高速鐵路智能化調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用策略

王宇陽

（中國(guó)鐵路南昌局集團(tuán)有限公司，江西南昌 330002）

0 引言

當(dāng)前，隨著我國(guó)民眾出行需求的增加和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，高速鐵路調(diào)度和管理面臨全新的挑戰(zhàn)，智能化調(diào)度是推動(dòng)鐵路交通系統(tǒng)現(xiàn)代化建設(shè)的重要任務(wù)，也逐漸成為行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。得益于人工智能技術(shù)、列車運(yùn)行預(yù)測(cè)技術(shù)，高速鐵路智能化調(diào)度效率不斷提高，不僅為民眾出行創(chuàng)造了巨大便利，在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)、健康發(fā)展方面也起到了重要作用?；诖?，有必要對(duì)高速鐵路智能化調(diào)度進(jìn)行進(jìn)一步研究，進(jìn)而為鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的未來發(fā)展提供支持。

1 我國(guó)高速鐵路調(diào)度管理發(fā)展概況與特點(diǎn)

我國(guó)在高速鐵路起步階段，主要建設(shè)了京滬、京廣、京哈等高鐵干線，該時(shí)期的調(diào)度管理主要依賴傳統(tǒng)的人工調(diào)度和基礎(chǔ)設(shè)施控制，缺乏現(xiàn)代化的智能調(diào)度系統(tǒng)，由于運(yùn)輸任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單，調(diào)度的主要目標(biāo)是確保高鐵線路正常運(yùn)行、列車按時(shí)刻表運(yùn)行。在高速鐵路初步建設(shè)階段，高鐵網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步擴(kuò)大，運(yùn)輸密度增加，對(duì)調(diào)度管理提出了更高的要求。為應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，開始引入先進(jìn)的調(diào)度技術(shù)，部分高速鐵路段實(shí)現(xiàn)了電子化調(diào)度和自動(dòng)化控制，系統(tǒng)逐步向智能、自動(dòng)化方向邁進(jìn)。進(jìn)入全面發(fā)展階段后，我國(guó)高速鐵路調(diào)度管理迎來了更大的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。隨著高鐵網(wǎng)絡(luò)的日益完善和復(fù)雜化，調(diào)度系統(tǒng)逐步升級(jí)，引入了更多智能化、信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高速鐵路調(diào)度管理的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變，系統(tǒng)開始側(cè)重向集成化、智能化方向發(fā)展。

當(dāng)前，我國(guó)高速鐵路調(diào)度管理的特點(diǎn)之一是系統(tǒng)集成與整體優(yōu)化，通過對(duì)調(diào)度系統(tǒng)各個(gè)模塊的優(yōu)化和整合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)調(diào)度系統(tǒng)的協(xié)同工作，提高運(yùn)輸系統(tǒng)的整體效能。智能化調(diào)度系統(tǒng)引入后，人機(jī)協(xié)同調(diào)度仍是重要的管理特點(diǎn)。調(diào)度員通過與智能系統(tǒng)協(xié)同工作，共同完成列車運(yùn)行計(jì)劃的制訂和調(diào)整，確保調(diào)度決策的合理性。此外，系統(tǒng)具備動(dòng)態(tài)調(diào)度能力，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)輸情況靈活調(diào)整列車運(yùn)行計(jì)劃，有效應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，保障運(yùn)輸系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 發(fā)展高速鐵路智能化調(diào)度的意義

2.1 提高運(yùn)輸效率

第一，高速鐵路智能化調(diào)度通過對(duì)列車運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，能夠更為準(zhǔn)確地制訂列車運(yùn)行計(jì)劃，提高列車的準(zhǔn)時(shí)性和可靠性，能夠更好地滿足旅客出行需求、提升客戶滿意度。

第二，智能化調(diào)度系統(tǒng)可幫助調(diào)度管理人員精確掌握列車運(yùn)行情況，從而優(yōu)化列車運(yùn)行速度和頻次，大幅提高鐵路運(yùn)輸能力，更好地滿足公眾對(duì)高速鐵路的需求。

第三，智能化調(diào)度系統(tǒng)可以在實(shí)時(shí)運(yùn)輸過程中根據(jù)交通流量、運(yùn)行情況等因素靈活調(diào)整相關(guān)參數(shù)，降低鐵路擁堵風(fēng)險(xiǎn)，有效疏解城市交通壓力，提升城市交通整體運(yùn)行效率。

2.2 優(yōu)化資源配置

第一，智能化調(diào)度系統(tǒng)可借助傳感器等多種設(shè)備對(duì)列車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，更為科學(xué)地進(jìn)行線路資源的分配和調(diào)度，更大限度地提高鐵路線路利用率，避免資源浪費(fèi)問題。

第二，智能化調(diào)度系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)列車和設(shè)備的合理分配和調(diào)度，避免某一線路擁堵、其他線路資源閑置，提高車輛和設(shè)備的利用效率，減少系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)[1]。

第三，智能化調(diào)度系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)的交通流量、天氣等因素進(jìn)行智能調(diào)整，使資源配置更加靈活，應(yīng)對(duì)交通突發(fā)狀況時(shí)可實(shí)現(xiàn)資源及時(shí)調(diào)配，保證運(yùn)輸服務(wù)的高效性。

第四，智能化調(diào)度系統(tǒng)有助于實(shí)現(xiàn)不同線路、不同車站之間的協(xié)同發(fā)展，通過信息共享和系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)，使整個(gè)鐵路系統(tǒng)形成更加緊密的網(wǎng)絡(luò)。

2.3 保障安全運(yùn)行

第一，智能化調(diào)度系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)列車運(yùn)行狀態(tài)、軌道狀況及設(shè)備狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)分析提前發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)和隱患，自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急處理程序，通過智能監(jiān)測(cè)、智能預(yù)警，提供詳細(xì)的事故信息和應(yīng)急處理建議，協(xié)助調(diào)度員迅速作出正確決策，保證列車運(yùn)行的安全性。

第二，智能化調(diào)度系統(tǒng)生成的大量數(shù)據(jù)有助于開展安全管理數(shù)據(jù)分析，通過對(duì)事故、運(yùn)行等相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，可為安全管理提供科學(xué)依據(jù)，推動(dòng)安全管理水平的不斷提升。

2.4 提升服務(wù)水平

第一，智能化調(diào)度系統(tǒng)能夠精確掌握列車運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)不同旅客群體的特點(diǎn)，提供更加貼合需求的列車運(yùn)行服務(wù)，可更好地滿足旅客的個(gè)性化出行需求。

第二，借助智能化調(diào)度系統(tǒng)，旅客能夠享受到更加便捷、舒適的高速鐵路服務(wù)，有助于提高客戶滿意度。

第三，智能化調(diào)度系統(tǒng)的信息透明度較高，有助于提高服務(wù)公平性，旅客可通過系統(tǒng)實(shí)時(shí)了解列車運(yùn)行狀態(tài)、車票信息等，避免信息不對(duì)稱。

3 高速鐵路智能化調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)

3.1 列車運(yùn)行預(yù)測(cè)技術(shù)

第一，實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集是列車運(yùn)行預(yù)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的傳感器、監(jiān)控設(shè)備等，可實(shí)時(shí)獲取列車運(yùn)行狀態(tài)、位置、速度等數(shù)據(jù)，進(jìn)而準(zhǔn)確反映列車的實(shí)際運(yùn)行情況[2]。

第二，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘與統(tǒng)計(jì)技術(shù)，同時(shí)考慮影響列車運(yùn)行的因素，如天氣、交通流量、設(shè)備狀態(tài)等，構(gòu)建多維度的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模型，可為后續(xù)的相關(guān)預(yù)測(cè)工作提供便利。

第三，借助列車運(yùn)行預(yù)測(cè)技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)列車的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)更新預(yù)測(cè)模型。通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋，對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以應(yīng)對(duì)不斷變化的運(yùn)行環(huán)境，提高預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度，將預(yù)測(cè)結(jié)果以可視化的方式呈現(xiàn)給調(diào)度員，能夠使其直觀了解列車的預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間、行進(jìn)路線等信息。此外，建立智能報(bào)警機(jī)制，及時(shí)通知調(diào)度員可能發(fā)生的異常情況，提高調(diào)度員對(duì)列車運(yùn)行狀態(tài)的敏感度。

3.2 現(xiàn)代信息通信技術(shù)

第一，利用高速網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建高效的信息通信平臺(tái)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、提升帶寬速度，能夠保證大量實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、調(diào)度指令等信息的快速傳輸，實(shí)現(xiàn)信息通信的實(shí)時(shí)性。

第二，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入列車運(yùn)行系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)列車與設(shè)備的互聯(lián)互通，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)列車各個(gè)部件的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

第三，建立高效通信協(xié)議，可確保信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性。制訂規(guī)范的通信協(xié)議，能夠降低通信延遲，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，確保調(diào)度指令及時(shí)到達(dá)。

第四，在信息通信中采用先進(jìn)的信息加密技術(shù)，能夠確保列車運(yùn)行數(shù)據(jù)和調(diào)度指令的機(jī)密性，同時(shí)借助安全隧道等手段，可防范信息泄露和網(wǎng)絡(luò)攻擊，保證通信系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 人工智能技術(shù)

第一，引入機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，可提高列車運(yùn)行預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，通過對(duì)大量歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠識(shí)別潛在的運(yùn)行規(guī)律，進(jìn)而優(yōu)化預(yù)測(cè)模型，更好地適應(yīng)復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境[3]。

第二，在安全監(jiān)控與應(yīng)急處理中，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行圖像識(shí)別，能使智能監(jiān)控?cái)z像頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軌道狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行情況等，自動(dòng)識(shí)別異常情況，為應(yīng)急處理提供有力支持。

第三，采用自然語言處理技術(shù)，優(yōu)化調(diào)度指令的解析與理解，將自然語言指令轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的指令，能夠提高調(diào)度指令的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，降低人為解析的出錯(cuò)率。

第四，構(gòu)建智能決策支持系統(tǒng)，為調(diào)度員提供更智能的決策支持。借助集成多源數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)模型和智能算法，系統(tǒng)能夠自動(dòng)分析當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，提供調(diào)度優(yōu)化建議，減輕調(diào)度員的工作壓力。

3.4 智能化調(diào)度算法

第一，動(dòng)態(tài)調(diào)度算法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行計(jì)劃的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，靈活應(yīng)對(duì)交通流量波動(dòng)、設(shè)備故障等突發(fā)情況，保障列車運(yùn)行的高效性。

第二，采用多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度算法，平衡列車的準(zhǔn)時(shí)性、能耗、設(shè)備磨損等目標(biāo)，考慮不同目標(biāo)之間的權(quán)衡關(guān)系，優(yōu)化列車運(yùn)行計(jì)劃，可提高整體運(yùn)輸效能。

第三，推動(dòng)協(xié)同調(diào)度算法的應(yīng)用，利用協(xié)同調(diào)度實(shí)現(xiàn)列車之間的相互配合，可實(shí)現(xiàn)多列車、多線路之間的協(xié)同運(yùn)行，提高整個(gè)高速鐵路系統(tǒng)的運(yùn)行效率和資源利用率。

第四，借助智能學(xué)習(xí)技術(shù)，能提高調(diào)度算法的自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力，通過不斷學(xué)習(xí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、調(diào)度經(jīng)驗(yàn)，調(diào)度算法能夠逐漸優(yōu)化自身決策策略，以更好地適應(yīng)不同運(yùn)行場(chǎng)景，提高列車運(yùn)行質(zhì)量。

3.5 安全監(jiān)控與應(yīng)急處理技術(shù)

第一，相關(guān)部門需建立專業(yè)的智能監(jiān)控系統(tǒng)，利用傳感器、攝像頭等設(shè)備對(duì)列車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)控系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)軌道、設(shè)備等異常情況，為安全調(diào)度提供及時(shí)有效的信息支持。

第二，構(gòu)建智能化應(yīng)急處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件的自動(dòng)響應(yīng)，系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)到的異常情況自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急程序，發(fā)出警報(bào)并向調(diào)度員提供詳細(xì)信息，縮短應(yīng)急處理時(shí)間，降低事故風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生率。

第三，建立模擬演練與培訓(xùn)系統(tǒng)，定期進(jìn)行應(yīng)急演練，引導(dǎo)調(diào)度員熟悉應(yīng)急處理流程，提高其應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力。

4 高速鐵路智能化調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用策略

4.1 轉(zhuǎn)變技術(shù)應(yīng)用觀念

第一，鐵路系統(tǒng)需將傳統(tǒng)的調(diào)度管理方式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化、智能化模式，并引入先進(jìn)的信息技術(shù)，如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等。

第二，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)集成和協(xié)同發(fā)展，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同技術(shù)的有機(jī)整合，形成協(xié)同工作系統(tǒng)，這涉及各技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)交叉和協(xié)同合作，要求在技術(shù)應(yīng)用上形成更高層次的整體性。

第三，在智能化調(diào)度技術(shù)應(yīng)用中，鼓勵(lì)開放創(chuàng)新至關(guān)重要，鐵路系統(tǒng)應(yīng)積極與科研機(jī)構(gòu)、高校等合作，借助外部力量推動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新。

第四，注重用戶體驗(yàn)，在推動(dòng)智能化調(diào)度技術(shù)發(fā)展的過程中應(yīng)充分考慮終端用戶的需求，確保系統(tǒng)的易用性和用戶友好性，關(guān)注用戶反饋，提高用戶滿意度。

4.2 推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

第一，智能化調(diào)度依賴于高效穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)，因此需加強(qiáng)對(duì)鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化建設(shè)，引入新一代通信技術(shù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性和可靠性[4]。此外，加強(qiáng)對(duì)通信設(shè)備的維護(hù)和升級(jí)，提高網(wǎng)絡(luò)整體性能。

第二，為了更精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)列車運(yùn)行狀態(tài)和線路情況，需要引入先進(jìn)的傳感技術(shù)，如高精度傳感器、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備等。傳感技術(shù)的應(yīng)用能夠?yàn)橹悄芑{(diào)度提供更為精細(xì)的數(shù)據(jù)支持，有助于實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的調(diào)度決策。

第三，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，智能化監(jiān)控至關(guān)重要，包括軌道監(jiān)測(cè)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、安全視頻監(jiān)控等。優(yōu)化智能化監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鐵路系統(tǒng)運(yùn)行情況，能夠?yàn)檎{(diào)度決策提供更加及時(shí)、準(zhǔn)確的信息。

第四，信息中心是整個(gè)智能化調(diào)度系統(tǒng)的核心，需配備高性能的計(jì)算設(shè)備、先進(jìn)的存儲(chǔ)系統(tǒng)，以有效提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和分析能力。

4.3 優(yōu)化鐵路調(diào)度體系

第一，在智能化調(diào)度體系中，調(diào)度算法是關(guān)鍵，需不斷優(yōu)化調(diào)度算法，借助人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，提高算法的自適應(yīng)性和智能化水平。

第二，為了更好地支持調(diào)度決策，需要推進(jìn)智能決策支持系統(tǒng)的建設(shè)，包括數(shù)據(jù)分析、模型預(yù)測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等方面。

第三，需優(yōu)化智能化調(diào)度體系的應(yīng)急處理機(jī)制，以便發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能夠迅速響應(yīng)，啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急處理程序，確保列車運(yùn)行安全、穩(wěn)定。在應(yīng)急處理機(jī)制的建設(shè)方面需要考慮各種可能發(fā)生的突發(fā)情況，并制訂詳細(xì)的處理流程[5]。

第四，鐵路系統(tǒng)與其他交通方式的協(xié)同調(diào)度是提高整體交通效率的關(guān)鍵。因此，要求智能化調(diào)度體系能夠與道路、航空等交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息共享，通過協(xié)同調(diào)度，優(yōu)化整體交通網(wǎng)絡(luò)，提高服務(wù)水平。

5 結(jié)語

在信息化時(shí)代下，智能化調(diào)度逐漸成為我國(guó)高速鐵路調(diào)度管理的主要趨勢(shì)，相關(guān)行業(yè)需要緊跟行業(yè)和時(shí)代發(fā)展腳步，積極引入人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，通過轉(zhuǎn)變技術(shù)應(yīng)用觀念、推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才、優(yōu)化鐵路調(diào)度體系等策略的綜合應(yīng)用，全面提升鐵路系統(tǒng)智能化水平，實(shí)現(xiàn)鐵路調(diào)度關(guān)系系統(tǒng)的高效、安全、可持續(xù)運(yùn)行。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和鐵路系統(tǒng)的不斷完善，智能化調(diào)度將為鐵路行業(yè)創(chuàng)造更多創(chuàng)新機(jī)會(huì)和發(fā)展機(jī)遇，推動(dòng)高速鐵路行業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)。