时空大数据驱动的铁路全网能力动态评价 关键技术与应用

中国铁道科学研究院集团有限公司

铁路作为国家战略性基础设施和国民经济大动脉，其运行效率与资源配置能力直接关系到国家经济安全、产业链供应链稳定以及“双循环”新发展格局的构建。

随着路网规模持续扩张、运输需求日益多元、市场化改革不断深化，传统的、静态的、局部的路网能力评估方法已难以适应新时代高质量发展的要求。过去，能力评估多依赖于现场经验，缺乏对全网、全时段、全链条运行状态的感知与动态量化，导致在重大项目决策（如“疆煤外运”、“中欧班列”通道建设）、既有线扩能改造、运输组织优化等关键环节，常因数据支撑不足、投入时间或精力较大而难以开展精准的量化计算。

面对这一挑战，项目团队以“时空大数据”为核心驱动力，开创性地构建了一套覆盖铁路全网的能力动态评价与智能决策体系。该体系不仅填补了行业相关技术空白，更从根本上改变了铁路规划、建设、运营与管理的决策范式，为交通强国和数字中国建设提供了坚实、科学的技术支撑。

一、主要科技创新

项目形成“架构-底座-技术-平台”四位一体决策体系：构建了基于时空大数据融合驱动的铁路网能力动态评价与智能决策体系架构，打造了多级多类多模态数字底座，攻克了单双线通过能力评价等关键技术，研制了铁路网能力资源数智化决策支持平台，为路网规划、扩能改造、强网强链提供科学支撑。

1.架构：首创三位一体动态评价与智能决策体系架构。

首次提出“数据驱动-动态评价-科学决策”三位一体的铁路全网能力评价新范式，构建完整的体系架构，打破了传统割裂的数据孤岛和静态分析模式，实现了从“被动响应”到“主动预判”的转变。

 

图1 首创三位一体动态评价与智能决策体系架构

 

这一架构的确立，标志着铁路能力评估从“经验计算”迈向了“数据科学”，为铁路运营单位的日常管理和重大决策提供了前所未有的“数字沙盘”。

2.底座：构建“多级多类多模态”统一数字底座。

创新构建基于铁路时空统一基准的多级多类多模态数字底座平台，实现全网动态评价，解决了数据的“采集、融合、治理”难题。这个强大的数字底座，是整个体系得以运转的“心脏”与“血液系统”。

3.技术：攻克核心算法，实现路网能力精准评价与无效周转量识别。

面向单线铁路，形成基于“瓶颈区间列车密度变化”的动态评价方法，提出考虑相邻车站运行图结构的运行图周期计算方法，通过从限制区间开始迭代，实现根据列车开行情况的瓶颈区间动态识别，量化评估“瓶颈区间”各类列车开行对运行密度变化的影响，并据此量化整条线路的可用通过能力。

对于双线铁路，形成了基于“时空占用动态划分”的动态评价方法，项目攻克了列车时空资源占用优先级、冗余识别、天窗时长识别等技术，形成基于运行实绩图解构的线路时空资源占用评估方法，实现对双线区段通过能力的动态量化。

利用机器学习自动提取调度命令文本特征，结合车流动态路径追踪，建立车流异常径路智能判定模型，自动发现“违流”车辆。

4.平台：打造数智化决策支持平台，赋能全链条应用。

聚焦铁路全网能力资源数智化决策支持平台进行技术创新，采用“数字底座+算法中枢+决策应用”架构，实现全路网通过能力拥堵指数可视化、任意区段货流OD深度穿透分析、“违流”智能预警与纠偏建议、重点区域重车到达量短期预测。

 

“数字底座+算法中枢+决策应用”架构

二、项目评价

项目成果为“疆煤外运”通道能力挖潜、“中欧班列”三大通道协同优化等重大项目提供关键数据支撑和方案比选，有效支撑铁路在保障国家能源安全、畅通国际物流大通道中的“压舱石”作用。

成果总体技术达到国际领先水平。

三、成果及效益

项目取得16项专利（其中发明专利14项）、5项软件著作权，发表61篇高水平论文。

项目成果的运用，有效促进区域路网能力均衡适配与高效释放，精准决策新线建设及既有线改造的时序与优先级，避免盲目投资与重复建设，每年可节约铁路基础设施建设成本数十亿元，显著提升资金和资源投入的精准性与产出效益；充分释放我国铁路“超大规模路网”的协同优势与网络效应，优化运输组织，提升资源利用效率，在有效降低铁路自身运营成本的同时，显著带动全社会物流成本下降，并进一步巩固铁路在中长距离货运和高密度客运市场中的比较优势与核心竞争力。