宋宗瑩 邊利平 谷牧

1.國家能源投資集團有限責任公司，北京 100011；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081

作為鐵路貨運的發(fā)展方向，重載鐵路運輸因其運能大、效率高、運輸成本低等優(yōu)點，受到世界各國的廣泛重視，成為鐵路發(fā)展的重要趨勢，不僅在鐵路運輸中占有重要地位，而且在推動國民經(jīng)濟發(fā)展中也起到了至關(guān)重要的作用。近年來，世界各國鐵路都面臨著運輸需求增長快速化、運輸服務定制化、運輸安全泛在化等挑戰(zhàn)。在鐵路運輸基礎(chǔ)設(shè)施供應能力相對固定的前提下，通過采用新一代信息技術(shù)大幅提升鐵路運輸組織效率效益、優(yōu)化運輸服務品質(zhì)、提高鐵路運輸安全水平已成為各國鐵路發(fā)展的必由之路，鐵路智能化已經(jīng)成為世界鐵路未來發(fā)展的重要方向。

在此背景下，法國、德國、瑞士、英國、澳大利亞、美國、加拿大、日本、韓國等國家相繼提出了鐵路數(shù)字化與智能化發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃，著重提升運輸組織優(yōu)化、智能裝備運用、設(shè)備設(shè)施運維、綜合安全管理等方面的智能化水平，旨在通過推進新興技術(shù)和鐵路業(yè)務的高效融合，達到優(yōu)化運輸服務質(zhì)量、增強運輸安全水平、提高運輸組織效率、降低運輸成本、提高經(jīng)營效益等目的。

本文基于智慧重載鐵路運輸國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，融合移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代技術(shù)，提出了智慧重載鐵路系統(tǒng)體系框架及發(fā)展戰(zhàn)略，借助對移動裝備、基礎(chǔ)設(shè)施及相關(guān)環(huán)境信息的全面感知，通過運輸組織高效協(xié)同、鐵路基礎(chǔ)設(shè)施和移動裝備全面監(jiān)控、設(shè)備設(shè)施全生命周期管控，實現(xiàn)更加安全可靠、更加經(jīng)濟高效、更加節(jié)能環(huán)保的智慧重載鐵路體系。

1 發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

日本、歐洲與美國等國家與地區(qū)在本世紀初就開展了智慧鐵路運輸?shù)难芯?，如日本CyberRail力求通過強大的信息提供功能，實現(xiàn)鐵路運輸與其他運輸方式的無接縫、無障礙銜接。歐洲的InteGRail（Intelligent Integration of Railway Systems）主要研究歐盟范圍內(nèi)的信息共享和資源一體化使用技術(shù)方案，支撐實現(xiàn)更高效、更高服務水平的鐵路運輸組織體系；美國的Smarter Railroad主要研究利用智能信息的網(wǎng)絡化，以提升鐵路運營效率，節(jié)約成本支出。

縱觀不同國家的數(shù)字化、智能化鐵路發(fā)展戰(zhàn)略，運輸組織、裝備運用、設(shè)備維修及綜合安全管理始終是重要的戰(zhàn)略內(nèi)容。如歐洲Rail Route2050提出無縫銜接旅程服務、列車準時性達95%、運營智能與自動化等內(nèi)容；數(shù)字化法國鐵路提出路網(wǎng)運力自適應、優(yōu)化客戶服務、優(yōu)化資源利用等內(nèi)容；瑞士鐵路實現(xiàn)“歐洲列車控制系統(tǒng)”；澳大利亞鐵路提出列車運行安全風險自動監(jiān)測與控制；德國鐵路4.0提出遠期實現(xiàn)運營過程全自動化等。因此，本文主要從智慧重載鐵路系統(tǒng)包括的四部分主要內(nèi)容，即智能運營、智能裝備運用、基礎(chǔ)設(shè)施智能運維、智能管理四個方面對國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢進行綜述。

1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1）智能運營。日本鐵道技術(shù)綜研所于2000年開始著手研究綜合使用信息和通信技術(shù)的鐵路智能交通系統(tǒng)，提出了面向21世紀的鐵路系統(tǒng)，稱為數(shù)字鐵路。2005—2010年歐盟進行了InteGRail項目研究，旨在保證安全基礎(chǔ)上，以最小的經(jīng)濟代價實現(xiàn)最大化網(wǎng)絡運營能力、最小化旅客和貨物滯留、最可靠的基礎(chǔ)設(shè)施和機車車輛。美國的Smarter Railroad提出利用更全面的互聯(lián)互通、更透徹的感知和度量以及更深入的智能化，實現(xiàn)智能信息的網(wǎng)絡化，進而在整個鐵路系統(tǒng)、企業(yè)內(nèi)部以及合作伙伴之間實現(xiàn)信息的互聯(lián)和共享。德國鐵路與西門子公司、阿爾卡特公司和Vossloh公司等共同研發(fā)鐵路調(diào)度系統(tǒng)，提升智能運營水平。為提升鐵路電子化水平，瑞士聯(lián)邦鐵路公司ATR項目引入西門子調(diào)度集中系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程、自動化列車進路辦理，列車運行狀態(tài)監(jiān)視，列車運行狀態(tài)顯示等功能。

第三，農(nóng)村區(qū)域出現(xiàn)不平衡的矛盾?，F(xiàn)行“新農(nóng)保”多繳多得的方式在市場經(jīng)濟中本無可厚非，但個人賬戶積累制易于出現(xiàn)“保富不保貧”以及擴大覆蓋面難的問題。[7]同時，國家補貼具有不公平性，經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)普遍好于欠發(fā)達地區(qū)，例如北京的養(yǎng)老金每人每月最高可達280元，而最低的地方每月基礎(chǔ)養(yǎng)老金是55元。另外，在現(xiàn)有的財政體系下，經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)資金普遍存在緊缺狀況。因此，國家向農(nóng)村提供的養(yǎng)老資源應充分考慮區(qū)域不平衡問題，做到養(yǎng)老資源供給的實質(zhì)公平。

2）智能裝備運用。法國阿爾斯通公司開發(fā)了集成地面檢測系統(tǒng)HealthHub，通過數(shù)字化的檢測手段實現(xiàn)受電弓、走行部等關(guān)鍵部件自動檢測，從而在整個裝備維護過程中提供更高的效率。德國西門子推出了Railigent平臺，通過基于狀態(tài)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和預測性維護概念，使鐵路運輸更加高效、可靠和安全。西班牙CAF公司采用多傳感器和數(shù)據(jù)融合兩層架構(gòu)，研發(fā)了虛擬連掛系統(tǒng)，并在有軌電車上進行了運行試驗。力拓公司在重載列車的轉(zhuǎn)向架和牽引桿上分別安裝了監(jiān)測振動、縱向力等參數(shù)的裝置，用于列車的安全運行，并在長達1700 km的重載鐵路網(wǎng)上實現(xiàn)了自動化運營。美國鐵路起初采用地面檢測系統(tǒng)對車輛運行狀態(tài)進行性能監(jiān)測，隨著鐵路線路條件惡化及鐵路貨車運用故障增多，逐步發(fā)展了車載智能監(jiān)測系統(tǒng)，并與地面檢測系統(tǒng)共同作用，保證鐵路貨車運行安全。

3）基礎(chǔ)設(shè)施智能運維。日本鐵路檢測包括軌道檢測、鋼軌探傷、隧道檢測、接觸網(wǎng)檢測、通信信號檢測等，主要通過高速綜合檢測列車、鋼軌探傷車、隧道檢查車等進行。近年來，日本也在積極研發(fā)應用安裝在運營列車上的搭載式檢測裝置，在運營條件下對軌道、接觸網(wǎng)進行動態(tài)檢測。德國ICE?S、ARES公司開發(fā)了一系列綜合檢測車和軌道檢測車對線路狀態(tài)進行檢測。法國TGV高速線路使用MOZAN軌檢車動態(tài)檢查線路幾何狀態(tài)，輔助決策維修系統(tǒng)根據(jù)檢查信息對線路技術(shù)狀態(tài)進行分析，保障鐵路線路安全并科學指導線路維修。

4）智能管理。日本鐵路公司開展了設(shè)備檢測及故障維修數(shù)據(jù)綜合分析，利用設(shè)備技術(shù)狀態(tài)信息，通過分析設(shè)備報警和故障數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運輸設(shè)備的智能管理及維修。德國鐵路部門在高速鐵路安裝了防災安全監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)測固定設(shè)施、移動設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)，并監(jiān)控外部環(huán)境對行車安全的影響，對危及行車安全的情況及時進行報警。

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

智能大腦平臺是智慧重載鐵路的基礎(chǔ)平臺、賦能各項智能化應用的服務平臺，由數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)資產(chǎn)、主數(shù)據(jù)管理、人工智能分析等部分組成。通過匯集重載鐵路運輸生產(chǎn)全鏈條業(yè)務數(shù)據(jù)，形成大數(shù)據(jù)資源湖，融合大數(shù)據(jù)分析挖掘、人工智能分析、時空一體化分析、智能決策及大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，為重載鐵路智能化應用提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務、地理信息服務、智能分析服務，推動鐵路數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值挖掘，全面支撐智慧重載鐵路建設(shè)。

如果早期魏晉南北朝佛教雕塑突出宗教性，則后期明顯展示出人文性特點，這就是從佛教之神到融合人本身的部分變化。因此這個時期的雕塑意象是極為豐富多彩的，不僅有高大宏偉的本尊佛像，還有很多的生動活潑、新穎優(yōu)美的作品，如云岡石窟的供養(yǎng)天雕像多為青年女性，秀麗而挺健，喜悅而不柔媚，恭謹而不失尊嚴；麥積山雕像不少帶有內(nèi)心微笑，面色平和，身軀前傾，不再是高高在上的神靈形象，卻體現(xiàn)出對人的關(guān)懷和親切；麥積山123石窟男女侍童更接近了現(xiàn)實生活中一對天真可愛的孩子，等等。

2）智能裝備運用。目前國內(nèi)關(guān)于智能裝備運用的研究主要集中在以下三個方面：①車上設(shè)備的智能化檢測，通過在設(shè)備上增加傳感器，對設(shè)備的運用狀態(tài)進行實時監(jiān)控，如需檢修，系統(tǒng)將自動把檢修信息發(fā)送回地面大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺。某些部件還具備壽命預測功能，可以讓檢修基地更好地規(guī)劃檢修資源。②安全性實時檢測，即對機車的運行狀態(tài)實施監(jiān)控，有安全隱患及時報警，典型的安全檢測功能如轉(zhuǎn)向架軸箱振動檢測。這些數(shù)據(jù)集成到車上的主機中進行管理和數(shù)據(jù)分析。③軌旁設(shè)備探測，可以通過軌旁布置的多種探測設(shè)備，在機車車輛通過時即時檢測某些參數(shù)，比如有無部件缺失，軸溫等。目前上述研究均處于起步階段，并且這些研究還處于比較分散的狀態(tài)，研究的深度和廣度還不夠，需要進一步加大力度，并系統(tǒng)地整合在一起，形成完整的數(shù)據(jù)鏈條，才能給機車的安全運行、智能維護檢修提供強有力的支撐。

3）基礎(chǔ)設(shè)施智能運維。我國鐵路基礎(chǔ)設(shè)施維護管理實行“國鐵集團—鐵路局—站段”三級管理。設(shè)施養(yǎng)護維修管理模式主要有三種：①普速鐵路中典型的分專業(yè)維修模式；②“生產(chǎn)生活一體化”綜合維修模式；③“三位一體”綜合維修管理模式。后兩種模式通過統(tǒng)一組織架構(gòu)、統(tǒng)一天窗安排、統(tǒng)一生產(chǎn)計劃、統(tǒng)一作業(yè)組織、統(tǒng)一防護體系、統(tǒng)一應急處置等手段，集中組織對鐵路線橋隧、信號、供電基礎(chǔ)設(shè)施進行養(yǎng)護和維修，達到簡化組織機構(gòu)、有效利用生產(chǎn)資源、提升勞動效率的積極效果。

4）智能管理。在重載鐵路智能管理研究方面，國鐵集團已初步建立安監(jiān)、調(diào)度、客運、貨運、機輛、工務、電務、供電、綜合等各個領(lǐng)域的安全業(yè)務系統(tǒng)，初步形成了覆蓋“國鐵集團—鐵路局—站段”全專業(yè)的安全保障體系。

1.3 重載鐵路智能運輸發(fā)展需求

國家能源集團重載鐵路是我國西煤東運第二大通道，承擔著保障國家能源供應的重要責任。國家能源集團在重載鐵路關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和重大工程示范方面取得了一定的成果，但是其重載鐵路智能化發(fā)展水平有待大幅提升，特別是如何發(fā)揮技術(shù)紅利，打造智慧安全高效重載鐵路。主要存在以下三個方面問題：①運輸設(shè)備長期高負荷運行，存在安全風險，特別是隨著運量增加和規(guī)?；_行長編組重載列車，設(shè)備設(shè)施維護壓力急劇上升；②運輸計劃編制、綜合調(diào)度智能化水平不高，運輸效率有待提高，現(xiàn)階段運輸組織、計劃編制以人工為主，作業(yè)難度與強度較大、多工種協(xié)同調(diào)度不暢、信息對業(yè)務支撐不足等；③安全領(lǐng)域業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享難，安全信息利用有待加強，不同業(yè)務系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一、接口不一致，數(shù)據(jù)無法融合共用，安全數(shù)據(jù)使用效率低，難以實現(xiàn)安全綜合風險預警。基于運輸裝備運營實際和智能化發(fā)展需求，國家能源集團鐵路亟需建設(shè)智慧重載鐵路，填補智能運輸組織、智能調(diào)度指揮、智能車站方面空白，發(fā)展重載列車智能駕駛、智能貨車、智能牽引供電等技術(shù)，進一步增強設(shè)備設(shè)施運維智能化，提升智能化管理水平，最終實現(xiàn)在運營、裝備、運維、管理等方面的全面智能化。

2 智慧重載鐵路系統(tǒng)定義及特征

2.1 智慧重載鐵路系統(tǒng)定義

4）按需配置。基于系統(tǒng)信息共享機制，智慧重載鐵路系統(tǒng)應完成系統(tǒng)內(nèi)外的實時需求分析，并按需動態(tài)配置各種資源，以達到高效、低碳、按需驅(qū)動的目的。

圖1 智慧重載鐵路系統(tǒng)概念示意

2.2 智慧重載鐵路系統(tǒng)特征

智慧重載鐵路系統(tǒng)實質(zhì)是將多種新興技術(shù)與重載鐵路運輸系統(tǒng)充分結(jié)合，形成一個完整的集感知、傳輸、控制、管理、決策于一體的智能運輸系統(tǒng)。其特征主要包括以下四個方面。

1）互聯(lián)互通、信息共享。智慧重載鐵路系統(tǒng)功能的集成必然要求系統(tǒng)中的子系統(tǒng)及子系統(tǒng)各部分間實現(xiàn)有機的互聯(lián)互通，以保證順暢高速的通信和及時高度的信息共享。

2）智能處理。智慧重載鐵路系統(tǒng)應實現(xiàn)行車控制、綜合調(diào)度、資源管理、營運管理等的智能處理，以形成一個高度智能化、自主化的重載鐵路生產(chǎn)經(jīng)營體系。

智慧重載鐵路以實現(xiàn)運營智能化、裝備智能化、運維智能化、安全管理智能化為目標，主要體現(xiàn)在以下五個方面。

基于國家能源集團重載鐵路運營實踐和智能化發(fā)展需求，結(jié)合鐵路智能運輸系統(tǒng)的定義［7］，本文對智慧重載鐵路系統(tǒng)的定義如下：智慧重載鐵路系統(tǒng)是融合了先進的信息處理技術(shù)、通信技術(shù)、控制與系統(tǒng)技術(shù)、計算智能與決策支持技術(shù)等，以實現(xiàn)信息采集、傳輸、處理和共享為基礎(chǔ)，通過高效利用與鐵路運輸相關(guān)的所有移動、固定、空間、時間和人力資源，以較低的成本實現(xiàn)運營智能化、裝備智能化、運維智能化、管理智能化，以保障重載鐵路運輸安全和效率的鐵路運輸系統(tǒng)。智慧重載鐵路系統(tǒng)概念如圖1所示。

今年以來，江岸食藥監(jiān)局緊緊圍繞劉欣局長提出的“食品安全365在身邊”主題活動，以實現(xiàn)“吃放心菜在江岸”工作目標為契機，農(nóng)產(chǎn)品科深入調(diào)研撰寫《把握源頭強檢測，立足服務拓功能》文章，積極探索實踐農(nóng)殘檢測新方式，選取兩個點位試行，通過硬件與軟件建設(shè)，進一步加強整體布局，增強檢測工作的科學性和有效性，力求監(jiān)管工作有創(chuàng)新、群眾食安體驗更優(yōu)化，不斷推進食品安全監(jiān)管工作向高質(zhì)量發(fā)展。

2.3 智慧重載鐵路系統(tǒng)目標

3）協(xié)同工作。智慧重載鐵路系統(tǒng)應使固定設(shè)施、移動設(shè)備和維修設(shè)備有機地協(xié)調(diào)成一個整體，實現(xiàn)各子系統(tǒng)的協(xié)同工作，以提高運輸效率和加強安全保障。

1）實現(xiàn)云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G網(wǎng)絡、北斗等先進技術(shù)廣泛應用于重載運輸領(lǐng)域，重載運輸智能化水平明顯提高，運輸安全和效率、效益大幅提升，成本有效管控，發(fā)展質(zhì)量和社會競爭力不斷增強。

2）實現(xiàn)鐵路運輸計劃編制精細化、調(diào)整智能化和調(diào)度管控一體化、運力資源運用精細化，建設(shè)智慧型車站，建成面向運輸生產(chǎn)全過程、高效協(xié)同的智能運輸組織體系。

布魯姆教學目標分類理論的發(fā)展從1956年的1.0版本——金字塔形狀(識記、理解、應用、分析、綜合和評估)到2001年由布魯姆的學生Anderson等人提出的2.0版本——金字塔形狀(識記、領(lǐng)會、運用、分析、評價和創(chuàng)造)。布魯姆將教育目標劃分為認知領(lǐng)域、情感領(lǐng)域和操作領(lǐng)域，共同構(gòu)成教育目標體系。認知領(lǐng)域的教育目標可分為從低到高的六個層次：即識記→領(lǐng)會(理解)→運用→分析→評價→創(chuàng)造，學生的思維由低階思維能力向高階思維能力發(fā)展，教育目標從基礎(chǔ)目標向高級目標發(fā)展(圖1)[5]。

不少家庭服務企業(yè)表示，河北省家政服務人員的輸出，多采用“單兵作戰(zhàn)”模式，河北與京津家庭服務企業(yè)間的合作較少，致使河北省家政服務人員的輸出呈現(xiàn)“小、散、亂”的現(xiàn)象，就業(yè)不穩(wěn)定，市場難規(guī)范。

4）實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施和移動裝備狀態(tài)全面智能監(jiān)控、智能運維和全生命周期管理，推動狀態(tài)修［8］。

5）建成集視頻監(jiān)控、設(shè)備安全監(jiān)測、安全監(jiān)督檢查和應急救援為一體的綜合安全保障體系，提升安全保障能力。

總而言之，在小學語文課堂教學中實施合作學習，可發(fā)揮學生的主體性，同時有助于培養(yǎng)和提升學生的語文思維能力、語言表達能力、探究能力及團隊意識等素養(yǎng)，在調(diào)動學生學習語文知識興趣的同時，使教學目標更好更快地實現(xiàn)，進而實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的課堂教學。

3 智慧重載鐵路系統(tǒng)體系框架及重點建設(shè)內(nèi)容

3.1 總體架構(gòu)

采用分層設(shè)計的思想，將智慧重載鐵路技術(shù)體系按照功能劃分成不同的層次，每一層次的系統(tǒng)都是運行在下層系統(tǒng)或設(shè)備基礎(chǔ)之上，并向上層系統(tǒng)提供服務。各系統(tǒng)層次的內(nèi)部是高內(nèi)聚的，而層次與層次之間是松耦合的。這種架構(gòu)有利于實現(xiàn)整個體系的高可靠性、高擴展性和易維護性。整個體系劃分為四個層次，如圖2所示。

圖2 智慧重載鐵路技術(shù)體系架構(gòu)

四個層次從下到上分述如下。

1）智能感知層。感知層主要完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集與操作指令執(zhí)行，通過各類智能傳感設(shè)備實時、準確、可靠地獲取各類關(guān)鍵設(shè)備運行狀態(tài)，同時智能執(zhí)行單元根據(jù)指令進行現(xiàn)場作業(yè)，為業(yè)務應用、決策提供基礎(chǔ)。

2）智能傳輸層。傳輸層作為整個體系的“神經(jīng)系統(tǒng)”，直接影響著業(yè)務系統(tǒng)的運行及生產(chǎn)作業(yè)的開展，通過光纖、衛(wèi)星及各類無線傳輸通道將智能感知層獲取的數(shù)據(jù)上傳到各類業(yè)務系統(tǒng)，同時將各類操作指令傳送到作業(yè)現(xiàn)場。

3）智能融合層。智能融合層基于云平臺部署架構(gòu)設(shè)計，按照統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一平臺的原則，從部署資源、智能服務、數(shù)據(jù)資源等方面統(tǒng)一為各專業(yè)智能應用提供技術(shù)支撐。智能融合層提供大數(shù)據(jù)服務、AI分析服務和時空分析服務，運用深度學習、數(shù)據(jù)挖掘、交互分析、機器學習、時空感知等技術(shù)，融合營銷服務、運輸生產(chǎn)、綜合安全、經(jīng)營管理等領(lǐng)域業(yè)務知識，通過邏輯推理來幫助解決復雜的決策問題，形成智慧重載鐵路的“智能中樞”。

本文整體懸掛式鋼內(nèi)筒煙囪的設(shè)計模型是僅外筒接地，內(nèi)筒整體懸掛于懸吊平臺上，懸吊平臺支撐于外筒上，因而計算傳給基礎(chǔ)荷載的時候只需要考慮外筒底部的荷載數(shù)據(jù)[4]。整體模型下底部支座荷載數(shù)據(jù)如表3所示。

4）智能應用層。智能應用層基于智能大腦平臺提供的數(shù)據(jù)分析、邏輯推理結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)實際，解決傳統(tǒng)信息化業(yè)務系統(tǒng)難于解決的綜合性、復雜性、不確定性問題，從運營、裝備、運維、管理等全方面為重載鐵路生產(chǎn)實際提供指導，從而實現(xiàn)重載鐵路管理一體化、生產(chǎn)智能化。

3.2 規(guī)范標準體系架構(gòu)

為實現(xiàn)重載鐵路智能技術(shù)可推廣、可移植、開放與合作應制定關(guān)鍵技術(shù)和應用領(lǐng)域相關(guān)標準體系（含接口規(guī)范），規(guī)范智慧鐵路建設(shè)。包含：基礎(chǔ)設(shè)施標準、支撐平臺標準、數(shù)據(jù)資源標準、業(yè)務應用標準，如圖3所示（見下頁）。

圖3 智慧重載鐵路規(guī)范標準體系

3.3 重點建設(shè)內(nèi)容

采用“平臺+應用”模式，構(gòu)建集運輸生產(chǎn)、養(yǎng)護維修、安全管理于一體的集成平臺，以智能大腦平臺為支撐，圍繞重載鐵路智能運營、智能裝備、智能運維、智能安全四大領(lǐng)域，開展信息化、智能化設(shè)備研發(fā)和系統(tǒng)建設(shè)。

3.3.1 智能大腦平臺

本研究結(jié)果顯示戴鏡后1個月的NIBUT（f）及NIBUT（av）較戴鏡前比較明顯下降（P＜0.001），這與之前的研究結(jié)果較一致。不同的是，3個月和6個月的NIBUT（f）和NIBUT（av）則恢復至戴鏡前水平（P＞0．05）。Xie等[15]近期的研究結(jié)果也指出青少年配戴角膜塑形鏡后淚膜穩(wěn)定性在戴鏡后1周和1個月時出現(xiàn)下降，而在1年之后逐漸恢復，這與本研究結(jié)果較相似。但其原因目前尚在探索中，擬在日后的研究中增大樣本量，延長隨訪時間以進一步評估淚膜穩(wěn)定性更長期的變化。

1）智能運營。汪希時［1］提出智能鐵路運輸系統(tǒng)是由鐵路交通科學（Railway Transport Science，RTS），3C（Computer，Communication，Control）技術(shù)和人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術(shù)三者交集組成。嚴余松［2］提出中國智能鐵路系統(tǒng)（China Intelligent Railway System，CIRS），CIRS系統(tǒng)組成為：先進的運輸管理系統(tǒng)、先進的運輸信息系統(tǒng)、先進的列車控制系統(tǒng)、先進的用戶信息系統(tǒng)、先進的運輸設(shè)施管理系統(tǒng)、先進的運輸安全管理系統(tǒng)。李平、賈利民等［3-5］提出了鐵路智能運輸系統(tǒng)體系框架（Railway Intelligent Transport System，RITS），完整提出RITS的服務框架、邏輯框架、物理框架、通用技術(shù)平臺和標準體系結(jié)構(gòu)。寧濱等［6］提出中國智能鐵路運輸系統(tǒng)（Intelligent Railway Transport System，IRTS），定義了系統(tǒng)組成包括用戶服務子系統(tǒng)、中心管理子系統(tǒng)、鐵路車站子系統(tǒng)、軌道子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)等。

首先通過修正版德爾菲法篩選得出最佳的相關(guān)評價指標8個，具體評價因子32項(表2)。之后通過層次分析法確定32項評價因子的權(quán)重比，再請55位相關(guān)專家學者(由28位從事相關(guān)研究的高校學者和27位相關(guān)領(lǐng)域的政府官員組成)利用模糊綜合評價法對某條森林古道的32項評價因子進行評分，最終可得出該條森林古道的綜合得分(總分100)。綜合得分計算公式為：森林古道綜合得分式中：n為評價因子的數(shù)目，本次研究為32項；Xi為第i項評價因子的權(quán)重值；Fi為第i項評價因子的得分值。

①智能駕駛?；贚KJ、移動閉塞，研發(fā)重載列車自動駕駛系統(tǒng)，實現(xiàn)連續(xù)發(fā)車、后備降級模式、不停車切換、列車完整性檢查、列車運行數(shù)據(jù)分析等。增設(shè)環(huán)境識別系統(tǒng)、高速高可信的車地無線通信設(shè)備，實現(xiàn)對復雜周邊運行環(huán)境的自主識別能力、無人駕駛自動控制與安全防護。通過虛擬連掛等技術(shù)的運用，實現(xiàn)自動列車群組運行控制。

智能大腦平臺由集團公司主中心、朔黃鐵路分中心、包神鐵路分中心、新朔鐵路分中心和裝備公司分中心五個部分組成。分中心主要承載各鐵路公司全生產(chǎn)鏈條的業(yè)務數(shù)據(jù)，同步、管理集團公司和本公司主數(shù)據(jù)，支撐核心業(yè)務開展智能應用。分中心部署依托各鐵路公司信息化基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃和建設(shè)，實現(xiàn)互聯(lián)互通，促進融合應用。主中心整合各分中心數(shù)據(jù)分析結(jié)果，推動集團公司鐵路運輸板塊數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值挖掘，輔助進行企業(yè)運營戰(zhàn)略決策。

3.3.2 智能運營

智能運營面向重載路網(wǎng)條件下煤炭全程運輸智能化管理需求，突破信息共享、運輸計劃精細編制、運力資源動態(tài)調(diào)配、智能動態(tài)調(diào)度與控制、作業(yè)協(xié)同等關(guān)鍵智能化技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)銷需求、鐵路運力、集疏端運力等全程運輸資源有效整合，合理安排生產(chǎn)計劃和分配運輸任務，提高生產(chǎn)效率，降低運營成本。智能運營主要包含智能運輸組織、智能綜合調(diào)度、智能車站三個方面。

①智能運輸組織。以“智能運輸、精準運輸、高效運輸”為導向，構(gòu)建將新興技術(shù)和控制反饋、計劃調(diào)整等優(yōu)化理論集成融合的智能運輸組織新模式，實現(xiàn)運輸計劃、列車開行方案和列車運行圖的精細化編制，同時與調(diào)度系統(tǒng)無縫銜接，通過“決策-執(zhí)行-反饋”的工作機制，形成在縱向上具有戰(zhàn)略層、戰(zhàn)術(shù)層的供需情況分析、運輸計劃精細化編制和執(zhí)行層的運輸計劃智能化調(diào)整等層次間相互協(xié)同，在橫向上具有多專業(yè)工種相互協(xié)同的智能運輸組織體系。

②智能綜合調(diào)度。以列車開行計劃為核心，統(tǒng)領(lǐng)施工維修計劃、機車車輛運用計劃、車站作業(yè)計劃等，協(xié)同貨物運輸計劃、乘務計劃等，建設(shè)非正常列車運行的知識圖譜，支撐實時調(diào)度的快速響應，提升調(diào)度生產(chǎn)的效率與安全水平；建設(shè)并強化調(diào)度生產(chǎn)智能分析功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享、數(shù)據(jù)挖掘分析，反饋評估日班計劃編制質(zhì)量。建設(shè)具備列車運行管理、施工維修管理、應急調(diào)整、沖突監(jiān)測與安全卡控、調(diào)度命令自動擬定等功能的鐵路運輸智能綜合調(diào)度系統(tǒng)。公司完整的調(diào)度日（班）計劃自動生成，支撐實現(xiàn)“一日一圖”。

③智慧車站。基于GIS、BIM、虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)、5G、北斗等技術(shù)，建設(shè)車站運營場景“數(shù)字孿生”系統(tǒng)、高精度定位裝置、車站物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、智能監(jiān)測系統(tǒng)、智能接發(fā)車及智能調(diào)車等智能化系統(tǒng)，實現(xiàn)車站智能感知、智能決策、智能交互與智能控制，提高車站運營與管理智能化水平。

3）實現(xiàn)設(shè)備/設(shè)施自感知、自診斷、自決策、自適應、自修復；實現(xiàn)重載列車自動及協(xié)同運行，基本實現(xiàn)準無人運輸。

按國家法律規(guī)定是讓集體內(nèi)部的人先流轉(zhuǎn)，集體所在的人不流轉(zhuǎn)的情況下才讓外人流轉(zhuǎn)。比如乙村的地先由乙村人流轉(zhuǎn)，村里人不流轉(zhuǎn)才接著讓其他人流轉(zhuǎn)。對我來說我出生在甲村，后來我家在乙村也有宅基地。這樣我雖然不是農(nóng)村戶口，不在農(nóng)村居住，但是我家在村里有地的話起碼也能算上是這村的后人?！窃谄渌l(xiāng)鎮(zhèn)，有農(nóng)民提出來說“他就不是這村的人，憑什么包村里的地？我還想包地呢！”這時候土地流轉(zhuǎn)可能就進行不下去了?，F(xiàn)在最起碼我有這村里的地，算這個集體的人。(宋某訪談資料)

3.3.3 智能裝備

智能裝備是采用全方位態(tài)勢感知、先進的無線通信、自動駕駛、智能控制與決策、故障診斷、故障預測與健康管理（Prognostics Health Management，PHM）等技術(shù)，實現(xiàn)重載鐵路移動裝備及基礎(chǔ)設(shè)施的自感知、自診斷、自決策、自適應、自修復，重載列車自動及協(xié)同運行，新一代的智能化電力牽引供電和通信體系，以及基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期精細化管理及優(yōu)化配置。包含智能駕駛、智能機車車輛、智能自輪運轉(zhuǎn)設(shè)備、智能電力牽引供電系統(tǒng)、智能綜合檢測列車、新一代鐵路移動寬帶通信系統(tǒng)等六個方面。

圖5中兩條相交的曲線分別表示兩組高度弧,星點表示樣本真實的空間位置,圓形表示本文方法所求得的空間位置,從圖像中不難看出,該方法所求得的空間位置與真實位置非常接近。

②智能機車車輛。采用電電混合、大功率牽引蓄電池供電、無線調(diào)車等技術(shù)，研發(fā)具備智能駕駛、配置故障預測與健康管理功能的智能電力調(diào)車機，實現(xiàn)調(diào)車機高效率運用和綠色智能，有效降低整車全壽命周期成本。研發(fā)智能貨車，完善車載監(jiān)測系統(tǒng)、車地傳輸系統(tǒng)，搭建霧平臺、云平臺，集成鐵路貨車4T檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)重載貨車運行狀態(tài)的全息感知與智能監(jiān)控。

③智能自輪運轉(zhuǎn)設(shè)備。研制重載鐵路大型養(yǎng)路機械智能化維護成套裝備，研究大型養(yǎng)路機械及附屬車輛狀態(tài)維修技術(shù)，實現(xiàn)大型養(yǎng)路機械智能化作業(yè)及狀態(tài)修；研發(fā)道床輪廓激光測量系統(tǒng)、防碰撞裝置、避障及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)大機作業(yè)質(zhì)量智能檢測和作業(yè)全程安全監(jiān)控；研發(fā)自輪運轉(zhuǎn)設(shè)備管理系統(tǒng)，將自輪運轉(zhuǎn)設(shè)備的檢養(yǎng)修、作業(yè)調(diào)度、質(zhì)量評估等全流程作業(yè)信息加以監(jiān)測和信息化管理。

為測試算法的并行效率，分別選擇1，2，3，4個計算節(jié)點處理數(shù)據(jù)，考察在增加節(jié)點的情況下，集群運行算法需要的時間。如表1所示，在數(shù)據(jù)規(guī)模較小的情況下，增加計算節(jié)點，對算法運行加速效果不明顯。如對于數(shù)據(jù)集USCensus-1，隨著計算節(jié)點的增加，算法的處理時間在1190s上下浮動，這是由于Hadoop集群啟動和調(diào)用計算節(jié)點需要花費時間；而當數(shù)據(jù)規(guī)模變大時，隨著計算節(jié)點數(shù)量的增加，算法處理數(shù)據(jù)所消耗的時間也隨之減少，且數(shù)據(jù)量越大加速效果越明顯。由此可見，當數(shù)據(jù)規(guī)模較大時，增加處理節(jié)點可以顯著提高算法對相同規(guī)模的數(shù)據(jù)集的計算能力，同時體現(xiàn)了改進算法具有良好的擴展性。

④智能電力牽引供電。研發(fā)以智能牽引變電所、智能調(diào)度及智能輔助監(jiān)控為核心的智能牽引供電系統(tǒng)，示范應用貫通式同相供電技術(shù)，開展基于大容量電力電子技術(shù)的自動過分相、節(jié)能儲能、供電線路智能巡檢等應用技術(shù)研究，加快電力變、配電所按智能供配電系統(tǒng)升級改造，促進重載鐵路牽引供電數(shù)字化、信息化、智能化建設(shè)，全面提升供電系統(tǒng)運行安全和高效運營保障能力。

⑤智能綜合檢測列車。完善、升級和擴展綜合檢測列車檢測系統(tǒng)，使其具備軌道幾何、鋼軌探傷、鋼軌廓形、鋼軌波磨、軌道巡檢、道床狀態(tài)、鐵路限界、車輛加速度響應、接觸網(wǎng)幾何、接觸網(wǎng)4C、信號、紅外等檢測功能，提升綜合檢測列車的智能化水平。

⑥新一代鐵路移動寬帶通信系統(tǒng)。建設(shè)基于LTE?R的重載鐵路寬帶移動通信系統(tǒng)，實現(xiàn)重載組合列車機車同步控制、列車調(diào)度集群語音通信、視頻監(jiān)控等多種業(yè)務在同一LTE網(wǎng)絡平臺上的安全可靠承載；在站場、樞紐地區(qū)和其他局部熱點地區(qū)先行使用公網(wǎng)5G應用；通過點線結(jié)合的方式構(gòu)建新一代鐵路移動寬帶通信系統(tǒng)。

3.3.4 智能運維

智能運維采用先進傳感技術(shù)、新一代無線通信技術(shù)、空天地一體化監(jiān)測技術(shù)等一系列技術(shù)，實現(xiàn)重載鐵路基礎(chǔ)設(shè)施、移動裝備的狀態(tài)主動感知、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測；融合大數(shù)據(jù)分析、人工智能、專家系統(tǒng)、故障預測與健康管理等技術(shù)及設(shè)備狀態(tài)評價體系，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施及移動裝備狀態(tài)智能評估、故障預測預警、劣化機理及演變規(guī)律智能分析；基于全生命周期管理和維修輔助決策，實現(xiàn)維修生產(chǎn)組織與調(diào)度指揮一體化管理，推進設(shè)備設(shè)施狀態(tài)修，提升養(yǎng)護維修質(zhì)量，降低運維成本。包含重載鐵路工務、電務、牽引供電、機車車輛、貨車五個方面。

①工務設(shè)備智能運維。研發(fā)工務設(shè)備智能運維系統(tǒng)，集成設(shè)備全生命周期管理、安全生產(chǎn)管理、檢測監(jiān)測一體化管理、評估與運維決策等功能?；贐IM、GIS等技術(shù)，搭建工務設(shè)備智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)多專業(yè)融合、全維度、全生命周期的工務設(shè)備智能管理，延長設(shè)備使用壽命；建立空天地一體化智能檢測監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)智能檢測監(jiān)測；建立評估與維修決策系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)智能評估與預測、運維輔助決策，降低維修工作量和成本。搭建安全生產(chǎn)作業(yè)智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)基于檢測監(jiān)測信息狀態(tài)評估的計劃、調(diào)度、作業(yè)、質(zhì)量評價的生產(chǎn)閉環(huán)管理，提高維修作業(yè)質(zhì)量及安全。

②電務設(shè)備智能運維。構(gòu)建LTE?R網(wǎng)絡檢測監(jiān)測體系，實現(xiàn)自動化檢測，以及鐵塔狀態(tài)和天線姿態(tài)、網(wǎng)絡探針、車載信息綜合傳輸和接口等監(jiān)測，提高網(wǎng)絡運行可靠性。升級信號集中監(jiān)測系統(tǒng)，建設(shè)道岔轉(zhuǎn)換狀態(tài)全程監(jiān)測系統(tǒng)，增設(shè)軌道電路工頻干擾及鋼軌不平衡電流監(jiān)測系統(tǒng)，提升信號系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測能力。研發(fā)電務數(shù)據(jù)歸一化技術(shù)，實現(xiàn)檢測監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)歸一化處理和管理。構(gòu)建電務智能運維系統(tǒng)，涵蓋設(shè)備綜合監(jiān)測、設(shè)備全壽命周期管理、故障智能診斷、運維綜合分析、PHM設(shè)備健康管理、作業(yè)卡控等應用。

③牽引供電設(shè)備智能運維。完善電力牽引供電安全檢測監(jiān)測系統(tǒng)，加強接觸網(wǎng)接地操作、供電設(shè)備操作安全管控系統(tǒng)建設(shè)；建設(shè)智能供電運維大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，構(gòu)建資產(chǎn)管理中心、檢測數(shù)據(jù)智能分析中心（6C智能化分析、供電設(shè)備PHM）、生產(chǎn)調(diào)度智能管理中心和綜合展示中心，提升牽引供電運維效率。

④機車車輛智能運維。研發(fā)車載運行安全監(jiān)測系統(tǒng)，建設(shè)軌旁在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)機車運行狀態(tài)全面監(jiān)控；構(gòu)建機車故障預測與健康管理系統(tǒng)，實現(xiàn)整車、關(guān)鍵系統(tǒng)和關(guān)鍵部件故障預測和健康管理。研發(fā)機車增材修復技術(shù)，實現(xiàn)零部件智能化、綠色化維修。

⑤貨車智能運維。構(gòu)建重載貨車智能監(jiān)測系統(tǒng)、狀態(tài)精準識別判定的綜合評判系統(tǒng)、自動量化指標的快速精準維修系統(tǒng)、自動調(diào)度指揮的智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛技術(shù)狀態(tài)的實時監(jiān)測與識別、智能評判與精準修理，以及列檢作業(yè)智能化。

對于ATP生物發(fā)光法，主要是借助微生物出現(xiàn)的ATP進行檢測，這種檢測方法通過添加對應的熒光素酶復合物能夠發(fā)出熒光效果，然后利用光度計對微生物的數(shù)量進行準確判斷。這一檢測方法操作較為簡便，且檢測結(jié)果一般能夠現(xiàn)場得到，從而具有較強的適應性。該技術(shù)還可以應用在乳制品的乳酸菌檢測等項目中。

3.3.5 智能安全

智能安全是遵循“本質(zhì)安全化、動態(tài)預警、閉環(huán)控制”理念，攻克設(shè)備人員安全綜合畫像、基于深度學習的異常圖像視頻分析、災害監(jiān)測預警等關(guān)鍵技術(shù)，從技防、人防、物防角度提速升運營安全預警和運輸安全保障能力。主要包含綜合安全管理、應急管理、一體化綜合視頻、災害監(jiān)測四個方面。

①綜合安全管理。設(shè)備安全綜合分析技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備安全重點盯控，超前防范事故故障發(fā)生；人員安全綜合分析技術(shù)實現(xiàn)重點人員精準安全監(jiān)督檢查及閉環(huán)管理；安全管理綜合分析技術(shù)實現(xiàn)運輸安全綜合評估和綜合預警。

②應急管理。針對重載鐵路各種突發(fā)事件典型場景，建設(shè)應急處置綜合管理系統(tǒng)，貫穿突發(fā)事件的事前、事中、事后全過程，覆蓋突發(fā)事件的預案、組織、響應、處置、恢復和評估，實現(xiàn)應急預案、應急資源、事件記錄的數(shù)字化，應急處置信息化，應急指揮協(xié)同化，提高突發(fā)應急事件的應對處置能力。

③一體化綜合視頻。集成各線路監(jiān)控碼流、故障圖像、視頻內(nèi)容分析結(jié)果、視頻設(shè)備基礎(chǔ)信息等內(nèi)容，構(gòu)建一體化綜合視頻系統(tǒng)，支撐各層級用戶終端的業(yè)務訪問及應用需要，實現(xiàn)視頻資源的統(tǒng)一管理、集中調(diào)用、按需共享。

④災害監(jiān)測。建設(shè)自然災害監(jiān)測系統(tǒng)，將鐵路氣象災害監(jiān)測數(shù)據(jù)納入重載鐵路智能大腦平臺，并接入氣象、水利等部門外部災害監(jiān)測信息，與調(diào)度指揮、應急救援、行車安全監(jiān)控、綜合維修、牽引供電、列車控制等相關(guān)系統(tǒng)進行交互和信息共享，提高重載鐵路應對自然災害的能力，保障列車的運行安全。

4 結(jié)語

本文系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外鐵路智能化發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀，結(jié)合國家能源集團重載鐵路運輸實踐和智能化發(fā)展需求，提出了智慧重載鐵路系統(tǒng)需要實現(xiàn)的四個方面目標，即運營智能化、裝備智能化、運維智能化和管理智能化，并給出了智慧重載鐵路的定義，構(gòu)建了智慧重載鐵路系統(tǒng)架構(gòu)以及標準體系，并針對目前實際提出重點建設(shè)內(nèi)容。

我國智慧重載鐵路技術(shù)發(fā)展尚處于起步階段，后續(xù)發(fā)展面臨復雜性和困難性的挑戰(zhàn)，因此發(fā)展智慧重載鐵路要加強頂層設(shè)計，制定可實施、可落地的專項規(guī)劃，系統(tǒng)建設(shè)盡量結(jié)合現(xiàn)場升級實際，扎實推進重載鐵路智能技術(shù)創(chuàng)新和成果應用，以建設(shè)綠色、安全、高效、智慧的現(xiàn)代化重載運輸體系。