智能鐵路2.0體系框架及其應(yīng)用研究

秦 勇,孫 璇,馬小平,王銘銘,賈利民,唐 濤

(北京交通大學(xué) a. 軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，b. 交通運(yùn)輸學(xué)院，c.電子信息工程學(xué)院，北京 100044)

近年來(lái),隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長(zhǎng)，以高速鐵路為代表的中國(guó)軌道交通系統(tǒng)得到快速發(fā)展.截至2017年底，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到12.7萬(wàn)千米，其中高鐵2.5萬(wàn)千米，占世界高鐵總量的60%以上，“四縱四橫”的高速鐵路骨干網(wǎng)已經(jīng)全面建成.中國(guó)鐵路在建設(shè)運(yùn)營(yíng)規(guī)模、裝備制造交付能力、技術(shù)體系完整性和服務(wù)能力方面都位于世界先進(jìn)行列，為我國(guó)建設(shè)小康社會(huì)和制造強(qiáng)國(guó)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).同樣，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展，軌道交通愈來(lái)愈成為世界各國(guó)關(guān)鍵的交通骨干基礎(chǔ)設(shè)施,新型城鎮(zhèn)化、創(chuàng)新型國(guó)家和交通強(qiáng)國(guó)[1]已成為我國(guó)的發(fā)展戰(zhàn)略，“一帶一路”倡議的作用將顯著增強(qiáng)；這些都從國(guó)際和國(guó)家發(fā)展的層面對(duì)現(xiàn)代化、互聯(lián)互通的軌道交通系統(tǒng)提出了新的要求.同時(shí)，軌道交通行業(yè)也面臨著安全高效、快捷服務(wù)、低碳環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等一系列的挑戰(zhàn)和競(jìng)爭(zhēng)壓力，迫切需要研究提出面向未來(lái)的發(fā)展模式、技術(shù)路徑和關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)行有力實(shí)踐.

本文針對(duì)鐵路系統(tǒng)在新技術(shù)的強(qiáng)大推動(dòng)和塑造升級(jí)作用下的發(fā)展模式和路徑創(chuàng)新問(wèn)題，首次提出了智能鐵路2.0定義及其邏輯框架、物理框架與關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了智能鐵路系統(tǒng)發(fā)展水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并通過(guò)典型應(yīng)用研究展示了智能鐵路2.0的先進(jìn)性和可行性.

1 智能鐵路發(fā)展概況

面臨著以上需求和挑戰(zhàn)，國(guó)外發(fā)達(dá)鐵路國(guó)家也在尋求新的發(fā)展途徑，提升軌道交通的競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展水平，近年來(lái)軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)智能化已被普遍認(rèn)可，成為發(fā)展方向.歐盟相關(guān)鐵路組織相繼提出了《鐵路發(fā)展路線2050:走向競(jìng)爭(zhēng)、資源高效、智能化的軌道交通系統(tǒng)》《鐵路2050遠(yuǎn)景:歐洲流動(dòng)性的支柱》，以及Shift2Rail等新技術(shù)發(fā)展規(guī)劃[2-4]；日本政府及鐵路技術(shù)研究院提出了《國(guó)土大設(shè)計(jì)2050》《鐵路研究2020》以及CyberRail等發(fā)展研究計(jì)劃[5-7]；美國(guó)提出了《超越交通2045》[8]，其IBM公司發(fā)布了推動(dòng)鐵路行業(yè)技術(shù)發(fā)展的《Think beyond the Rails: Leading in 2025》[9]等.這些發(fā)展規(guī)劃都提出了更加智能、綠色、安全、可持續(xù)的軌道交通智能化發(fā)展理念，同時(shí)致力于實(shí)現(xiàn)智能化端到端的乘客和貨物運(yùn)輸體驗(yàn)，側(cè)重于利用新興信息技術(shù)與多交通方式的協(xié)同，以提升個(gè)性化服務(wù)、實(shí)時(shí)決策、高適應(yīng)性和及時(shí)響應(yīng)等能力，保持未來(lái)鐵路系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì).我國(guó)學(xué)者也較早提出了鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)的定義與技術(shù)框架，并根據(jù)最新技術(shù)發(fā)展與需求變化，不斷深化與優(yōu)化系統(tǒng)的內(nèi)涵與技術(shù)體系[10-11]，以適應(yīng)最新的發(fā)展要求.

智能鐵路的發(fā)展在新興技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下是具有階段性的，特別是先進(jìn)的信息通信、人工智能、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及新材料、新能源等新興使能/賦能技術(shù)[12-13]對(duì)鐵路系統(tǒng)的內(nèi)部功能和外部形態(tài)具有巨大的塑造和變革甚至顛覆作用.從信息處理技術(shù)水平的角度出發(fā)，智能鐵路具有3個(gè)發(fā)展階段：初級(jí)階段為數(shù)字鐵路，即鐵路數(shù)字化階段；中級(jí)階段為智能鐵路1.0，即鐵路網(wǎng)聯(lián)化階段；未來(lái)將進(jìn)入智能鐵路2.0，即鐵路自主化階段.智能鐵路2.0的發(fā)展目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)的自主感知、自主學(xué)習(xí)、自主決策和自主控制，以低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的方式，提供高效精準(zhǔn)的位移服務(wù).

2 智能鐵路體系框架

智能鐵路2.0的定義是:充分利用先進(jìn)的信息通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人等技術(shù)，以自主感知、自主學(xué)習(xí)、自主決策和自主控制為核心處理流程，在對(duì)設(shè)備設(shè)施優(yōu)化管控的基礎(chǔ)上,提供高效精準(zhǔn)、個(gè)性化的位移服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)更加安全、高效、舒適、綠色的新一代鐵路交通運(yùn)輸系統(tǒng)——自主鐵路運(yùn)輸系統(tǒng).

2.1 核心處理流程

智能鐵路的核心處理流程是自主感知、自主學(xué)習(xí)、自主決策和自主控制的閉環(huán)迭代過(guò)程，此過(guò)程是高度自主化的.自主感知是對(duì)鐵路系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的全息主動(dòng)獲取，自主學(xué)習(xí)是將獲取的信息轉(zhuǎn)化形成知識(shí)，自主決策是形成優(yōu)化的執(zhí)行方案，自主控制是高度自動(dòng)化的執(zhí)行輸出，通過(guò)長(zhǎng)期的迭代過(guò)程,從而不斷提升智能鐵路系統(tǒng)的智能水平，其流程見(jiàn)圖1.

圖1 智能鐵路2.0的核心處理流程Fig.1 Key process flow of Intelligent Railway 2.0

2.2 智能鐵路系統(tǒng)

從系統(tǒng)分析的角度來(lái)看，智能鐵路是典型的信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical System,CPS)[14],其物理系統(tǒng)包含基礎(chǔ)設(shè)施、移動(dòng)裝備和運(yùn)行環(huán)境等客觀對(duì)象，信息系統(tǒng)包括信息感知、信息處理、信息決策和信息控制等過(guò)程.通過(guò)信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的平行映射、虛擬操縱和迭代進(jìn)化，形成鐵路物理和信息空間的一體化集成與協(xié)同發(fā)展，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 智能鐵路CPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 CPS structure of intelligent railway

3 智能鐵路技術(shù)框架

基于智能鐵路2.0定義和上述的內(nèi)涵分析，其技術(shù)體系框架可用邏輯框架和物理框架來(lái)描述.

3.1 邏輯框架

邏輯框架主要描述為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)目標(biāo)所必須提供的功能模塊及各模塊間交互的信息流和數(shù)據(jù)流.它是從功能實(shí)現(xiàn)的角度為智能鐵路2.0系統(tǒng)提供一個(gè)通用的頂層框架，不涉及具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)及實(shí)施方案，主要包括物理層、狀態(tài)感知層、信息融合層、智能分析層、協(xié)同服務(wù)層及系統(tǒng)目標(biāo)層等，如圖3所示.

1)物理層：是指構(gòu)成鐵路系統(tǒng)的物理組成部分，包括沿線基礎(chǔ)設(shè)施、車(chē)站、列車(chē)及運(yùn)行環(huán)境等.

2)狀態(tài)感知層：是指采集獲取沿線基礎(chǔ)設(shè)施、列車(chē)、運(yùn)行環(huán)境及客貨服務(wù)對(duì)象等的狀態(tài)數(shù)據(jù)，用于將物理組成部分進(jìn)行數(shù)字化處理.

3)信息融合層：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)融合和數(shù)據(jù)融合,將多元異構(gòu)大數(shù)據(jù)進(jìn)行高效傳輸、集中管理、有效組織和全息表達(dá)，為智能分析層提供準(zhǔn)確、有效、完備的信息資源.

第三，組織開(kāi)展臨床新技術(shù)新項(xiàng)目推介會(huì)。強(qiáng)化學(xué)科間的交流合作，實(shí)現(xiàn)了相互促進(jìn)、共同提高的目的。明確了醫(yī)技科室開(kāi)展新技術(shù)新項(xiàng)目，應(yīng)以輔助臨床科室技術(shù)進(jìn)步為目的的原則，確保優(yōu)質(zhì)資源聚焦到疾病的治療上，惠及患者。

4)智能分析層：基于有效信息，利用人工智能,進(jìn)行知識(shí)的發(fā)現(xiàn)和挖掘，形成知識(shí)庫(kù)，為業(yè)務(wù)優(yōu)化提供核心的知識(shí)支撐.

5)業(yè)務(wù)優(yōu)化層：基于各類專業(yè)知識(shí)，利用優(yōu)化模型,對(duì)設(shè)備設(shè)施管理、運(yùn)輸組織調(diào)度、安全應(yīng)急管理進(jìn)行最優(yōu)化決策和執(zhí)行，為智能鐵路系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象提供最佳的內(nèi)部功能支撐.

6)協(xié)同服務(wù)層：基于業(yè)務(wù)優(yōu)化層提供的內(nèi)部功能，通過(guò)服務(wù)定制和無(wú)縫協(xié)同,為客貨對(duì)象、管理者以及合作方等服務(wù)對(duì)象提供個(gè)性化、及時(shí)和舒適的位移服務(wù).

7)系統(tǒng)目標(biāo)層：智能鐵路2.0的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)更加智能高效、安全可靠、優(yōu)質(zhì)服務(wù)及綠色環(huán)保的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng).

3.2 物理框架

智能鐵路是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)工程，其物理框架描述了該系統(tǒng)的總體構(gòu)成要素，主要包含智能化基礎(chǔ)設(shè)施(線路、站場(chǎng)、車(chē)站等)、智能化移動(dòng)裝備、智能化信息平臺(tái)、智能客貨服務(wù)系統(tǒng)、智能運(yùn)輸管理系統(tǒng)和智能安全保障系統(tǒng)等，如圖4所示.

1)智能化基礎(chǔ)設(shè)施:是智能鐵路2.0系統(tǒng)運(yùn)行的物理支撐，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)鐵路列車(chē)、線路、站場(chǎng)和車(chē)站的狀態(tài)獲取和泛在互聯(lián)，并結(jié)合邊緣計(jì)算等形成智能列車(chē)、智能線路、智能站場(chǎng)和智能車(chē)站等.

3)智能化運(yùn)營(yíng)管理:是智能鐵路2.0系統(tǒng)運(yùn)行的核心業(yè)務(wù)，在智能化信息平臺(tái)的支撐下,實(shí)現(xiàn)智能客貨服務(wù)、智能運(yùn)輸管理和智能安全保障等業(yè)務(wù)內(nèi)容.

基于以上功能實(shí)現(xiàn)和物理實(shí)現(xiàn)可以看出，智能鐵路的發(fā)展需要關(guān)鍵核心技術(shù)的支撐，在不同的發(fā)展階段其核心技術(shù)也有所不同，因此需研究和關(guān)注相關(guān)的技術(shù)發(fā)展,形成關(guān)鍵技術(shù)體系，如圖5所示.

圖3 智能鐵路2.0邏輯框架Fig.3 Logic framework of Intelligent Railway 2.0

圖4 智能鐵路2.0物理框架Fig.4 Physical framework of Intelligent Railway 2.0

圖5 智能鐵路2.0關(guān)鍵技術(shù)體系Fig.5 Key technologies of Intelligent Railway 2.0

4 系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

在不同的發(fā)展階段智能鐵路其發(fā)展的水平不同，需對(duì)其進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià),從而為智能鐵路的建設(shè)規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù).根據(jù)智能鐵路的發(fā)展目標(biāo)，提出了涵蓋智能高效、安全可靠、優(yōu)質(zhì)服務(wù)和綠色環(huán)保等4個(gè)方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體包括狀態(tài)感知度、數(shù)據(jù)共享率、智能決策程度、運(yùn)輸密度、機(jī)車(chē)車(chē)輛利用率、鐵路責(zé)任事故發(fā)生率、重大事件響應(yīng)時(shí)間、安全預(yù)警能力、運(yùn)輸服務(wù)網(wǎng)覆蓋率、服務(wù)正點(diǎn)率、乘客出行滿意度、噸公里能耗和新能源滲透率,如圖6所示.

1)狀態(tài)感知度:是指利用物聯(lián)網(wǎng)/傳感網(wǎng)等技術(shù)手段獲取鐵路系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的程度，具體指獲取狀態(tài)感知的鐵路對(duì)象占鐵路系統(tǒng)全部構(gòu)成對(duì)象的百分比，鐵路智能化程度越高，其狀態(tài)感知度越高.

2)數(shù)據(jù)共享率:是指鐵路業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通的程度，具體指系統(tǒng)間共享數(shù)據(jù)量占所有數(shù)據(jù)的百分比，鐵路智能化程度越高，其數(shù)據(jù)共享率越高.

3)智能決策程度:是指鐵路系統(tǒng)進(jìn)行決策執(zhí)行的智能化程度，具體指采用人工智能或無(wú)人自動(dòng)化方式進(jìn)行決策執(zhí)行的業(yè)務(wù)單元數(shù)量占全體業(yè)務(wù)單元數(shù)量的百分比，鐵路智能化程度越高，其智能決策程度越高.

4)運(yùn)輸密度:是指單位里程所完成的客運(yùn)周轉(zhuǎn)量或貨物周轉(zhuǎn)量，智能鐵路發(fā)展階段越高，其指標(biāo)也越高.

5)機(jī)車(chē)車(chē)輛利用率:是指每臺(tái)機(jī)車(chē)車(chē)輛完成的客運(yùn)周轉(zhuǎn)量或貨物周轉(zhuǎn)量，智能鐵路發(fā)展階段越高，其指標(biāo)也越高.

6)運(yùn)輸服務(wù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率:是指鐵路系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)占鐵路系統(tǒng)運(yùn)輸覆蓋地區(qū)的百分比，鐵路智能化階段越高，其運(yùn)輸服務(wù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率越高.

7)服務(wù)正點(diǎn)率:是指鐵路正點(diǎn)運(yùn)行次數(shù)占總行車(chē)次數(shù)的比值，鐵路智能化程度越高，其服務(wù)正點(diǎn)率越高.

8)乘客出行滿意度:是指乘客對(duì)鐵路運(yùn)輸服務(wù)的可得性、便捷性、舒適性和安全性等方面的綜合滿意程度，鐵路智能化程度越高，其乘客出行滿意度越高.

9)鐵路責(zé)任事故發(fā)生率:是指在單位時(shí)間內(nèi)鐵路責(zé)任事故發(fā)生的數(shù)量，鐵路智能化程度越高，其鐵路責(zé)任事故發(fā)生率越小.

圖6 智能鐵路系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.6 Evaluation indexes of RITS

10)重大事件響應(yīng)時(shí)間:是指當(dāng)鐵路系統(tǒng)發(fā)生重大事件時(shí)關(guān)鍵應(yīng)急處置資源的到位時(shí)間，鐵路智能化程度越高，其重大事件響應(yīng)時(shí)間越短.

11)安全預(yù)警能力:是指鐵路系統(tǒng)對(duì)自身安全態(tài)勢(shì)判別的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，鐵路智能化程度越高，安全預(yù)警能力越高.

12)噸公里能耗:是指平均完成換算周轉(zhuǎn)量所耗費(fèi)的能源總量，鐵路智能化程度越高，噸公里能耗越低.

13)新能源滲透率:是指在鐵路系統(tǒng)中運(yùn)用清潔環(huán)保新能源的比例，鐵路智能化程度越高，新能源滲透率越高.

隨著智能鐵路系統(tǒng)的發(fā)展，智能鐵路2.0階段的各項(xiàng)指標(biāo)都比1.0階段的指標(biāo)有質(zhì)的提升，并且在人工智能等新興技術(shù)能力倍增的情況下，其智能化發(fā)展速度愈來(lái)愈快，從而使鐵路系統(tǒng)的功能和服務(wù)發(fā)生顛覆性的變化.

5 智能鐵路2.0發(fā)展路線

智能鐵路的發(fā)展模式是在新興技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下不斷跨越式地發(fā)展達(dá)到新的里程碑，智能鐵路的發(fā)展有3個(gè)里程碑的發(fā)展階段，即數(shù)字鐵路、智能鐵路1.0、智能鐵路2.0,其核心驅(qū)動(dòng)技術(shù)是信息化技術(shù)，在信息處理程度上分別達(dá)到了數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化和自主化的程度，發(fā)展路線如圖7所示.

圖7 智能鐵路發(fā)展路線Fig.7 Development route of intelligent railway

6 智能鐵路應(yīng)用研究

隨著鐵路智能化的發(fā)展，我國(guó)在智能列車(chē)、智能基礎(chǔ)設(shè)施、智能運(yùn)輸組織、智能安全保障和智能客貨服務(wù)等領(lǐng)域都取得了不少進(jìn)展.以下主要介紹筆者所在的團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在智能鐵路相關(guān)應(yīng)用研究領(lǐng)域取得的部分成果與進(jìn)展.

6.1 列車(chē)在途智能安全監(jiān)控預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)

列車(chē)運(yùn)行安全是軌道交通運(yùn)營(yíng)安全的核心和第一要?jiǎng)?wù)，特別是隨著列車(chē)速度的提高、運(yùn)行工況的多變以及服役時(shí)間的增加，列車(chē)健康服役狀態(tài)呈現(xiàn)快速、非線性及隨機(jī)不確定性復(fù)雜變化的特點(diǎn)，迫切需要利用傳感網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能的理論方法,解決其服役狀態(tài)高靈敏實(shí)時(shí)檢測(cè)與精確診斷預(yù)警的技術(shù)難題.

課題組提出了基于納米摩擦發(fā)電原理的振動(dòng)加速度高精度測(cè)量分析模型方法，可實(shí)現(xiàn)3 500 mV/g的測(cè)量精度，比傳統(tǒng)壓電傳感器的靈敏度提高10倍以上，為研制列車(chē)高靈敏復(fù)合傳感器提供了理論支撐[17]；提出了基于多尺度信號(hào)處理與機(jī)器學(xué)習(xí)方法融合的早期故障診斷模型，可有效處理包含沖擊噪聲在內(nèi)的非高斯噪聲干擾，診斷準(zhǔn)確率在高信噪比-16 dB條件下仍能達(dá)到92%以上，比傳統(tǒng)方法提高近20%[18]；構(gòu)建了基于模糊安全域分析的列車(chē)安全大數(shù)據(jù)分析挖掘方法，實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的列車(chē)安全狀態(tài)自動(dòng)提取劃分，并在此基礎(chǔ)上建立了基于馬爾可夫的關(guān)鍵部件壽命預(yù)測(cè)分析方法，實(shí)現(xiàn)了列車(chē)實(shí)時(shí)高精度的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)警.基于以上方法,研制出列車(chē)在途安全監(jiān)控預(yù)警成套設(shè)備,并應(yīng)用到我國(guó)CRH380和城軌列車(chē)上，取得了較好的應(yīng)用效果.

6.2 復(fù)雜路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與智能調(diào)度技術(shù)

我國(guó)高速鐵路線網(wǎng)規(guī)模目前已位居世界第一位，高速列車(chē)群具有規(guī)模大、速度快、密度大、交路長(zhǎng)以及跨越多個(gè)不同氣候帶和地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，易受各種干擾因素和突發(fā)事件的影響,造成嚴(yán)重晚點(diǎn)和大面積行車(chē)秩序紊亂，高效調(diào)度指揮難度大，迫切需要利用人工智能、最優(yōu)化方法對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)突發(fā)事件下的大規(guī)模高速列車(chē)群調(diào)度指揮進(jìn)行智能決策處理.

課題組提出了基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和不確定性群決策的路網(wǎng)復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)分析模型，可準(zhǔn)確判別分析軌道交通路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)，比經(jīng)典的VIKOR方法排序精確度提高20%以上[19]；研究提出了基于Switching Max-PlusSystem (SMPS)方法的突發(fā)事件路網(wǎng)影響與晚點(diǎn)預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了高速列車(chē)運(yùn)行潛在沖突的精確預(yù)測(cè)[20]；提出了基于沖突風(fēng)險(xiǎn)和晚點(diǎn)分析的高速列車(chē)群多目標(biāo)混合智能調(diào)度優(yōu)化方法，其計(jì)算效率比傳統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化算法提高了30%，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)應(yīng)用提供了理論支撐.以上方法與我國(guó)新一代高鐵智能調(diào)度指揮系統(tǒng)和城軌路網(wǎng)應(yīng)急指揮管理系統(tǒng)進(jìn)行了密切結(jié)合，取得了較好的應(yīng)用效果.

6.3 列車(chē)運(yùn)行環(huán)境智能安全感知技術(shù)

隨著列車(chē)速度的提高，運(yùn)行線路及周邊環(huán)境對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全的影響愈加密切，傳統(tǒng)的軌檢車(chē)及人工巡線檢測(cè)方式已無(wú)法滿足全方位的運(yùn)行環(huán)境智能安全感知問(wèn)題.課題組通過(guò)研究,提出了基于無(wú)人機(jī)視覺(jué)檢測(cè)的鐵路基礎(chǔ)設(shè)施病害智能提取辨識(shí)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)鋼軌表面缺陷、扣件缺失/損壞、軌枕裂紋以及橋梁鋼架結(jié)構(gòu)損失/損壞等的智能檢測(cè)，準(zhǔn)確率達(dá)到了90%以上[21]，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)沿線地形地貌異常變化、違章建筑等潛在風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確識(shí)別；建立了基于沿線綜合視頻的鐵路周界視頻監(jiān)控大數(shù)據(jù)庫(kù)，并提出了基于深度卷積網(wǎng)絡(luò)的鐵路沿線視頻增強(qiáng)與目標(biāo)檢測(cè)方法，在圖像去霧以及線路入侵行為檢測(cè)方面取得了較好的效果.在以上多源視頻數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)上，形成了全新的鐵路空地一體化視頻智能安全感知技術(shù)框架體系.

7 結(jié)論

智能鐵路是鐵路系統(tǒng)發(fā)展的未來(lái)，本研究面向智能鐵路發(fā)展的過(guò)程,首次提出了智能鐵路2.0定義及其技術(shù)體系框架，并對(duì)其關(guān)鍵核心技術(shù)、評(píng)價(jià)指標(biāo)和發(fā)展路線進(jìn)行了闡述，最后介紹了智能鐵路的部分典型應(yīng)用研究進(jìn)展.本研究將有助于該領(lǐng)域?qū)χ悄荑F路的內(nèi)涵、構(gòu)成和發(fā)展方向形成統(tǒng)一的理解，在此基礎(chǔ)上不斷深入地探究相關(guān)的基礎(chǔ)理論、核心算法、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)，為最終智能鐵路2.0的實(shí)現(xiàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).