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1、1,现代铁路信息技术,2,本课程是计算机应用专业、铁路信息技术和网路管理研究方向硕士研究生的专业课。针对国内外铁路建设中所涉及的主要最新的信息技术、前沿技术进行探讨式学习。介绍国外铁路相关信息技术的发展概况和趋势；介绍我国铁路的发展现状及信息化建设的有关规划、设计和待解决的问题；针对这些问题开展专题技术学习，包括：信息采集技术；信息传输技术；信息处理技术；信息存储和检索技术；信息集成技术等课程目的:使学生能对整个铁路行业信息化建设有一个比较全面的认识，并掌握相关信息技术基础。要求学生结合我国铁路信息化建设的需要和问题，就其中1-2个专题，查阅相关的最新资料，就这些问题展开讨论，提出自己的见解。
2、,课程要求,3,考核要求平时20%+论文40%+考试40%论文要求：文字(4000-5000字)+讲述+回答问题(团队3-4人)平时：考勤+回答问题考试:开卷,4,课程计划讲授6-7准备论文1-2论文讲述2考试1,5,铁道概论中国铁道出版社铁路信息化总体规划铁道部2005铁路智能运输系统：体系框架与标准体系贾利民 中国铁道出版社 信息化与铁路运输 关振东 中国铁道出版社 信息系统集成与信息融合技术及应用王惠斌等 国防工业出版社,参考文献,6,第一讲 信息技术与铁路信息化,信息技术的概念信息技术的组成、特征铁路信息技术的概念铁路运输智能信息系统概念国内外铁路信息系统的发展铁路信息化体系结构（IT
3、IS体系框架）,7,一、信息技术概念,8,1。1信息技术学科的产生,随着网络技术的普及和应用的深入，作为信息化社会的需要，出现了一类有明显特征的人才需求。这类人才在各种企事业单位承担信息化建设的核心任务。在中国，近几年纷纷在我国出现网络工程，电子商务等专业；在国外，不少学校已有信息技术本科专业。,9,1。1信息技术学科的产生,与计算机科学人才相比，对他们没有探索新的计算理论的要求，也没有设计复杂算法的预期；与计算机工程人才相比，不要求他们了解微处理器设计的细节，也不要求他们具备设计新型计算机系统的能力；与软件工程人才相比，不要求他们懂得系统的软件测试，也不指望他们参与大型软件的编写。核心要求是
4、能够熟练地应用各种软硬件系统知识构建优化的信息系统，了解各种计算机软硬件系统的功能和性能，更善于系统的集成和配置，有能力管理和维护复杂信息系统的运行。,10,1。1信息技术学科的产生,针对不同的人才需求，教指委提出计算机专业可设置四个独立的专业方向:计算机科学（研究型）计算机工程（工程型）软件工程（工程型）信息技术（应用型）,11,1。1信息技术学科的产生,1900年前后，由于马达、电话的出现，从物理学科中衍生出了电气工程；1960年前后，由于三极管、集成电路的发明，从电气工程中分出了电子工程；1965年前后，由于计算机的出现和广泛使用，从电气工程和数学中“长”出了计算机科学。现在，由于互联网
5、在全球的迅速普及，深入到人们社会生活的各个层面，信息技术从计算机科学和通信科学中分化出来.,12,1。2信息技术学科的定义,“信息技术”是一门针对社会与各种企事业单位的信息化需求，提供与实施技术解决方案的学科，它涉及对计算机软硬件、计算机网络等相关技术与产品的选择、评价、拓展、集成、应用与管理。培养这方面人才所涉及的知识面包括：数学与信息技术基础、程序设计基础、系统平台技术、计算机网络、信息管理与安全、人机交互、集成程序开发、系统架构与集成、Web与数字媒体技术、工程实施等。,13,1。3信息技术学科知识体系,14,1。3信息技术专业知识体系,15,1。3信息技术学科知识体系,16,1。3信息
6、技术学科知识体系,17,1。4信息技术定义,信息消息、情报、知识、报告、通知、事实、数据等信息技术是能够延长或扩展人的信息能力的手段和方法，目前没有统一且公认的定义.,18,1。4信息技术定义,各种”信息技术”定义指有关信息的收集、识别、提取、变换、存储、处理、检索、检测、分析和利用等的技术。指应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧包括信息产生、收集、表示、检测、处理和存储等方面技术；也包括信息的传递、显示、识别、提取、控制和利用等方面的技术。总之，信息技术既包括有关信息的产生、收集、表示、检测、处理和存储方面的技术，也包括有关信息的传递、交换、显示、识别、提取、控制和利
7、用等方面的技术。,19,二.信息技术的组成,20,2。1信息技术的组成,信息技术它主要是指利用电子计算机和现代通信手段实现获取信息、传递信息、存储信息、处理信息、显示信息、分配信息等的相关技术。信息技术组成：传感技术通信技术计算机技术控制技术,21,2。1信息技术的组成,从信息的生命周期来看信息技术，它主要是指利用电子计算机和现代通信手段实现获取信息、传递信息、存储信息、处理信息、显示信息、分配信息等的相关技术。因此，我们又可以将信息技术划分为：信息获取技术信息传递技术信息处理与再生技术信息施用技术等四类技术。,22,（一）信息获取技,信息获取技术中最重要的是传感技术，它的作用是扩展人获取信息
8、的感觉器官功能。它包括信息识别、信息提取、信息检测等技术。这类技术的总称是“传感技术”。传感技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料学等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术之一。传感技术、测量技术与通信技术相结合而产生的遥感技术，更使人感知信息的能力得到进一步的加强。,23,传感技术,传感技术已经发展了一大批敏感元件，除了普通的照像机能够收集可见光波的信息、微音器能够收集声波信息之外，现在已经有了红外、紫外等光波波段的敏感元件，帮助人们提取那些人眼所见不到重要信息。超声和次声传感器，可以帮助人们获得那些人耳听不到的信息。各种嗅
9、敏、味敏、光敏、热敏、磁敏、湿敏以及一些综合敏感元件，可以把那些人类感觉器官收集不到的各种有用信息提取出来，从而延长和扩展人类收集信息的功能。,24,（二）信息传递技术,信息传递技术的主要功能是实现信息快速、可靠、安全的转移。各种通信技术都属于这个范畴。广播技术也是一种传递信息的技术。由于存储、记录可以看成是从“现在”向“未来”或从“过去”向“现在”传递信息的一种活动，因而也可将存储技术看作是信息传递技术的一种。,25,通信技术,通信技术的发展速度之快是惊人的。从传统的电话，电报，收音机，电视到如今的移动电话，传真，卫星通信，这些新的、人人可用的现代通信方式使数据和信息的传递效率得到很大的提高
10、，从而使过去必须由专业的电信部门来完成的工作，可由行政、业务部门办公室的工作人员直接方便地来完成。通信技术成为办公自动化的支撑技术。,26,（三）信息处理与再生技术,信息处理包括对信息的编码、压缩、加密等。在对信息进行处理的基础上，还可形成一些新的更深层次的决策信息，这称为信息的“再生”。信息的处理与再生都有赖于现代电子计算机的超凡功能。处理信息是通过各种类型的计算机（智能工具）来完成的。,27,计算机技术,计算机技术同样取得了飞速的发展，体积越来越小，功能越来越强。计算机从诞生起就不停地为人们处理大量的信息，而且随着计算机技术的不断发展，处理信息的能力也在不断加强。从大型机，中型机，小型机到
11、微型机，笔记本式计算机，便携式计算机等。从PC 机，286，386到486，586等，计算机的应用也取得了很大的发展。,28,现在计算机已经渗透到人们社会生活的每一个方面，个人计算机配上各种软件能够帮助人们工作和生活。例如，电子出版社系统；计算机文字处理系统，光盘的实用，电子图书；多媒体音乐、动画制作等。例如，电子出版系统计算机文字处理系统光盘多媒体技术,计算机技术,29,（四）信息施用技术,信息施用技术是信息过程的最后环节,它包括控制技术、显示技术等。信息要为人类所利用，必须可以控制。直观地说，控制就是指施控主体对受控客体的一种能动作用，这种作用能够使得受控客体根据施控主体的预定目标而动作，
12、并最终达到统一目标。计算机控制技术是计算机技术与控制理论、自动化技术结合的产物。在控制系统中引进计算机，就可以充分运用计算机强大的计算、逻辑半段和记忆等信息加工能力。只要运用微处理器的各种指令，就能变出符合某种控制规律的程序，实现队被控对象的控制。,30,4)信息施用技术,由上可见，传感技术、通信技术、计算机技术和控制技术是信息技术的四大核心技术，其中现代计算机技术和通信技术是信息技术的两大支柱。,31,2.2信息生命周期,信息的特征信息的普遍性、无限性和客观性信息的可共享性信息的可存储性信息的传输性信息的可扩散性信息的可度量性信息的可压缩性,32,2.2信息生命周期,信息需求：信息的孕育和构
13、思阶段信息获取：得到所需信息的阶段（收集、传输、加工和存储）信息服务：信息的使用和发挥作用的阶段信息退出：信息已经老化、失去使用价值，没有保存必要,33,2。2信息生命周期,信息生命周期的处理过程（1）信息的收集：原始数据的收集，包括数据的识别、采集、整理、表达、录入。信息的传输：通过通信线路、通信系统，利用通信技术，实现信息从发方到收方的流动。包括声音、数据、图象通信。信息加工：依据信息需求，对数据进行鉴别、选择、排序、核对、合并、更新、转储和计算，生成适合于应用需求的特定形式。,34,2。2信息生命周期,信息生命周期的处理过程（2）信息的储存：对获得或加工后的数据进行暂时或长期的保存与管理
14、。主要考虑信息的物理存储和逻辑组织。信息维护：保持信息处于正常、使用的状态所做的信息活动。信息使用：信息生命周期和所有信息活动的核心环节，是信息活动的最终环节。信息系统是信息使用深化的主要手段。,35,2。3信息技术应用周期,36,2。4信息技术体系,37,信息技术的发展历史,人类社会的四次信息技术革命：人类创造了语言和文字造纸和印刷术的出现电报、电话、电视及其通信技术的发明和应用计算机和现代通信技术在日常工作中的应用,38,信息技术的发展趋势,现代信息技术的发展趋势:网络化数字化多媒体化智能化虚拟化,39,信息技术的发展动向（1）,超高速集成电路：由硅纳米时代的硅电子到硅光子集成技术超高速、
15、高存储、高速传输：计算机速度每秒亿万次以上；海量存储万亿以上字节；传输速率每秒万亿比特以上智能计算机宽带、高速和多媒体计算机网络技术柔性集成系统：CIMS，多媒体与虚拟现实技术,40,信息技术的发展动向（2）,并行工程辅助技术及辅助系统数据仓库、联机分析、数据挖掘等商业智能处理技术各种语言、系统软件、工具和应用软件系统电子商务、电子政务、电子教学等电子事物处理系统计算机支持协同工作系统和网格技术面向服务架构的技术,41,三、信息系统概念,42,信息系统概念,信息系统是信息利用的最有效的手段。信息系统由人、硬件、软件和数据资源组成，对信息进行采集、处理、存贮、检索和传输，并向有关人员提供有用信息
16、的系统。信息系统通常包括信息处理系统和信息传输系统两部分。信息处理系统对数据进行处理，产生新结构、新形态的的数据。如，计算机系统就是一种信息处理系统，通过对输入数据的处理获得不同形态的新数据。信息传输系统的作用是将信息从一处传输到另一处。信息的作用只有在广泛的交流中才能充分发挥出来，因此通信技术的进步极大地促进了信息系统的发展。,43,信息系统分类（1）,信息系统按照处理的对象可分为作业信息系统和管理信息系统两大类。管理信息系统是对一个组织进行全面管理的人和计算机相结合的系统，它综合运用计算机技术、信息技术、管理技术和决策技术，与现代管理思想、方法和手段结合起来，辅助管理人员进行管理和决策的人
17、机系统。,44,信息系统分类（2）,作业信息系统得任务是处理组织的业务、控制生产过程和支持办公事物。它通常由三部分组成：业务处理系统：其目标是迅速、及时、正确地处理大量信息，提高管理工作的效率和水平。过程控制系统：主要指用计算机控制正在进行的生产过程。办公自动化系统：以先进技术和办公自动化设备支持人的部分办公业务活动。,45,信息系统结构,信息系统结构是指信息系统内部的各个组成部分所构成的框架结构。从不同的角度可以得出不同的结构模式。信息系统的结构从不同角度看包括：概念结构、功能结构、软件结构和物理结构。,46,信息系统结构,概念结构从概念上看，系统由四大部件组成：信息源、信息处理器、信息用户
18、和信息管理者。,信息管理者,信息用户,信息源,信息处理器,47,信息系统结构,功能结构从使用的角度看，系统具有一个目标和多种功能，各种功能之间又有各种信息联系，构成一个有机结合的整体，形成一个功能结构。,财务处理子系统,固定资产子系统,报表子系统,财务凭证,48,信息系统的结构,软件结构信息系统功能利用系统软件和应用软件来实现，形成的结构即软件结构，通常是层次结构，树型结构。,49,信息系统的结构,软件结构。,行车安全监控系统软件系统结构图,50,信息系统的结构,软件结构,列车调度系统软件系统结构,51,信息系统的结构,硬件结构硬件的组成及其分布特征和连接方式，以及硬件所能达到的功能。常用结构
19、有两种：一种是小中型及终端设备，主机常采用双机备份的结构模式；另一种是微机网络结构，通过网络联结可以形成局域网和广域网。,52,分局调度系统硬件结构图,53,信息系统的结构,硬件结构,铁路事故救援指挥系统网络结构,54,四、铁路信息技术概念,55,3。1信息技术在铁路的应用,世界范围：信息技术 20世纪50年代开始应用于铁路运输系统;先期主要是计算机应用;70年代 先进的牵引动力和通信信号设备采用、计算机网络技术发展，美、加、日将信息技术与铁路运输结合，形成铁路运输管理信息系统.,56,3。1信息技术在铁路的应用,中国信息技术 20世纪60年代开始应用于铁路运输系统中国在80年代深化信息技术应
20、用，90年代展开全面应用，目前已形成全国铁路运输信息系统。可支持财务、统计、机务、电务、工务、车辆等业务管理信息系统，为办公自动化、社会化服务、决策支持等综合管理信息系统提供准确、及时和完整的运输生产信息。,57,3。2铁路信息技术概念,“铁路信息技术”指信息技术应用于现代铁路运输生产、管理和营销，从而提高生产效率、减轻劳动强度，保障运营安全的一门综合性技术学科。,58,3。3铁路智能运输信息系统IT IS,IT IS指采用信息技术，以实现信息采集、传输、处理和共享为基础的，通过高效利用与铁路运输相关的所有移动、固定、空间、时间和人力资源的，以较低成本达到保障安全，提高运输效率，改善管理，提高
21、服务品质的新一代运输管理系统。,59,铁路智能运输信息系统本质特征,系统目标的集成：经济、技术、社会、效能等多目标集成系统功能集成：确认、定位、检测、控制、监视、通信、信息处理、宏观与微观决策支持等多功能集成,60,铁路智能运输信息系统本质特征,开放的系统结构实现铁路运营管理系统、运行调度指挥系统、运输生产系统有机结合，使固定设施、移动设施和维修设施有效协调为一体；能适应内外环境的变化，可与其他运输方式进行信息共享与交换。,61,铁路智能运输信息系统本质特征,广泛使用智能技术信息采集、信息传输、信息处理、运输管理决策、运输服务等智能化，各子系统有机互联，信息高度共享，行车控制、综合调度、资源管
22、理、运营管理组合成一个整体，形成一个智能化的铁路生产运营体系。,62,五、国内外铁路信息技术应用,63,4。1国外铁路信息系统发展（1）,国外铁路信息系统建设起始于20世纪50年代，发展于60年代，70-80年代形成规模。20世纪60年代 美国太平洋铁路 综合运营管理信息系统TOPS（Total Operations Processing System）它是信息技术在铁路运输应用里程碑。之后，北美铁路和英国铁路等十几家公司引进TOPS加以改造完善，形成各自铁路运营管理系统。西欧各国，日本也建立了相似的系统。20世纪60年代末期，加拿大国铁在引进TOPS基础上加以改造形成了TRACS（Traff
23、ic Reporting And Control System），它以铁路编组站现车系统为基础，使系统结构更加合理、功能更加完善，适应性更好。,64,4。1国外铁路信息系统发展（2）,70年代：北美铁路协会（AAR）在北美各铁路公司运营系统基础上组建了铁路货车管理自动化信息网TRAIN；英国在TOPS基础上增加了客运管理系统；法铁建立了货运集中管理系统GCTM；德铁建立了综合运输管理系统ITS；前苏联、罗马尼亚和波兰也曾计划建立类似系统。,65,4。1国外铁路信息系统发展（3）,80年代：发达国家开始将信息技术用于行车调度指挥系统中。1983年美加联合开发了先进列车控制系统（TACS），通过无
24、线技术将指挥中心计算机与列车计算机形成闭环，组成综合铁路指令和控制系统，实现列车运行自动调整。1986，法铁开发了连续实时列车运行自动化系统（ASTREE），通过移动设备改造来集中控制列车，以数据来管理列车运行。1987，日本对1972年上线的“新干线行车管理系统”（COMTRAC）进行了功能完善和系统更新，使系统具备了“进路控制”、“编制调整运行图”，“列车运行显示自动化”等功能。,66,4。1国外铁路信息系统发展（4）,90年代，随着网络技术的发展，国家之间的运输信息系统的互联互通飞速发展。1995，意大利国铁FS、法铁SNCF、德铁DBAG联合开发了欧洲铁路运输管理系统ERTMS，实现了
25、欧洲列车运行控制和超速防护系统的协调，以保证互通性和替换过境列车上的列控设备，将运行图编制系统，列控系统、超速防护系统、运价系统组合成一体化。2000年3月完成互通实验。,67,4。2中国铁路信息系统发展（1）,20世纪60年代开始，启动调度集中系统的引进开发，即将调度区段内电气集中和区间的自动闭塞（半自动）结合起来，建立一个以计算机网络为基础，由列车调度员操纵的信号遥控综合系统，90年代中期此项技术趋于成熟。,68,4。2中国铁路信息系统发展（2）,80年代开始研制微机（计算机）联锁系统，它利用计算机逻辑处理能力，可靠性和容错技术，对车站的信号、道岔和进路之间的制约关系（联锁关系）进行逻辑判
26、断，并使他们有序动作和建立进路，从而确保行车安全。1984，用于工矿铁路的联锁系统投入使用；1989，驼峰尾部的联锁系统投入使用；90年代系统成熟，开始用于区段站的联锁系统投入使用。,69,4。3中国铁路信息系统发展（3）,信息技术在铁路运输管理系统中应用，以全路运输管理信息系统（TMIS）建设为标志。60年代开始，主要模拟人工编制汇总铁路运输计划，运输指标日常统计，铁路物质统计等；70年代开始规划铁路计算机技术应用；80年代计算机在铁路运输应用范围逐步扩大，部分项目发展到联网运行。1991年底铁道部启动“全国铁路运营管理信息系统TMIS”专题研讨，是国家“八五”计划中12个重点项目之一。1992年底完成TMIS总体设计，通过评审。1994年开始实施，2004年完成。其中，由于技术发展和TMIS的实施进度情况，2001年末对TMIS体系结构、应用目标进行了调整。,70,五、铁路信息化体系结构（ITIS体系框架）,71,铁路信息化体系,72,铁路信息化体系结构,
