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铁路是国民经济大动脉，在国家经济社会发展中起着至关重要的作用。铁路行业发展的基本要求是高效、安全、满意，在其发展过程中主要应对以下挑战。

1.运输效率：随着国民经济的快速增长，铁路客、货运量的需求不断增长。我国铁路运量增长速度往往落后于工业增长速度，而铁路运能增长又落后于运量的增长。这不仅需要扩大铁路系统的运营里程，更需提高其运营效率。

2.乘客体验满意度：随着客流量的不断增加，铁路旅客出行通常会面临节假日买票难、旅程中无信息、网络服务不好等问题，降低了旅客的出行体验和满意度。

3.灾害防御措施：铁路运营安全与气象、地震、地质条件关系极为密切。尤其是高速铁路，因为其速度快，一旦出现突发情况可处置的时间很短，可供选择的方式有限，造成的损失往往比较惨重，这需要铁路系统建立长效的灾害防御措施以提升铁路安防能力。

4.运维模式：在铁路系统转型升级过程中，传统的运维模式面临“安全运行、人力紧缺、远程运维”三方面困境，有必要引入人工智能来辅助甚至部分替代人工决策，提升运维质量和效率，实现系列智能运维目标，以应对新环境下的运维困境。

为了迎接铁路业务发展的挑战，铁路产业必须构建数字化铁路系统。数字化铁路建设主要是在深刻理解铁路业务发展面临问题的基础上，基于云计算、物联网、大数据、北斗定位、5G通信、人工智能等先进技术，建设高效的视频监控系统、更加可靠的无线通信系统、乘客满意的信息服务系统、智能运维系统等，实现新一代通信信息技术与高速铁路技术的集成融合。

（一）铁路综合视频监控系统。

铁路运输中经常面临着火灾、地震、塌方、泥石流、洪水等灾害的威胁，这些灾害往往会造成严重的事故。这些事故都需要安防系统进行事前预防、事中快速定位与监控以及事后的取证。

铁路综合视频监控系统主要利用铁路通信网络，以分散各个站点的视频采集设备为依托，实现如下功能：路基、路口、桥梁、隧道、公跨铁、咽喉区等的监视，保证火车安全运行，防止人为破坏，同时实现铁路线路的日常巡查；在车站、货场、站台、候车大厅、旅客通道等人流密集区域进行视频监控，了解旅客情况，及时发现突发事件并采取相应措施；对出现的紧急情况进行远程监控，如利用视频系统智能检测和分析堆场的火焰、烟雾、液体泄漏等情况，及时做出反应。

（二）高可靠的铁路无线通信系统。

随着铁路大发展，特别是高速铁路和客运专线铁路安全、快速、高效的运营模式对铁路通信网提出了越来越高的要求：铁路移动通信网中移动终端的数量增加；列车发车间隔缩小，并行调度通信需求大幅增加；列车需要通过可靠、安全的无线通信网络传输安全数据，如高速列车的列控数据，重载货车的机车同步操控和电控空气制动数据等。这要求铁路部门结合现有的GSM-R系统，采用IP等技术建设高可靠、高灵活、可演进的数字无线通信系统，保证铁路行车安全，提高运营效力。

（三）乘客信息服务系统。

为了提升乘客的出行体验和对铁路服务的满意度，推动高铁“体验经济”的发展，需要建设完备的乘客信息服务系统，为乘客提供全程、高质量的信息服务。乘客信息系统除了具备高效运营、融合开放特点之外，还需满足以下要求：能够承载大量的视频、音频信息，包括文字引导、自动广播、资讯服务、广告发布、旅途娱乐(车站/车载)、互动查询、实时信息查询等。

（四）智能运维系统。

智能运维是指通过机器学习等人工智能算法，自动地从海量运维数据中学习并总结规则，并做出决策的运维方式，它是将人工智能科技融入运维系统中，以大数据和机器学习为基础，从多种数据源中采集海量数据（包括日志、业务数据、系统数据等）进行实时或离线分析，通过主动性、人性化和动态可视化，增强传统运维的能力。

铁路智能运维系统利用泛在数据和智能技术对“运维”生产任务所进行的赋能，以关键设施设备为主要管控对象，采用移动通信、云计算、物联网、大数据、人工智能等智能技术，围绕设施设备运维全过程质量控制开展全面数字化、互联化、智能化，实现关键系统和设备故障自诊断、远程集中检测、专家系统综合决策、故障预测健康管理等功能的综合智能维修系统，以提高安全服务水平和管理效率，降低劳动强度、技能要求和运维成本。