智能鐵路評價指標體系構建研究

邵 賽，李 平，馬小寧

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 鐵路大數據研究與應用創新中心，北京 100081）

隨著經濟社會的發展，不斷增長的客貨運需求對運輸安全保障能力、運輸服務質量、運輸能力等提出更高要求，因此，需要深入實施創新驅動發展戰略，加強數字技術在鐵路行業的應用，著力打造數字化、智能化鐵路[1]。

鐵路智能化是信息化的發展方向[2]。目前，我國鐵路已經開展相關研究和建設工作，并取得了一定成果。為了有效衡量智能鐵路建設效果，需要制定智能鐵路評價指標體系，實現對智能鐵路建設水平的量化評價，便于總結建設過程中的實踐經驗和共性問題，為制定建設實施方案等提供科學依據，有利于對智能鐵路的建設進行深層次分析。

21世紀初，日本[3]、歐洲[4-5]、美國就已經開展智能鐵路相關研究，提出了一系列戰略規劃，以推動智能鐵路相關研究與實踐。但由于各國的鐵路運營環境不同，所提出的智能鐵路概念或新技術應用場景均有所不同，國外建設經驗只能借鑒。國內尚未出臺相關規劃或者標準，因此，結合我國鐵路發展需求，建立智能鐵路評價指標體系，全面評估我國智能鐵路發展水平具有重要的現實意義。

本文梳理鐵路行業、智慧城市等在評價指標體系方面的領先實踐，在我國智能鐵路發展需求和總體規劃的基礎上，明確評價基本原則、基本思路，分別基于智能鐵路技術特征和系統能效特征，構建兩套兩級綜合評價指標體系。

1 國內外智能評價領先實踐

1.1 鐵路行業

目前，智能鐵路系統研究主要集中在戰略規劃[7]和關鍵技術[8]，并且在智能評價方面更多面向典型業務需求，提出具有針對性的評價指標。還未有針對智能鐵路整體進行系統性評價。

文獻[9]以鐵路信息化發展目標為指導，參照國內外先進企業IT績效考核指標的最佳實踐，結合鐵路實際情況，提出三級層次結構的鐵路信息化評價考核指標體系。一級指標（3個）、二級指標（17個）體現信息化水平評價的普遍性，三級指標（70個）體現鐵路信息化特征；文獻[10]從社會經濟、運輸能力及經濟效益、能源消耗、安全可靠性、環境保護等方面建立二級層次結構的鐵路可持續發展的客觀評價指標體系，解釋、評價、監測鐵路可持續發展水平，從而評價我國鐵路運輸業的可持續發展狀況。一級為系統層，二級為具體指標層；文獻[11]針對鐵路安全問題，構建評估事故故障和安全隱患等安全問題重要性的鐵路安全評價考核體系，采用相對指標，呈遞階層結構，評估系統潛在的風險，對已經發生的事故劃分重大、大事故、險性和一般事故等等級，從量化和后果兩個方面進行評價；文獻[12]針對旅客運輸的各個環節和外部環境，建立由運輸產品、運輸過程、聯合運輸、形象服務等維度構成的鐵路客運服務評價體系，進一步分析影響鐵路客運服務質量的因素。

與鐵路信息化和鐵路可持續發展評價指標體系的架構具有相似性，智能鐵路需要覆蓋多個鐵路業務領域，例如，社會、經濟、能源、安全等，再從不同業務領域中選取各具代表性的指標特征。安全生產和客運服務評價指標體系只針對單個業務領域，其指標選取考慮因素能夠為后續提出智能化指標提供依據。

1.2 智慧城市

近年來，許多城市都在跟進智慧城市建設，例如，北京、上海、廣東等省市已把智慧城市列入未來建設重點?！耙栽u促建，以評促管，以評促改”是智慧城市建設典型特點，制定科學、有效、全面的評價指標成為引導智慧城市健康有序發展的一個重要措施，因此無論是國家還是地方層面，都陸續地發布了智慧城市評價標準。

2012年，《智慧北京行動綱要》提出智慧北京關鍵指標體系，包括來自城市智能運行、市民數字生活、企業網絡運營、政府整合服務和信息基礎設施等5個方面的30項指標。2016年，國家發展改革委下發了《新型智慧城市評價指標(2016年)》（GB/T 33356-2016）[13]。這是我國從國家層面上首次出臺的智慧城市評價指標體系。該體系按照“以人為本、惠民便民、績效導向、客觀量化”的原則制定。同年，為引導和規范廣東省智慧城市建設，幫助推進珠三角世界級智慧城市群建設，廣東省發布地方標準《智慧城市評價指標體系》（DB44/T 1957-2016），涉及智慧城市基礎設施（占31%）、智慧經濟發展（占24%）、智慧社會生活（占24%）和智慧政府管理與服務（占21%）等4個一級指標、10個二級指標和32個三級指標。

與智慧城市評價指標體系構建思路相似，智能鐵路需要從系統整體出發，具有全局性。智慧城市評價重點突出“智慧”特征，同時，從能力和成效兩個維度選取了諸如信息服務、數字基礎設施等典型指標，對于智能鐵路評價指標體系構建具有一定的參考價值。

2 評價體系構建原則

智能鐵路評價指標體系是合理、客觀地評價智能鐵路建設水平的基礎。評價指標應結合鐵路基本特征，導向清晰，充分體現鐵路智能化典型特征，滿足我國鐵路長遠可持續發展需求，引導智能鐵路建設不斷深化。為了更好地發揮“以評促建”效果，需遵守一定的指標選取原則。

（1）代表性：選取的評價指標能夠充分反映鐵路智能化建設核心內容，且不能重復選取。

（2）科學性：選取過程需要理論與實際、定性與定量相結合，盡量避免非科學性和非合理性的因素，明確指標名稱和具體定義，以免產生歧義。

（3）系統性：體系架構需要從多維度、多角度、多層次地對智能鐵路建設情況進行描述，且需要覆蓋鐵路所涉及的核心業務領域。各級指標之間相互獨立，又彼此聯系，具有清晰的關聯性和邏輯關系。

（4）可操作性：評價指標應當容易獲得或者可量化。一般來說，客觀指標（如客流量等）較為容易得到，但是對于主觀指標（如服務滿意度等），需要在較容易獲得的基礎數據上進行轉換。

（5）導向性：評價指標的設計要突出“智能”本質和特征，注重智能鐵路建設過程中的能力和效果建設，對鐵路長遠可持續發展具有引導作用。

3 評價指標體系構建

3.1 基本思路

本文評價指標體系構建的思路主要是依據構建原則，基于鐵路智能化發展理念，結合鐵路行業及其他行業智能化評價領先實踐，統籌考慮智能鐵路技術特征、系統能效特征，明確基本原則、評價目的，篩選合理的評價指標，確定各指標間的關系，對指標進行分類，最終構建智能鐵路評價指標體系。

智能鐵路評估指標體系的構建，首先要明確指標范圍，選取的指標需體現“智能”特征，反映出智能鐵路現階段發展水平，指標之間具有較強的邏輯性，指標具有可操作性，以定量指標為主，定性指標為輔。智能鐵路評價指標體系初步確定后，可在京張高鐵等有代表性鐵路線路進行評估試驗。通過對智能鐵路建設成效的橫向對比，發現指標體系存在的問題并找出原因，對不符合要求的指標進行調整和修正，確定最終的評價指標體系。

3.2 指標內容

參考智慧城市評價指標體系構建思路，從系統整體出發，再結合具體的鐵路業務指標。考慮到技術特征和系統能效特征是描述智能鐵路系統的兩個不同方面，為了全方位地評估智能鐵路建設效果，本文分別基于智能鐵路技術特征和系統能效特征兩個維度，設計了兩套導向清晰、結構明確、特征突出的智能鐵路評價指標體系。

3.2.1 技術特征

體系框架為二級層次結構，如圖1所示。智能鐵路6大技術特征作為一級指標，定義如下。

（1）全面感知：遍布各處的傳感器對與需求主體相關的移動設備、固定設施、自然環境、其他相關要素等信息進行全面感知。

（2）泛在互聯：各類信息可進行廣泛、深度、安全可信的交互與協作，實現信息的共享。

（3）協同聯動：鐵路所有資源及業務之間可進行統一、高效地協作與互動。

（4）深度挖掘：對感知與互聯獲得的海量大數據進行存儲、分析，挖掘出有價值的信息，并轉化為用來解決問題的知識。

（5）自主決策：在沒有人的干預下，把感知能力、共享能力、協同能力和行動能力有機地結合起來，持續執行一系列控制功能，完成預定目標。

（6）主動適應：對海量數據進行訓練、學習，進而不斷提高系統對外界環境的自適應能力和決策水平。

二級指標28個，為能夠反映技術特征的具體指標。全面感知主要包括設備感知程度、環境感知程度、資源感知程度、市場感知程度等4個二級指標；泛在互聯主要包括網絡接入水平、系統互聯能力、數據共享能力、網絡安全保障能力、信息化基礎建設水平等5個二級指標；協同聯動主要包括外部資源共享能力、綜合運輸協作能力、用戶滿意程度、其他行業拉動作用、GDP貢獻能力等5個二級指標；深度挖掘主要包括大數據技術應用能力、人工智能應用能力、數據價值轉化能力、高智能產品輸出能力等4個二級指標；自主決策主要包括調度組織系統決策水平、養護運維系統決策水平、安全保障系統決策水平、運輸生產系統決策水平、工程建設系統決策水平等5個二級指標；主動適應主要包括運輸產品適應性能力、設備狀態自診斷能力、平臺適應性能力、系統自動化水平、系統自助化水平等5個二級指標。

3.2.2 能效特征

能效特征是考慮智能鐵路9大子系統，提煉能夠突出各子系統的智能能力和發展效果的特征，從而構建智能鐵路評價指標體系。體系框架為二級層次結構，如圖2所示。一級指標9個，表示智能鐵路9大子系統組成，分別為智能列車、智能基礎設施、智能調度指揮、智能安全保障、智能客運、智能物流、智能工程建設、智能養護維修、智能經營管理。

圖1 基于技術特征的評價指標體系

二級指標39個，為各子系統的具體指標層。智能列車主要包括智能動車組覆蓋率、CTC+ATO技術應用率、智能牽引供電系統、LTE-R新一代通信應用率等4個二級指標；智能基礎設施主要包括傳感器覆蓋率、GIS技術應用率、BIM技術應用率、PHM技術應用率等4個二級指標；智能調度指揮主要包括新一代CTC應用率、全網調度效率、運輸資源利用率、協同控制能力、應急處置能力等5個二級指標；智能安全保障主要包括自然災害預警能力、異物入侵監測能力、報警處置能力、安全風險和隱患預防能力等4個二級指標；智能客運主要包括客運運輸能力、客運管理效率、服務自助化、服務個性化、旅客滿意度、外部運輸協同能力等6個二級指標；智能物流主要包括線上服務平臺應用率、線下一體化服務能力、貨運運輸能力、貨主滿意度等4個二級指標；智能工程建設主要包括BIM技術應用率、GIS技術應用率、傳感器覆蓋率、鐵路工程管理平臺應用率等4個二級指標；智能養護維修主要包括PHM技術應用率、傳感器覆蓋率、故障自診斷能力、智能設備檢修應用率等4個二級指標；智能經營管理主要包括市場感知程度、運力配置效率、信息增值服務能力、輔助決策能力等4個二級指標。

4 結束語

智能鐵路發展水平的評價應為多層面的、系統的，體現智能鐵路特征，滿足我國鐵路長遠可持續發展需求。本文借鑒智慧城市評價指標體系構建思路，從系統整體考慮，利用智能鐵路技術特征和系統能效特征，構成兩個維度描述智能鐵路發展狀態，提煉出具有代表性的指標，構建面向技術特征和能效特征的兩套評價指標體系。評價指標體系不僅覆蓋客運、列車、基礎設施、安全保障等鐵路不同業務領域，還體現了物聯網、大數據、人工智能等智能應用。目前，還存在三級指標選取、指標量化數據獲取等問題。因此，未來需要進一步結合智能特征，基于我國智能鐵路發展需求，繼續完善評價指標體系，給出三級指標定義和量化公式，明確各級指標邏輯關系，增強量化評價的可操作性以及對智能鐵路發展建設的指導作用。

圖2 基于能效特征的評價指標體系