铁路智能运输系统（RITS）与铁路地理信息系统（RGIS）.doc

铁路智能运输系统（RITS）与铁路地理信息系统（RGIS）(2007-02-17 11:09:58) 一、铁路空间信息特点铁路运营空间信息具有以下特点： 1). 设备空间布局与信息源点的分散性在辽阔的地域上分散分布的铁路车站是铁路生产及运营活动的主要基地，也是铁路运营的信息源点。在一个车站内，运营管理信息也产生于各分散布局的不同单位和岗位。铁路信息源点高度分散的特点，给运营管理自动化的设备布局和原始信息采集，提出了相当困难而艰巨的任务。 2). 信息载体的流动性铁路运载工具，如机车、车辆、集装箱及其组合形成的列车，是重要的运营信息载体，且处在运动状态中。对铁路运载工具的动态跟踪，是运营科学管理的重要任务。 3). 静态数据与动态数据相结合铁路运输生产过程的最基本形式是活动设备(机车、车辆)在固定设备（区间、站场）上的有序移动。因此，铁路运输生产过程控制自动化，就是运用先进的科学技术，控制活动设备在固定设备上的移动，完成安全、优质和高效的运输任务。RITS需要获取的数据既包括各类相对静态数据；又包括各车站、各路局分时段、分路段的交通流量动态变化及车型动态变化分布图、列车在运行过程中的状态变量（位置、速度、加速度、姿态、及其各种失调偏差等），与路况状态变量（边坡的位移，路轨的平整度，坡度，弯道曲率，路肩变形，桥梁在车辆通过时的变形，涵洞的变形，路边标志情况等等）等动态数据。这些铁路信息沿线路呈线状分布，且与里程相关。 4). 安全性与可靠性的高要求随着铁路运输高速和重载技术的发展，高技术带来的高风险更为突出。高速和重载技术中的自动化列车进路控制系统和速度控制系统，线路、机车、车辆等设备及列车运载状态的自动化实时检测、监控、报警系统，人为失误和事故的防护系统，铁路运营环境及自然灾害的监测和预报系统，提供各种运输设备、建筑限界的运输条件和运输限制的地理信息系统等等，是智能铁路系统的重要组成部分。保证系统稳定、可靠地运行一方面须对系统运行的环境及其变动有深刻的认识和把握，系统功能应适应复杂多变的外部条件；另一方面，须采用有效的可靠性技术方法，如冗余技术，容错技术、安全技术等，提高系统的稳定性和抗干扰能力。 5). 信息交换频繁性和联系广泛性这个特点是与铁路生产岗位的分散性、运输活动的高度协同性、配合性以及铁路运输管理机构的层次性和运输系统的开放性相联系的，要求相关部门、单位、工种和岗位之间建立完善、通达、方便的信息交换和传输网络。 6). 信息多样性、海量性、共享性及信息处理的复杂性铁路运营信息处理既涉及路内几万公里线路、几千个车站、上万台机车和几十万辆车辆编成数以千计的列车，以及为运输服务的机车、车辆、工务、电务等业务部门和后勤保障部门，而且涉及社会上产生运输需求和接受运输服务的各个部门、企业和个人。这些信息表现为原始的和经过处理的各种数据，在运输过程开始之前、进行之中和结束之后，都要被路内外不同的部门、企业和个人所利用。其中变动性强的信息，例如列车的运动状态信息、车辆在车站内的状态和位置变化的信息以及车站和列车的调度指挥的决策信息处理，具有很强的实时性，而铁路运输又是昼夜不停的、不间断的过程，处理的信息量大，具有高速度和高可靠性要求，这要求将信息组织成为适应不同层次的用户需求的各种分布式数据库，以适应铁路对数据资源的利用和管理要求。铁路运营管理既有结构化的、常规的、大量重复性的数据处理，如各种业务统计分析和报表生成打印，也有半结构化甚至非结构化的、例外的、高智能化的复杂信息处理，如运输计划的编制和生产过程中的决策活动，尤其是列车运行的调度指挥，要求随时根据变化的情况，在短时间内综合考虑各种复杂因素的影响，及时作出可行的计划安排，是一种高度智能化的信息处理和过程控制。此外，铁道部关于路网发展的规划、运量分配和运输经营管理决策等复杂问题的解决，也使铁路面临应用地理信息系统、决策支持系统和专家系统解决高智能决策的问题。二、我国铁路运输技术要实现跨跃式发展所面临的挑战我国铁路运输技术要实现跨跃式发展所面临的挑战可以主要归结如下12方面：(1) 提供集成化的列车运营管理系统、智能化的列车运行控制系统和智能化检测、诊断和维护系统以实现“高速、高密度”的铁路运输； (2) 采用车载网络技术实现机车车辆控制一体化；(3) 提供铁路运输各子系统之间信息的高度共享和充分有效利用的手段和所有相关信息的集中管理，以提高整体效率及保证各业务子系统的协调运行； (4) 提供包括图像识别技术在内的道口监控和车站监控系统，以保障列车运行的安全和防止铁路与其他相关系统的冲突； (5) 为旅客提供详尽的信息服务、旅行向导以及相关信息在车站及列车上的传输、显示等； (6) 为客户提供与货运资源相关的及时的信息服务，以满足货主对货运过程全程监督的需要； (7) 提供保障运营安全和维修效率的移动设备和固定设施状态的实时检测、评估和维修支持的手段，以及在安全数据共享基础上的安全评估决策体系； (8) 提供可靠的高宽带的车地高速数据接入手段，以满足铁路移动设备和固定设施间的数据获取和共享； (9) 提供能满足重载、高速运输要求的列车高效安全分解和编组的编组站综合信息管理及自动化系统； (10) 提供完善的以状态实时检测系统为基础，以包括语言、数据、静态及动态图象传输系统为信息支持，以GPSGIS为定位手段的具备快速响应能力的铁路防灾、救援、决策与指挥信息系统； (11) 提供面向局部和全国的决策支持体系，以提高适应市场需求的能力和铁路运营效率和效益的提高； (12) 提供与其他运输方式共享及交互的信息平台，以满足联运的需求。 通过信息化建设实现智能化已成为我国铁路运输系统发展的历史必然。三、铁路智能运输系统（RITS） 铁路智能运输系统（RITS）就是集成了电子技术、计算机技术、现代通信技术、现代信息处理技术、控制与系统技术、管理与决策支持技术和智能自动化技术等，以实现信息采集、传输、处理和共享为基础，通过高效利用与铁路运输相关的所有移动、固定、空间、时间和人力资源，以较低的成本达到保障安全、提高运输效率、改善经营管理和提高服务质量目的新一代铁路运输系统。 铁路智能运输系统的核心技术就是智能技术，所谓智能是指能有效地获取、处理、再生和利用信息，从而在任意给定的环境下达到预定目标的能力。同时智能本身也有不同的程度和级别。低级智能表现为感知环境，做出初级的决策控制行为。较高级智能表现为具有判断能力，能识别对象，表达环境模型中的知识，对未来做出规划和推理。高级智能表现为具有理解能力，能在复杂的环境中做出成功决策。与此相应，智能运输系统也分为以下三个层次： 1、初级铁路智能运输系统 应用计算机技术、信息处理技术、地理信息技术、数据通信技术等采集、传输、共享来自铁路运输环境中的各类信息，并根据上述信息进行初级的决策和控制。如现有的TMIS、DMIS、ATIS、PMIS等，以及正在积极研究的铁路地理信息系统等。 2、中级铁路智能运输系统应用系统辨识、模式识别技术等对确定环境建立数学模型，从而对未来做出规划和推理。如：基于运筹学模型编制列车时刻表、编组站调车自动化系统、列车速度智能控制等。 3、高级铁路智能运输系统在应用数学模型对确定环境进行建模的同时，引用知识模型对非确定对象建模，从而模拟人类的理解能力，完成复杂环境下的决策。如综合调度系统、综合营运管理系统、列车自动驾驶系统等。 铁路地理信息系统的建设将为铁路运输各子系统提供一个综合的共享平台，对所有相关信息进行集中管理，以提高整体效率、保证各业务子系统的协调运行。基于该共享平台，可以建立基于无线通信技术的智能化的综合调度系统及综合营运管理系统，使得铁路的移动资源、固定资源、人力资源等得到高效利用，实现高速高密度的铁路运输，进一步挖掘铁路规模经济效益潜力。同时建立编组站综合信息管理及自动化系统，以实现列车高效安全的分解和编组。四、铁路地理信息系统（RGIS） 1.铁路地理信息系统（RGIS） 铁路地理信息系统（RGIS）是一个为铁路规划、管理、应用及决策服务的以计算机网络为载体、GIS为软件平台的应用型技术系统，能够科学地存储多种形式的数据、图纸资料及多媒体信息，支持操作运行、专题管理、空间分析、战略决策及为公众服务等项活动，供有关领导、管理部门及技术人员等快速查询和检索线路资源及沿线环境信息，规范作业方法和标准化数据，提供信息支持和社会化服务，开展各种专题研究活动，科学地进行规划、设计、改造、管理及技术分析等项工作，利用决策支持系统提供辅助决策工具。 2.RGIS系统构成 RGIS系统将由基础信息管理系统、铁路专业应用系统、决策支持系统、铁路信息发布系统等组成。 1).基础信息管理系统该系统包括多分辨率的铁路基础信息地理信息库、影像数据库、DEM数据库，实现三库一体化管理，同时提供符合铁道部或国家有关规范的图式符号和多比例尺图库信息。 2).铁路地理信息应用系统铁路地理信息系统为下列专业应用领域提供可视化空间数据共享平台：基建管理、灾害监测与救援、运输管理、调度指挥、车务管理、车辆管理、驼峰调车作业、轨道监测、列车速度控制、随车信息、供电给水、电务管理、工务管理、环境保护、社会信息服务。 3).决策支持系统利用GIS实现空间决策支持系统，是铁路智能交通系统（RITS）建设的一个较为长期的目标。由于空间决策支持模型的建立是一项十分复杂的工作，其建立必然是一个渐进、积累的过程。从近期实施的目标来讲，主要是直接利用GIS的空间分析功能，实现铁路勘测设计、运营、管理及应用方面的空间分析。 4).铁路空间信息发布系统将与铁路有关的空间信息向铁道部决策机构、各专业业务处、各专题应用系统和社会公众发布。通过各级铁路GIS中心网站可发布下列信息： (1)用来发布一些文字、数字、图形、图象等信息，这些地图及图象比较直观地展现铁路掠影、空间信息及实时运营信息等。 (2)空间信息将被分为不同的特征类别，每一特征类别将可以有不同的比例尺。这些数字地图的网上发布将遵循数据量少和快捷的目的。不同比例尺的地图将显示不同的特征类别。较详细的地图只有当用户视窗比例尺较大时才能显示。 (3)空间地理几何信息将属性信息紧密联系在一起，在浏览器上点击几何数据将会展示其相关的属性信息数据，或者产生新的地图。 (4)为了避免有些用户非法下载地图信息，将把发布的地图信息降到最底限度。一些高精度的地图信息必须通过授权和用户密码才可读取。为了控制下载的信息量，用户只能下载所需的小范围的大比例尺地图信息。从网络上获得空间信息服务是数字地球、数字铁路的题中之意。在网站上发布的信息，并在此基础上提供特色服务也将成为数字地球在近期内的主要表现形式之一。铁路地理信息系统可以成为“数字铁路”的主要用户接口。 3. RGIS功能构成 1).基于GIS平台开发电子地图，具有完整的地图录入、编辑、修改及数字化的工具。2).立体与矢量的结合 立体图以真实纹理再现实际地貌。具备矢量地图的实时缩放、漫游等功能。同样也能够做到了“全国铁路一幅图”的大范围显示。也可在立体图上进行数据分析等操作。可设定立体图的显示效果，如光源、视角、雾等并能就选定的区域制作立体图的旋转动画，形成标准的AVI文件，供播放也可通过拖动鼠标，实时观看各角度的立体图。立体图与矢量地图能够在任意时刻、任意位置、任意比例尺下随意切换，并能够在矢量地图上任选一块区域，跟踪显示立体图。 3).矢量数据与栅格数据混合使用矢量数据与栅格数据都可单独使用，亦可混合使用，通过对栅格图像的配准，可在矢量地图上准确地迭加航片、卫片和扫描地图等，能矢栅合一进行显示和操作。航片、卫片和扫描地图弥补了地图放大后内容不足的缺点，迭加后不影响地理分析等其它操作。 4).铁路用地范围内地图描述准确，数据丰富，对GPS等列车定位数据可准确、快速的进行匹配。 5).地图分层显示功能：矢量图分层较详细，光栅图则分为背景和用户信息。分层显示有利于用户按不同类型的地点浏览地图。 6).大区域、全要素的实时缩放和漫游功能：可按指定比例大小放大,缩小；放大便于用户详细查看某个区域，缩小便于用户从总体浏览，特别是列车比较分散的情况，更利于监控列车状况，及时准确调度列车。7).移动地图：用户在地图上用鼠标拖拽地图或者用上、下、左、右键可移动地图，或根据需要随列车移动而移动，可实时的监控列车位置。地图显示可选择以某一辆车为中心，或以地图上某点为中心等方式，这样有利于监控列车，兼顾一辆车和多辆车的跟踪。8).地点信息数据的录入、编辑、修改功能：在当前层上添加地点信息，地点信息包括地名，电话号码，文字说明，地点类型说明，在地图上确定一个地点选择登录选项(或者右键弹出菜单项)即可添加。 9).地点信息的查询、定位功能：在电子地图上按地名，电话号码直接查询，也可进行模糊地名查询，当用户不知道确切地名时，只记得地名中有几个字可采用这种模糊查询。查询资料可以文字、语言及图像的形式显示，并在电子地图上显示其位置。同时，监测中心可以利用监测控制台对区域内的任意目标所在位置进行查询，列车信息将以数字形式在控制中心的电子地图上显示出来。 10).乘客信息服务调度指挥信息一方面要向驾驶人员下达，另一方面要将必要的信息传送给乘客，也即站台信息服务，要让乘客了解线路列车运营实况，便于乘客搭乘。二者都包括列车运营动态和实时信息的服务。站