面向鐵路—港口—航運鏈的智慧重載運輸標準體系構建

王新平

（國家能源投資集團有限責任公司，北京 100011）

智能化已經成為世界運輸發展的重要方向。隨著新一代信息技術創新突破和融合發展，例如5G、云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能等，新產品、新服務、新業態在科技和產業中不斷出現。德國、法國、瑞士、英國、日本等國家相繼出臺智能化發展相關規劃[1]，我國在智能鐵路發展戰略、體系架構、關鍵技術研究等方面也取得了豐碩的成果[2-3]。近年來，我國大規模煤炭重載運輸基礎設施建設中相關鐵路建設持續推進，安全、效率、效益越來越成為影響煤炭重載運輸持續發展的重要因素。隨著煤炭運輸系統網絡快速延伸，大量新技術、新裝備投入運用，尤其鐵路、港口、航運建設運營面臨更為嚴峻的安全形勢。為確保各項工作統一規范、無縫銜接，迫切需要充分借助標準化手段，進一步提升運輸聯網條件下的運輸組織效率、貨運服務質量、運輸市場競爭力。

在此背景下，重載運輸面臨新的更高要求。智慧重載運輸是一項復雜的系統工程，需要做好頂層設計和整體規劃，這就要求“標準先行”。從頂層規劃智慧重載運輸體系建設的規范和準則，并把建立起的規范上升到應用層面，保障智慧重載運輸體系框架、發展戰略、應用系統及關鍵技術大規模實施，確保各項工作統一規范、無縫銜接，引領推動整個智慧重載運輸產業鏈的持續健康發展。

1 行業智能標準現狀分析

國內外相關組織已經圍繞智慧鐵路、智慧港口和智慧航運標準化開展了一系列研究，并對特定的目標制定了相關的基礎標準或業務應用系統標準等。以下將分別介紹這3個行業的智能標準現狀。

1.1 智慧鐵路

（1）國外智慧鐵路標準。國外智慧鐵路標準建設主要圍繞信息化方面，還未有專門針對智能鐵路大系統建立統一的標準體系架構。例如，國際鐵路聯盟（UIC）出臺了通用基礎標準、業務應用系統標準和數據交換標準等鐵路信息化相關標準；歐洲鐵道研究所制定了涉及子系統間接口、數據通信接口、系統術語等一系列控制命令與信號系統技術規范；日本工業標準調查會（JISC）主要針對信息系統安全、運輸系統智能化、鐵路信息化基礎設施等方面制定了相關標準。

（2）國內智慧鐵路標準。國內方面，鐵路技術標準體系和鐵路工程建設標準化建設多年，通過不斷修制訂相關標準，體系基本健全。例如，中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）于2020年9年印發標準性技術文件《智能高速鐵路體系架構1.0》[4]，其中規劃了智能高速鐵路標準體系框架，由通用基礎與管理標準、智能高速鐵路技術標準、平臺及支撐技術標準構成。

1.2 智慧港口

（1）國外智慧港口標準。國外智慧港口標準建設主要依托于聯合國貿易和發展會議（UNCTAD）、國際海事組織（IMO）和歐盟（EU）等機構，提供評估港口性能的標準，推動新技術的實施[5]。

（2）國內智慧港口標準。國內方面，主要側重于信息采集與格式、數據交換與共享等方面信息化建設。例如，《港口管理信息系統數據字典》（JT/T 484—2002），對“港口管理信息系統”建設所需的基本數據進行描述及規范；《交通信息基礎數據元第3部分：港口信息基礎數據元》（JT/T697.3—2013）規定了港口信息基礎數據元編制原則和分類、港口信息基礎數據元及數據元值域代碼集；《港口危險貨物安全監管信息化建設指南》對港口危險貨物安全監管信息化建設提出要求。

1.3 智慧航運

（1）國外智慧航運標準。國外智慧航運標準建設主要集中在基礎通用標準，針對智能感知、智能航行、智能機艙、智能能效等典型智能船舶系統及設備專用標準的研究尚處于起步階段[6-7]。國際海事組織成立了海上水面自主船舶（MASS）工作組，提出了MASS定義和4個自主化等級；國際船級社協會（IACS）發布了 12 項針對船舶網絡安全的建議案，其中，中國船級社、英國勞氏船級社、挪威船級社等國際主要船級社先后發布了智能船舶規范指南；國際標準化組織（ISO）啟動了“智能航運標準化路線圖”制定工作。

（2）國內智慧航運標準。我國造船、航運、船檢等有關單位圍繞智能船舶術語、分級分類、信息資源標識、輔助自動駕駛、智能能效管理、智能機艙運維、智能系統測試與驗證等開展了相關標準的研究與編制工作，例如，《智能船舶發展行動計劃（2019—2021 年）》圍繞智能船舶標準體系明確提出研究制定智能船舶規范和標準體系建設指南，但智能船舶標準體系仍未建立。

2 智慧重載運輸標準化需求分析

2.1 目標

智慧重載運輸是一個涵蓋多專業、多領域、多項新技術的復雜信息物理系統，覆蓋鐵路、港口、航運等領域，包含移動裝備、固定基礎設施及內外部環境間信息。（1）智慧重載運輸標準化以實現重載鐵路智能運輸、港口智能運輸、航運智能運輸創新為主攻方向；（2）圍繞智能運營、智能裝備、智能運維、智能安全管理，構建層次清晰、結構合理、體系明確、標準齊全的智慧重載運輸標準體系；（3）提供智慧重載運輸標準的總體框架和發展藍圖，形成標準明細表，明確其所對應的國家標準、行業標準、國際標準及須遵循的現有標準、須擴展的現有標準和須重點研制的新標準，為編制年度標準制修訂計劃提供相關決策依據。

2.2 總體思路

總體思路為“架構設計—示范引領—標準編制—開放擴展”。

（1）架構設計：立足運輸智能化建設目標，遵循智慧重載運輸技術體系架構，分類、分步、分級確定標準體系總體框架。

（2）示范引領：遴選一批運輸智能化建設重點示范項目，“點”突破，“面”推進，集約投資，有序推進技術創新和成果轉化。

（3）標準編制：以智慧重載運輸標準體系為綱領，以示范項目為依托，開展各專業領域的標準編制工作，指導和規范集團運輸智能化建設。

（4）開放擴展：標準體系協調一致、不斷完善、動態更新。

3 智慧重載運輸技術標準體系構建

智慧重載運輸技術標準體系架構是從標準層面對智慧鐵路、智慧港口、智慧航運全產業鏈成套技術及關鍵支撐標準進行的整體設計，構建層次清晰、易于擴展、迭代發展、涵蓋鐵路—港口—航運全業務鏈的智慧重載運輸標準體系架構。

3.1 基本原則

構建智慧重載運輸技術標準體系堅持需求引導、高效適用的總體原則，充分考慮智慧重載運輸建設與智能化技術創新的階段性、層次性與連續性密切相關，是一個漫長的動態過程，從長遠著想、從近期入手，遠近結合，形成良性循環的運輸智能化發展格局。在構建過程中應遵循系統性、層次性、兼容性、動態性和互操作性等原則。

（1）系統性原則。智慧重載運輸技術標準體系內部標準按照一定的結構進行邏輯組合，所有標準對象并不是簡單疊加，而是相互補充、相互依存和相互服務的，共同構成一個完整、統一的整體。

（2）層次性原則。智慧重載運輸技術標準體系各標準對象之間的關系大多為隸屬或包含關系，是基于層次化標準體系結構和線性標準體系結構建立的。體系中的標準根據級別的不同分為若干個層次，將側重抽象性和共性的標準對象置于較高的層次；側重具體性和個性的標準對象置于較低的層次；同層次之間標準對象界限清晰分明。

（3）兼容性原則。智慧重載運輸技術標準體系是在融合既有鐵路、港口、航運的技術標準體系和信息化標準體系框架，以及云計算、大數據、人工智能、北斗導航等新技術標準基礎上形成的。因此，在標準架構和標準內容上須兼容既有智慧重載運輸技術體系框架，同時兼容新技術在高速鐵路領域應用的適應性。

（4）動態性原則。為始終保持可用性和先進性，智慧重載運輸技術標準體系應隨著社會環境的改變、科學技術的發展、用戶需求的變化不斷更新，是一個動態豐富和不斷發展的體系。

（5）互操作性原則。智慧重載運輸建設涉及多業務、多部門和多系統，因而智慧重載運輸技術標準體系內各項標準對象既相互獨立，又具備較強的內在聯系，同屬于一個環節或者相互銜接環節的標準內容應銜接一致，相互配合。

3.2 體系架構

智慧重載運輸技術標準體系包括智慧鐵路技術標準、智慧港口技術標準和智慧航運技術標準，架構如圖1～圖3所示。

圖1 智慧鐵路技術標準體系架構

圖3 智慧航運技術標準體系架構

3.2.1 智慧鐵路技術標準

涵蓋智能運營、智能裝備、智能運維和智能安全管理4大領域。圍繞貨運營銷、運輸組織、列車控制、檢測監測、養護維修、安全監督和資產管理等業務方向。開展信息化、智能化設備研發和系統建設，共包含智能運營標準、智能裝備標準、智能運維標準、智能安全管理標準4個二級類目、19個三級類目及N項可擴展的四級類目。

3.2.2 智慧港口技術標準

主要由智能運營標準、智能裝備標準、智能運維標準、智能安全管理標準4個二級類目、3個三級類目及N項可擴展的四級類目組成。（1）智能運輸組織標準，用于規范碼頭生產過程中的智能化作業過程，包括智能閘口標準、散貨碼頭操作系統標準、碼頭智能調度標準、皮帶機智能輸送建設標準、智慧堆場建設標準、智能采制樣建設標準等；（2）智能綜合調度標準，用于規范物流系統及集疏運過程中業務流程及信息流程，主要包括業務應用系統標準、運行管理系統標準和集疏運標準；（3）智慧基礎設施標準，用于規范按智慧港口建設指南要求在建設過程中所需配置的基礎設施的相關內容，包括港區感知設備設施標準、港區視頻監控與視頻會議建設標準、通信設備標準、機房設施設備標準和貨物裝卸設備標準等。

圖2 智慧港口技術標準體系架構

3.2.3 智慧航運技術標準

包括智能運營標準、智能裝備標準、智能運維標準、智能安全管理標準等4個二級類目和20多個三級類目。（1）智能運營標準包括智能能效管理標準、智能貨物管理標準、智能集成平臺標準、智能航行系統標準、智能船舶測試與驗證標準、教育與培訓標準、人員管理標準、運營操控標準和運行指令集標準等；（2）智能裝備標準包括智能船體系統標準、智能船載系統及設備標準、智能機艙系統標準、智能甲板機械標準、智能艙室設備標準、船岸網絡通信標準等；（3）智能運維標準包括船舶設備維護保養標準等；（4）智能安全管理標準包括綜合管控設計標準、安全保障設計標準、基礎功能設計標準和感知布局設計標準等。

3.3 標準化路線圖

基于智慧重載運輸建設需求分析，結合標準任務實施難度和技術發展趨勢，規劃強化基礎—示范牽引—優化完善的智慧重載運輸標準化路線，為未來智慧重載運輸的標準化工作指引方向，如圖4所示。

圖4 智慧重載運輸標準化路線

（1）強化基礎階段。目標為加快基礎共性領域規范及標準制修訂，主要為智慧重載運輸術語、重載運輸基礎數據管理標準規范（包括主數據管理、地理信息數據管理等）、重載運輸數據治理標準規范（包括數據分級分類、數據安全等）、重載運輸數據共享標準規范（包括支撐平臺接口規范）、重載運輸通信傳輸協議等方面。

（2）示范牽引階段。目標為通過試點示范挖掘典型創新技術，總結先進的技術、產品、管理和模式，采用標準的形式固化試點示范的成果，主要包括重載鐵路貫通式同相供電技術標準、重載鐵路智能電分相系統技術標準、機車智能駕駛技術標準、重載鐵路智慧車站技術標準等方面。

（3）優化完善階段。目標為構建智慧重載運輸標準一致性、符合性檢測體系和技術平臺，逐步形成智慧重載運輸標準制修訂、宣貫應用、咨詢服務和執行監督閉環管理體系。

4 結束語

智慧重載運輸是落實國家大數據、人工智能、交通強國等戰略與煤炭運輸深度融合的重要舉措。通過智慧重載運輸標準建設，為關鍵技術裝備從研發到量產提供標準化、規范化的依據，為技術裝備質量、基礎設施建設提供指導，為推動煤炭運輸科技創新提供標準化支持，全力打造一個更加安全可靠、經濟高效、節能環保的智慧重載運輸系統。未來還將進一步充分利用需求牽引、試點示范模式，通過試點示范挖掘標準化需求，總結先進的技術、產品、管理和模式，采用標準的形式固化試點示范的成果，并在全行業推廣。