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论智慧轨道交通及其系统架构

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Journal of Computer Applications ISSN 1001—9081 2012—05一O1 计算机应用,2012,32(5):1191—1195 CODEN JYIIDU http://www.joca.ca 文章编号:1001—9081(2012)05—1191—05 doi:10.3724/SP.J.1087.2012.ol 191 论智慧轨道交通及其系统架构 曾华粢 ,朱怀芳 (西南交通大学信息科学与技术学院,成都610031) ( 通信作者电子邮箱hszeng@home.swjtu.edu.ca) 摘要:提倡用“智慧轨道交通”来描述未来的“高效、便捷、安全、可视、可预测、环保和智慧”的现代轨道交通行 业和宏观系统的发展远景视图,并提出了一个“智慧轨道交通系统架构”。该架构以“智慧轨道交通智能化地面基础 设施”(SRT.IGI)和智慧列车为基础实现更透彻的感知;以“轨道交通全联网”(SRT—loT)作为信息交换与共享平台实 现更广泛的互联互通;以“与人类融合智慧管理、决策与指挥”(HCA—IMDC)应用系统为顶层结构。三部分组成结构 及分布其中的“智能化”功能共同实现整个交通行业的“智慧化”。同时分别对三部分的技术内涵作了进一步的探讨。 鉴于笔者尚未发现从信息技术(IT)角度全面探讨“智慧轨道交通”的文献,所以希望本框架的提出能够为从信息技术 (IT)角度全面研究智慧轨道交通提供参考,进一步推动智慧轨道交通在技术上的跨越式发展,使我国轨道交通以“更 透彻的感知、更广泛的互联互通、更深入的智能化处理能力”的雄姿,为国家经济建设发展和人性化地为人民服务。 关键词:智慧轨道交通;智能化系统;数字化;全联网 中图分类号:TP277;U239.5 文献标志码:A Smart rail transpOrtation and its system architecture ZENG Hua—shen .ZHU Huai—fang (College of Information Science and Technology,Southwest Jiaotong University,Chengdu Sichuan 61003 1,China) Abstract:This paper advocated using the concept of Smart Rail Transportation(SRT)to describe future vision of”high— efficient,fast&convenient,safe,visual,predictable,ecological,and smart”rail transportation industry as a macro—system together with an organizational framework for SRT.This framework is composed of three parts:A)an Intelligent Ground Infrastructure for SRT(SRT—IGI)plus Smatr Trains aiming at”in—depth sensing&perceiving”;B)the Internet of Things (IoT)for SRT acting as a common platform for information exchange and resource sharing and aiming at extensive interconnectivity and interoperability among human beings,computers,and physical objects;and C)the top layer a Human— Computer Amalgamated Intelligent Management,Decision—making,and Commanding(HCA—IMDC)system ofr SRT aiming at premier intelligent data processing.All these three components with their distributed intelligent processing power make the rail transportation”smart”.Technical connotation of the three components was analyzed in details.In view of that no comprehensive work on smart rail transportation from view of Information Technology(IT)has been found SO far,the authors wish that this framework could provide a basis for further discussion on this subject and contirbute to the leap・ofrward development for rail transportation in our country. Key words:Smart Rail Transportation(SRT);intelligent system;digitizing;the Intemet of Things(IoT) 0 引言 动力。各项信息技术的发展,一方面推动了社会的前进,另一 方面又进一步诱发了新的技术期望和新的社会需求,催生新 人类近代历史发展过程中,几乎每一个世纪都存在一种 的技术理念和新型技术,由此不断地促进社会生产力的发展 技术或多种技术综合地对人类社会的发展进程产生了重大影 和社会的进步。 响。18世纪是伴随工业革命而来的机械系统大发展的时代; 20世纪各类网络技术(电话网、无线通信网络、计算机网 19世纪是以蒸汽机为代表的技术推动工业进一步向前发展 络、有线电视网络等)实现了人与人(Human to Human, 的时代;20世纪则是电子技术、计算机和通信技术大发展时 H2H)、人与计算机(Human to Computer,H2C)、计算机与计算 代,上述技术的融合,进而出现各类通信网络与计算机网络, 机(Computer to Computer,C2C)之间的信息交换、发布与共 并获得广泛应用;到21世纪,有人将之称为信息世纪。事实 享。传感技术、物理或抽象对象的识别技术、嵌入式技术以及 上,现代社会是多学科竞相发展的社会,很难再用单一的术语 传感网络技术的发展,一方面,使网络信息源和信息的受主, 来概括一个世纪,也很难预见未来100年的科技发展特征与 从人和计算机扩展到智能化的“物”,从而使各类网络(包括 趋势。但是,21世纪成为信息世纪至少表征在新世纪中,由 Interact)的接入对象从“人”和“机”拓宽到“人、事、物”;另一 多学科支撑的信息技术将在未来世界的政治、经济和科技发 方面,将网络接入对象从“固定对象”扩展到“移动对象”,进 展中扮演重要的角色。 而为实现“在任何时间、任何地点,使用任何智能化的设备接 人们高兴地看到,社会的需求是推动信息技术发展的原 入网络进行访问”的新模式奠定了基础,由此便形成了“The 收稿日期:2011—11—23;修回日期:2012一O1-叭。 基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(A0920502050907.294)。 作者简介:曾华粲(1945一),男,四川成都人,教授,博士生导师,主要研究方向:网络体系结构、网络与通信;朱怀芳(1935一),男,广西桂 林人,教授,主要研究方向:网络和信息系统。 1192 计算机应用 第32卷 Internet of Things”(IoT) 的新概念。IoT旨在全面地解决 铁路”,但这一描述很难让人们知道该条铁路在系统控制、管理与 运营方面具有何种技术特色。 1.2智能化与智能化轨道交通 人、事、物(固定或移动)的全面互联问题。鉴于IoT的内涵实 质上是“人机物”的全面互联,本文将loT译作“全联网”而未 采用国内流行的“物联网”这一翻译。 根据英文《维基百科》,美国心理学会把“智能” (Intelligence)一词定义为“知”(Knows);而主流的学科则把 宽泛地说,信息处理技术涉及对象的感知与识别,信息的 采集、处理与传输,以及信息的应用技术等领域,而智能化在 信息处理技术的各个领域扮演着越来越重要的作用。近年 来,智能化处理技术取得了长足的进步,其应用范围已经从器 “智能”泛指为“大脑思维能力”,即涉及推理、规划和解决问 题、抽象思维和理解复杂的理念及快速学习等方面的能 力 。在计算机科学中,“人工智能”一词就是以后一种定义 为背景,用以表达计算机或系统具有一定大脑思维能力的现 象或属.性。 件与设备的智能化扩展到海量信息处理的智能化(信息的过 滤、聚类与挖掘),从对单个对象的模拟人类大脑的处理,到 将人类经验与思维方式应用于宏观控制管理过程。 按照对“智能”的后一种定义,智能化轨道交通就是:具 有大脑思维能力的轨道交通系统。这一界定比数字化轨道交 通(或数字化交通)更能反映出期望的系统在控制、管理上的 功能特征。尽管“智能化”必须依托信号的数字化和信息的 数字表达,但它更突出系统在控制与管理上具备“智能化”这 一随着信息领域感知、处理和广泛的互联能力的发展,2008 年,IBM把社会各行业作为一个整体,从社会生态系统的观 点出发,针对社会产业或领域的长远目标,探索如何充分发掘 先进的信息技术的潜力,最大限度地调动和激发系统中各个 角色的潜能,以创新的方法促进整个生态系统的互动,以此推 动整个产业和整个公共服务领域的变革,形成新的世界运行 模型。这就是“智慧地球”(Smart Planet)的理念,它强调“更 透彻的感知”、“更广泛的互联互通”和“更深入的智能化”,由 此派生出“智慧城市”、“智慧交通”、“智慧医疗”等。 功能特点,与系统期望实现的目标结合更紧密,因而所传递 的信息是针对所描述系统的功能和性能特点而言的。从这种 意义上讲,智能化轨道交通比仅表征了信号和信息数字化的 数字化轨道交通更贴切,更能够反映对轨道交通实体期望的 功能、性能特征和属性。 应当指出,在相关文献中,对“智能化轨道交通”这一术 交通系统是国民经济发展的支柱之一。陆上交通系统与 空、海交通系统一起构成公共交通大系统,而铁路轨道交通系 统是“大交通系统”的重要组成部分;由于城市交通的拥堵状 况,目前大中城市都在发展地铁系统;出于减少环境污染与其 他交通工具的竞争需要,城间铁路的快速、高速化也为轨道交 通创造了大发展的新机遇。因此,本文借用IBM的“智慧地 球”的概念来倡导“智慧轨道交通”的理念和研究相关技术, 语的内涵也缺少全面的界定,对相关的支撑技术也缺乏全面 的讨论。而纵观国内、外有关“智能化铁路”的研究和报道, 该术语在多数情况下仅限于表述单个对象和实际系统的“智 能化”,而不是针对全局对象(或轨道交通)的“智能化”。 1.3“智慧化”与智慧轨道交通(智慧交通、智慧铁路等) 在众多英文字典中,“Smart”一词的褒义性解释可为:“聪 慧、聪明、有智慧”,“时髦、优雅”,“快捷、轻盈、敏捷”等。而 在电子行业中则多用于描述“配备或具有电子控制电路”的 装置或设备,如Smart Phone、Smart Card等就是用于描述具有 某种“智能”或“高级功能”的装置。 2008年,IBM公开提出了Smart Planet的理念 ,并把它 以此来推动轨道交通系统在技术上的跨越和创新,无疑有 “前瞻性”的意义。 1 智慧轨道交通、智能轨道系统与数字化铁路 目前,在业界同时存在着与本专题研究相关的三个术语: 数字化铁路(轨道交通)、智能铁路(轨道交通)以及智慧轨道 译作“智慧地球”。“智慧地球”的理念把地球作为一个运行 对象,从社会生态系统的观点出发,探索如何针对社会产业或 领域的长远目标,充分发掘先进的信息技术的潜力,最大限度 地调动和激发系统中各个角色的潜能,以创新的方法促进整 个生态系统的互动,以此推动整个产业和整个公共服务领域 的变革,形成新的世界运行模型。2009年4月21到24日, 交通。三个术语中,除了本文使用的“智慧轨道交通”公开报 道与文献中尚使用较少外,其他两个术语已经流行多时。由 于种种原因,技术学科领域的许多术语常常未能在学术界和 业界达成共识,或对其内涵的界定不够科学和不够准确;因 此,在对同一术语的使用上往往是仁者见仁,智者见智。本文 认为倡导“智慧轨道交通”,就必须首先对其内涵以及与现有 相关术语的异同进行界定、分析和比较,作为讨论问题和研究 相关技术的基础。 1.1 数字化和数字化轨道交通 IBM组织的“如何共同让地球更加‘智慧’(Smarter)”的网络 对话(称为“JAM”),全球2000名学生、教师、商界和专家参 与了这场对话,在国际上引起了极大的反响 。将IBM的智 慧地球的理念应用于不同的行业或宏观系统,便派生出了 “智慧交通”、“智慧城市”、“智慧医疗”等。从这种意义上讲, 从一开始IBM的Smart就是用于描述宏观实体或行业(地球、 城市、交通行业、医药卫生行业等),而不是局限于单个具体 英文版的《维基百科》对数字化的表述为:“Digitizing or digitization is the representation of an object,image,sound, document or a signal(usually art analog sinag1)by a discrete set of its points or samples” ,即数字化是利用一组离散的点或样本来 表示对象、图像、声音、文件或信号(通常为模拟信号)的过程。 因此,按照这一定义,用“数字化”修饰和界定轨道交通只传递了 系统(单条铁路、单个列车等)。因此,本文建议将智慧轨道 交通的内涵界定如下。 智慧轨道交通是人类社会对轨道交通发展趋势和运作模 式的抽象,是轨道交通发展远景的宏观理念和建设目标,它 “以人类智慧与经验为指导,以信号和信息的数字化处理为 基础,以‘物’的智能化信息采集为基础,以‘能实现人、机、物 的全面互联’的‘全联网’(IoT)为信息交换和资源共享平台, 实现轨道交通系统的控制与管理过程智慧化,使之具有更透 彻的感知、更广泛的互联互通和更深入的智能化处理能力”, 轨道交通系统的信息处理与交换是基于数字化(而非模拟)信号 (或信息)这一基本特征。相应地,数字化轨道交通除了表明轨 道交通系统使用数字信号和信息外,未能对该类交通系统(如机 车、车辆、道路、轨道、桥梁、隧道、涵洞、车站及系统管理与控制 等)赋予除“信息与数据数字化”以外的任何新的功能性内涵。 例如,国内的大量报道将青藏铁路称之为“我国的第一条数字化 第5期 曾华桑等:论智慧轨道交通及其系统架构 1193 从而构建集人和人类智慧、轨道交通物理网络、“全联网”、智 在图1中:1)表示智慧轨道交通的人机融合的智能“管 能信息处理技术及各类数字化信息为一体,构建“高效、便 理、决策与指挥系统”(Human—Computer Amalgamated 捷、安全、可视、可预测、环保和智慧”的现代轨道交通系统。 Intelligent Management,Decision-making,and Commanding 1.4关于三个术语使用的建议 System for SRT,HCA—IMDC);2)表示智慧轨道交通“全联网” 应当指出:迄今为止国内、外有关数字化、智能化铁路系 (The Internet of Things for Smart Rail Transponations,SRT— 统或使用“智慧”一词作修饰的场合,常常混用。例如,国内 IoT),由3)+4)+5)组成,其中:3)表示智慧轨道交通骨干 报道的“全国第一条数字化铁路青藏铁路” ,事实上涉及整 通信子网(Smart Rail Transport Backbone Subnetworks,SRT— 条铁路运行的监控、管理,其中也采用了智能化处理的技术; Bs);4)表示智慧轨道交通地面接入一资源网(Ground-based 也有人用使用“智慧车站”(Smart Station) 、“智能化列 Access—Resource Network for Smart Rail Transport,SRT・GARN); 车”Esl(Intelligent Train)、“智能化铁路”(Smart Railroad) / 5)表示智慧轨道交通列车接入一资源网(Train—based Access— Smart Railways_ J。换言之,由于在学术界对铁路系统的智能 Resource Network ofr Smatr Rail Transpotr,SRT—TARN);6)表示 化、智慧化等修饰词的使用并无严格的界定,客观上造成一定 轨道交通“智能”地面基础设施(Intelligent Ground 的概念混淆,为此,本文建议对数字化、智能化和智慧三个修 Infrastructure for Rail Transportation,RT—IGI),其上的智能传感 饰语的使用作如下界定。 器是SRT—TARN和GARN的信息源和信息受主;7)表示 1)鉴于“数字化”的主体是对系统中处理信号的非模拟 Internet骨干通信子网以及其上的公共服务接入资源网 特征,强调系统中信息的数字化表达特征,而不反映描述对象 (PARN)不隶属于轨道交通行业,但与Internet的公共服务有 的功能特征和性能特征,因此,建议尽量不使用“数字化”作 互联互通需求。图1中的智慧轨道交通(Smatr Rail 为轨道交通(或铁路)系统的修饰语,而仅在强调该铁路系统 Transpotration,SRT)系统框架由三部分组成。 内信息处理和交换以数字化信号和信息为基础这一特征时, 1)HCA・IMDC是智慧轨道交通系统的顶层系统,它是人 使用“数字化轨道交通(或铁路)”这一术语。 类社会与计算机处理系统相融合的抽象。它涵盖人类智慧与 2)“智能化”强调具备人类大脑思维能力,因此,建议智 经验及其信息化结果(模型、理论、算法等)、轨道交通行业宏 能轨道交通用于描述具备上述功能的具体系统,如:智能轨道 观运营的管理、决策与指挥的信息系统以及各业务的条块管 列车、(某条)智能化铁路/(某个特定的)智能化轨道交通系 理与控制系统,是实现“更深入的智能化”的顶层系统。 统,或者用于描述具有智能化特征的功能。 2)SRT—loT是顶层系统的网络支撑平台,是实现“更广泛 3)将智慧轨道交通(Smart Rail Transportation)这一表述 的互联互通”的关键。海量的“物”的“更透彻的感知”数据与 用于界定代表未来轨道交通行业的发展趋势或目标的宏观系 信息经过图1中智慧轨道交通地面接人一资源网(SRT— 统,不用于描述具体的单个(或局部的)轨道交通系统。尽管 GARN)和智慧轨道交通列车接入一资源网(SRT—TARN)一方 智慧轨道交通行业的发展离不开数字化和控制管理的智能 面实现“人、机和物”在本地的“更广泛的互联互通”,借助SRT— 化,但着眼于行业总体发展,用“智慧”作为修饰语,强调“更 IoT的骨干通信子网(SRT—BS)实现全行业的更广泛的互联互 透彻的感知”、“更广泛的互联互通”和“更深入的智能化”,更 通。应当指出,SRT—GARN和SRT.TARN也是体现更深入的智 能化的重要组成部分,它们为顶层的HCA-IMDC的智能化的 能够全面反映对行业发展的期望。本文后续部分对智慧轨道 条块管理和全局的智慧化提供了全方位的信息交换平台。 交通的讨论将以上述界定为基础进行。 3)SRT-IGI是对嵌入智能功能的轨道交通基础设施的抽 2智慧轨道交通系统框架 象,是“更透彻的感知”“物”的和对“物”进行控制的关键,因 此是实现“更深入的智能化”的关键部件。实现更透彻的感 根据第1章对智慧轨道交通内涵的界定,本文将智慧轨 知的基础是智能处理芯片、嵌入式技术和先进、敏锐、精确、快 道交通系统框架和功能组成表示为如图1所示。 捷的传感技术相结合。 人类社会(人、人的智慧和人的社会活动) ’ 理、决策、指挥系统”( ~△的“管3与人类社会融合的智慧管理、决策与指挥系统 HCA I MDC) J . 攥 j重  “智慧的管理、决策与指挥系统”(SMDCS):多个分布 HCA—IMDC是智慧轨道交通系统的顶层系统,它是人类 的、同行业/同城中、上层管理网络应用系统的集合 社会与计算机处理系统相融合的系统的抽象,既涵盖交通行 …、 ~ 业宏观运营的管理、决策与指挥,也包括其指导下的各类管理 … 务接入一网(PARN).资源 / 崔 诵信_与控制系统,是实现“更深入的智能化”的顶层系统。如图1 _\一 革 )智慧轨道 2)智慧 卿 所示,HCA—IMDC与人类社会的融合体现在通过智能人机接 交通骨干 道交通 elligent Human to Computer Interface,IHCI)将人类智 通信子网 全联网 口(Int嚣 慧、理念、理论的信息化、模型化,应用于基于计算机的“管 理、决策与指挥系统(Smart Management,Decision—making,and Commanding System,SMDCS)”,从而对轨道交通实施宏观运 _、、:  慧 /i: = := :2: A , -则 ̄ 军N瓒N、 ./√可能直接通过 KrJA R卜营、建设规划、管理和指挥;SMDCS也通过IHCI向管理者提 ! 无线网互联—\^一/ 供图形化系统结果。 6)轨道交通“智能”地面基础设施(sRT_IGI) SMDCS可进~步划分为两个层次:宏观决策层和执行 注:—--一以有线通信技术为主的通信技术 ・一以无线通信技术为主的通信技术 层。前者代表系统重大决策功能,包括轨道交通规划、运营决 仨 具有防火墙、网闸、入侵检测等安全功能的网关,路由器 策等;后者代表按功能划分,地理位置分散与集中相结合的, 图1 “智慧轨道交通系统”组成框架示意图 既具备实际的管理与控制能力,也具备相应决策能力的各类 ll94 系统。图2为SMDCS进一步细分的示意图。 计算机应用 第32卷 to Computer,C2C)的联系与信息交换。因此,从这种意义上 讲,loT中的Things整体泛指“人、事、物”,在特定的场合也用 于特指“物”。文献[1]对IoT的另一层意义的解释是指由于 传感技术使物智能化而改善访问Iuternet访问的简便性,从而 达到在任何时间和地点使用“任何”(微小型化的)装置都能 图2中将SRT—IoT画成虚框,意在表示它在多个应用系 统之间实现透明的互联互通,对各类应用系统而言网络是 “不可见”的。应当指出:图2中底层的各管理功能是相关业 务的抽象,每个功能模块可能代表多个相关业务的完整的独 立系统。如“轨道交通客运管理”模块,它可以包括列车客票 管理、车站调度管理、车站旅客服务等多个与客运服务相关的 系统或系统;此外,它的运作还必须与多个移动目标(如智能 化高速列车)进行交互,获取相关信息,为全国性列车动态调 度提供基础信息。而“轨道交通安全管理”模块,它涉及轨道 够访问Internet,由此能够实现在任何时间、任何地点和使用 任何终端都能够方便地访问Internet,也即所谓普适计算 (Pervasive/Ubiquitous Computing)的理念。图3为参考文献 [1]中ITU描述的三维空间loT的示意图,图中中文部分为本 文作者增加的解释。 系统安全,包括:相关路、桥、隧道的安全信息管理,这些信息 来自相关的检测、控制系统;它还涉及场站安全管理、车站设 备安全、车站公安系统;再有就是与图2中其他管理系统涉及 的功能有交互,如信号、电力、电气系统的安全管理管理、轨道 系统安全。 智慧的宏观管理、决策与指挥系统(SMDCS) SRT—IoT(轨道交通全联网) I圜圜圜圜圈圈圜圆 l轨交规设道通划计 IlJIl轨交客管道通运理I llIf轨交货管道通运理I JlI轨交安管道通全理IJl Il信管与制号理控Il fIl管与电制力理控Il Il 毖豢  l IllIf 4 轨道交通全联网(SRT—IoT) 图3 ITU的loT的三维不意图 如图3所示,“The Internet of Things”将现有的Intemet在 “时域”、“空域”和“对象域”(接入网络进行信息交换的对象 集合)三维空间实现任何时间、任何地点和任何“人、机和物” (广义Thing)之间的可连通性。因此,“The Internet ofThings” 的提出者显然首先仍然将其视为“Internet”;但同时又强调把 借助于智能集成芯片、嵌入式技术实现了智能化的“物”,并 把它们加入到Internet的互联对象之中,进一步发挥“普适计 算”,即Pervasive/Ubiquitous computing的“无时不在、无处不 在和任何输入设备”皆能访问Internet的资源的理念。因而, The Internet of Things将传统互联网应用拓宽到“多维信息交 换与共享空间”。本文将10T译作“全联网”,而没有采用国 内流行的“物联网”一词,就是为了表征IoT不是局限于“物” 间通信的特定的Intemet,而是将现有主要是“人一人、人一 机”的互联的应用进一步拓宽到“人一物”、“物一物”和 “物一机”之间。从这种意义上讲,其内涵远比现有Intemet 更为广泛。“物联网”强调联“物”,但从严格的意义上讲,全 部由智能化“物”互联而成的网络并没有太多的实用价值,只 有当“物”的信息经过计算机进行智能化的信息处理(经信息 过滤、融合和挖掘),有关物的信息才有更广泛的利用价值。 这就是为什们本文为什么将IoT译作“全联网”而不采用国内 流行的“物联网”的理由。与国内理解为“物联网”观点类似 的还有欧盟相关机构,他们将IoT视为“联物的网”,与提供服 务的网(Intemet of Service),多媒体网并列(Intemet of Media) 等一道,作为未来信息技术总和平台的组成部分” ” 。 还应当特别强调的是,IoT实质上是以网络为支撑的网络应 用系统,研究的重点不是Intemet本身,而在于应用系统,无论 “人”还是智能化的“物”,并非网络直接互联的对象,而在OSI/ RM或Intemet仅作为不直接可见的应用对象或接入对象而存 在。但是,在网络端系统中“人”和“物”的数字化影像(Digital Image) ̄Jj可使它们成为可见和可间接访问的互联对象。 将全联网的概念应用于智慧轨道交通,本文将它称之为 “智慧轨道交通全联网”(SRT.1oT)。如图1所示,SRT—IoT由 “智慧轨道交通全联骨干通信子网”(SRT—IoT BS)和“外围接 人一资源网”两部分组成,而外围接入一资源网则由大量列 第5期 曾华粜等:论智慧轨道交通及其系统架构 1195 车接入一资源网(SRT—TARN)和地面接入一资源网(SRT— GARN)组成。前者提供高服务质量的、安全可靠的、高速的 舒适度也是评价高速列车的重要指标之一,智能化列车必须对车 内环境的舒适度(温湿度、震动、噪音、座椅)进行检测控制,以便 为旅客提供优质的旅行生活环境;此外,各类信息服务也是改善 对旅客提供的服务质量的另一类措施,使旅客工作与休闲于旅行 之中。 交换能力;后者将轨道交通“智能”物理基础设施(SRT—IGI) 中的智能化物、及人和计算机融入,形成局部的处理网络,在 必要时接入下一代Internet的骨干通信子网与远端系统实现 互联。TARN和GARN冠名为“接入一资源网”使该类外围网 络既是信息源所在的“资源网”,也是用户接入的主要入口。 大量的SRT—TARN和SRT—GARN是SRT—IoT的基础网 6 结语 “更透彻的感知、更广泛的互联互通和更深入的智能化 处理能力”是智慧轨道交通的基本特征,它以智能信息处理 络,是轨道交通“智能”物理基础设施(SRT—IGI)中的智能化 的“物”传感器网络和本地信息处理网。为了实现全域信息 交换与共享,它必须利用SRT—IoT BS骨干通信子网实现互 联,因而是骨干通信子网的接入网。作为前者,它对智能化 “物”进行数据采集、识别、处理和/或实施控制。轨道交通 “物”涉及面极广,监测、识别和控制对象可能包括轨道、路 桥、场站、隧道、列车、货物和各类基础设施(供电、信号、电气 牵引等)系统中的不同的“智能化”物,而且检测控制对象还 可能处于高速运动状态(如列车的移动、部件的转动等),因 此,“物”的种类多、数量大,“物”的数据通常具有每次传输的 数据量小但可能较为传输频繁的特点,加上检测对象可能具 有移动性,无线通信技术将成为SRT—TARN对地通信和车间 通信的主要的通信手段,同时也是SRT—GARN与“智能”物理 基础设施(SRT—IGI)之间的主要通信手段。由于TARN和 GARN涉及的物理对象种类繁多、数量大,为了便于实现数据 交换与共享,必须对数据格式化或标准化;为了提高数据的有 效利用率,还必须利用数据分类、融合和数据挖掘技术,对海 量数据进行智能化处理。由此可见,SRT—AN本身必须具备 较强的本地数据存储管理机制和智能处理能力。这是智慧轨 道交通体现智能化的另一个重要技术层面。 5 轨道交通“智能”物理基础设施(SRT—IGI) 智慧轨道交通“智能”物理基础设施(SRT—IGI)是对嵌入 “智能”的物理轨道交通基础设施(路基、桥梁、场站、隧道,以 及机车、车辆,信号、供电等装备)的抽象,它也是智慧轨道交通 系统GARN的重要信息源和信息受主;另一方面,列车也是轨 道交通中另一类与“物”相关部件,因此也是TARN的重要包 括“物”在内的信息源和信息受主。作为“物”的信息源,必须 识别特定的“物”或将“物”的状态及其变化转化为数据;作为 信息受主,必须能够将数字化控制信息转换为控制行为和 “物”的状态改变的信息,所有这些都离不开传感器。此外,为 了使传感器微小型化,以便方便地嵌入监测控制物理对象之 中;rE为了使“物”具备必要的处理与通信能力,充分发挥“物” 的信息的作用,需要大量的微小型化的传感器嵌入被测控的对 象之中,因此,嵌入式技术就成为实现智能传感器的关键。 传感技术涉及面极广,从较为成熟的射频识别技术(Radio Frequency IDentification,RFID)和图像识别技术,到各类物理量的 传感技术。轨道交通也离不开传感技术,以高速铁路和城市地铁 为例,其高速性使其安全性和舒适性成为其重要的关注点之一, 因此,如何保障高速列车的安全、可靠、舒适,保证列车运行环境 的安全就成轨道交通必须重点考虑的问题。高速列车运行的安 全不仅取决于列车自身的运行状态和安全,也决定于路轨、桥梁、 隧道等轨道基础设施的安全。因此,除了对列车运行状态和状况 进行实时检测控制外,还必须研究对路基、轨道、隧道和桥梁物理 状况进行实时检测,以确保列车运行环境的安全。目前国内已经 开始着手研究智能化的高速列车和运行环境的检测技术的研究。 技术、全联网技术和传感技术为支撑,构建和展示了一个“高 效、便捷、安全、可视、可预测、环保和智慧”的、高科技的、现 代化的、庞大的轨道交通系统。受篇幅所限,本文未能对相关 的支撑技术做进一步的讨论,留待其他文章进行专题讨论。 本文提出的以“智慧管理、决策与指挥系统”、“智慧轨道 交通全联网”和“轨道交通‘智能’物理基础设施”的智慧轨道 交通系统的三层架构,是对智慧轨道交通系统理念、技术内涵 及其构成的初步探索和概括,愿以此文抛砖引玉,得到专家学 者和轨道交通同行们的批评指正。 参考文献: [1】 ITU.Internet Report—The Internet of Things[R/OL].(2005—1 1— 1 8)[201 1—09一O1】.http://www.itu.int/intemetofthings/. 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