标题：智能铁路
系统组成
传感器智能铁路系统将会包括数以百万计的传感器，企业通过传感器为基础的网络和数据分析，能够及时发布信息，调整资源配置，实现优化调度。 
传感器技术在提高列车安全运行方面也功不可没。通过在火车的关键组件上部署传感器和智能装置，及时提供车况信息，对可能出现的危险情况发出警报，防患于未然。
  铁路智能化网络视频监控系统解决方案视频监控视频监控是智能铁路必不可少的组成部分，然而，在初级智能铁路系统下，仍然需要通过人工方式来监控影像的变化。试图从铁路技术升级盛宴中分一杯羹的IBM，宣称自己掌握了先进的视像识别技术，这一技术能够把从摄像头所收集到的影像数据进行智能分析和筛选，协助发现潜在危机，从而节省大量的人力资源成本。 客户服务在客户服务问题上，则可以通过数据的智能化汇总和处理，实现旅客通过手机等移动设备购票、接收提示信息、预留座位的功能，让旅客的乘车体验更加愉悦。固定基础设施根据IBM发布的《智慧的铁路解决方案》介绍，在北美和欧洲，很多铁路沿线的固定基础设施通过射频识别电子标签(RFID)，帮助识别轨道车辆、检测声音信号、热量和车轮摩擦，并且能够对铁路各个区段的车头、车厢、铁轨、隧道、桥梁和车站进行监控。
解决方案
德国公司德国也取得了新的研究成果，成功研制出新一代的智能铁轨。这种铁轨不仅可以精确测定地震波到达铁路的时间和方位，还可分辨出地震、火车、人或动物所引发的不同震频,从而可以避免人员伤亡。 
而Railion公司是一家德国列车运营商，它致力于开发一种适用于欧洲市场的智能货车系统，以满足今后10-20年欧洲市场运量的增长。通过安装远程信息处理装置，目前它已经能够实现实时监测货车与货物，及时发现时刻表错误，自动获取列车车况信息等。西门子公司西门子公司的智能交通解决方案包括停车控制系统、城市交通控制系统和高速公路及隧道机电系统。用户可以通过这些系统采集停车场、城市交通、道路工程以及相关事件的信息，并进行汇总、合理规划、优化处理，然后通过有效媒体向公众发布全面交通信息，包括交通状况信息、交通事件信息、道路施工信息、停车场信息、公交路线及时刻表信息等等，从而达到改善社会整体交通状况，提高社会效益的目的。 思科系统公司思科系统公司通过开发无线网络基础设施，与电信运营商建立合作关系，为公共交通公司提供服务方案。基于标准的开放式思科智能网络能够利用移动IP转接器满足公共交通行业的各种无线接入要求。即使车辆移动时接入模式可用性会有所变化，这些转接器也能提供永久连接。例如，即将到达拥有热点的车站时，火车可能会使用Wi-Fi；但在两个车站之间运行时，可能会使用GPRS。由于思科网络能够提供永久无线连接，因而使运行中的车辆能够获得与有线位置相同的连接质量。利用可靠的网络接入，公共交通公司能够为乘客提供更可靠、更安全、更有效的乘车体验。 丹麦铁路服务公司丹麦铁路服务公司正在使用的一个无线平台。据DSB开发经理Nils Feldthus介绍，这是“一款涵盖数据库、Java机、通信、门户和设备管理的全面的解决方案，”可以由此简化整个流程。在对外服务中，该系统可以提供列车时刻信息，记录乘客人数，并使用信用卡的支付方式售票。
中国现状
根据中国铁道部发布的《中国铁路中长期发展规划》，到2020年，为满足快速增长的旅客运输需求，将建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统。其中，预计到2012年，中国将有1.3万公里高速铁路投入运营。省会城市都将通过快速客运专线连接，时速200公里以上的铁路线路将达到5万公里以上。预计到2020年，中国200公里及以上时速的高速铁路建设里程将超过1.8万公里，将占世界高速铁路总里程的一半以上。
同时，中国铁路的运营里程仅占世界铁路的6%，却完成了世界铁路总运量的22%。中国铁路能有这样的作为，信息化功不可没。 早期研究早在上个世纪90年代末期，中国国内已有学者介入到智能铁路的研究中。例如学者严余松就认为，智能铁路系统的基本组成应该包括：先进的运输管理系统、先进的运输信息系统、先进的列车控制系统、先进的用户信息系统、先进的运输设施管理系统、先进的运输安全管理系统。而数据传输、列车位置检测、列车自动操纵、进路自动控制、车站作业自动化等将是中国智能铁路系统的几个关键技术。 发展目标在中国铁路“十一五”发展规划中提出，将大力推进技术装备现代化作为重要指导思想，加快通信信号技术现代化，利用现代化通信技术，建设以光纤数字系统和GSM-R为主体，并与其他信息传输方式协调统一的传输体系。建立基于GSM-R的中国铁路综合移动通信技术体系。建设高速宽带数字传送网络及接入网，发展铁路专用通信和应急通信。 
同时，还要建立智能化、网络化的调度通信系统，逐步建成新一代调度集中控制系统（CTC），发展以主体化机车信号为基础，以实施列车超速防护为重点的列车运行控制系统（CTCS），基本建成计算机连锁系统。 
在推进铁路信息化方面，规划要求广泛利用现代通信和信息技术等成果，构建技术先进、结构合理、功能完善、管理科学、经济适用、安全可靠、具有中国特色的铁路信息系统。重点强化运输繁忙的东部地区和路网中具有重要作用的铁路干线和新建客运专线的信息化建设，逐步实现调度指挥智能化、客货营销社会化、经营管理现代化，在提高运输效率、扩大运输能力、优化资源配置、保障运输安全、改进服务质量、提升管理水平、提高经济效益等方面发挥明显作用。面临问题有关专家也指出，中国铁路信息化建设虽然取得了很大成绩，但还存在着不少问题，主要体现在以下几个方面：首先，由于通信网建设滞后，网络及信息安全工作薄弱，信息传输通道拥挤、堵塞现象仍然时有发生。其次，“信息孤岛”仍然存在：信息系统没有构成有机整体，大多各自独立，信息资源难以共享，综合应用难以展开，从而影响了整体效益的发挥。 
同时，由于投入应用的信息系统运行质量不高，特别是原始信息的采集不够及时、准确、完整。而即使在采用信息技术后，目前的铁路系统仍沿用传统的作业流程，组织机构、管理流程和规章制度没有实质性的改变，信息化效益难以充分发挥。
外国智能铁路
CyberRail系统日本铁路技术研究所（Railway　Technical　Reseach　Institute，简称RTRI）开始了新一代集成了多种IT技术的铁路系统（即CyberRail）的研究。在CyberRail系统里，乘客、铁路工作人员以及铁路相关公司可自由的传输、收集和处理信息。因此，乘客可随时收到根据个人需求而提供的旅行计划以及个人导航信息，同时铁路公司可不断优化运输计划，以满足旅客的需求和列车控制的高安全性。 
事实上，CyberRail系统是一个通过铁路运输来增强ITS结构的系统，它强调的是通过其强大的信息提供功能，实现铁路运输方式与其他运输方式的无接缝、无障碍的衔接和运输。CyberRail系统致力于实现两个层次的目标：一是提供实时的多式联运乘客信息服务；二是使铁路在列车计划和列车控制方面变得更灵活从而更具竞争力。CyberRail的基本原理就是利用最新的信息和通信技术，在电脑中记录大量必要和充分的旅行者信息，为乘客沿着运输链提供建议和向导。因此，CyberRail对乘客和铁路公司都具有重大的意义。 
该系统预计在十年内实现。产生原因1.1　ITS与多式联运智能运输系统的关系　 
日本的ITS早期叫道路和交通智能社会(VERTIS)，2001年6月正式改名为ITS。尽管以新干线为标志的日本铁路事业发展已处于世界领先地位，但当把日本铁路系统做为一个ITS系统考虑时，很明显就发现存在以下问题：如采用过时的商业模式等。铁路系统提供的信息也不是实时的，并且缺乏统一的标准。此外，日本的铁路也不能满足多式联运乘客日益提高的可持续流动性的交通需求。因此，日本铁路技术研究所致力于发展一个符合21世纪要求的新型铁路系统概念。CyberRail就是满足了以上需求目的的系统。CyberRail并不一定是运输领域最具发展优先权的，但应作为铁路系统发展的一个参考模型，并从ITS的角度建立起一个通用的标准或框架。 
1.2商业模式的改变运输发展的趋势是实现门到门稳定、高效、安全的运输。理想的交通方式应该是借助信息的发展使得乘客的出门计划可通过一个"助手"自动实现计划的安排和调整，实现无接缝无障碍的运输。而CyberRail系统可作为乘客的助手，借助IT技术，帮助乘客实现以上功能。因此，传统的车站功能将不再重要。新的车站功能作为一个电脑空间和真实空间的连接点而诞生。这意味着铁路运输商业模式将发生重大改变。　 
根据这样的思想设计系统有特殊的益处。由于硬件设施的建设需要花费大量的时间和金钱，加上设施修建后重新调整的困难，以及交通可持续发展要求避免对环境的近一步破坏，因此，通过软件设计来满足乘客需求的方式来实现乘客运输的连续性。换句话说，就是提供软件支持信息系统以支持多式联运运输。如果乘客对软件的设计思想满意，再投资相应的硬件设施来提高系统的便利性和高效性。如果乘客对设计不满意，可重新设计软件以便更好满足乘客的需要。相信这是对社会引入新的思想和观念的一种更安全的方式，而不是突然的建造人们从未使用的多式联运换乘站。系统概念（1）CyberRail是从铁路角度定义的ITS。 
表2-1　给出了日本ITS功能和相应铁路功能的对照； 
表2-1　日本ITS功能和相应的铁路功能对照表发展领域 内容 相应的铁路系统 铁路实现水平先进的导航系统 导航、路径诱导、其它信息 在多式联运下的个人导航 × 电子收费系统辅助安全驾驶 电子收费、危险警告、驾驶辅助、自动公路系统 IC智能卡、自动乘客出入口、ATS、ATC以及其他列车运转控制系统 ОО 交通管理优化 交通流的优化、事故信息 列车运转规划系统 — 道路管理效率的提高 维护运转的改善、危险品信息 维护支持系统、地震早期警告系统 О 支持公共交通 支持公交运转和运营管理 多式联运 — 商用车辆运转效率的提高 商用车辆运转辅助 货车和集装箱管理系统、货物运转控制系统 — 行人支持 行人路线诱导 车站内的无障碍行走和导航、交叉路口的安全 × 紧急车辆运转支持 自动紧急预警 列车广播和调度控制 ОО 
（2）CyberRail是在有限资源的情况下，从乘客和铁路运转角度出发，有效提高现有铁路商业运作模式的旅客服务水平，以及为实现无接缝和无障碍多式联运运输提供信息的系统。 
（3）CyberRail是通过IT把铁路运输系统的各个子项目子研究统一起来的标准化的过程； 
（4）CyberRail是与ITS融合的开放系统； 
（5）CyberRail实现旅客门到门运输的旅行链； 
（6）CyberRail是传统商业运作模式的转变。实现场景以下将给出十年后CyberRail系统实现后的一个在市区内场景。在CyberRail的世界里，旅行者是通过一个手提设备来利用系统资源的，该设备也称为标签（tag）。以下的标签主要表现为移动电话。对盲人来说，标签可表现为手杖。不同的标签具有不同的功能，可以通过不同的形式表现。系统之所以能提供精细的服务，关键是在标签内安装了标准装置。 
(1) 出发前　 
出发前旅行者登陆CyberRail系统即可获得从一出发地到另一目的地的导航信息。个人导航是旅行合同的开始。通过改善蜂窝式电话等现有移动装置的用户接口，例如声音识别等方面，可使旅行者使用系统的便利程度大大提高。 
(2) 旅行时　 
旅行时把系统设置在"开始"模式，系统就会提供这样的服务：从出发时间开始计算的导航，接着是到车站的路线诱导以及车站内的详细信息的提供。如果计划发生改变，系统会在考虑当时的列车运转情况下提醒乘客换乘列车。一旦列车时刻表发生变动，系统将根据当时状况和个人偏好提供替代路线方案，仿佛就象旅行者得到了一个忠实专业的旅行代理商的服务。如果旅行者对路线非常熟悉或不想被这些功能所干扰，他/她可关掉这些服务，让系统不再宣布这些消息，除非有重大变化发生。 
（3）到达后　 
到达后CyberRail　系统仍保留着基于旅行前导航信息基础上的原始旅行计划和由于事故引起的计划改变的信息等，以作为向用户收费的基础。 
(4) 商业模式的转变如前面所说，在系统服务过程中，基本的费用数据已经被收集起来，即目前铁路商业运转中工作量最大的这部分工作已经由系统自动完成，因此，那时的车站将无任何工作人员，而仅仅是列车、客车、乘客以及电脑空间相遇和共享的一个连接点。车站将变成名副其实进行电子商务的一个场所，蕴涵着无限商机。通用模型4.1CyberRail概念模型 CyberRail　的基本机制就是一个集成了IT的运输电脑空间，一个多式联运的电脑空间。运输电脑空间就是不间断地观测多式联运网络中移动目标的定位、状态以及其它数据并在由信息系统和网络组成的电脑空间中进行记录和追踪。在铁路系统中，这一概念已被介绍到列车安全运转当中来。各种保证路线安全的信号系统已被开发。基于轨道电路传递的列车位置信息，闭塞信号系统可防止列车碰撞的发生，站内的信号系统则保证引导列车到达目的进路。其它更直接的例子还有铁路广播信号系统，如日本的CARAT　和ATACS系统、欧洲的ETCS　系统以及美国的AATC系统。 
给出了CyberRail系统运转的概念模型。 CyberRail概念模型 4.2　CyberRail的基本分类根据CyberRail的概念模型，CyberRail　有三种基本分类： (1) 按需求分类。该分类表示整个电脑空间的目标，与现实世界中的移动终端对应。主要提供活动需求、现在定位以及各种侧面因素等信息。各种侧面因素包括乘客偏好、历史以及其它乘客管理信息。 (2) 按运输工具分类。该分类引入了以乘客或货物为目标的各类运输工具，如火车、客车、自行车以及飞机等。主要提供现在位置、运输工具状况、运输目标本身状态和维护的信息。 (3) 按路线分类。该分类是在考虑了运输规划和交通控制管理以及与道路维护和控制状态、轨道和空间之间的关系的情况下定义的。因此，该分类主要提供在某一路线上的运输工具的状态、沿某一线路的天气状况、物理现象、以及一条线路的维护状况等信息。实体技术5.1　CyberRail的实体构成　 
是由CyberRail的概念模型转换过来的实体模型，该模型表明了铁路运转系统中各种实体之间的功能关系。从图中可容易理解CyberRail是一个采用了移动广播通信和网络技术的典型IT系统。 图5-1　铁路运转系统中的实体构成 5.2　CyberRail的用户服务领域[2] 　 
目前日本铁路技术研究所开展CyberRail系统研究的首要工作是定义CyberRail　系统体系框架，而该工作首先要定义系统的用户服务。CyberRail　的用户服务可划分为四个领域：(1)多式联运信息提供和个人导航；　(2)　需求倾向的运输规划和调整；(3)　智能列车控制；(4)铁路相关信息在开放信息环境中的分布和交换。 5.3　CyberRail系统技术需求实现CyberRail系统需要以下技术：（1）CyberRail　空间可利用的通信。（2）集成了多种无线通信方式的铁路领域控制机制内的高质量通信系统。　 用户服务相关技术和问题示例 用户服务和采用技术之间的关系 开发机制CyberRail的系统复杂性决定了它不可能由任何单个组织完全实现系统的功能。因此，日本铁路技术研究所决定成立一个研究小组来促进CyberRail系统的研究开发。通过该小组的研究，促进各行业专家和个人对CyberRail系统的思想、产品以及子系统进行讨论和建议。[1]