施管理部门(1)建立全路统一的工务、电务等相关的基础数据库
10、，包括各车站站场电子地图、站场平面图地理信息数据库、全局客运设施地理信息图文库、全局货运设备地理信息图文库，提供行车、客，货运设备履历簿的编辑、查询、统计及报表管理；(2)工务方面，通过地图智能生成软件生成电子地图，输入和维护各种工务相关的属性数据；提供工务设备地理信息发布、工务防洪地理信息管理和发布、工务综合信息查询；(3)电务方面，建立电务设备配置图、电务综合图(自闭、联锁示意图)、电气化综合图(接触网高、馈电相别、供电范围、供电臂分布等)，输入和维护各种电务相关的属性数据，提供电务设备地理信息发布，电务综合信息查询统计等功能；(4)建立全路固定设备维修数据库，管理电务设备(通信信号设备、
11、数据传输设备)的维修、线路、桥梁、隧道等的养护维修。并建立维修决策知识库及根据铁路运输资源的实时数据制定维修计划，当发生故障时可基于知识库实现远程维修决策支持。移动 设施 管理 部门(1)建立和维护各种机务相关的属性数据(包含接触网高、馈电相别、供电范围、供电臂分布等)、各局机务(电气化)设备概况图等，机务设备配置图、机务(水电)设备概况图。提供机务设备地理信息发布，机务综合信息查询统计等功能；(2)建立各车辆设备概况图等信息，包括：车辆段、客整所、列检所、站修所、红外线探测点等，输入和维护各种车辆相关的属性数据：提供车辆设备地理信息发布，车辆综合信息查询统计等功能；(3)建立全路移动设备维修
12、数据库，管理机车的一般维修、段修、厂修的纪录及维修质量，车辆的维修信息；并建立维修决策知识库及根据铁路运输资源的实时数据制定维修计划，当发生故障时可基于知识库实现远程维修决策支持。紧急救援与安全管理部门(1)利用GIS技术向主管部门传递事故现场动态图像，加强对现场救援情况的实时监控，建立紧急事件信息库和救援知识库，提供紧急事件处理的辅助决策支持，优化调度指挥救援设备，以及进行事后故障原因分析；(2)定期或实时地对机车，车辆，线路，桥梁、隧道、通信信号、平交道口等与运输安全直接相关的设备状态进行有效的监测，建立全路安全数据库对上述监测信息进行统一管理，制定安全标准，基于全路安全数据库对设备工况进
13、行安全状态评估以掌握全路的安全状况全貌，建立维修决策支持系统，根据评估结果中的危险等级向管理部门提出对移动设备、固定设备的维修决策建议；(3)基于GIS技术建立和维护全路综合防灾数据库，包括各铁路沿线的环境背景图库、沿线的地震、泥石流、滑坡、崩塌、冻土、风沙等灾害的专题地图库、线路工程图，灾害防治工程及防灾物资贮备点分布图，各类预报预警设备分布图；并实时监测各区段的地震、泥石流、风速、滑坡、雨量和水位情况等灾害数据，通过建立应用分析模型(灾害的预测预报模型、灾害的减灾决策模型、灾害的评估模型等)，对系统空间数据库进行深度挖掘，提供灾害预报及灾害评估，同时通过对事故进行仿真模拟，为事故预防办法的
14、制定和事故总结分析提供辅助支持，为灾害易发地提供预防灾害发生的决策支持，其次在灾害发生时也能提供有效的救灾决策支持；(4)利用(GIS技术)视频或激光对平交道口的状况进行实时监控及向相应部门传递相关图像和数据，通过图像识别技术判断平交道口的安全状况，以保障平交道口的通行安全。根据路内外用户对铁路智能运输系统的需求，对相关的内容进行分类、合并、整理后得到RITS的服务框架，见表3。三、三、智能铁路系统的基本服务框架智能铁路系统的基本服务框架表表3RITS的用户服务框架的用户服务框架 服务单元 服务内容 用户主体1智能化用户导航系统 为旅客及货主提供列车时刻表等与出行，货运密切相关的信息及出行托运
15、决策。旅客、货主 11旅客出行货主托运前信息提供及辅助决策服务(1)铁路通过Internet等方式及时发布铁路的产品信息，铁路各种服务的内容及方式，铁路运输的法规、常识，铁路运输与其他运输方式的比较，车站及代理点分布及联系方式等，并为旅客提供列车时刻表、车票预发售情况、购票向导、铁路沿线旅游及相关服务信息，允许旅客在远程或本地通过多种媒体访问这些信息，以旅客的需求为优化目标，以列车时刻表、票价、车次、到发站等限制作为约束条件，通过智能优化技术为旅客的出行提供辅助优化决策：(2)远程为货主提供铁道部关于各类货物运输的规定，关于车源状况、运输费用、货车配载、货车车型等信息、所关心的目的地的各类商务
16、信息及托运指南，货物行包运输价格、运送里程，计费方式、计算规则等。允许用户输入货物重量、品类、到发站等数据，进行铁路及其他各种运输方式的运费模拟计算：提供货物行包发送信息、货物行包预报通知、货物行包到达公告等，货主可以检索货物车辆追踪数据库，随时了解自己的货物、包裹所处的位置和状态。根据货主所期望的目标，如所需时间最短，所需费用最少等，采用智能决策技术为货物、行包运输方案及运输路径做出辅助优化决策。12旅客车上货物途中信息提供及辅助决策服务(1)在列车上问旅各提供车上补票、刘车的早睨点情况、到达各站的坝足时间和买际时间、在各站的俘站时间、沿线车站名称及气候、风景名胜、在主要交通站点向旅客提供换
17、乘信息、向旅客发布本车的服务设施及综合的社会服务设施信息，如餐饮、医院、黄页信息等，(2)为货主提供货物所在列车的装车完成情况、到卸车预报、货物到达信息、在途货物的查询、预报列车到达各站的时间及相应的早晚点信息、换运其他运输方式的信息，在发生紧急事故的情况下，远程为货主提供货物所在列车的安全情况、货物的情况与相关的救援信息。13旅客车站导航服务(1)向未购票旅客提供车次票价查询、出行辅助决策支持及自动售票服务；(2)向已购票旅客提供所乘车次的发点、站台及早晚点情况，沿线的天气、线路信息；(3)向接站旅客提供接车的到点，早晚点及停靠站台等方面的信息；(4)车站餐饮、娱乐、住宿等综合服务的导航。2
18、铁路电子商务系统 通过互联网以非现金、非手工方式，自动完成与客运、货运相关的商业服务以及铁路的其它业务。旅客、一股货主、企业用户、铁路职工 21客运电子商务 通过互联网为旅客提供所需的运输服务，包括在线查询和预订车票、通过电子现金、电子借记卡、银行信用卡、电子钱包等开放的兑付手段完成购票、退票等业务，实现远程购票及支付；在线完成与相关部门的资金结算和动态数据交换等，为旅客的购票、与其它交通工具联运、住宿、旅游、餐饮、信用卡结算等等提供一条龙的网上预定、支付服务，在线完成与相关部门的资金结算和动态数据交换等。22货运电子商务 通过互联网远程为货主提供所需的托运服务，包括在线申报要车计划、签订货运
19、订单、货运费用结算、网上交易等。建立铁路与合作部门的电子数据交换(EDI)，以便利用网络完成合同、订单、发票等票据往来、信息交互和预定、支付、退偿等一系列资金交易：在线完成与相关部门的资金结算和动态数据交换等，并提供货物门对门运输服务。23铁路电子交易平台 建立铁路电子交易市场，支持一般贸易过程的商品询价、报价、与竞价、合同洽谈与签署等各个环节，实现对货物的采购和销售业务，为网络交易提供服务。3综合运输系 与公路，航空、水运等交通方式进行客货运输的互补，开能相互交换数据，建立各)巨快速化、货运物流化的智能型综合运输系统。ITS管理 部门 其它 运输 管理 部门 货运 公司 等服 务部门31基础
20、运输数据共享 实现与公路、航空、水运等交通方式的信息沟通和数据共享。允许其他运输方式通过专用接口访问RITS通用数据平台的信息，包括动态信息如路网信息、运输信息、车辆信息、客票发售信息等，静态信息如客运站的位置信息、货运仓储站场信息、货车类型和配载信息、货运价格信息、计划时刻表信息、停站信息、票价信息、列车载客量信息等：同时通过接口访问其他运输方式的数据中心或ITS共享平台，以获取其他运输方式的实时及静态信息。32多种运输模式的联运决策 与公路、航空，水运等交通方式建立多式联合运输系统，为旅客及货主提供费用最少、时间最短等方面的智能优化决策支持，实现客货运输的互补及“门到门”的服务。4智能化铁
21、路资源管理系统 建立全路统一的基础数据库，实现对铁路运输资源的统一管理，建立维修决策知识库实现运输资源的及时修，保障列车运营安全。对铁路的财务资源进行统一管理和合理清算。固 定设 备管 理部 门移 动设 备管 理部 门财 务管 理部 门旅客 41运输资源管理 基于GIS技术建立全路统一的运输，机务、工务、电务，车辆等相关的基础数据库，包括：(1)在运输方面，建立各车站站场电子地图，站场平面图地理信息数据库、全局客运设施地理信息图文库、全局货运设备地理信息图文库，提供行车、客、货运设备履历簿的编辑、查询，统计及报表管理；(2)在机务方面，建立和维护各种机务相关的属性数据(包含接触网高、馈电相别、
22、供电范围，供电臂分布等)、各局机务(电气化)设备概况图等，机务设备配置图、机务(水电)设备概况图。提供机务设备地理信息发布，机务综合信息查询统计等功能，(3)工务方面，通过地图智能生成软件生成电子地图，输入和维护各种工务相关的属性数据，提供工务设备地理信息发布，工务防洪地理信息管理和发布，工务综合信息查询，(4)电务方面，建立电务设备配置图、电务综合图(自闭、联锁示意图)、电气化综合图(接触网高、馈电相别、供电范围、供电臂分布等)，输入和维护各种电务相关的属性数据，提供电务设备地理信息发布，电务综合信息查询统计等功能，(5)车辆方面，建立各车辆设备概况图等信息，包括：车辆段、客整所、列检所、站
23、修所、红外线探测点等，输入和维护各种车辆相关的属性数据。提供车辆设备地理信息发布，车辆综合信息查询统计等功能。并定期对设备使用情况进行汇总，提供相关的对设备使用情况分析、设备投资情况等的决策支持分析。42智能化维修管理 建立全路移动设备和固定设备的维修数据库，管理机车的一般维修，段修、厂修的记录及维修质量，车辆的维修信息、电务设备(通信信号设备，数据传输设备)的维修、线路，桥梁、隧道等的养护维修，并建立维修决策知识库及根据铁路运输资源的实时数据制定维修计划，当发生故障时可基于知识库实现远程维修决策支持。43财务资源管理 建立财务管理信息系统，用于保存各种记帐凭证，及对客货运收入、运输成本、企业
24、资金等进行管理、分析及检查监督。同时建立企业经济活动分析及决策支持系统。建立运输收入清算系统，按照客、货、网分帐核算的改革要求，以客票系统和货票系统所建立的票据库为数据源，建立客运，货运、行包收入清算系统，另外，在充分考虑系统的安全性的基础上，建立铁路电子商务模式下的财务与清算管理系统。5智能化营运管理系统 综合考虑旅客及货主的需求及铁路的客货运输资源，以优化的方式编制铁路的客货列车开行方案，实现优质的服务和铁路资源的优化利用。对与铁路行车直接相关的编组站作业过程进行智能化、自动化地统一管理，实现列车的到、解、集、编、发作业的高效性和合理性。货 运管 理部 门客 运管 理部 门基 础设 施管
25、理部门 51智能化客运管理 根据旅客的需求及铁路的客运资源，以优化的方式自动编制铁路的客车运行计划，并能根据客流量信息及分布等因素建立高峰期及淡季的铁路客流量分析预测模型并建立适应市场变化和要求的票价决策系统和列车不同档次运能资源调配系统，以便实时调整列车开行方案、票价等，做到客票发售、订购、退票以及远程(异地)购票的自动化，实现铁路客运的优质服务并为铁路系统减少浪费，增加收入。62综合调度控制综合考虑铁路的线路、牵引供电、信号制式、闭塞方式、车辆动力学特性、列车群运行和运输组织等因素，实现行车、机车、车辆、电务、工务等的综合调度：根据运输状况和设备疲劳情况提供工务维修养护以及行车天窗开放等的
26、优化辅助决策，实现运输中断时间的最小化，根据运用车分布、设备通过能力、机车运用、空重车分布状态等提供车流调整辅助决策，实现全路车流调整的智能化，采用智能优化技术实时调整列车运行计划。63智能化车站控制对列车在车站的作业头仃计算机智能联锁控制，实现接发车和进路的决策和自动控制，保证列车在车站作用的安全化、高效化。7智 能 化紧急救援与安全系统对铁路运输资源进行动态监控，对行车安全信息进行统一管理，制定铁路综合防灾决策及紧急事件的救援决策。其中包括紧急事件救援与处理、行车安全及维修支持、铁路综合防灾、平交道口监控。旅 客、货 主、运 输管理 部门、紧 急救 援中 心、医 疗机构71智能化紧急事件救
27、援与处理应用LBS技术对事故地点进行准确定位，通过地理信息系统迅速提供周围的地形图、人文景观、供水边界、医疗机构及消防部门等相关信息；利用数据、图像传输等技术向主管部门及时准确地传递事故现场的动态图像及相关情况，加强对事故现场的实时监控，建立紧急事件信息库和救援知识库，通过智能化分析，提供紧急事件处理方案的辅助决策支持，使用各种输出功能进行资源的合理调配，优化调度指挥救援设备，合理选择救援路线，提供紧急地救援服务和维修服务，以及进行事后故障原因分析。72智能化行车安全及维修决策支持利用先进的行车安全监测系统，定期或实时地对机车、车辆、线路、桥梁、隧道、通信信号、十交道口等与运输安全直接相关的设
28、备状态进行智能化的监测，通过信息的采集、传输及获取，建立全路安全数据库并由行车安全信息系统对上述监测信息进行统一管理，使与行车安全有关的装备处于监控之中，制定安全标准，由行车安全信息系统智能化地对各类数据进行分析，对各种设备的安全状态进行评估，以掌握全路的安全状况全貌：建立维修决策支持系统及预警系统，根据评估结果中的危险等级向管理部门及时提出对移动设备、固定设备的维修决策建议，提高维修的针对性和有效性，建立自动化的维修系统，通过计算机数据接口，将详细的检测数据及维修决策建议提供给检修站段，配合维修计算机网络管理的建立，进行故障分析处理，及时排除安全隐患。73智能化铁路综合防灾基于GIS技术建立
29、和维护全路综合防灾数据库，包括各铁路沿线的环境背景图库、沿线的地震、泥石流、滑坡、崩塌、冻土、风沙等灾害的专题地图库、线路工程图，灾害防治工程及防灾物资贮备点分布图，各类预报预警设备分布图。并实时监测各区段的地震、泥石流、风速、滑坡、雨量和水位情况等灾害数据，通过建立应用分，析模型灾害的预测预报模型、灾害的减灾决策模型、灾害的评估模型等)，对全路综合防灾数据库进行深度挖掘，提供灾害预报及灾害评估，为灾害易发地提供预防灾害发生的决策支持，并在灾害发生时提供有效的救灾决策支持；同时通过对事故进行仿真模拟，为事故预防办法的制定和事故总结分析提供辅助支持。74平交道口智能监控 应用视频或激光技术，对平
30、交道口的状况进行实时监控，利用数据传输、网络等技术向相应部门传递相关图像和数据，通过图像识别技术判断平交道口的安全状况，把道口的状态信息及时传给接近道口的列车并对平交道口的不安全因素做出相关处理，以保障平交道口的通行安全。智能铁路系统IRS的基本组成如下图所示。智能铁路系统智能铁路系统智能运输管理系统智能运输安全管理系统智能运输设施管理系统智能用户信息系统智能列车控制系统智能运输信息系统四、四、智能铁路系统基本组成智能铁路系统基本组成l智能运输管理系统（Advanced Transportation Management System，ATMS）。它是智能铁路系统的基本组成部分，通过自动编制各
31、级运输计划，对车辆装卸和列车运行进行控制和指挥，根据运输市场的变化动态调整路网车流分布，智能生成各种运输方案，保证运输畅通和运输任务的完成，使铁路运输系统能主动适应运输市场的需求。l智能运输信息系统（Advanced Transportation Information System，ATIS）。通常是以向铁路各级管理人员和列车调度、控制与指挥人员提供运输信息与服务为目的，这是一个相当广泛的大系统，涉及到铁路运输管理及其相关的各个领域。ATIS以铁路运输管理信息系统TMIS为主体，包括财务、计划与统计、机务、供电与给水、车辆维修、工务、物资等管理信息系统和办公自动化系统等，ATIS提供及时、准
32、确、完整的信息，实现对全路列车、机车、车辆、集装箱和所运货物的动态追踪管理。l智能列车控制系统（Advanced Train Control System，ATCS）。这是智能铁路系统的主要部分，它能根据列车运行情况及其外界环境的变化，实行自动化和半自动化的列车运行和道岔径路控制，使列车保持更高的速度和更短的间隔安全行驶。ATCS包括智能列车控制系统（车载计算机控制系统）、调度控制系统、车站控制系统、列车位置检测系统等。l智能用户信息系统（Advanced User Information System，AUIS）。包括先进的货运服务系统、客运预售票系统、旅客诱导与服务系统等，为用户及时、准确
33、地提供各种客货服务信息，最大限度地满足用户的各种要求，提供各种便利、优质的服务。l智能运输设施管理系统（Advanced Transportation Facilities Management System，ATFMS）。以铁路运输设施的高效管理为目标，其中主要包括铁路运输设施的完好状况和维护、维修需求信息的采集、处理和管理方案的制定等。它包括线路（含桥梁、隧道等）设施、机车车辆、电务设施、车站设施、通信信号设施等管理系统。l智能运输安全管理系统（Advanced Transportation Safety Management System，ATSMS）。主要以铁路运输安全、畅通为目标，及
34、时、准确地采集与提供铁路运输事故信息，迅速进行铁路运输事故的救援与处理，对铁路灾害进行预防与整治等。它包括铁路事故救援与处理系统、铁路综合防灾系统、铁路运输设施状态检测系统、铁路运输安全信息系统等。五、五、智能铁路系统智能铁路系统IRS的总体结构的总体结构 智能铁路系统有无线传输控制和地面有线传输控制两个层次。无线传输控制层由车载系统和无线信息传输系统组成，无线信息传输系统用于车载系统和地面有线控制系统之间交换信息。地面有线传输控制层由调度中心控制系统、车站控制系统、线路两侧控制系统及与它连地面传输系统组成。它连地面传输系统用于智能铁路系统与其它控制系统（如智能交通系统ITS、物流管理与控制系
35、统等）之间交换信息。智能铁路系统的总体结构如下图所示。调度中心控制系统车站控制系统车站控制系统车站控制系统车站控制系统车载系统车载系统车载系统线路两侧系统线路两侧系统线路两侧系统它连地面传输系统其它系统用户信息系统用户设备管理系统安全管理系统六、六、智能铁路系统的关键技术智能铁路系统的关键技术数据传输技术。数据传输技术包括计算机网络技术、无线传输技术等。在数据传输中还要考虑计算机网络的构成方式，考虑智能铁路系统的信息传输网络与铁路通信网、铁路运输管理信息系统TMIS、铁路客票发售和预订系统PMIS、调度管理信息系统DMIS、车辆管理信息系统CMIS等现已投入使用或正在建设开发的诸多管理系统的衔
36、接和充分利用。列车位置检测技术是智能铁路系统的极其关键的技术，在确定列车位置时可有轨道电路、全球卫星定位系统GPS等，从长远看，全球卫星定位系统GPS和地理信息系统GIS在列车位置检测方面有较好的应用前景。列车自动操纵技术是在间隔控制的容许范围内利用列车导航系统（Train Navigation System）自动根据列车运行计划对列车进行起动、加速、惰行和制动等。它除了保证安全、保证列车以最低的能耗按计划运行外，还为调整列车运行计划提供了很大的灵活性。进路自动控制技术。进路自动控制按照传统的方法是由行车调度系统来控制完成的，有由调度所控制（如调度集中CTC）或车站控制两种方式，无论哪种方式司
37、机都不能介入。但在智能铁路系统中在确有必要时（如为了安全的需要在情况紧急时）却可以由司机直接控制道岔办理进路，此时列车运行系统包括了调度系统的部分功能。车站作业自动化技术是包括编组站驼峰作业自动化、列车到发及调车作业进路控制自动化、作业计划编制与下达自动化、货运站作业自动化、客运站客流信息处理自动化、行包作业自动化、旅客问询自动化等，也是智能铁路系统中实现难度最大的关键技术，应综合考虑，逐步实施。七、七、智能铁路系统的特征及优势智能铁路系统的特征及优势与传统铁路系统相比较，智能铁路系统有高科技、高智能、高综合和高竞争力等特性。优势表现在：l运输组织和管理。先进的运输管理系统ATMS使得对数十万
38、辆货车的实时管理成为可能，从而实现列车编组管理的自动化。在ATMS中，能够较准确地确定列车会车和通过车站的时间，并将运行管理方案和线路情况预告自动传递给车载微机系统，从而减轻调度员的工作负荷，提高安全性和工作效率。在ATMS中，调度员还可以随时掌握运行中列车的各种状态，及时发出调整命令，精确的列车到达时刻可以给终点站和编组站工作人员更精确的列车到达信息，从而使枢纽内的车流调度决策系统和编组站站调决策系统做出的工作计划和人员安排方案更容易兑现。在列车运行调整方面，由于可按比最小运行间隔稍大的追踪间隔时间组织列车追踪运行和可自动调整列车运行速度，从而提高了列车运行调整的弹性。1.安全性。智能铁路系
39、统革新了传统铁路的列车控制和管理方式，并设有先进的运输安全管理系统ATSMS，能够防止人为失误造成的事故，也可以对铁路运输设施进行状态检测消除事故隐患，保证整个铁路运输系统的安全。2.运输能力和运输效率。新系统可以缩短列车追踪间隔，提高线路的通过能力。也可以有效地利用站线设施，提高各种运输设备的能力，合理地组织各项运输作业（包括合理地组织枢纽车流，合理地组织小运转列车的运行，有效地组织解体、编组作业等），有效地降低运输成本，提高铁路运输省3.线路和运输设备的维护和管理。可以提供准确的列车到达时间，从而做出最佳的维修计划，提高线路和运输设备的维修效率。先进的运输设施管理系统ATFMS可以及时地检
40、测运输设施的状态，及时进行维修。4.运输服务质量。IRS可以提供准确及时的客货运输信息，改善铁路运输服务质量，提高服务效率，提高整个铁路系统的综合实力和竞争能力。1、先进列车控制系统先进列车控制系统ATCS 先进列车控制系统ATCS是北美铁道协会共同开发的，其基本设计思想始于1983年在加拿大蒙特利尔举行的有加拿大和美国等北美铁路官员参加的会议上。原来的列车控制系统由于技术运用的不当而在有效性方面受到很大限制，一个自然的想法是将微机（微处理器）设置到铁路移动设备上，并通过数据无线电系统与中央控制系统连接起来，从而组成一个安全水平和效率都是以前的运输系统所达不到的新型系统，这就是ATCS的最初动
41、机。ATCS有4个功能级，分别称作10级、20级、30级和40级，以便不同的线路根据具体情况选用。30级系统主要由中央调度室、无线电数据传输系统、机车或或其它移动设备上的车载系统和固定的道旁系统4个部分组成。其系统结构如图所示。八、八、国外智能铁路系统简介国外智能铁路系统简介中央调度室保留了传统的语音控制台，设有由计算机控制的调度控制台。调度台上的计算机与ATCS数据系统紧紧相连，协同工作，并通过无线电数据传输系统与车载计算机直接相连，因而在每一台机车或其它直接与数据系统连结起来共同工作的移动装置上都配有计算机。中央调度室机车或其它移动设备上的车载系统道旁设备语音及数据基地站 ATCS系统结构
42、示意图无线电数据传输系统是ATCS系统的支柱，它将在机车或其它移动设备上的车载系统、轨道上的固定道旁设备（控制点）与中央调度室联结起来构成一个整体。无线电数据传输系统的关键是合理地设置语音及数据基地站。固定的道旁设备包括道旁接口装置及通过该装置控制的电动道岔、道岔融雪器和通过无线电系统传输命令的其它装置。道旁设备还包括轨道应答器，它是测定列车确切位置的基础设备，因而也是ATCS预报系统的基础。机车或其它移动设备上的车载系统是ATCS的重要特征，车载计算机能够处理各种数据信息，包括列车移动情况、线路特征、列车编组情况、机车工况和其它必需的数据，从而使列车具有智能。它还可以进一步模拟列车的运行和机
43、车司机的操纵动作，并在必要时发出警告或实施制动。机车上设有两个独立的显示板，一块显示板主要用来显示列车运行情况和线路特征；另一块用来显示列车编成情况，当有车辆被挂上或摘下时在机车或中央控制室可更改列车编成。在ATCS系统中，有关列车控制的大部分功能集中于地面中央调度室和机车上，沿线分散设置的信号机可全部撤除，司机通过车载计算机根据中央调度室的控制指令控制列车，中央调度室的调度员根据计算机上显示的列车运行状况，对若干有关联列车进行控制判断并通过计算机下达每个列车的运行计划以及控制指令。中央调度室与列车间的信息传输使用无线电传输。欧洲铁路运输管理系统ERTMS在欧盟的提议下于1995年12月确立了
44、由意大利国家铁路，法国国营铁路，德国铁路公司组成用户组，并委托它们在意大利、法国、德国的实验区段上进行新系统的实验，确定欧洲规范的最后版本。这个用户组对其它欧洲国家铁路的加入是开放的，目前正在准备将荷兰铁路和西班牙铁路加入到用户组。ERTMS的核心是欧洲列车运行控制系统ETCS和超速防护系统，并将在未来增加用于列车调度控制的设备或支持商业性运输工作的设备等。运用ERTMSETCS系统，可以通过提高速度和缩短列车间隔来提高运输效率，通过取消地面信号和轨道区段空闲检查设备及相应电缆来节省线路基础设施，提高竞争能力。2、欧洲铁路运输管理系统、欧洲铁路运输管理系统ERTMS ERTMSETCS系统有不
45、同的配置，或称为不同的级。在第一级中，通过地面应答器将行车命令传给列车。为了在对信号处理之后收到新的行车命令，列车以开放速度运行并接近下一个应答器，开放速度由列车与信号机后危险点的距离决定，应答器安装在信号机附近。为了在这种情况下提高能力，可以在信号机前的接近区段内再安装一个前置应答器，或者使用一个半连续传输信息的设备（如欧洲环线Eruoloop）。第二级在第一级的基础上，增加了行车命令无线传输功能，行车命令从区段中心即无线闭塞中心RBC传给列车，列车运行不再依靠地面信号机。轨道区段是否空闲的检查由地面设备完成。第三级在第二级的基础上，增加了监视列车的完整性（确定列车是否完整），报告其后面的线
46、路是否空闲的功能。ERTMSETCS系统各级的基本情况如图所示。新干线最初一直使用CTC调度集中管理方式。随着列车运行密度不断提高，线路里程和车站数量不断增加，CTC方式越来越难以满足列车运行的要求。鉴于此，日本开始开发列车运行管理系统，1972年冈山线开通的同时，最初的COMTRAC系统投入使用，经过不断完善，使用至今。1995年JR东日本公司又开发了功能更强的新干线新型列车运行管理系统COSMOS。COMTRAC系统 COMTRAC系统就是利用计算机对新干线的行车进行全面管理的系统，其具体目标是根据运输变化的需要编制并传达包括车辆及乘务员运用在内的合理的运输计划，在运行图发生紊乱时编制并传
47、达运行调整的运行图（包括车辆、乘务员运用），实现与此相应的自动进路控制。COMTRAC系统由运输计划系统、车辆管理系统、运行管理系统、旅客引导系统、资料管理系统和系统管理系统组成。3 日本新干线列车运行管理系统日本新干线列车运行管理系统运输计划系统主要编制修正运行图及运量波动时的列车、车辆及乘务员运用计划，在基本计划、临时计划的基础上制定每日列车、车辆的运用计划。车辆管理系统根据运行实施计划和编组别使用实绩，配置适量车底、进行车辆检查的指定，进行与车辆保养有关的各种数据管理和进行检修作业指示。运行管理系统主要监视列车运行，进行未来列车运行图预测，在列车运行紊乱时进行列车运行调整的处理，把列车运
48、行图的变更、列车晚点等信息传送给车站、运转所，同时传送给车辆和乘务员运用、资料管理及新干线管理信息系统SMIS，根据列车运行图设定进路等。旅客引导系统为车站的自动广播、控制发车指示牌等传送列车运行信息及旅客晚点信息。资料管理系统统计每日列车、车辆及乘务员的运用实绩，根据计划及实绩数据进行统计分析。系统管理系统对COMTRAC系统进行系统内部管理。COSMOS系统 东日本公司1995年开发成功的新干线新型列车运行管理系统COSMOS，它是在计算机辅助行车控制系统COMTRAC和新干线管理信息系统SMIS的基础上对硬件、软件和网络进行改进和完善而研制开发成功的。COSMOS系统由运输计划、运行管理
49、、维护作业管理、设备管理、电力控制、集中信息监视、车辆管理、站内工作管理等8个子系统组成。运输计划系统进行列车设定、车辆运用、驾驶员运用、列车长运用等业务，可自动实现各自基本计划、波动计划、临时计划作业，并对判断业务进行支持。另外还可制定车辆的中、长期检修计划，支持根据检修计划而编制的车辆分配计划。日计划以天为单位向运行管理系统传达，第二天以后的计划向车站、运转所、车辆基地、公司总部、分公司等单位传达。计划运行图也向维护作业管理部门传达。1.运行管理系统是支持列车运行管理的系统，它由中央运行管理和车站运行管理通过专用通信网连接而成。在中央运行管理处，通过直接操作显示屏幕画面上的运行图，在改变运
50、行图的同时，画面上构成进路的显示也一并进行。车站运行管理由车站PRC（程序进路控制）管理、控制部分及旅客向导组成。管理部分主要用来进行进路控制、车站信息管理、车站运行时刻表管理、车站手动控制及系统管理等工作。控制部分从管理部分接受进路构成指示对进路的冲突判断等条件进行检查，然后向联锁装置输出。旅客向导装置则是对旅客进行向导广播，对显示牌等进行控制。2.维护作业管理系统进行维护工作的计划、管理等业务，中央系统与维护工作区通过公用通信网络连接起来，它把每天的作业计划存储在中央计算机中，并对当天的工作开始、结束以及进入新干线设施内的情况进行管理。3.设备管理系统是对设备进行信息管理的系统，通过公用通