智能鐵路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建研究

邵 賽，李 平，馬小寧

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵路大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用創(chuàng)新中心，北京 100081）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，不斷增長(zhǎng)的客貨運(yùn)需求對(duì)運(yùn)輸安全保障能力、運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量、運(yùn)輸能力等提出更高要求，因此，需要深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，加強(qiáng)數(shù)字技術(shù)在鐵路行業(yè)的應(yīng)用，著力打造數(shù)字化、智能化鐵路[1]。

鐵路智能化是信息化的發(fā)展方向[2]。目前，我國(guó)鐵路已經(jīng)開展相關(guān)研究和建設(shè)工作，并取得了一定成果。為了有效衡量智能鐵路建設(shè)效果，需要制定智能鐵路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能鐵路建設(shè)水平的量化評(píng)價(jià)，便于總結(jié)建設(shè)過程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和共性問題，為制定建設(shè)實(shí)施方案等提供科學(xué)依據(jù)，有利于對(duì)智能鐵路的建設(shè)進(jìn)行深層次分析。

21世紀(jì)初，日本[3]、歐洲[4-5]、美國(guó)就已經(jīng)開展智能鐵路相關(guān)研究，提出了一系列戰(zhàn)略規(guī)劃，以推動(dòng)智能鐵路相關(guān)研究與實(shí)踐。但由于各國(guó)的鐵路運(yùn)營(yíng)環(huán)境不同，所提出的智能鐵路概念或新技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景均有所不同，國(guó)外建設(shè)經(jīng)驗(yàn)只能借鑒。國(guó)內(nèi)尚未出臺(tái)相關(guān)規(guī)劃或者標(biāo)準(zhǔn)，因此，結(jié)合我國(guó)鐵路發(fā)展需求，建立智能鐵路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，全面評(píng)估我國(guó)智能鐵路發(fā)展水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文梳理鐵路行業(yè)、智慧城市等在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系方面的領(lǐng)先實(shí)踐，在我國(guó)智能鐵路發(fā)展需求和總體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，明確評(píng)價(jià)基本原則、基本思路，分別基于智能鐵路技術(shù)特征和系統(tǒng)能效特征，構(gòu)建兩套兩級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

1 國(guó)內(nèi)外智能評(píng)價(jià)領(lǐng)先實(shí)踐

1.1 鐵路行業(yè)

目前，智能鐵路系統(tǒng)研究主要集中在戰(zhàn)略規(guī)劃[7]和關(guān)鍵技術(shù)[8]，并且在智能評(píng)價(jià)方面更多面向典型業(yè)務(wù)需求，提出具有針對(duì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。還未有針對(duì)智能鐵路整體進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)價(jià)。

文獻(xiàn)[9]以鐵路信息化發(fā)展目標(biāo)為指導(dǎo)，參照國(guó)內(nèi)外先進(jìn)企業(yè)IT績(jī)效考核指標(biāo)的最佳實(shí)踐，結(jié)合鐵路實(shí)際情況，提出三級(jí)層次結(jié)構(gòu)的鐵路信息化評(píng)價(jià)考核指標(biāo)體系。一級(jí)指標(biāo)（3個(gè)）、二級(jí)指標(biāo)（17個(gè)）體現(xiàn)信息化水平評(píng)價(jià)的普遍性，三級(jí)指標(biāo)（70個(gè)）體現(xiàn)鐵路信息化特征；文獻(xiàn)[10]從社會(huì)經(jīng)濟(jì)、運(yùn)輸能力及經(jīng)濟(jì)效益、能源消耗、安全可靠性、環(huán)境保護(hù)等方面建立二級(jí)層次結(jié)構(gòu)的鐵路可持續(xù)發(fā)展的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，解釋、評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)鐵路可持續(xù)發(fā)展水平，從而評(píng)價(jià)我國(guó)鐵路運(yùn)輸業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。一級(jí)為系統(tǒng)層，二級(jí)為具體指標(biāo)層；文獻(xiàn)[11]針對(duì)鐵路安全問題，構(gòu)建評(píng)估事故故障和安全隱患等安全問題重要性的鐵路安全評(píng)價(jià)考核體系，采用相對(duì)指標(biāo)，呈遞階層結(jié)構(gòu)，評(píng)估系統(tǒng)潛在的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)已經(jīng)發(fā)生的事故劃分重大、大事故、險(xiǎn)性和一般事故等等級(jí)，從量化和后果兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)；文獻(xiàn)[12]針對(duì)旅客運(yùn)輸?shù)母鱾€(gè)環(huán)節(jié)和外部環(huán)境，建立由運(yùn)輸產(chǎn)品、運(yùn)輸過程、聯(lián)合運(yùn)輸、形象服務(wù)等維度構(gòu)成的鐵路客運(yùn)服務(wù)評(píng)價(jià)體系，進(jìn)一步分析影響鐵路客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量的因素。

與鐵路信息化和鐵路可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的架構(gòu)具有相似性，智能鐵路需要覆蓋多個(gè)鐵路業(yè)務(wù)領(lǐng)域，例如，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、能源、安全等，再?gòu)牟煌瑯I(yè)務(wù)領(lǐng)域中選取各具代表性的指標(biāo)特征。安全生產(chǎn)和客運(yùn)服務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系只針對(duì)單個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，其指標(biāo)選取考慮因素能夠?yàn)楹罄m(xù)提出智能化指標(biāo)提供依據(jù)。

1.2 智慧城市

近年來，許多城市都在跟進(jìn)智慧城市建設(shè)，例如，北京、上海、廣東等省市已把智慧城市列入未來建設(shè)重點(diǎn)?！耙栽u(píng)促建，以評(píng)促管，以評(píng)促改”是智慧城市建設(shè)典型特點(diǎn)，制定科學(xué)、有效、全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)成為引導(dǎo)智慧城市健康有序發(fā)展的一個(gè)重要措施，因此無論是國(guó)家還是地方層面，都陸續(xù)地發(fā)布了智慧城市評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2012年，《智慧北京行動(dòng)綱要》提出智慧北京關(guān)鍵指標(biāo)體系，包括來自城市智能運(yùn)行、市民數(shù)字生活、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)、政府整合服務(wù)和信息基礎(chǔ)設(shè)施等5個(gè)方面的30項(xiàng)指標(biāo)。2016年，國(guó)家發(fā)展改革委下發(fā)了《新型智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)(2016年)》（GB/T 33356-2016）[13]。這是我國(guó)從國(guó)家層面上首次出臺(tái)的智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。該體系按照“以人為本、惠民便民、績(jī)效導(dǎo)向、客觀量化”的原則制定。同年，為引導(dǎo)和規(guī)范廣東省智慧城市建設(shè)，幫助推進(jìn)珠三角世界級(jí)智慧城市群建設(shè)，廣東省發(fā)布地方標(biāo)準(zhǔn)《智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》（DB44/T 1957-2016），涉及智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施（占31%）、智慧經(jīng)濟(jì)發(fā)展（占24%）、智慧社會(huì)生活（占24%）和智慧政府管理與服務(wù)（占21%）等4個(gè)一級(jí)指標(biāo)、10個(gè)二級(jí)指標(biāo)和32個(gè)三級(jí)指標(biāo)。

與智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建思路相似，智能鐵路需要從系統(tǒng)整體出發(fā)，具有全局性。智慧城市評(píng)價(jià)重點(diǎn)突出“智慧”特征，同時(shí)，從能力和成效兩個(gè)維度選取了諸如信息服務(wù)、數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施等典型指標(biāo)，對(duì)于智能鐵路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建具有一定的參考價(jià)值。

2 評(píng)價(jià)體系構(gòu)建原則

智能鐵路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是合理、客觀地評(píng)價(jià)智能鐵路建設(shè)水平的基礎(chǔ)。評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)結(jié)合鐵路基本特征，導(dǎo)向清晰，充分體現(xiàn)鐵路智能化典型特征，滿足我國(guó)鐵路長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展需求，引導(dǎo)智能鐵路建設(shè)不斷深化。為了更好地發(fā)揮“以評(píng)促建”效果，需遵守一定的指標(biāo)選取原則。

（1）代表性：選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠充分反映鐵路智能化建設(shè)核心內(nèi)容，且不能重復(fù)選取。

（2）科學(xué)性：選取過程需要理論與實(shí)際、定性與定量相結(jié)合，盡量避免非科學(xué)性和非合理性的因素，明確指標(biāo)名稱和具體定義，以免產(chǎn)生歧義。

（3）系統(tǒng)性：體系架構(gòu)需要從多維度、多角度、多層次地對(duì)智能鐵路建設(shè)情況進(jìn)行描述，且需要覆蓋鐵路所涉及的核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域。各級(jí)指標(biāo)之間相互獨(dú)立，又彼此聯(lián)系，具有清晰的關(guān)聯(lián)性和邏輯關(guān)系。

（4）可操作性：評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)當(dāng)容易獲得或者可量化。一般來說，客觀指標(biāo)（如客流量等）較為容易得到，但是對(duì)于主觀指標(biāo)（如服務(wù)滿意度等），需要在較容易獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

（5）導(dǎo)向性：評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)計(jì)要突出“智能”本質(zhì)和特征，注重智能鐵路建設(shè)過程中的能力和效果建設(shè)，對(duì)鐵路長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展具有引導(dǎo)作用。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

3.1 基本思路

本文評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的思路主要是依據(jù)構(gòu)建原則，基于鐵路智能化發(fā)展理念，結(jié)合鐵路行業(yè)及其他行業(yè)智能化評(píng)價(jià)領(lǐng)先實(shí)踐，統(tǒng)籌考慮智能鐵路技術(shù)特征、系統(tǒng)能效特征，明確基本原則、評(píng)價(jià)目的，篩選合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定各指標(biāo)間的關(guān)系，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行分類，最終構(gòu)建智能鐵路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

智能鐵路評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建，首先要明確指標(biāo)范圍，選取的指標(biāo)需體現(xiàn)“智能”特征，反映出智能鐵路現(xiàn)階段發(fā)展水平，指標(biāo)之間具有較強(qiáng)的邏輯性，指標(biāo)具有可操作性，以定量指標(biāo)為主，定性指標(biāo)為輔。智能鐵路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系初步確定后，可在京張高鐵等有代表性鐵路線路進(jìn)行評(píng)估試驗(yàn)。通過對(duì)智能鐵路建設(shè)成效的橫向?qū)Ρ?，發(fā)現(xiàn)指標(biāo)體系存在的問題并找出原因，對(duì)不符合要求的指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整和修正，確定最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.2 指標(biāo)內(nèi)容

參考智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建思路，從系統(tǒng)整體出發(fā)，再結(jié)合具體的鐵路業(yè)務(wù)指標(biāo)?？紤]到技術(shù)特征和系統(tǒng)能效特征是描述智能鐵路系統(tǒng)的兩個(gè)不同方面，為了全方位地評(píng)估智能鐵路建設(shè)效果，本文分別基于智能鐵路技術(shù)特征和系統(tǒng)能效特征兩個(gè)維度，設(shè)計(jì)了兩套導(dǎo)向清晰、結(jié)構(gòu)明確、特征突出的智能鐵路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.2.1 技術(shù)特征

體系框架為二級(jí)層次結(jié)構(gòu)，如圖1所示。智能鐵路6大技術(shù)特征作為一級(jí)指標(biāo)，定義如下。

（1）全面感知：遍布各處的傳感器對(duì)與需求主體相關(guān)的移動(dòng)設(shè)備、固定設(shè)施、自然環(huán)境、其他相關(guān)要素等信息進(jìn)行全面感知。

（2）泛在互聯(lián)：各類信息可進(jìn)行廣泛、深度、安全可信的交互與協(xié)作，實(shí)現(xiàn)信息的共享。

（3）協(xié)同聯(lián)動(dòng)：鐵路所有資源及業(yè)務(wù)之間可進(jìn)行統(tǒng)一、高效地協(xié)作與互動(dòng)。

（4）深度挖掘：對(duì)感知與互聯(lián)獲得的海量大數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，挖掘出有價(jià)值的信息，并轉(zhuǎn)化為用來解決問題的知識(shí)。

（5）自主決策：在沒有人的干預(yù)下，把感知能力、共享能力、協(xié)同能力和行動(dòng)能力有機(jī)地結(jié)合起來，持續(xù)執(zhí)行一系列控制功能，完成預(yù)定目標(biāo)。

（6）主動(dòng)適應(yīng)：對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練、學(xué)習(xí)，進(jìn)而不斷提高系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境的自適應(yīng)能力和決策水平。

二級(jí)指標(biāo)28個(gè)，為能夠反映技術(shù)特征的具體指標(biāo)。全面感知主要包括設(shè)備感知程度、環(huán)境感知程度、資源感知程度、市場(chǎng)感知程度等4個(gè)二級(jí)指標(biāo)；泛在互聯(lián)主要包括網(wǎng)絡(luò)接入水平、系統(tǒng)互聯(lián)能力、數(shù)據(jù)共享能力、網(wǎng)絡(luò)安全保障能力、信息化基礎(chǔ)建設(shè)水平等5個(gè)二級(jí)指標(biāo)；協(xié)同聯(lián)動(dòng)主要包括外部資源共享能力、綜合運(yùn)輸協(xié)作能力、用戶滿意程度、其他行業(yè)拉動(dòng)作用、GDP貢獻(xiàn)能力等5個(gè)二級(jí)指標(biāo)；深度挖掘主要包括大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用能力、人工智能應(yīng)用能力、數(shù)據(jù)價(jià)值轉(zhuǎn)化能力、高智能產(chǎn)品輸出能力等4個(gè)二級(jí)指標(biāo)；自主決策主要包括調(diào)度組織系統(tǒng)決策水平、養(yǎng)護(hù)運(yùn)維系統(tǒng)決策水平、安全保障系統(tǒng)決策水平、運(yùn)輸生產(chǎn)系統(tǒng)決策水平、工程建設(shè)系統(tǒng)決策水平等5個(gè)二級(jí)指標(biāo)；主動(dòng)適應(yīng)主要包括運(yùn)輸產(chǎn)品適應(yīng)性能力、設(shè)備狀態(tài)自診斷能力、平臺(tái)適應(yīng)性能力、系統(tǒng)自動(dòng)化水平、系統(tǒng)自助化水平等5個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

3.2.2 能效特征

能效特征是考慮智能鐵路9大子系統(tǒng)，提煉能夠突出各子系統(tǒng)的智能能力和發(fā)展效果的特征，從而構(gòu)建智能鐵路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。體系框架為二級(jí)層次結(jié)構(gòu)，如圖2所示。一級(jí)指標(biāo)9個(gè)，表示智能鐵路9大子系統(tǒng)組成，分別為智能列車、智能基礎(chǔ)設(shè)施、智能調(diào)度指揮、智能安全保障、智能客運(yùn)、智能物流、智能工程建設(shè)、智能養(yǎng)護(hù)維修、智能經(jīng)營(yíng)管理。

圖1 基于技術(shù)特征的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

二級(jí)指標(biāo)39個(gè)，為各子系統(tǒng)的具體指標(biāo)層。智能列車主要包括智能動(dòng)車組覆蓋率、CTC+ATO技術(shù)應(yīng)用率、智能牽引供電系統(tǒng)、LTE-R新一代通信應(yīng)用率等4個(gè)二級(jí)指標(biāo)；智能基礎(chǔ)設(shè)施主要包括傳感器覆蓋率、GIS技術(shù)應(yīng)用率、BIM技術(shù)應(yīng)用率、PHM技術(shù)應(yīng)用率等4個(gè)二級(jí)指標(biāo)；智能調(diào)度指揮主要包括新一代CTC應(yīng)用率、全網(wǎng)調(diào)度效率、運(yùn)輸資源利用率、協(xié)同控制能力、應(yīng)急處置能力等5個(gè)二級(jí)指標(biāo)；智能安全保障主要包括自然災(zāi)害預(yù)警能力、異物入侵監(jiān)測(cè)能力、報(bào)警處置能力、安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患預(yù)防能力等4個(gè)二級(jí)指標(biāo)；智能客運(yùn)主要包括客運(yùn)運(yùn)輸能力、客運(yùn)管理效率、服務(wù)自助化、服務(wù)個(gè)性化、旅客滿意度、外部運(yùn)輸協(xié)同能力等6個(gè)二級(jí)指標(biāo)；智能物流主要包括線上服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用率、線下一體化服務(wù)能力、貨運(yùn)運(yùn)輸能力、貨主滿意度等4個(gè)二級(jí)指標(biāo)；智能工程建設(shè)主要包括BIM技術(shù)應(yīng)用率、GIS技術(shù)應(yīng)用率、傳感器覆蓋率、鐵路工程管理平臺(tái)應(yīng)用率等4個(gè)二級(jí)指標(biāo)；智能養(yǎng)護(hù)維修主要包括PHM技術(shù)應(yīng)用率、傳感器覆蓋率、故障自診斷能力、智能設(shè)備檢修應(yīng)用率等4個(gè)二級(jí)指標(biāo)；智能經(jīng)營(yíng)管理主要包括市場(chǎng)感知程度、運(yùn)力配置效率、信息增值服務(wù)能力、輔助決策能力等4個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

4 結(jié)束語

智能鐵路發(fā)展水平的評(píng)價(jià)應(yīng)為多層面的、系統(tǒng)的，體現(xiàn)智能鐵路特征，滿足我國(guó)鐵路長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展需求。本文借鑒智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建思路，從系統(tǒng)整體考慮，利用智能鐵路技術(shù)特征和系統(tǒng)能效特征，構(gòu)成兩個(gè)維度描述智能鐵路發(fā)展?fàn)顟B(tài)，提煉出具有代表性的指標(biāo)，構(gòu)建面向技術(shù)特征和能效特征的兩套評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系不僅覆蓋客運(yùn)、列車、基礎(chǔ)設(shè)施、安全保障等鐵路不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域，還體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等智能應(yīng)用。目前，還存在三級(jí)指標(biāo)選取、指標(biāo)量化數(shù)據(jù)獲取等問題。因此，未來需要進(jìn)一步結(jié)合智能特征，基于我國(guó)智能鐵路發(fā)展需求，繼續(xù)完善評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，給出三級(jí)指標(biāo)定義和量化公式，明確各級(jí)指標(biāo)邏輯關(guān)系，增強(qiáng)量化評(píng)價(jià)的可操作性以及對(duì)智能鐵路發(fā)展建設(shè)的指導(dǎo)作用。

圖2 基于能效特征的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系