智能铁路评价指标体系构建研究

邵 赛，李 平，马小宁

（中国铁道科学研究院集团有限公司 铁路大数据研究与应用创新中心，北京 100081）

随着经济社会的发展，不断增长的客货运需求对运输安全保障能力、运输服务质量、运输能力等提出更高要求，因此，需要深入实施创新驱动发展战略，加强数字技术在铁路行业的应用，着力打造数字化、智能化铁路[1]。

铁路智能化是信息化的发展方向[2]。目前，我国铁路已经开展相关研究和建设工作，并取得了一定成果。为了有效衡量智能铁路建设效果，需要制定智能铁路评价指标体系，实现对智能铁路建设水平的量化评价，便于总结建设过程中的实践经验和共性问题，为制定建设实施方案等提供科学依据，有利于对智能铁路的建设进行深层次分析。

21世纪初，日本[3]、欧洲[4-5]、美国就已经开展智能铁路相关研究，提出了一系列战略规划，以推动智能铁路相关研究与实践。但由于各国的铁路运营环境不同，所提出的智能铁路概念或新技术应用场景均有所不同，国外建设经验只能借鉴。国内尚未出台相关规划或者标准，因此，结合我国铁路发展需求，建立智能铁路评价指标体系，全面评估我国智能铁路发展水平具有重要的现实意义。

本文梳理铁路行业、智慧城市等在评价指标体系方面的领先实践，在我国智能铁路发展需求和总体规划的基础上，明确评价基本原则、基本思路，分别基于智能铁路技术特征和系统能效特征，构建两套两级综合评价指标体系。

1 国内外智能评价领先实践

1.1 铁路行业

目前，智能铁路系统研究主要集中在战略规划[7]和关键技术[8]，并且在智能评价方面更多面向典型业务需求，提出具有针对性的评价指标。还未有针对智能铁路整体进行系统性评价。

文献[9]以铁路信息化发展目标为指导，参照国内外先进企业IT绩效考核指标的最佳实践，结合铁路实际情况，提出三级层次结构的铁路信息化评价考核指标体系。一级指标（3个）、二级指标（17个）体现信息化水平评价的普遍性，三级指标（70个）体现铁路信息化特征；文献[10]从社会经济、运输能力及经济效益、能源消耗、安全可靠性、环境保护等方面建立二级层次结构的铁路可持续发展的客观评价指标体系，解释、评价、监测铁路可持续发展水平，从而评价我国铁路运输业的可持续发展状况。一级为系统层，二级为具体指标层；文献[11]针对铁路安全问题，构建评估事故故障和安全隐患等安全问题重要性的铁路安全评价考核体系，采用相对指标，呈递阶层结构，评估系统潜在的风险，对已经发生的事故划分重大、大事故、险性和一般事故等等级，从量化和后果两个方面进行评价；文献[12]针对旅客运输的各个环节和外部环境，建立由运输产品、运输过程、联合运输、形象服务等维度构成的铁路客运服务评价体系，进一步分析影响铁路客运服务质量的因素。

与铁路信息化和铁路可持续发展评价指标体系的架构具有相似性，智能铁路需要覆盖多个铁路业务领域，例如，社会、经济、能源、安全等，再从不同业务领域中选取各具代表性的指标特征。安全生产和客运服务评价指标体系只针对单个业务领域，其指标选取考虑因素能够为后续提出智能化指标提供依据。

1.2 智慧城市

近年来，许多城市都在跟进智慧城市建设，例如，北京、上海、广东等省市已把智慧城市列入未来建设重点。“以评促建，以评促管，以评促改”是智慧城市建设典型特点，制定科学、有效、全面的评价指标成为引导智慧城市健康有序发展的一个重要措施，因此无论是国家还是地方层面，都陆续地发布了智慧城市评价标准。

2012年，《智慧北京行动纲要》提出智慧北京关键指标体系，包括来自城市智能运行、市民数字生活、企业网络运营、政府整合服务和信息基础设施等5个方面的30项指标。2016年，国家发展改革委下发了《新型智慧城市评价指标(2016年)》（GB/T 33356-2016）[13]。这是我国从国家层面上首次出台的智慧城市评价指标体系。该体系按照“以人为本、惠民便民、绩效导向、客观量化”的原则制定。同年，为引导和规范广东省智慧城市建设，帮助推进珠三角世界级智慧城市群建设，广东省发布地方标准《智慧城市评价指标体系》（DB44/T 1957-2016），涉及智慧城市基础设施（占31%）、智慧经济发展（占24%）、智慧社会生活（占24%）和智慧政府管理与服务（占21%）等4个一级指标、10个二级指标和32个三级指标。

与智慧城市评价指标体系构建思路相似，智能铁路需要从系统整体出发，具有全局性。智慧城市评价重点突出“智慧”特征，同时，从能力和成效两个维度选取了诸如信息服务、数字基础设施等典型指标，对于智能铁路评价指标体系构建具有一定的参考价值。

2 评价体系构建原则

智能铁路评价指标体系是合理、客观地评价智能铁路建设水平的基础。评价指标应结合铁路基本特征，导向清晰，充分体现铁路智能化典型特征，满足我国铁路长远可持续发展需求，引导智能铁路建设不断深化。为了更好地发挥“以评促建”效果，需遵守一定的指标选取原则。

（1）代表性：选取的评价指标能够充分反映铁路智能化建设核心内容，且不能重复选取。

（2）科学性：选取过程需要理论与实际、定性与定量相结合，尽量避免非科学性和非合理性的因素，明确指标名称和具体定义，以免产生歧义。

（3）系统性：体系架构需要从多维度、多角度、多层次地对智能铁路建设情况进行描述，且需要覆盖铁路所涉及的核心业务领域。各级指标之间相互独立，又彼此联系，具有清晰的关联性和逻辑关系。

（4）可操作性：评价指标应当容易获得或者可量化。一般来说，客观指标（如客流量等）较为容易得到，但是对于主观指标（如服务满意度等），需要在较容易获得的基础数据上进行转换。

（5）导向性：评价指标的设计要突出“智能”本质和特征，注重智能铁路建设过程中的能力和效果建设，对铁路长远可持续发展具有引导作用。

3 评价指标体系构建

3.1 基本思路

本文评价指标体系构建的思路主要是依据构建原则，基于铁路智能化发展理念，结合铁路行业及其他行业智能化评价领先实践，统筹考虑智能铁路技术特征、系统能效特征，明确基本原则、评价目的，筛选合理的评价指标，确定各指标间的关系，对指标进行分类，最终构建智能铁路评价指标体系。

智能铁路评估指标体系的构建，首先要明确指标范围，选取的指标需体现“智能”特征，反映出智能铁路现阶段发展水平，指标之间具有较强的逻辑性，指标具有可操作性，以定量指标为主，定性指标为辅。智能铁路评价指标体系初步确定后，可在京张高铁等有代表性铁路线路进行评估试验。通过对智能铁路建设成效的横向对比，发现指标体系存在的问题并找出原因，对不符合要求的指标进行调整和修正，确定最终的评价指标体系。

3.2 指标内容

参考智慧城市评价指标体系构建思路，从系统整体出发，再结合具体的铁路业务指标。考虑到技术特征和系统能效特征是描述智能铁路系统的两个不同方面，为了全方位地评估智能铁路建设效果，本文分别基于智能铁路技术特征和系统能效特征两个维度，设计了两套导向清晰、结构明确、特征突出的智能铁路评价指标体系。

3.2.1 技术特征

体系框架为二级层次结构，如图1所示。智能铁路6大技术特征作为一级指标，定义如下。

（1）全面感知：遍布各处的传感器对与需求主体相关的移动设备、固定设施、自然环境、其他相关要素等信息进行全面感知。

（2）泛在互联：各类信息可进行广泛、深度、安全可信的交互与协作，实现信息的共享。

（3）协同联动：铁路所有资源及业务之间可进行统一、高效地协作与互动。

（4）深度挖掘：对感知与互联获得的海量大数据进行存储、分析，挖掘出有价值的信息，并转化为用来解决问题的知识。

（5）自主决策：在没有人的干预下，把感知能力、共享能力、协同能力和行动能力有机地结合起来，持续执行一系列控制功能，完成预定目标。

（6）主动适应：对海量数据进行训练、学习，进而不断提高系统对外界环境的自适应能力和决策水平。

二级指标28个，为能够反映技术特征的具体指标。全面感知主要包括设备感知程度、环境感知程度、资源感知程度、市场感知程度等4个二级指标；泛在互联主要包括网络接入水平、系统互联能力、数据共享能力、网络安全保障能力、信息化基础建设水平等5个二级指标；协同联动主要包括外部资源共享能力、综合运输协作能力、用户满意程度、其他行业拉动作用、GDP贡献能力等5个二级指标；深度挖掘主要包括大数据技术应用能力、人工智能应用能力、数据价值转化能力、高智能产品输出能力等4个二级指标；自主决策主要包括调度组织系统决策水平、养护运维系统决策水平、安全保障系统决策水平、运输生产系统决策水平、工程建设系统决策水平等5个二级指标；主动适应主要包括运输产品适应性能力、设备状态自诊断能力、平台适应性能力、系统自动化水平、系统自助化水平等5个二级指标。

3.2.2 能效特征

能效特征是考虑智能铁路9大子系统，提炼能够突出各子系统的智能能力和发展效果的特征，从而构建智能铁路评价指标体系。体系框架为二级层次结构，如图2所示。一级指标9个，表示智能铁路9大子系统组成，分别为智能列车、智能基础设施、智能调度指挥、智能安全保障、智能客运、智能物流、智能工程建设、智能养护维修、智能经营管理。

图1 基于技术特征的评价指标体系

二级指标39个，为各子系统的具体指标层。智能列车主要包括智能动车组覆盖率、CTC+ATO技术应用率、智能牵引供电系统、LTE-R新一代通信应用率等4个二级指标；智能基础设施主要包括传感器覆盖率、GIS技术应用率、BIM技术应用率、PHM技术应用率等4个二级指标；智能调度指挥主要包括新一代CTC应用率、全网调度效率、运输资源利用率、协同控制能力、应急处置能力等5个二级指标；智能安全保障主要包括自然灾害预警能力、异物入侵监测能力、报警处置能力、安全风险和隐患预防能力等4个二级指标；智能客运主要包括客运运输能力、客运管理效率、服务自助化、服务个性化、旅客满意度、外部运输协同能力等6个二级指标；智能物流主要包括线上服务平台应用率、线下一体化服务能力、货运运输能力、货主满意度等4个二级指标；智能工程建设主要包括BIM技术应用率、GIS技术应用率、传感器覆盖率、铁路工程管理平台应用率等4个二级指标；智能养护维修主要包括PHM技术应用率、传感器覆盖率、故障自诊断能力、智能设备检修应用率等4个二级指标；智能经营管理主要包括市场感知程度、运力配置效率、信息增值服务能力、辅助决策能力等4个二级指标。

4 结束语

智能铁路发展水平的评价应为多层面的、系统的，体现智能铁路特征，满足我国铁路长远可持续发展需求。本文借鉴智慧城市评价指标体系构建思路，从系统整体考虑，利用智能铁路技术特征和系统能效特征，构成两个维度描述智能铁路发展状态，提炼出具有代表性的指标，构建面向技术特征和能效特征的两套评价指标体系。评价指标体系不仅覆盖客运、列车、基础设施、安全保障等铁路不同业务领域，还体现了物联网、大数据、人工智能等智能应用。目前，还存在三级指标选取、指标量化数据获取等问题。因此，未来需要进一步结合智能特征，基于我国智能铁路发展需求，继续完善评价指标体系，给出三级指标定义和量化公式，明确各级指标逻辑关系，增强量化评价的可操作性以及对智能铁路发展建设的指导作用。

图2 基于能效特征的评价指标体系