Research on the intelligent informatization standard system of overseas railway
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摘要:
智能化是铁路发展的重要方向之一,构建境外铁路智能化标准体系可以有效地推进相关技术在境外铁路项目的推广应用。在深度分析我国铁路智能化顶层设计思路和体系框架的基础上,结合境外铁路项目特点,从建设路径、体系定位、建设原则、体系框架等方面出发,构建了适用于境外铁路工程的智能化标准体系框架。境外铁路项目智能化标准体系的构建可为推动中国铁路技术标准走出国门提供相关技术保障。
Abstract:Intelligence is one of the important directions for railway development, and building an intelligent standard system for overseas railways can effectively promote the promotion and application of related technologies in overseas railway projects. On the basis of in-depth analysis of the top-level design ideas and system framework of China's railway intelligence, combined with the characteristics of overseas railway projects, this paper constructed an intelligent standard system framework applicable to overseas railway engineering from the aspects of construction path, system positioning, construction principles, and system framework. The construction of an intelligent standard system for overseas railway projects can provide relevant technical support for promoting the internationalization of Chinese railway technology standards.
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Keywords:
- intelligent railway /
- overseas railway /
- intelligentization /
- standard system /
- system framework.
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在全球经济高速发展的大背景下,智能化技术成为推动社会进步和经济发展的关键动力。目前,我国正在积极推进智能铁路建设[1],以构建现代化综合交通体系,确保交通的便捷、高效、安全。智能铁路是通过云计算、大数据分析、物联网(IoT,Internet of Things)、人工智能(AI,Artificial Intelligence)、新一代北斗卫星导航等技术的集成应用[2],利用云技术构建统一的数据信息处理平台。通过对铁路设施、沿线气候、车站内环境之间的各类信息进行全面感知、细化分类、融合处理和科学决策,实现铁路建设与运营维护(简称:运维)全过程全生命周期的高度数字化、信息化、智能化,打造技术领先、服务至上、便捷快捷的新一代铁路运输系统。
铁路建设成为“一带一路”倡议的重要支持方式,是中国铁路技术向国外拓展的一个途径,因此,将智能化的概念推广到境外项目中,可以更好地向世界展示中国铁路先进成果;同时,标准作为技术推广的“排头兵”和“先锋官”,在引领行业技术发展、规范运维模式、强化监督管理等方面的作用十分突出。本文立足于工程,从顶层设计出发,构建境外铁路项目智能化标准体系架构,为我国智能化技术走出国门提供可靠的技术保障。
1 智能化技术情况
1.1 国内铁路智能化技术情况
我国在智能铁路建设领域取得了许多重要进展,如京张(北京—张家口)高速铁路(简称:高铁)、京雄(北京—雄安)城际铁路等铁路线路的建成,不仅体现基础设施的完善,更体现在高铁的各个专业领域迈向了一个崭新的智能化阶段。
目前,BIM(Building Information Modeling)可视化施工管理、北斗卫星导航+地理信息系统应用服务、高铁自动驾驶、智能牵引供电、牵引供电设备故障智能预测与健康管理、智能客运管理、新一代客票系统和站内智能导航等智能化技术已经在国内项目中得到落地应用[3]。这些智能化技术的应用全面提升了国内安全、生产、运营、管理和客运服务的现代化水平。
1.2 境外铁路智能化技术情况
我国现有建成运营的境外铁路项目中,以中老(中国昆明—老挝万象)铁路和雅万(印尼雅加达—万隆)高铁的智能化程度比较高。
1.2.1 中老铁路
作为连接中国和老挝两国的关键交通枢纽,中老铁路的智能化建设主要立足整体运输管理体系,以客运和货运需求为核心,构建了客运和货运一体化平台[4]。中老铁路通过搭建客货运输一体化平台,实现了高效便捷的管理客货运输、运营管控、智能分析等多项业务,为旅客出行提供了便利。该平台主要包括综合调度、客运管理、货运管理等功能。
1.2.2 雅万高铁
雅万高铁采用了“1+6”智能化方案,即建设1个统一的大数据云平台和6个应用系统[5]。应用系统包括动车组管理信息系统、风雨及异物侵限监测大数据分析系统、智能票务系统、智能车站系统、运输调度系统、高铁基础设施视频大数据应用系统等。6个应用系统的建设与整合,能够显著提升资源配置效率与信息共享水平,为全面提升雅万高铁智能化水平奠定基础。
2 我国智能高铁体系
随着大数据、云平台等技术在我国铁路尤其是高铁的应用,我国已经建立起一套相对成熟的智能铁路技术应用体系。中国国家铁路集团有限公司(简称:国铁集团)发布的《智能高速铁路体系架构1.0》[6]已纳入国际铁路联盟,为国际铁路技术的发展指明了方向。
目前,我国智能高铁体系框架主要包括智能高铁技术体系框架、智能高铁数据体系框架和智能高铁标准体系框架[7],如图1所示。
2.1 智能高铁技术体系框架
智能高铁技术体系框架主要包含服务框架、功能框架、逻辑框架和物理框架等4个部分,分别用于明确业务主体和需求、基于需求提供定制化功能、定义功能间的逻辑联系、确定各系统及功能间的数据交互关系。
在此基础之上,智能高铁技术体系中相关技术主要涵盖了铁路建造、运营、维护等3个板块。在这3个板块下,又进一步细分为多个领域、多个方向和一系列相关应用,如基于BIM的智能建造、智能调度指挥、基础设施智能运维等。
2.2 智能高铁数据体系框架
智能高铁数据体系框架自底向上由数据汇集层、存储处理层和分析应用层构成,该体系框架涉及高铁领域相关系统、模块之间的探测感知、数据互联、探测数据融合处理、实现全生命周期一体化管理等。它包括数据的采集、处理、分析和应用等多个环节,旨在综合高效利用资源,提升高铁的智能化水平。
2.3 智能高铁标准体系框架
智能高铁标准体系框架是在总结国内京张、大张(大同—张家口)智能高铁项目的基础上,按照中国铁路行业标准化方针和政策,涵盖铁路技术规章、客货运输、运维、机车车辆、基础设施等多个方面。智能高铁标准体系架构采用四级结构,由通用基础与管理标准、智能高铁应用标准、平台及支撑技术标准等组成。但此标准体系主要依据《铁路技术标准》进行编制,在与国际相关铁路标准(IEC/TC9和IRIS等)的兼容性方面还需进行进一步研究。
我国铁路已经迈入了“中国智能高速铁路2.0”时代,更多的智能化技术(例如:5G、数字孪生显示等)在中国铁路得到应用,已经基本形成了体系化的技术研发和应用,但是目前还没有形成相关的标准体系。同时,中国智能高铁标准体系的建设是参照国内工程项目制定的,无法直接应用于境外铁路项目的智能化建设之中。
3 境外铁路项目智能化特点分析
由于境外轨道行业发展情况参差不齐,所以各国铁路智能化发展情况也有着较大的差异,并且与我国构建模式存在较大差异,从总体层面上来看,境外铁路项目智能化具备以下特点。
3.1 铁路发展不充分
在世界范围内,具备铁路全生命周期“产业链”的国家只有中国、日本、德国等少数铁路发达国家,为了确保先进智能技术的应用有较好效果,最起码需要构建一套较为完整的标准体系。
3.2 国际化需求高
由于目前,欧洲标准、美国标准在国际铁路领域还处在主导地位,所以很多国家在铁路建设领域还是会要求对标欧标或美标,所以我国境外铁路智能化标准体系需充分考虑与国际标准的兼容。
3.3 可进行跨越式升级
发展中国家铁路系统的技术革新路径可突破传统线性发展模式。由于多数国家铁路基础设施尚处初级阶段,其技术升级无需严格遵循电气化、自动化、智能化的渐进式路线。以东南亚地区为例,即便现存铁路网络仍以传统非电气化轨道为主,在推进现代化改造过程中可实施“技术跨越”策略,直接引入智能高铁中的先进传感技术、智能调度系统和数字化运维平台。这种非连续性的技术跃迁不仅能避免重复投资,还能借助后发优势构建新型智能铁路体系,实现运输效率的跨越式提升。
4 境外铁路项目智能化标准体系构建方法
4.1 体系定位
境外铁路工程智能化标准体系是铁路技术和标准向国际迈出的重要一步,也是我国铁路行业标准体系的重要组成部分。境外铁路项目智能化标准体系,要确保与国家、行业有关信息化标准的法规、规章相衔接,使标准具有连贯性和协调性。该体系应为智能化技术在境外铁路的应用提供标准和指导。
按照国家信息技术标准化发展战略,统一各类智能的技术要求,在充分总结我国国内铁路智能技术特点的基础上,致力于建设国际化、系统化、协同化、科学化的铁路境外工程智能化标准体系,促进境外铁路工程技术装备、工程设计和运维管理的进一步发展。
4.2 建设原则
4.2.1 结构完备
标准体系应是一个完整的系统,涵盖技术、管理、安全等多个方面,确保各标准之间的协调性和一致性。通过系统性的构建,可以避免标准之间的重复和冲突,提高标准体系的整体效能。
4.2.2 技术前瞻
智能技术发展迅猛,标准体系应具备前瞻性,能够预见未来技术发展趋势,为行业提供长远指导。通过前瞻性的规划,确保标准体系能够与未来技术发展的需求相适应,促进行业持续进步。
4.2.3 国际引领
在境外铁路智能化标准制定过程中,应充分考虑境外项目特点,在标准设置上与国际接轨,这是我国在境外铁路智能化方面的重要举措,不但可提高我国在铁路国际标准领域的影响力,而且可以促进全球智能化产业的协同发展。
除此之外,境外铁路项目智能化标准体系的建设还应遵循一些其他原则,如先进性、标准化等。这些原则共同构成了境外铁路项目智能化标准体系建设的基石,为中国铁路技术的国际推广提供有力保障。
4.3 体系框架
境外铁路项目智能化标准体系框架采用分层结构,如图2所示。
4.3.1 通用基础和管理标准
(1)基础标准
基础标准主要包括术语分类、管理、安全和评价等4个方面。相对于现有的铁路行业规范体系而言,安全和考核标准是其工作的重点。境外业主关注的是境外项目的安全性和评价标准,其中,安全性主要涉及环保和网络安全;同时,境外铁路项目的智能化程度评估体系的建设,缺乏相关的智能化标杆或试点。
(2)管理标准
管理标准主要是细分整个生命周期在铁路工程中的管理。这主要是由于大部分境外铁路项目所在国家并没有构建出完整并能够匹配铁路智能化运营的管理标准,所以需要构建相关标准体系以确保在管理层面能充分发挥出智能化技术的优势。根据以往铁路管理经验主要分为了客运组织管理标准、调度生产管理标准、车辆管理标准和其他运营管理标准等方面。
4.3.2 技术标准
(1)智能建造标准
考虑到境外铁路项目的特殊性,所以境外铁路项目的智能建造技术不能完全照搬国内的相关设置模式,应该从更宏观或者是基础的方面出发,项目相关标准体系的建立也应着眼于全局,故本文主要选择了智能化和施工管理相关的技术进行相关标准研究。通过智能化、可视化、精细化工程管理等手段,实现施工和建设阶段全方位高效管理体系和模式创新。
(2)智能装备标准
近年来,我国铁路很多智能装备技术都得到了广泛的应用。但是对于境外铁路项目而言,从项目投资及技术迭代顺序的角度出发,并不是所有智能装备都可以得到应用。因此,结合现有境外铁路项目智能化技术的发展情况,智能化装备标准应以可实施的智能化装备为主,主要可分为3类:移动设备,一体化检测,一体化监控。
(3)智能运营标准
对于境外铁路业主而言,缺乏大规模成体系铁路运营维护经验,所以,境外铁路智能运营标准应从基础出发进行构建,根据以往境外铁路建设和辅助运营经验,智能运营应包括客运服务、运输组织和养护维修等3个方面。其中,客运服务重点关注智能票务、互联网售票、电子支付平台等方面(根据以往项目经验,此部分为境外铁路业主最为关注的部分)。
4.3.3 平台与支撑技术标准
(1)基础平台/中心标准
基础平台/中心标准是围绕智能铁路的核心进行构建的,其标准的建设参考了国内数据中心相关标准的建设模式,分为了硬件资源标准、软件资源标准和智能服务标准等3个方面。其中,智能服务包含了主数据、元数据、地理信息、大数据分析、AI等智能化技术,这些技术是为境外业主提供运行稳定、保障有力。
(2)网络安全标准
网络安全已经成为各国关注的重点领域,铁路网络安全标准的建设具有保护数据、确保应用系统可用性、维护用户隐私的作用。结合现有境外铁路项目设计和实施经验,网络安全标准主要有网络安全管理标准、网络安全等级保护标准和网络风险评估标准组成。其中,网络安全等级保护标准建设方面不能照搬中国现有标准,结合境外铁路项目实际情况,既能保障网络安全,又要避免采用过高的网络安全等级保护标准导致项目费用大幅提升,不利于境外铁路项目的建设。
(3)支撑技术标准
铁路智能化各类平台功能的实现离不开相关技术的支撑。对于境外铁路项目而言其主要可分为铁路内部支撑技术和铁路外部支撑技术。其中,铁路外部技术包括北斗卫星定位技术、北斗辅助地基系统等。北斗卫星定位技术及其地基增强设施的应用具有特殊属性。这类技术的跨境部署涉及地理空间数据采集与处理,客观上关联国家主权级信息管理范畴。建议相关技术标准采用战略性框架规范,重点建立跨国技术协同机制,通过数据主权协商、兼容性接口定义和模块化架构设计,既保障核心导航定位精度,又实现技术应用与各国信息安全规则的适配。特别对地基增强系统等地面基础设施,可采取区域分权管理模式,构建具备主权协商弹性的标准体系。
5 境外铁路项目智能化标准体系建设径路
建设境外铁路项目智能化标准体系,应参照我国建设“交通强国”和发展智能高铁的决策部署,结合铁路行业标准体系的架构特点,积极借鉴国内外先进经验和标准建设模式,在参照我国智能高速铁路标准体系的基础上,从宏观到具体的开展相关标准体系的建设。同时,应对现有我国智能化技术进行一定的宏观或模块化处理,使得相关技术可以根据国外情况进行选择性的实施,推进各国各类型标准之间的协调和统一。
在实施进程中,需要将业内的技术创新与示范工程实践视为标准化工作的核心驱动力。需要高度重视开放透明、内容丰富的标准化信息平台的建设,使标准体系能宏观的展示智能化技术的国际现状,进而引领行业技术发展,使相关标准体系与国际接轨,提高我国相关铁路标准在国际社会的认知性、普适性、权威性。
6 结束语
构建适用于境外铁路项目智能化标准体系,是一项复杂的系统工程,应当响应我国“一带一路”有关政策要求。本文总结了我国铁路智能化技术和已建成境外铁路项目智能化的实际情况,从顶层架构出发,梳理了智能化技术在境外铁路项目中的标准化输出成果,构建了适用于境外铁路项目的智能化标准框架,为推进铁路智能化标准国际化、实现“十四五”期间在世界高铁发展中持续领跑、推动我国铁路技术走出国门提供相关技术保障。
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