數(shù)字環(huán)鐵試驗(yàn)基地的思考與設(shè)計(jì)

盧文龍， 王萬(wàn)齊， 王都， 馮云梅， 林峰

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081；3.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 國(guó)家鐵道試驗(yàn)中心，北京 100015）

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)鐵路正處于關(guān)鍵的戰(zhàn)略機(jī)遇期，基于國(guó)家新基建、大數(shù)據(jù)、5G 通信、人工智能等新一代信息技術(shù)深度融合鐵路運(yùn)輸?shù)谋尘埃枰ㄔO(shè)具有世界領(lǐng)先水平的全要素、全業(yè)務(wù)、全場(chǎng)景綜合數(shù)字型試驗(yàn)基地——數(shù)字環(huán)鐵試驗(yàn)基地（簡(jiǎn)稱數(shù)字環(huán)鐵），用于鐵路行業(yè)探索基于數(shù)字底座的數(shù)字化賦能轉(zhuǎn)型路線。同時(shí)，數(shù)字環(huán)鐵也有助于深化數(shù)字技術(shù)、數(shù)據(jù)資源與鐵路行業(yè)的交匯融合，推動(dòng)智能鐵路不斷發(fā)展突破，驅(qū)動(dòng)鐵路行業(yè)高品質(zhì)發(fā)展［1］。數(shù)字環(huán)鐵將結(jié)合智能京張、智能京雄等重大工程實(shí)踐，基于新型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)背景，利用中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司多年成果積累，開(kāi)展新技術(shù)系統(tǒng)性研究，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套理論、技術(shù)體系、產(chǎn)品體系，用于打造專業(yè)分工、協(xié)同發(fā)展的中國(guó)鐵路軌道交通產(chǎn)業(yè)鏈，不僅為鐵路行業(yè)的科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)示范、檢驗(yàn)檢測(cè)、綜合評(píng)價(jià)等提供系統(tǒng)集成創(chuàng)新環(huán)境，也為中國(guó)軌道交通持續(xù)引領(lǐng)世界提供重要技術(shù)支撐。數(shù)字環(huán)鐵總體建設(shè)愿景示意見(jiàn)圖1。

圖1 數(shù)字環(huán)鐵總體建設(shè)愿景示意圖

1 數(shù)字化建設(shè)現(xiàn)狀

環(huán)鐵試驗(yàn)基地建于1956年，占地面積約181.55萬(wàn)m2（2 723.2 畝），試驗(yàn)線總長(zhǎng)60.1 km，由外環(huán)鐵路環(huán)行試驗(yàn)線、中環(huán)城軌環(huán)行試驗(yàn)線和內(nèi)環(huán)鐵路試車線組成。移動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)涵蓋地鐵、綜合檢測(cè)車、機(jī)車等各類車型，結(jié)合既有線路建立了國(guó)家級(jí)科技創(chuàng)新平臺(tái)和40 個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，已初步構(gòu)建起綜合試驗(yàn)與專項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)合、實(shí)車試驗(yàn)與仿真試驗(yàn)結(jié)合的綜合試驗(yàn)平臺(tái)體系。圍繞環(huán)鐵試驗(yàn)基地的功能布局、技術(shù)應(yīng)用和運(yùn)維管理方式，試驗(yàn)基地可在可控條件下模擬與正常運(yùn)營(yíng)線路相類似的條件（如線路橫、縱斷面狀態(tài)），設(shè)置不同的曲線和坡道，設(shè)計(jì)采用不同材質(zhì)的線路、不同類型的軌道結(jié)構(gòu)等，并在一定網(wǎng)絡(luò)條件下，圍繞環(huán)境監(jiān)測(cè)、車地監(jiān)測(cè)、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)等開(kāi)展相關(guān)監(jiān)測(cè)檢測(cè)，有一定運(yùn)維管理能力，需要進(jìn)一步提供設(shè)施運(yùn)行管理、線路養(yǎng)護(hù)運(yùn)維等相關(guān)服務(wù)［2］。隨著“工業(yè)4.0”“交通強(qiáng)國(guó)”等戰(zhàn)略及新技術(shù)的迭代更新，環(huán)鐵試驗(yàn)基地被賦予了新的職能，將建設(shè)成為集鐵路科技創(chuàng)新中心、文化展示中心、國(guó)際交流中心于一體的數(shù)字環(huán)鐵。

2 需求分析

在信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下，環(huán)鐵試驗(yàn)基地在以下2個(gè)方面還不完全滿足數(shù)字環(huán)鐵需求：

（1）數(shù)據(jù)維度。環(huán)鐵試驗(yàn)基地的基礎(chǔ)設(shè)施與設(shè)備數(shù)據(jù)主要為二維數(shù)據(jù)，未應(yīng)用BIM 模型等三維數(shù)據(jù)，且設(shè)備管理數(shù)據(jù)范圍有限、精細(xì)度不足，缺乏監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息。

（2）功能深入性。環(huán)鐵試驗(yàn)基地的主要管理功能為資產(chǎn)和資料管理，對(duì)于試驗(yàn)管理主要依托試驗(yàn)計(jì)劃管理信息系統(tǒng)進(jìn)行，還應(yīng)增加支撐試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)管理、試驗(yàn)計(jì)劃安排、試驗(yàn)線調(diào)度和環(huán)境數(shù)據(jù)共享等功能。

然而，數(shù)字環(huán)鐵建設(shè)不僅是針對(duì)當(dāng)前環(huán)鐵試驗(yàn)基地的數(shù)字化管理，更應(yīng)探索一套可在全路推廣應(yīng)用的數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑，以支持鐵路建設(shè)、運(yùn)維的全生命周期管理，以及智能化、數(shù)字化創(chuàng)新。因此，建設(shè)數(shù)字環(huán)鐵的需求應(yīng)包含以下幾個(gè)方面：

（1）面向重點(diǎn)試驗(yàn)區(qū)域和過(guò)程，建立完善的數(shù)據(jù)管理體系。由于數(shù)字環(huán)鐵的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)，在數(shù)字環(huán)鐵建設(shè)中，要圍繞試驗(yàn)進(jìn)行服務(wù)和管理，滿足數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)，以及試驗(yàn)、運(yùn)營(yíng)等多源業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成要求，加快完善環(huán)鐵基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理體系。

（2）針對(duì)試驗(yàn)基地核心業(yè)務(wù)，有效地管理試驗(yàn)計(jì)劃、運(yùn)行和資源配置。應(yīng)對(duì)試驗(yàn)計(jì)劃、流程管理、資源開(kāi)展進(jìn)行有效管理，保障環(huán)鐵試驗(yàn)基地的試驗(yàn)項(xiàng)目有序開(kāi)展，最大化發(fā)揮環(huán)鐵試驗(yàn)基地功能優(yōu)勢(shì)。

（3）對(duì)試驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，對(duì)試驗(yàn)運(yùn)行有效調(diào)度。為了保證試驗(yàn)過(guò)程的安全可靠，試驗(yàn)基地既要保證安全運(yùn)營(yíng)，又要滿足安全可控的試驗(yàn)環(huán)境搭建，需要對(duì)氣象情況有效預(yù)報(bào)預(yù)警、對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備狀態(tài)有效監(jiān)控、對(duì)試驗(yàn)車輛狀態(tài)有效管理。

（4）針對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理和深化應(yīng)用。針對(duì)綜合試驗(yàn)產(chǎn)生的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)模式識(shí)別和人工智能進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)規(guī)律、預(yù)測(cè)故障和聯(lián)合分析等。建立采集、歸集、管理等全流程管理體系，全面提升分析和應(yīng)用能力，為技術(shù)升級(jí)、產(chǎn)品能力驗(yàn)證等提供數(shù)據(jù)支撐。

（5）基于新技術(shù)的支撐，可視化展示試驗(yàn)基地，為決策提供支持。結(jié)合環(huán)行試驗(yàn)場(chǎng)地業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、GIS、BIM、5G 等先進(jìn)信息技術(shù)，對(duì)環(huán)行試驗(yàn)場(chǎng)地、試驗(yàn)過(guò)程等相關(guān)信息進(jìn)行管理，支持?jǐn)?shù)字大屏、PC 端、移動(dòng)端等多種終端訪問(wèn)，提升平臺(tái)的便捷性和易用性，作為領(lǐng)導(dǎo)決策的應(yīng)用和數(shù)據(jù)支撐［3］。

（6）提供接口支撐不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景拓展，增強(qiáng)不同專業(yè)、不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的信息關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)高內(nèi)聚、低耦合。如試驗(yàn)管理、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等專業(yè)場(chǎng)景，改善傳統(tǒng)需單獨(dú)選擇系統(tǒng)進(jìn)行展示、分析的系統(tǒng)設(shè)置，提升應(yīng)用系統(tǒng)的完整性。

3 內(nèi)涵框架

數(shù)字環(huán)鐵的內(nèi)涵框架包括基礎(chǔ)、能力和目標(biāo)3個(gè)層面［4］，數(shù)字環(huán)鐵內(nèi)涵框架示意見(jiàn)圖2。

圖2 數(shù)字環(huán)鐵內(nèi)涵框架示意圖

（1）基礎(chǔ)層面。通過(guò)標(biāo)識(shí)、感知和聯(lián)接，收集環(huán)鐵試驗(yàn)基地相關(guān)“人、機(jī)、物、事”等的狀態(tài)信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，匯集至一體化服務(wù)平臺(tái)（簡(jiǎn)稱平臺(tái)），通過(guò)平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)的融合，進(jìn)而支撐數(shù)字環(huán)鐵對(duì)于數(shù)據(jù)的挖掘與應(yīng)用。全域標(biāo)識(shí)、精準(zhǔn)感知和泛在聯(lián)接作為建設(shè)數(shù)字環(huán)鐵試驗(yàn)基地的基礎(chǔ)。

（2）能力層面?；谄脚_(tái)面向全業(yè)務(wù)、全要素、全場(chǎng)景的數(shù)據(jù)服務(wù)能力，結(jié)合業(yè)務(wù)開(kāi)展實(shí)時(shí)分析和決策，支撐環(huán)鐵試驗(yàn)基地智能運(yùn)行，并逐步沉淀知識(shí)，不斷適應(yīng)、優(yōu)化、調(diào)整基地運(yùn)行模式，使試驗(yàn)基地持續(xù)優(yōu)化創(chuàng)新。智能運(yùn)行、持續(xù)優(yōu)化是數(shù)字環(huán)鐵試驗(yàn)基地成為有機(jī)生命體所具備的能力。

（3）目標(biāo)層面?；谥R(shí)沉淀，數(shù)字環(huán)鐵試驗(yàn)基地可提供各項(xiàng)智慧服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)綠色高效、智慧賦能、業(yè)務(wù)增值的目標(biāo)，從而打造交通運(yùn)輸行業(yè)內(nèi)智慧鐵路試驗(yàn)標(biāo)桿。

3.1 組成結(jié)構(gòu)

數(shù)字環(huán)鐵通過(guò)對(duì)試驗(yàn)基地?cái)?shù)據(jù)的全域標(biāo)識(shí)、對(duì)試驗(yàn)狀態(tài)與環(huán)境狀態(tài)的精準(zhǔn)感知、對(duì)試驗(yàn)信息的有序分析、對(duì)模型的可視化表達(dá)，建設(shè)基于先進(jìn)技術(shù)的一體化服務(wù)平臺(tái)及上層應(yīng)用，從而提升試驗(yàn)基地的綜合試驗(yàn)?zāi)芰?，?shí)現(xiàn)環(huán)鐵試驗(yàn)基地的模擬、監(jiān)控、診斷、預(yù)測(cè)和控制，為智能鐵路技術(shù)裝備的試驗(yàn)驗(yàn)證和成果轉(zhuǎn)化搭建環(huán)境，為全面提升高速鐵路智力資源、信息資源配置效率和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)提供參考與支撐［5］。

數(shù)字環(huán)鐵的組成主要包括數(shù)字化感知、智能傳輸、數(shù)字能力和智能應(yīng)用4 部分內(nèi)容，其組成結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖3。

圖3 數(shù)字環(huán)鐵組成結(jié)構(gòu)示意圖

（1）數(shù)字化感知。指應(yīng)用各類傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)成感知邊緣側(cè)網(wǎng)絡(luò)，采集環(huán)鐵試驗(yàn)基地基礎(chǔ)設(shè)施、周邊環(huán)境、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)基地內(nèi)資源與狀態(tài)的可視化。數(shù)字化感知是環(huán)鐵試驗(yàn)基地運(yùn)行狀態(tài)可控、業(yè)務(wù)可管的基礎(chǔ)。

（2）智能傳輸。指采用有線、無(wú)線等多種方式，將數(shù)據(jù)在環(huán)鐵試驗(yàn)基地內(nèi)各信息系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室之間進(jìn)行傳遞。智能傳輸是數(shù)字環(huán)鐵試驗(yàn)基地建設(shè)的前提，也是數(shù)據(jù)匯集、融合應(yīng)用的基礎(chǔ)。通過(guò)智能傳輸體系的建立，打破數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)孤島，打通各實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通與融合應(yīng)用，為數(shù)字環(huán)鐵試驗(yàn)基地奠定基礎(chǔ)。

（3）數(shù)字能力。在環(huán)鐵試驗(yàn)基地全業(yè)務(wù)、全場(chǎng)景、全要素?cái)?shù)據(jù)基礎(chǔ)上，建設(shè)用于支撐結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、治理、計(jì)算等過(guò)程的基礎(chǔ)能力，通過(guò)內(nèi)置不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略、數(shù)據(jù)治理策略、數(shù)據(jù)挖掘算法、智能計(jì)算等，支撐各項(xiàng)智能應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)處理能力，保證數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確率與效率。

（4）智能應(yīng)用。從項(xiàng)目管理、運(yùn)維管理、調(diào)度指揮、分析決策、安全監(jiān)控、科研創(chuàng)新等方面建設(shè)數(shù)字環(huán)鐵智能應(yīng)用，基于上述數(shù)字能力描述中所收集的用于數(shù)據(jù)治理的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，研發(fā)智能算法，并針對(duì)試驗(yàn)基地各專業(yè)、各實(shí)驗(yàn)室定制不同的智能應(yīng)用，全面提升環(huán)鐵試驗(yàn)基地智能化水平。

3.2 核心能力

從內(nèi)涵、特征和總體架構(gòu)分析，數(shù)字環(huán)鐵應(yīng)具備8項(xiàng)核心能力（見(jiàn)圖4）。首先，物聯(lián)感知模塊通過(guò)采集環(huán)鐵的“脈搏”數(shù)據(jù)，反映基地內(nèi)外部運(yùn)行狀態(tài)；通過(guò)數(shù)字可視呈現(xiàn)模塊構(gòu)建環(huán)鐵語(yǔ)義信息模型，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)與數(shù)字世界的精準(zhǔn)映射；數(shù)據(jù)一體化集成模塊可匯聚數(shù)據(jù)資源、建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)，促進(jìn)數(shù)據(jù)資源高效開(kāi)發(fā)利用；通過(guò)模擬仿真推演模塊構(gòu)建試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析算法模型，前置推演運(yùn)行效果；結(jié)合虛實(shí)融合互動(dòng)模塊，從數(shù)字空間觀看實(shí)體空間情況和控制實(shí)體空間設(shè)施，通過(guò)實(shí)體空間設(shè)備隨時(shí)進(jìn)入數(shù)字環(huán)鐵空間；最后，基于上述成果，通過(guò)科創(chuàng)擴(kuò)展模塊發(fā)揮一體化平臺(tái)屬性，支撐能力擴(kuò)展和應(yīng)用持續(xù)創(chuàng)新［6］。

圖4 數(shù)字環(huán)鐵核心能力示意圖

3.3 總體架構(gòu)

數(shù)字環(huán)鐵是在智能鐵路總體架構(gòu)布局基礎(chǔ)上，由新型基礎(chǔ)設(shè)施、智能運(yùn)行中樞、智慧應(yīng)用體系等三大橫向?qū)?，以及城市安全防線和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范兩大縱向?qū)訕?gòu)成。數(shù)字環(huán)鐵總體架構(gòu)示意見(jiàn)圖5。由圖可知，數(shù)字環(huán)鐵總體架構(gòu)自下向上分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。

圖5 數(shù)字環(huán)鐵總體架構(gòu)示意圖

（1）感知層。各類前端感知設(shè)備，主要包括室內(nèi)外試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集傳感器、災(zāi)害及異物監(jiān)測(cè)傳感器、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)傳感器等設(shè)備。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。主要包括5G 公網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、光傳輸、藍(lán)牙、NFC等支撐數(shù)據(jù)傳輸?shù)南冗M(jìn)技術(shù)。

（3）平臺(tái)層。主要提供大數(shù)據(jù)、智能計(jì)算、BIM、地理信息和北斗等服務(wù)。

（4）應(yīng)用層。通過(guò)分期建設(shè)完成，一期建設(shè)包括綜合展示、綜合試驗(yàn)、綜合監(jiān)測(cè)、資產(chǎn)管理等；二期建設(shè)主要基于平臺(tái)的數(shù)字應(yīng)用內(nèi)容，接入包括數(shù)字工務(wù)、數(shù)字標(biāo)定庫(kù)、數(shù)字北斗檢測(cè)認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室、數(shù)字5G實(shí)驗(yàn)室、輪軌數(shù)字實(shí)驗(yàn)室等。

4 一體化服務(wù)平臺(tái)

平臺(tái)可提供數(shù)據(jù)服務(wù)及應(yīng)用支撐，保障各應(yīng)用場(chǎng)景的功能實(shí)現(xiàn)，具備可視化展示及對(duì)外信息發(fā)布功能，支撐不同應(yīng)用場(chǎng)景產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資產(chǎn)的統(tǒng)一存儲(chǔ)、維護(hù)。平臺(tái)在大數(shù)據(jù)、智能計(jì)算、北斗時(shí)空信息和地理地質(zhì)服務(wù)等技術(shù)基礎(chǔ)上，增加了環(huán)鐵信息模型，使其不僅具備時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)功能，而且成為數(shù)字空間刻畫(huà)環(huán)鐵細(xì)節(jié)、呈現(xiàn)環(huán)鐵體征、推演未來(lái)趨勢(shì)的綜合信息載體。同時(shí)，平臺(tái)賦能于業(yè)務(wù)應(yīng)用，促進(jìn)各應(yīng)用功能、數(shù)據(jù)量和實(shí)時(shí)性的增強(qiáng)［7］。

平臺(tái)可支撐全要素、全業(yè)務(wù)、全場(chǎng)景數(shù)據(jù)的匯聚，主要由大數(shù)據(jù)服務(wù)、智能計(jì)算服務(wù)、BIM服務(wù)、地理信息服務(wù)和北斗高精度服務(wù)等組成，為數(shù)字環(huán)鐵提供基礎(chǔ)平臺(tái)服務(wù)、全域數(shù)據(jù)服務(wù)，以及業(yè)務(wù)系統(tǒng)所需的大數(shù)據(jù)、人工智能、BIM、GIS、北斗定位等服務(wù)。平臺(tái)功能架構(gòu)示意見(jiàn)圖6。

圖6 平臺(tái)功能架構(gòu)示意圖

4.1 大數(shù)據(jù)服務(wù)

主要提供數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)資產(chǎn)等功能，利用平臺(tái)封裝接口形成分布式數(shù)據(jù)整合模式，支持從數(shù)據(jù)源到平臺(tái)存儲(chǔ)的配置開(kāi)發(fā)、過(guò)程監(jiān)控，開(kāi)展數(shù)據(jù)治理保障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可用，構(gòu)建數(shù)字環(huán)鐵數(shù)據(jù)資源的全景視圖；實(shí)現(xiàn)環(huán)鐵試驗(yàn)基地試驗(yàn)業(yè)務(wù)、試驗(yàn)環(huán)境、運(yùn)維管理、安全保障等相關(guān)數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析、統(tǒng)一認(rèn)證授權(quán)等功能。

4.2 智能計(jì)算服務(wù)

根據(jù)數(shù)字環(huán)鐵的實(shí)際需求，通過(guò)整合多種解決方案，打造全棧式人工智能服務(wù)平臺(tái)，讓持續(xù)高效的人工智能服務(wù)深入試驗(yàn)基地的運(yùn)行和管理。智能計(jì)算服務(wù)包括圖像視頻智能分析、自然語(yǔ)言理解、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)挖掘，主要提供高級(jí)統(tǒng)計(jì)算法、關(guān)聯(lián)建模、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理、圖像視頻分析等前沿算法，將數(shù)據(jù)挖掘模塊各功能組件在操作空間中自由搭配，根據(jù)業(yè)務(wù)需求形成具體的智能挖掘?qū)嵗?，為環(huán)鐵試驗(yàn)基地基礎(chǔ)設(shè)施及業(yè)務(wù)系統(tǒng)的全面綜合管理提供精確指導(dǎo)。

4.3 BIM服務(wù)

主要支撐環(huán)鐵試驗(yàn)基地管理過(guò)程中的BIM 模型應(yīng)用，保障BIM 模型的建立、分析、交付、管理等工作的開(kāi)展。提供模型輕量化、BIM 圖形引擎等基礎(chǔ)服務(wù)，同時(shí)融合BIM 模型、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、周邊環(huán)境等數(shù)據(jù)，利用智能計(jì)算服務(wù)提供方案輔助試驗(yàn)管理、試驗(yàn)?zāi)M、資產(chǎn)運(yùn)維等服務(wù)。利用能力開(kāi)放模塊提供虛實(shí)映射接口、數(shù)據(jù)接口、模型接口和計(jì)算接口，不斷拓展業(yè)務(wù)連接范疇，構(gòu)建一體化的數(shù)字環(huán)鐵業(yè)務(wù)生態(tài)圈［8］。

4.4 地理信息服務(wù)

按照統(tǒng)一基準(zhǔn)、統(tǒng)一規(guī)范、統(tǒng)一編碼、統(tǒng)一建設(shè)的要求，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，保證數(shù)據(jù)的有效性；同時(shí)，結(jié)合環(huán)鐵各業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)和用戶對(duì)鐵路空間信息數(shù)據(jù)和服務(wù)的實(shí)際需求，系統(tǒng)對(duì)外發(fā)布環(huán)鐵試驗(yàn)基地統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的空間信息數(shù)據(jù)和服務(wù)，覆蓋從數(shù)據(jù)匯集、處理、制作、管理、分析的全流程?；诮y(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)的地理信息數(shù)據(jù)，提供以地理空間分析及人工智能理論結(jié)合為基礎(chǔ)的智能空間分析服務(wù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)鐵試驗(yàn)基地的虛擬世界及相關(guān)信息與物理世界進(jìn)行疊加與實(shí)時(shí)交互映射，使“人-車-物-環(huán)境”要素共融、虛實(shí)互映，為模擬、監(jiān)控、診斷、預(yù)測(cè)提供智能地理信息基礎(chǔ)。

4.5 北斗高精度服務(wù)

依托中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司鐵路北斗應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，面向環(huán)鐵業(yè)務(wù)應(yīng)用建設(shè)北斗應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)。針對(duì)各類業(yè)務(wù)應(yīng)用，提供高精度位置服務(wù)、短報(bào)文通信服務(wù)、授時(shí)服務(wù)和其他定制化服務(wù)等，通過(guò)構(gòu)建環(huán)鐵試驗(yàn)基地標(biāo)準(zhǔn)化的北斗綜合時(shí)空服務(wù)體系，為促進(jìn)數(shù)字環(huán)鐵提供支持。該平臺(tái)也將面向相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)提供定制化的時(shí)空信息服務(wù)支撐。主要功能包括北斗高精度位置服務(wù)網(wǎng)、高精度位置服務(wù)、通信服務(wù)、授時(shí)服務(wù)、在網(wǎng)設(shè)備管理、服務(wù)管理和定制化服務(wù)等。

5 應(yīng)用系統(tǒng)

數(shù)字環(huán)鐵應(yīng)用系統(tǒng)基于試驗(yàn)管理和基地運(yùn)維管理2個(gè)角度進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，涵蓋環(huán)鐵試驗(yàn)基地日常生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)各個(gè)方面，主要包括綜合展示、綜合試驗(yàn)、綜合維修和綜合監(jiān)測(cè)4部分內(nèi)容，該系統(tǒng)總體框架示意見(jiàn)圖7。

圖7 數(shù)字環(huán)鐵應(yīng)用系統(tǒng)總體框架示意圖

（1）綜合展示。主要基于環(huán)鐵試驗(yàn)線、實(shí)驗(yàn)室等的設(shè)計(jì)圖紙、基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備臺(tái)賬、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、DEM 數(shù)據(jù)、DOM 數(shù)據(jù)、全景照片構(gòu)建三維實(shí)體模型和三維地形模型等信息，搭建環(huán)鐵試驗(yàn)基地電子沙盤，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效組合和一體化集成。提供全景瀏覽、數(shù)據(jù)查詢、屬性編輯、模擬仿真、專題數(shù)據(jù)庫(kù)和交互處理等服務(wù)，支撐室內(nèi)和環(huán)上試驗(yàn)管理、資產(chǎn)查詢、列車追蹤和虛擬駕駛等功能應(yīng)用（見(jiàn)圖8）。

圖8 綜合展示界面

（2）綜合試驗(yàn)。從試驗(yàn)管理、試驗(yàn)調(diào)度和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析3 個(gè)方面構(gòu)建：①試驗(yàn)管理。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)計(jì)劃、試驗(yàn)資源的合理安排、調(diào)配，實(shí)現(xiàn)各試驗(yàn)單位之間科學(xué)協(xié)作。②試驗(yàn)調(diào)度。根據(jù)試驗(yàn)開(kāi)展情況，通過(guò)編制運(yùn)輸計(jì)劃，合理配置和利用資源，滿足環(huán)鐵試驗(yàn)基地各項(xiàng)試驗(yàn)需求，實(shí)現(xiàn)基地生產(chǎn)作業(yè)精準(zhǔn)化和調(diào)度指揮智能化。③試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。提供對(duì)各類試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集管理、分析應(yīng)用和共享服務(wù)，具備試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯集管理、試驗(yàn)基礎(chǔ)信息管理、數(shù)據(jù)專項(xiàng)分析等功能，為長(zhǎng)期積累各類試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)、對(duì)歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合對(duì)比分析挖掘、試驗(yàn)項(xiàng)目立項(xiàng)分析等提供支撐。數(shù)字輪軌試驗(yàn)界面見(jiàn)圖9。

圖9 數(shù)字輪軌試驗(yàn)界面

（3）綜合維修。以工務(wù)、電務(wù)、供電設(shè)備資產(chǎn)管理為核心，安全生產(chǎn)為主線，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施維修生產(chǎn)流程進(jìn)行再造，在綜合利用動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)、檢查、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)從檢測(cè)檢查、數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)到質(zhì)量評(píng)價(jià)的生產(chǎn)信息化閉環(huán)管理。涵蓋設(shè)備資產(chǎn)管理、移動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)管理、固定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理、現(xiàn)場(chǎng)檢查管理、數(shù)據(jù)分析管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、物資工機(jī)具管理、綜合統(tǒng)計(jì)分析和智能運(yùn)維可視化等功能。

（4）綜合監(jiān)測(cè)。具有環(huán)境監(jiān)測(cè)與視頻監(jiān)控兩部分功能，環(huán)境監(jiān)測(cè)用以防止因自然災(zāi)害、異物侵限、非法入侵、破壞偷盜基礎(chǔ)設(shè)施等突發(fā)事件造成損失，包括風(fēng)雨、雪深監(jiān)測(cè)、異物侵限監(jiān)測(cè)和周界入侵監(jiān)測(cè)等；視頻監(jiān)控采集試驗(yàn)基地現(xiàn)場(chǎng)視頻，并對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的深入挖掘應(yīng)用，并為綜合試驗(yàn)、綜合維修等其他業(yè)務(wù)應(yīng)用提供在線監(jiān)測(cè)相關(guān)服務(wù)。

6 展望

數(shù)字環(huán)鐵試驗(yàn)基地通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新建設(shè)高質(zhì)量試驗(yàn)環(huán)境，提升環(huán)鐵試驗(yàn)基地整體試驗(yàn)?zāi)芰?、試?yàn)業(yè)務(wù)能力，提供更加高效便捷的協(xié)同能力，打破時(shí)空限制，重新定義試驗(yàn)基地的運(yùn)行方式，提供綠色可持續(xù)的試驗(yàn)環(huán)境，優(yōu)化資源配置，推動(dòng)試驗(yàn)基地持續(xù)優(yōu)化。數(shù)字環(huán)鐵立足環(huán)線整車檢驗(yàn)驗(yàn)證的拓展功能，對(duì)基礎(chǔ)理論和前瞻技術(shù)研發(fā)、科學(xué)調(diào)整技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、完善“走出去”試驗(yàn)體系、成為簽約實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展國(guó)外實(shí)驗(yàn)室互認(rèn)等具有重要意義，將進(jìn)一步發(fā)揮環(huán)鐵試驗(yàn)基地在行業(yè)科技創(chuàng)新支撐中的重要作用。通過(guò)數(shù)字環(huán)鐵一體化服務(wù)平臺(tái)建設(shè)，以及一期、二期應(yīng)用系統(tǒng)的分階段建設(shè)，使環(huán)鐵試驗(yàn)基地平滑、漸進(jìn)式過(guò)渡成為新時(shí)代信息化的試驗(yàn)基地，用于支撐鐵路行業(yè)未來(lái)的新技術(shù)探索和成果轉(zhuǎn)化?；谝惑w化服務(wù)平臺(tái)的可拓展性，未來(lái)將對(duì)“數(shù)字環(huán)鐵試驗(yàn)基地”開(kāi)展進(jìn)一步分析設(shè)計(jì)，借鑒新興技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)國(guó)際先進(jìn)的數(shù)字化試驗(yàn)基地，為智能鐵路技術(shù)裝備的試驗(yàn)驗(yàn)證和成果轉(zhuǎn)化搭建環(huán)境，為全面提升高速鐵路智能資源、信息資源配置效率和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)提供參考與支撐，最終實(shí)現(xiàn)智能鐵路的內(nèi)生發(fā)展動(dòng)力。