2022智能高速铁路2.0内涵特征、体系架构与实施路径.docx

中国智能高速铁路 2.0 的内涵特征、体系架构与实施路径 RCA 2022.07 总第 304 期 5全球科技创新和世界铁路智能化快速发展，智能技术与传统技术融合发展以云计算、大数据、物联网、 移动互联、 人工智能（ AI， Artificial Intelligence）、北斗卫星导航（ 简称： 北斗）、建筑信息模型（ BIM， Building Information Modeling） 等新技术与铁路业务深度融合， 数字孪生、区块链、通用 AI、隐私计算、出行即服务（MaaS，Mobility as a Service）、下一代通信等新技术迭代更新，创新成果不断涌现在此背景下，还需进一步发挥智能技术在安全生产保障、效率效益提升、服务质量优化等方面的支撑作用，实现高速铁路（简称：高铁） 全生命周期管理、全业务要素协同，达到面向智能高铁的综合效能优化系统性提升，支撑新时代铁路高质量发展，实现智能建造、智能装备等技术水平持续领跑世界高铁发展基于此，本文从顶层架构设计、关键技术创新、基础平台建设、工程示范应用等方面梳理中国智能高铁发展成就，结合国家政策、国际铁路趋势、国内相关行业、新技术发展等方面剖析“ 十四五” 时期智能高铁面临的新要求、新挑战，在此基础上提出智能高铁 2.0 的内涵和代际特征，从顶层设计角度研究、构建智能高铁体系架构 2.0，指出具有前瞻性、引领性的智能高铁重点任务，并以研究开发、试验验证、场景示范、整线示范 4 个阶段实施路径，保障重点任务统筹推进。

1 中国智能高铁取得的主要成就“十三五”时期，新一轮科技革命和产业变革蓬勃发展， 云计算、大数据、物联网、移动互联、人工智能等新技术加速应用，国家《促进大数据发展行动纲要》《新一代人工智能发展规划》等对大数据、人工智能等技术在交通领域的应用提出明确要求中国铁路已经建成世界上规模最大的高铁网， 拥有海量的建设运营数据和丰富的实践应用场景， 融合应用新技术系统开展了铁路数字化、智能化建设依托京张（北京—张家口）高铁、京雄（北京— 雄安）城际铁路等重大工程，通过深入开展智能高铁的理论和应用研究，在顶层架构设计、关键技术创新、基础平台建设、工程示范应用等方面取得重大突破[1-3]1.1 顶层设计方面提出智能高铁的科学定义和“全面感知、泛在互联、融合处理、主动学习、科学决策”的技术内涵，创新了“模数驱动、轴面协同”的复杂巨系统管理方法[4]，构建了技术、标准、数据三位一体的智能高铁体系架构，发布了中国国家铁路集团有限公司（简称：国铁集团）《智能高速铁路体系架构 1.0》标准，并被国际铁路联盟（UIC，International Union of Railways）采纳，为世界智能高铁发展提供了中国方案。

主持编制《线形工程中心线 1.1》国际标准、IFC（ Industry Foundation Classes） RAIL 国际标准， 建成中国铁路 BIM 标准体系基于上述成果，我国成为世界智能铁路发展的重要引领者1.2 关键技术创新方面围绕智能建造、智能装备、智能运营开展成套技术创新1.2.1 智能建造领域在智能建造领域，构建全专业、全线统一环境的协同设计平台，实现了多专业协同设计和数据无损传递；建成了智能双块式轨枕厂、智能板厂、智能梁场等，实现制造全工序自动化、全过程数据集成化；在路基智能填筑、桥梁装配式施工、盾构隧道全预制拼装、钻爆法隧道衬砌智能施工、无砟轨道智能铺设、接触网及四电智能施工、客站智能施工等方面取得突破，创新了成套智能化工装及工艺工法； 研发了基于 BIM+地 理信息系统（ GIS， Geographic Information System）的高铁工程管理平台， 实现了面向设计、建设、运营全生命周期管理体系和模式的创新1.2.2 智能装备领域在智能装备领域，研制了具备智能行车、智能运营维护（ 简称： 运维）、智能服务等功能的智能动车组系统；首次实现 350 km/h 高速动车组自动驾驶；研发了智能一次设备、广域测控保护系统和辅助监控系统等组成的无人值守智能牵引变电所；构建了高铁地震预警系统，开展了灾害监测、综合视频等大数据分析应用。

1.2.3 智能运营领域在智能运营领域，实现全面电子客票及刷脸进站、建成了智能客站系统，研发智能调度集中系统和面向运输全过程的智能综合调度系统，构建了基于 BIM 的综合维修生产管理系统，实现了基础设施设备全生命周期的 BIM 表达；建立了动车组故障预测与健康管理系统（ PHM， Prognostics and Health Management），推动视情维修的实现1.3 基础平台建设方面2017 年， 发布了《铁路信息化总体规划》《铁路大数据应用实施方案》；2018 年，建成行业首个基于云计算的主数据中心，实现了统建系统的云化部署和应用；构建了铁路数据服务平台、集成服务平台、北斗服务平台、地理信息平台等一体化信息集成平台，开创了“平台+应用”的铁路大数据应用模式，推进了大数据、北斗等新技术在铁路的综合应用1.4 工程示范应用方面依托京张高铁、京雄城际等重大工程开展智能建造、智能装备、智能运营的体系化应用已建成的世界上第一条设计时速为 350 km 的智能高铁—— 京张高铁，开启了世界智能铁路建设的新篇章，京张高铁 BIM 应用获得建筑智慧国际组织（ BSI） 2021 年施工类大奖。

京张高铁取得的创新成果全面应用到京雄城际铁路，以及其他相关领域2 十四五时期智能高铁面临的新形势“十四五”时期，中国智能高铁的发展，在国家政策、国际铁路趋势、国内相关行业、新技术发展等方面，面临着一系列新要求、新挑战2.1 国家政策要求欧盟德国全新数字化客服平台SNCF Connect法国BIMAI无人驾驶客货列车数字孪生自动驾驶列车SNCF Connect平台 未来通信系统（5G和智能铁路运营） 列车故障安全本地化瑞士意大利英国日本韩国技术创新战略规划物联网传感器5G列车自动驾驶系统（ATO）《英国数字铁路战略》超视距（BVLOS）无人机《瑞士铁路Smart Rail战略》数字化自动车钩自动驾驶技术数字孪生欧洲列车控制系统（ETCS）无缝多式联运旅客电子票务未来铁路移动通信系统（FRMCS）5G实时动态修正（RTK）技术无人机激光雷达测绘JR东日本《智能铁路战略》智能安全智能服务智能运维自主驾驶技术《意大利数字铁路战略》BIM《数字法铁战略》《2030年集团战略规划》《数字德铁战略》《铁路运输总体规划》《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》《“ 十四五” 数字经济发展规划》等陆续发布。

在国家数字经济战略要求下，以数据资源为关键要素，以现代信息网络为主要载体， 以信息通信技术融合应用、全要素数字化转型为重要推动力，加速开展铁路行业的数字化、智能化建设提出新的更高要求2.2 国际铁路形势数字化、智能化发展成为世界多国铁路重要战略方向和发展趋势欧洲联盟（ 简称： 欧盟）、德国、法国、瑞士、英国、日本等世界铁路发达国家相继提出了数字化、智能化战略设计[5]例如，欧盟委员会的 Shift2Rail 科研计划、欧洲一体化运输发展路线图，德国铁路股份公司（简称：德铁）的铁路数字化战略（铁路 4.0），法国国营铁路公司（简称：法铁）的数字化法铁（DIGITAL SNCF），瑞士联邦铁路公司的 SmartRail 4.0，JR 东日本铁路公司的智能铁路战略[6-8] 等近期的世界铁路智能化技术创新与战略发展态势，如图 1 所示，各国铁路主要聚焦在第 5 代移动通信技术（ 5G， 5th Generation Mobile Communication Technology）、数字孪生、自动驾驶、 MaaS+智能服务、智能运维等领域的单项应用，尚缺少顶层架构设计和体系化的技术研发和应用。

《可持续和智能交通战略》《STRIA 互联和自动化交通路线图》5GRAIL项目《铁路战略研究及创新议程（SRIA）》自动驾驶技术监控基础设施的传感器技术基于摄像的基础设施监控系统全球导航卫星系统GNSS传感器集成平台5G云端数据处理技术图1 近期世界高铁智能化技术创新与战略规划2.3 国内相关行业智能化发展国内交通、能源、金融、城市等多个领域的智能化发展都在积极推进中，智慧民航[9]、智能交通[10]、智能电网[11]、智慧城市的架构设计、标准规划等相继发布，积极探索典型场景的示范应用，为智能高铁的发展提供了有益的参考和借鉴2.4 信息新技术的发展数字孪生、区块链、可解释 AI、隐私计算、下一代通信数字孪生、知识图谱、扩展现实、机器人流程自动化等为代表的信息新技术正在加速进入成熟期，为智能建造、智能装备、智能运营的技术创新提供了新的赋能手段综上所述，“ 十四五” 时期深化落实国家数字经济战略要求，融合应用信息新技术，实现智能高铁持续领跑面临重大挑战国铁集团近期陆续发布了《中国国家铁路集团有限公司“十四五”发展规划》《“ 十四五” 铁路科技创新发展规划》《“ 十四五” 铁路网络安全和信息化规划》， 明确指出， 在智能高铁技术体系框架 1.0 的基础上，面向智能铁路 2.0 技术发展目标，着重围绕智能建造、智能装备、智能运营等应用场景持续深化关键技术创新，加大5G、大数据、物联网、AI 等现代技术与铁路融合赋能攻关，深入开展赋能技术和智能系统的研发应用， 完善智能铁路成套技术体系、数据体系和标准体系， 塑造智能铁路技术发展领先新优势。

为此，明确智能高铁 2.0 的内涵和代际特征，提出智能高铁体系架构 2.0，规划智能高铁 2.0 的重点任务，对于指导“十四五”期间智能高铁的高质量发展极为必要3 智能高铁 2.0 的内涵与代际特征3.1 智能高铁 2.0 的内涵遵循智能高铁的科学定义，智能高铁 2.0 的具体内涵是：在智能高铁 1.0 基础上，面向系统综合效能最优开展顶层体系的正向设计， 基于“ 模数驱动、轴面协同” 理念， 实现全专业协同和跨行业综合， 推动数据分析能力走向预测性分析应用3.2 智能高铁 2.0 的代际特征与智能高铁 1.0 相比，智能高铁 2.0 的主要代际特征体现在“体系正向设计、全专业协同、跨行业综合、预测性分析”4 个方面，如表 1 所示表1 智能高铁 2.0 的代际特征对比维度智能高铁1.0智能高铁2.0代际特征顶层设计体系架构和创新成果同步推进、动态优化先提出顶层体系设计， 后指导工程应用面向综合效能最优的正向设计体系协同 领域内部跨专业协同模数驱动、轴面协同全专业协同应用范围 面向铁路行业内部为主与铁路相关的其他交通方式的综合跨行业综合数据分析 数据模型以研判报警为主预测性、关联性分析模型预测性分析应用3.2.1 顶层设计走向正向设计智能高铁 1.0 是依托京张高铁、京雄城际工程，取得了智能建造、智能装备、智能运营系列成果， 同步优化形成了智能高铁体系架构 1.0。

智能高铁2.0 则是在智能高铁 1.0 基础上，以综合效能最优为目标开展体系架构的正向设计， 再指导成渝中线（重庆—成都）高铁、。