京張高鐵智能化服務(wù)總體架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用示范

王同軍

（中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司，北京 100844）

我國(guó)已經(jīng)建成了世界上最發(fā)達(dá)的鐵路網(wǎng)和最先進(jìn)的高速鐵路（簡(jiǎn)稱(chēng)：高鐵）網(wǎng)，截至2020 年底，全國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)14.6 萬(wàn)km，其中，高鐵近3.8萬(wàn)km，超過(guò)世界高鐵總里程的2/3，中國(guó)鐵路為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了重要支撐作用。當(dāng)前，隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的深入推進(jìn)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、BIM 和5G 等前沿技術(shù)蓬勃發(fā)展，世界各國(guó)鐵路都在積極擁抱新技術(shù)，推進(jìn)鐵路的數(shù)字化、智能化發(fā)展。歐盟制定了Shift2Rail 計(jì)劃，法國(guó)國(guó)營(yíng)鐵路公司（SNCF）、德國(guó)聯(lián)邦鐵路公司（DB）、英國(guó)鐵路公司、瑞士聯(lián)邦鐵路公司（SB）等發(fā)布了數(shù)字鐵路智能鐵路發(fā)展戰(zhàn)略，列車(chē)自動(dòng)駕駛、設(shè)備設(shè)施智能運(yùn)維、MaaS 智能服務(wù)、安全風(fēng)險(xiǎn)智能識(shí)別、綠色節(jié)能等成為各國(guó)鐵路競(jìng)相發(fā)展的前沿方向。為實(shí)現(xiàn)高鐵持續(xù)領(lǐng)跑，我國(guó)率先開(kāi)展了智能高鐵體系架構(gòu)和發(fā)展戰(zhàn)略的研究，并依托北京—張家口高速鐵路（簡(jiǎn)稱(chēng)：京張高鐵）開(kāi)展了智能建造、智能裝備和智能運(yùn)營(yíng)服務(wù)的應(yīng)用實(shí)踐。智能京張高鐵成為推動(dòng)我國(guó)高鐵技術(shù)新一輪創(chuàng)新的標(biāo)志性工程，樹(shù)立了中國(guó)鐵路建設(shè)自主創(chuàng)新的典范和標(biāo)桿[1-5]。

京張高鐵是支撐北京2022 年冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)（簡(jiǎn)稱(chēng)：冬奧會(huì)）成功舉辦的交通保障線，也是促進(jìn)“京津冀一體化”發(fā)展的經(jīng)濟(jì)服務(wù)線，2015 年12月開(kāi)工建設(shè)，2019 年12 月開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。新建正線全長(zhǎng)173.964km，橋梁總長(zhǎng)65.905 km，隧道總長(zhǎng)48.780 km，橋隧比例為65.9%。全線設(shè)北京北、清河、沙河、昌平、八達(dá)嶺長(zhǎng)城、東花園北、懷來(lái)、下花園北、宣化北、張家口10 座車(chē)站，如圖1 所示。京張高鐵設(shè)計(jì)最高行車(chē)速度為350 km/h，建成后，張家口—北京的最短運(yùn)行時(shí)間由3 h 7 min 壓縮至47 min。

圖1 京張高鐵線路示意

北京冬奧會(huì)是全球首次三賽區(qū)聯(lián)動(dòng)、以高鐵為主要運(yùn)輸方式的冬季奧運(yùn)盛會(huì)，京張高鐵作為本屆冬奧會(huì)的交通基礎(chǔ)設(shè)施，其智能化服務(wù)對(duì)于保障賽事順利舉辦、彰顯中國(guó)文化科技、打造中國(guó)高鐵名片具有重要意義。俄羅斯、韓國(guó)等歷屆冬奧會(huì)承辦國(guó)圍繞賽事期間旅客出行服務(wù)保障進(jìn)行積極探索，索契冬奧會(huì)通過(guò)建立交通模型實(shí)現(xiàn)了基于賽程信息的智能化交通調(diào)度服務(wù)，平昌冬奧會(huì)建立了奧運(yùn)高鐵交通系統(tǒng)信息綜合查詢平臺(tái)。北京冬奧會(huì)期間，將面臨“旅客需求多樣、線路條件復(fù)雜、安全保障要求高”等更高要求，因此，研究面向冬奧出行的京張高鐵智能化服務(wù)總體架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)，并開(kāi)展示范應(yīng)用具有重要意義。

1 京張高鐵智能化服務(wù)總體需求

京張高鐵智能化服務(wù)總體需求主要來(lái)源于服務(wù)、安全、文化展示3 大方面，如圖2 所示。其中，冬奧會(huì)出行服務(wù)需求包含票務(wù)國(guó)際化、高清觀賽、定制化奧運(yùn)動(dòng)車(chē)組服務(wù)等。運(yùn)營(yíng)安全保障需求包括異常行為識(shí)別、安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、站車(chē)應(yīng)急處置等。人文冬奧需求包括列車(chē)涂裝創(chuàng)意設(shè)計(jì)、車(chē)內(nèi)導(dǎo)視符號(hào)系統(tǒng)、虛擬交互引導(dǎo)等。

圖2 京張高鐵智能化服務(wù)總體需求

1.1 旅客服務(wù)需求

1.1.1 票務(wù)國(guó)際化方面

我國(guó)鐵路客票發(fā)售和預(yù)訂系統(tǒng)（含12306 互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)）全渠道日均售票量已超過(guò)1 200 萬(wàn)張，年售票量超過(guò)30 億張，是世界上最大的票務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)支持二代身份證、護(hù)照等多達(dá)26 種有效證件購(gòu)票，以及電子票、軟紙票、磁介質(zhì)票和中鐵銀通卡等多種介質(zhì)乘車(chē)，實(shí)現(xiàn)了人臉檢票、智能客服等一系列技術(shù)舉措，可為旅客提供無(wú)紙化、自助化的票務(wù)體驗(yàn)。但當(dāng)前鐵路客票系統(tǒng)主要面向國(guó)內(nèi)旅客，在國(guó)際化售票服務(wù)方面有待拓展、智能化服務(wù)方面有待提升，因此，加快推進(jìn)我國(guó)鐵路票務(wù)系統(tǒng)的國(guó)際化建設(shè)，滿足冬奧會(huì)期間京張高鐵國(guó)際旅客購(gòu)票需求迫在眉睫。

1.1.2 客站服務(wù)方面

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家針對(duì)高速鐵路客運(yùn)車(chē)站智能化建設(shè)方面起步較早，通過(guò)相關(guān)信息系統(tǒng)建設(shè)，提供了數(shù)據(jù)集成共享、輔助決策、可視化展示等相關(guān)功能，如法國(guó)SNCF、德國(guó)DB、日本鐵路公司（JR）均設(shè)立了旅客信息服務(wù)中心。我國(guó)鐵路客運(yùn)集中管控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)、對(duì)外數(shù)據(jù)統(tǒng)一接口、計(jì)算資源統(tǒng)一調(diào)配、算法模型深度應(yīng)用、運(yùn)營(yíng)狀況總體研判、人員-作業(yè)-設(shè)備統(tǒng)一指揮、業(yè)務(wù)流程再造、數(shù)據(jù)集成展示等功能，已與京張高鐵運(yùn)營(yíng)同步投入運(yùn)用。為滿足冬奧會(huì)旅客國(guó)際化、個(gè)性化、智慧化的站車(chē)服務(wù)需求，需進(jìn)一步優(yōu)化客運(yùn)集中管控平臺(tái)，提升京張高鐵智能化旅客服務(wù)水平。

1.1.3 智能動(dòng)車(chē)組服務(wù)方面

以歐盟、日本、韓國(guó)等為代表，大力發(fā)展5G、大數(shù)據(jù)及人工智能等新技術(shù)、新材料，與軌道交通裝備相結(jié)合，形成了日本N700S 和ALFA-X、法國(guó)Avelia Horizon 下一代超高速列車(chē)和德國(guó)ICE4 等相關(guān)高速列車(chē)研發(fā)體系。復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組是基于我國(guó)國(guó)情、路情，實(shí)現(xiàn)自主化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的成果，設(shè)計(jì)、軟件開(kāi)發(fā)及制造技術(shù)均達(dá)世界先進(jìn)水平。針對(duì)北京冬奧會(huì)定制開(kāi)發(fā)的需求，在復(fù)興號(hào)基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化、輕量化、適應(yīng)性提升設(shè)計(jì)，以滿足京張高鐵沿線高寒、多山區(qū)橋隧等復(fù)雜環(huán)境下的困難工況，對(duì)實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)動(dòng)車(chē)組提供溫馨舒適、安全可靠的服務(wù)具有重要意義。

1.2 運(yùn)營(yíng)安全保障需求

法國(guó)、德國(guó)、日本、西班牙等國(guó)家建立了基礎(chǔ)設(shè)施和移動(dòng)裝備安全檢測(cè)監(jiān)測(cè)、故障診斷系統(tǒng)，以及高鐵沿線自然災(zāi)害安全預(yù)警系統(tǒng)，有效支撐各國(guó)高鐵列車(chē)的安全運(yùn)營(yíng)。我國(guó)鐵路研發(fā)了運(yùn)輸安全大數(shù)據(jù)應(yīng)用、安全監(jiān)督管理、高鐵異物侵限監(jiān)測(cè)、5T等系統(tǒng)，開(kāi)展了安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、安全綜合評(píng)估、事故故障分析、軌道缺陷圖像分析等研究，逐步建立了基于人防、物防、技防三位一體的運(yùn)輸安全綜合保障體系，但仍存在高鐵運(yùn)營(yíng)安全數(shù)據(jù)共享度不高、異常圖片和視頻識(shí)別分析困難等問(wèn)題，迫切需要從“結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析”轉(zhuǎn)向“綜合性數(shù)據(jù)分析”、從“基于經(jīng)驗(yàn)的安全管理”轉(zhuǎn)向“基于數(shù)據(jù)的安全管控”、從“事后分析”轉(zhuǎn)向“事前預(yù)警”。

1.3 奧運(yùn)文化融合需求

德國(guó)ICE、法國(guó)TGV、日本新干線等先后建立了引領(lǐng)時(shí)代設(shè)計(jì)美學(xué)的鐵路配套視覺(jué)系統(tǒng)，由荷蘭設(shè)計(jì)大師格爾登貝設(shè)計(jì)的荷蘭鐵路標(biāo)識(shí)、車(chē)體、站臺(tái)設(shè)施一體化視覺(jué)設(shè)計(jì)方案的影響較為廣泛。我國(guó)高鐵視覺(jué)設(shè)計(jì)已完成了建設(shè)的基礎(chǔ)工作，高鐵復(fù)興號(hào)視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)于2017 年設(shè)計(jì)完成，但與高鐵高端裝備品牌化等要求尚有距離，在區(qū)間高鐵文化建設(shè)、地域文化對(duì)應(yīng)、重大活動(dòng)視覺(jué)形象體驗(yàn)適配等方面仍待完善，在冬奧會(huì)主題的京張高鐵視覺(jué)設(shè)計(jì)上，亟需在動(dòng)態(tài)視覺(jué)符號(hào)提取、文化信息對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行探索。

2 京張高鐵智能化服務(wù)總體架構(gòu)

京張高鐵智能化服務(wù)總體架構(gòu)是從服務(wù)、安全、文化等方面對(duì)智能化提升進(jìn)行的整體設(shè)計(jì)[6-8]，自下而上可劃分為智能感知層、智能傳輸層、數(shù)據(jù)資源層、智能決策層和智能應(yīng)用層，如圖3 所示。

圖3 京張高鐵智能化服務(wù)總體架構(gòu)

2.1 智能感知層

智能感知層的功能是識(shí)別京張高鐵各類(lèi)物理實(shí)體并采集動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)信息，即通過(guò)傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等多種手段，自動(dòng)化獲取高鐵行車(chē)狀態(tài)、設(shè)備健康狀況、自然環(huán)境條件等信息，全方位了解整個(gè)高鐵運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行情況。智能感知層的采集方式多樣化及泛在化是其重要特征。信息采集設(shè)備主要包括傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、全球定位系統(tǒng)/北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS/BDS）、綜合視頻、紅外監(jiān)測(cè)等。

2.2 智能傳輸層

采集感知層的各種類(lèi)型信息，通過(guò)多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行匯集、整合，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的智能分析和運(yùn)用。廣泛互聯(lián)、可靠傳遞是對(duì)智能傳輸層的基本要求，需要融合應(yīng)用有線、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)。智能傳輸層采用的主要技術(shù)包括鐵路信息網(wǎng)絡(luò)的IPv4/IPv6 技術(shù)、Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)、4G/5G 網(wǎng)絡(luò)等。

2.3 數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是智能高速鐵路的重要特征[9-12]。數(shù)據(jù)資源層從下到上分為兩個(gè)部分：（1）數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)共享、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析等能力；（2）數(shù)據(jù)資源，按戰(zhàn)略決策、運(yùn)輸生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)開(kāi)發(fā)、資源管理、建設(shè)管理、綜合協(xié)同、社會(huì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)分類(lèi)，并對(duì)智能票務(wù)、智能旅服、智能動(dòng)車(chē)組、運(yùn)營(yíng)安全等信息資源進(jìn)行匯集、治理和存儲(chǔ)。

2.4 智能決策層

2.5 智能應(yīng)用層

面向冬奧會(huì)期間，圍繞京張高鐵旅客智能出行、高鐵運(yùn)營(yíng)安全、服務(wù)人文冬奧3 個(gè)方面，開(kāi)展國(guó)際化售票服務(wù)、智能站車(chē)服務(wù)、智能動(dòng)車(chē)組、地下站隧虛擬交互導(dǎo)引和融合展示服務(wù)、運(yùn)營(yíng)安全大數(shù)據(jù)、文化視覺(jué)展示等示范。

2.5.1 旅客智能出行

基于多模態(tài)協(xié)同、站車(chē)協(xié)同等理論，在購(gòu)票、候車(chē)、乘車(chē)3 個(gè)方面開(kāi)展智能票務(wù)、智能站車(chē)旅客服務(wù)、隧道與地下車(chē)站智能展示和復(fù)興號(hào)奧運(yùn)動(dòng)車(chē)組改造等關(guān)鍵技術(shù)研究。

2.5.2 高鐵運(yùn)營(yíng)安全

基于高鐵運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警理論，研究高鐵周界入侵圖像智能分析和高鐵外部環(huán)境遙感影像智能分析等技術(shù)，開(kāi)發(fā)基于深度學(xué)習(xí)的京張高鐵圖像智能識(shí)別系統(tǒng)。

2.5.3 服務(wù)人文冬奧

基于美學(xué)與文化對(duì)應(yīng)機(jī)制等理論，研究基于冬奧會(huì)主題生成的京張高鐵視覺(jué)傳達(dá)與展示設(shè)計(jì)技術(shù)，開(kāi)發(fā)專(zhuān)屬標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng)和視覺(jué)導(dǎo)視符號(hào)系統(tǒng)，制定站車(chē)空間整體創(chuàng)意設(shè)計(jì)。

3 京張高鐵智能化服務(wù)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)

以北京冬奧會(huì)科學(xué)辦賽頂層要求為指導(dǎo)，圍繞為冬奧會(huì)旅客提供便捷、舒適、安全的京張高鐵智能出行服務(wù)這一目標(biāo)，從旅客智能出行、高鐵運(yùn)營(yíng)安全、服務(wù)人文冬奧3 個(gè)方面，需解決1 個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，6 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題[13]，如圖4 所示。

由于財(cái)政困難，投入資金仍有限，有的設(shè)施蔬菜園區(qū)水、電、路等基礎(chǔ)設(shè)施配套不完備，過(guò)去修建的部分日光溫室標(biāo)準(zhǔn)不高，設(shè)施老化破損，維修資金短缺，一些日光溫室冬季甚至不能生產(chǎn)蔬菜。鄉(xiāng)、村技術(shù)服務(wù)體系不健全，缺少技術(shù)服務(wù)人才，培訓(xùn)農(nóng)民難度大，技術(shù)服務(wù)工作跟不上，一些適合本地種植的主栽品種的引進(jìn)篩選、更新?lián)Q代工作滯后，制約了蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

圖4 京張高鐵智能化服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 京張高鐵智能化服務(wù)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題

面向冬奧會(huì)的京張高鐵多元化需求、多模態(tài)服務(wù)、多維度安全協(xié)同機(jī)理是本研究的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。冬奧會(huì)期間，京張高鐵具有客流成分復(fù)雜、運(yùn)營(yíng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)高、運(yùn)營(yíng)安全要求高等賽時(shí)運(yùn)營(yíng)特征，深入分析賽時(shí)人群對(duì)便捷、舒適、安全的出行需求，探索高效、綠色、可靠的智能化服務(wù)模式，揭示京張高鐵旅客多元化需求與多模態(tài)服務(wù)匹配、站車(chē)旅客服務(wù)環(huán)境演化和生產(chǎn)要素協(xié)同、復(fù)雜時(shí)空多因素耦合條件下“站-車(chē)-線”安全協(xié)同的機(jī)理，為構(gòu)建京張高鐵智能化服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)和示范提供理論與方法支撐。

3.2 京張高鐵智能化服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 跨區(qū)域冬奧會(huì)場(chǎng)景下的京張高鐵多模態(tài)票務(wù)服務(wù)

針對(duì)跨區(qū)域賽事人群多元出行需求，亟待解決雙語(yǔ)場(chǎng)景下的京張高鐵購(gòu)票體驗(yàn)與交互協(xié)作優(yōu)化技術(shù)和全時(shí)區(qū)國(guó)際化售票需求與服務(wù)能力匹配技術(shù)；針對(duì)冬奧會(huì)京張高鐵精準(zhǔn)高效的驗(yàn)檢票需求，需研究多元票制旅客信息實(shí)時(shí)共享與識(shí)別技術(shù)，構(gòu)建多模態(tài)、多膚色、多模型融合的國(guó)際旅客人像識(shí)別技術(shù)體系，突破智能化多元票制驗(yàn)檢票服務(wù)技術(shù)，研究雙語(yǔ)智能票務(wù)客服技術(shù)，提升票務(wù)智能化水平。

3.2.2 面向冬奧會(huì)的站車(chē)一體化協(xié)同旅客服務(wù)

針對(duì)京張高鐵站車(chē)旅客服務(wù)智能化水平需進(jìn)一步提升的現(xiàn)狀，亟待解決基于5G 技術(shù)的列車(chē)多媒體奧運(yùn)會(huì)信息服務(wù)、旅客全行程智慧信息服務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)，提高面向冬奧會(huì)的車(chē)地一體化旅客服務(wù)水平；針對(duì)冬奧會(huì)期間人員結(jié)構(gòu)復(fù)雜、異常突發(fā)事件預(yù)測(cè)難等情況，亟待解決站車(chē)應(yīng)急處置智能決策與協(xié)同聯(lián)動(dòng)、人員異常行為智能感知和預(yù)警、站臺(tái)門(mén)智能協(xié)同聯(lián)動(dòng)與自適應(yīng)控制等關(guān)鍵技術(shù)，提升旅客出行安全保障能力。

3.2.3 面向冬奧會(huì)需求的復(fù)雜困難線路工況下的動(dòng)車(chē)組安全運(yùn)行

針對(duì)冬奧會(huì)對(duì)動(dòng)車(chē)組的特殊需求，亟待解決滑雪器材存放、殘疾人乘車(chē)等定制化服務(wù)技術(shù)；針對(duì)京張線路多隧道、高海拔差及大溫差等復(fù)雜困難工況下環(huán)境時(shí)變特征，亟待解決低溫適應(yīng)性、長(zhǎng)大坡運(yùn)行、車(chē)輛減阻、輕量化設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)；京張線路的復(fù)雜性增加了應(yīng)急處理難度，亟需提高保障效率和運(yùn)維技術(shù)，降低維修時(shí)間和成本。

3.2.4 面向復(fù)雜環(huán)境的高鐵運(yùn)營(yíng)安全影響因素識(shí)別和分析

針對(duì)京張高鐵運(yùn)營(yíng)安全“數(shù)據(jù)類(lèi)型多樣、外部環(huán)境復(fù)雜、決策信息單一”問(wèn)題，亟需解決高鐵運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和分析，“風(fēng)險(xiǎn)-隱患-事故故障”的安全鏈和基于深度學(xué)習(xí)的鐵路異物入侵識(shí)別等技術(shù)問(wèn)題；針對(duì)京張高鐵安全“影響因素不定、耦合關(guān)系復(fù)雜”的問(wèn)題，亟需解決基礎(chǔ)設(shè)施“軌道-接觸網(wǎng)”安全關(guān)聯(lián)分析、“人-車(chē)-物-環(huán)-管”因素識(shí)別等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

3.2.5 京張高鐵深埋站隧復(fù)雜空間虛擬交互導(dǎo)引和融合展示

針對(duì)站內(nèi)客服設(shè)施設(shè)備的空間位置時(shí)變特征，亟需解決基于影像與三維點(diǎn)云的客服設(shè)施設(shè)備模型重建、識(shí)別匹配與動(dòng)態(tài)更新關(guān)鍵技術(shù)；針對(duì)深埋地下復(fù)雜空間定位及路徑規(guī)劃較為困難的問(wèn)題，亟需研究稀疏重建與視覺(jué)特征匹配結(jié)合的大范圍實(shí)時(shí)定位方法；針對(duì)站隧不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景快速切換、融合展示等需求，亟需研究大規(guī)模數(shù)據(jù)混合輕量化展示技術(shù)。

3.2.6 基于冬奧會(huì)主題生成的京張高鐵視覺(jué)傳達(dá)與展示設(shè)計(jì)技術(shù)

針對(duì)京張高鐵視覺(jué)形象信息來(lái)源多元化特征，需解決從京張高鐵文化和冬奧會(huì)設(shè)計(jì)中提煉視覺(jué)元素關(guān)鍵技術(shù)；針對(duì)設(shè)計(jì)美學(xué)與文化對(duì)應(yīng)機(jī)制的復(fù)雜性，解決精準(zhǔn)整合諸多復(fù)雜因素的文化生成關(guān)鍵技術(shù)；在結(jié)構(gòu)化、規(guī)范化并探尋基本形式美感的基礎(chǔ)上，亟待將冬季運(yùn)動(dòng)的速度動(dòng)感與京張高鐵文化特色有機(jī)融合，解決冬奧會(huì)主題京張高鐵一體化視覺(jué)創(chuàng)意設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)。

4 京張高鐵智能化服務(wù)典型示范設(shè)計(jì)

圍繞旅客智能出行、高鐵運(yùn)營(yíng)安全、服務(wù)人文冬奧3 個(gè)方面，按照需求分析、理論技術(shù)研究、平臺(tái)研發(fā)和應(yīng)用示范4 個(gè)步驟，開(kāi)展京張高鐵智能化服務(wù)典型示范設(shè)計(jì)。

深入分析冬奧會(huì)辦賽期間國(guó)內(nèi)外旅客多元出行需求和特征，開(kāi)展基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，構(gòu)建各部分研究的理論和技術(shù)框架體系，開(kāi)發(fā)京張高鐵智能票務(wù)應(yīng)用、客運(yùn)集中管控平臺(tái)、基于BIM 的隧道與地下車(chē)站全生命周期平臺(tái)、安全大數(shù)據(jù)平臺(tái)[14]，構(gòu)建京張高鐵文化檢索與展示應(yīng)用。在冬奧會(huì)期間，開(kāi)展國(guó)際化售票服務(wù)、智能站車(chē)服務(wù)、智能動(dòng)車(chē)組、安全大數(shù)據(jù)應(yīng)用[15]、地下站隧虛擬交互導(dǎo)引和融合展示服務(wù)、京張高鐵文化視覺(jué)展示示范等，如圖5 所示。

圖5 京張高鐵智能化服務(wù)典型示范設(shè)計(jì)

4.1 國(guó)際化售票服務(wù)示范

融入包括冬奧會(huì)文化元素、京張歷史文化、一站一景等元素完成3 套奧運(yùn)特色紙質(zhì)車(chē)票和電子客票樣式設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)以長(zhǎng)城主題的冬奧會(huì)紀(jì)念票。研發(fā)了中、英雙語(yǔ)服務(wù)的自動(dòng)售票服務(wù)機(jī)，提供英文版售票、退票、改簽及英文版計(jì)次-定期票發(fā)售等功能。研發(fā)多語(yǔ)言版售票應(yīng)用軟件App，與英文版網(wǎng)站業(yè)務(wù)功能和服務(wù)保持一致，增加語(yǔ)言包快速集成功能，具備后期擴(kuò)展更多國(guó)家語(yǔ)言條件。支持VISA、MasterCard、JCB、Diners 等國(guó)際卡，實(shí)現(xiàn)售票服務(wù)的國(guó)際化和智能化提升。

4.2 智能站車(chē)服務(wù)示范

構(gòu)建基于中臺(tái)框架的旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)V 2.0 總體架構(gòu)，研究基于三維熱力圖的可視化應(yīng)急場(chǎng)景處置展示技術(shù)，研發(fā)輕量級(jí)中英文語(yǔ)音播報(bào)、引導(dǎo)揭示服務(wù)單元，搭建鐵路局集團(tuán)公司級(jí)管控平臺(tái)原型系統(tǒng)，將智能調(diào)度數(shù)據(jù)接入管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)中英文語(yǔ)音交互、引導(dǎo)揭示切換、站內(nèi)導(dǎo)航和車(chē)次狀態(tài)查詢等智能信息服務(wù)，提升冬奧會(huì)旅客高鐵出行體驗(yàn)和服務(wù)水平。研究京張高鐵智能動(dòng)車(chē)組5G 通信技術(shù)，研發(fā)了基于 5G 通信的列車(chē)多媒體奧運(yùn)信息服務(wù)系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)高清轉(zhuǎn)播、智慧觀賽等提供技術(shù)支撐。研發(fā)了站臺(tái)門(mén)中央控制系統(tǒng)，研究站臺(tái)門(mén)智能協(xié)同聯(lián)動(dòng)與自適應(yīng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)站臺(tái)門(mén)開(kāi)、閉門(mén)時(shí)間范圍內(nèi)可調(diào)可控。

4.3 智能動(dòng)車(chē)組示范

實(shí)現(xiàn)司機(jī)登車(chē)門(mén)布置、無(wú)障礙輪椅停放和滑雪器材存放等優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)列車(chē)重量較CR400BF 動(dòng)車(chē)組減少7 t，滿足動(dòng)車(chē)組-40℃～40℃的高寒防冰雪運(yùn)用要求，氣動(dòng)阻力較CR400BF 動(dòng)車(chē)組降低3.5%，實(shí)現(xiàn)30‰大坡道困難工況下動(dòng)車(chē)組的安全起停，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車(chē)組狀態(tài)修到預(yù)見(jiàn)修的提升。目前，完成復(fù)興號(hào)京張智能動(dòng)車(chē)組配置頂層指標(biāo)和總體技術(shù)條件編制，智能動(dòng)車(chē)組智能監(jiān)控屏統(tǒng)型方案設(shè)計(jì)。完成無(wú)障礙輪椅和滑雪器材及登乘門(mén)的方案設(shè)計(jì)。完成了走行部故障預(yù)測(cè)的技術(shù)方案及技術(shù)路線設(shè)計(jì)，以及奧運(yùn)配置動(dòng)車(chē)組5162 車(chē)的研制。

4.4 安全大數(shù)據(jù)應(yīng)用示范

完成京張高鐵運(yùn)營(yíng)安全大數(shù)據(jù)平臺(tái)研發(fā)，具有安全電子地圖、安全風(fēng)險(xiǎn)分析、安全隱患分析、交通事故分析、工務(wù)安全分析、供電安全分析、北斗監(jiān)測(cè)分析、周界入侵分析和外部環(huán)境分析等功能，集成鐵路內(nèi)外部20 個(gè)專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)集，完成7 項(xiàng)安全大數(shù)據(jù)主題分析應(yīng)用、11 項(xiàng)時(shí)空大數(shù)據(jù)可視化展示，建成周界和異物異常圖像標(biāo)注庫(kù)及識(shí)別準(zhǔn)確率優(yōu)于90%的京張高鐵圖像智能識(shí)別系統(tǒng)，開(kāi)展面向鐵路局集團(tuán)公司和運(yùn)輸站段的典型應(yīng)用示范，大幅度提升京張高鐵運(yùn)營(yíng)安全綜合預(yù)警能力。

4.5 地下站隧虛擬交互導(dǎo)引和融合展示服務(wù)示范

完成京張高鐵無(wú)碴軌道、接觸網(wǎng)、軌旁設(shè)備、安全門(mén)、車(chē)站等關(guān)鍵設(shè)施的三維建筑信息模型創(chuàng)建，基于BIM、GIS、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等多種可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)隧道及地下車(chē)站的智能導(dǎo)航、應(yīng)急救援及面向冬奧會(huì)的多主題展示等功能，充分展現(xiàn)京張高鐵創(chuàng)新成果，提升大埋深、地下站隧一體化旅客安全服務(wù)保障與面向冬奧會(huì)多主題智能展示體驗(yàn)?zāi)芰ΑＤ壳埃淹瓿蔁o(wú)砟軌道、接觸網(wǎng)、軌旁設(shè)備、安全門(mén)等三維信息模型的創(chuàng)建，為多類(lèi)型應(yīng)用提供基礎(chǔ)場(chǎng)景支撐；同時(shí)，結(jié)合VR 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)八達(dá)嶺長(zhǎng)城站歷史文化、建設(shè)特色、功能空間分布等多主題綜合展示；并為多火災(zāi)場(chǎng)景應(yīng)急情況下的沉浸式疏散模擬體驗(yàn)起到良好的指導(dǎo)作用。基于AR 與圖像識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)面向旅客的站內(nèi)虛擬交互導(dǎo)引，使地下立體空間的導(dǎo)航規(guī)劃得到創(chuàng)新發(fā)展。

4.6 京張高鐵文化視覺(jué)展示示范

基于文化生成機(jī)制技術(shù)問(wèn)題的研究，確立“三類(lèi)五項(xiàng)”京張高鐵文化分類(lèi)體系，甄選編輯數(shù)據(jù)庫(kù)的文化元素詞條，搭建了展示系統(tǒng)平臺(tái)。在文化轉(zhuǎn)譯理論和創(chuàng)意呈現(xiàn)策略研究基礎(chǔ)上，研發(fā)完成1 套體現(xiàn)人文冬奧與中國(guó)元素的視覺(jué)全方案設(shè)計(jì)。（1）創(chuàng)建“京張高鐵專(zhuān)屬標(biāo)志及其制作準(zhǔn)則”等一整套視覺(jué)識(shí)別設(shè)計(jì)系統(tǒng)；（2）按照“冰雪飛揚(yáng)”主題完成車(chē)站空間導(dǎo)視系統(tǒng)符號(hào)庫(kù)設(shè)計(jì)；（3）創(chuàng)作完成 “冰雪飛揚(yáng)、繽紛奧運(yùn)”主題的站內(nèi)外空間視覺(jué)創(chuàng)意設(shè)計(jì)；（4）完成“九重冬韻”主題的3 套列車(chē)涂裝設(shè)計(jì)和車(chē)廂內(nèi)飾設(shè)計(jì)。整套全方案設(shè)計(jì)在太子城站開(kāi)展實(shí)施應(yīng)用示范。此外，針對(duì)冬奧會(huì)京張高鐵文化展示目標(biāo)，完成“復(fù)興號(hào)列車(chē)”“冬奧文化融合一站一景”“京張鐵路歷史文化”等京張客票設(shè)計(jì)主題方案3 套。

5 結(jié)束語(yǔ)

京張高鐵智能化服務(wù)是依托面向北京冬奧會(huì)科技保障，重點(diǎn)圍繞為冬奧會(huì)旅客提供便捷、舒適、安全的京張高鐵智能出行服務(wù)，攻克京張高鐵智能票務(wù)、站車(chē)旅客服務(wù)、復(fù)興號(hào)奧運(yùn)動(dòng)車(chē)組、運(yùn)營(yíng)安全保障、隧道與地下車(chē)站智能展示和控制等關(guān)鍵技術(shù)，提出面向冬奧會(huì)的京張高鐵配套視覺(jué)全方案設(shè)計(jì)，開(kāi)展京張高鐵智能化服務(wù)應(yīng)用示范，為將北京冬奧會(huì)辦成一屆精彩、非凡、卓越的奧運(yùn)盛會(huì)提供科技支撐。項(xiàng)目的系列成果，不僅為冬奧會(huì)旅客提供便捷、舒適、安全的京張高鐵智能出行服務(wù)，在關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)平臺(tái)及應(yīng)用示范等方面形成一批高水平、標(biāo)志性成果，將建立我國(guó)高鐵智能化服務(wù)示范，為新一輪高鐵產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)提供技術(shù)動(dòng)力，國(guó)際化服務(wù)將提升中國(guó)高鐵海外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，進(jìn)一步提高中國(guó)高鐵在全球的品牌地位，助力“一帶一路”倡議的實(shí)施，同時(shí)，以服務(wù)冬奧會(huì)科學(xué)辦賽為契機(jī)，引領(lǐng)低碳、環(huán)保、綠色的高鐵出行趨勢(shì)，有利于促進(jìn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。