单馨漪 郭梓烨 官科 石波 钟章队
摘 要在铁路行业积极探索数字化发展新道路的进程中，铁路通信的数字化转型成为数字时代下推动铁路行业创新升级的强大引擎。首先，通过深入探究铁路行业、电信行业、专用通信行业，以及铁路通信行业的发展历程，全面阐述铁路通信数字化转型的必要性与可行性，进一步明确铁路通信数字化转型的深刻内涵，从基础设施升级、业务模式创新、生态系统优化3个关键领域出发，系统分析铁路通信数字化转型的主要特征；其次，详细剖析铁路通信在数字化转型过程中面临的各种挑战与问题，并从业务模式、云网融合、智能运营3个关键层面提出具体的转型路径与策略；最后，从企业微观、行业中观、国家宏观层面，为铁路通信的数字化转型提供一系列切实可行的发展建议，以实现铁路通信数字化转型的核心目标。铁路通信数字化转型将进一步推动铁路行业的数字化转型，为铁路实现高质量发展与现代化提供强大支撑。
文献［5］和文献［6］探究了铁路数字化转型发展的优势、挑战与对策。文献［7］提出了铁路运输企业数字化转型的总体思路。文献［8］分析了铁路轨道交通制造业数字化转型的意义和现状。文献［9］研究了数字化转型驱动下铁路信息系统运维的相关策略。文献［10］论述了铁路工程建设数字化转型的目标与方法。文献［11］提出建设铁路通信信号工程的全生命周期数字化生态，打造基于数字孪生的通信信号工程。文献［12］分析了铁路货物运输调度数字化转型的发展阶段和组织条件，并提出了一系列推进我国铁路货物运输调度数字化转型的建议。
以上研究涵盖了铁路数字化转型的多个层面，但关于铁路通信数字化转型的系统性阐述仍显薄弱。本文通过全面梳理铁路行业、电信行业、专用通信行业和铁路通信行业的发展脉络，剖析铁路通信数字化转型的必要性与可行性，同时明确铁路通信数字化转型的定义、特征、预期目标和实施路径，为铁路通信行业的数字化转型提供系统性理论支撑和实践指导，助力铁路行业实现更加全面、深入的数字化转型。
1 铁路及铁路通信的发展
1.1 铁路发展历程
铁路行业的发展与工业革命密切相关。铁路不仅是工业革命的产物，也是推动其进一步发展的重要力量。图1展示了工业革命背景下铁路的发展与转型历程。
图1 铁路转型发展历程
第一次工业革命时期，蒸汽机的发明为采矿、钢铁等行业提供了强大动力，推动了这些行业的蓬勃发展，并刺激了对铁路运输的需求。19世纪初，随着第一台蒸汽火车的出现，铁路运输开始发挥关键作用，加速了工业产品的流通。
第二次工业革命期间，电力取代蒸汽成为主要动力源，引发了铁路行业的电气化革命。这一革命性的转变不仅显著提升了列车的运行速度和效率，更标志着铁路从“蒸汽时代”迈向“电气化时代”的历史性跨越。此次变革推动铁路运输步入机械化、电子化和自动化的新纪元，为铁路行业的持续创新和现代化进程注入了强大动力。
计算机和信息技术的发展，标志着第三次工业革命的到来。在这一阶段，铁路行业迎来了高速铁路和重载铁路的发展。铁路运输管理的信息化显著提高了铁路的安全性和运行效率，由此完成了从“电气化铁路”向“信息化铁路”的第二次转型。
进入21世纪，以数字化、网络化和智能化为特征的第四次工业革命兴起，万物互联、数据驱动、智能决策的数字化时代悄然来临。在这一时期，铁路行业为适应数字经济，正积极探索数字化转型的新道路，以实现从“信息化铁路”到“数智化铁路”的第三次转型。
1.2 电信行业发展历程
电信行业的发展是技术创新与社会需求不断交织、共同推动的结果。如图2所示，电信行业经历了多次重大技术革新和服务模式变革［13］，完成了从有线到无线、从模拟到数字、从窄带到宽带、从固定互联到移动互联的重大转型，当前正在开展以数据要素驱动的数智化转型工作。
图2 电信行业发展历史
19世纪中叶，有线电报技术的普及显著提高了信息传输的速度和效率，标志着电信行业的初步发展。1876年，贝尔发明了电话，实现了远距离实时语音通话，电话迅速成为家庭和商业通信的主要工具。
20世纪初，无线电技术推动了广播和电视的普及，使信息传播更为广泛和迅速。
20世纪中叶，模拟电话技术逐渐成熟，固定电话服务得到全面推广，同时卫星通信技术的应用使国际通信更加便捷，推动了全球通信网络的互联互通。
20世纪70年代，数字技术的兴起和计算机的普及催生了电信数字化浪潮，显著提升了通信质量和带宽利用率，为互联网和移动通信技术的发展奠定了基础。
自1990年代以来，移动通信技术迅速发展，特别是2G至4G技术的普及，进一步推动了电信行业的革新，将通信服务从简单的语音传输扩展到高速数据和多媒体服务。
20世纪末至21世纪初，宽带和光纤技术的普及使高速互联网接入成为可能。智能手机的普及和4G技术的商业化推动了移动互联网的快速发展，极大地丰富了人们的通信方式和生活方式。随着5G技术和物联网的发展，电信行业迈入了数智化时代，追求更高的速度、效率和智能化服务。
电信行业的发展不仅推动了信息社会的进步，而且持续拓展了通信的边界和形式，为全球社会的连接与交流提供了强大的动力和广阔的平台，同时对铁路通信数字化转型起到了关键的支撑作用。如表1所示，电信关键技术的综合应用使得铁路通信更加智能、高效与安全，为铁路通信的数字化转型奠定了坚实的基础。
1.3 专用通信发展历程
与面向大众用户、满足日常通信需求的公众移动通信服务不同，专用移动通信网络针对特定行业、团体或部门，提供专业化、定制化的通信解决方案［14］。专用移动通信的发展一般以2000年为分水岭，2000年以前为独立标准发展，2000年后为公专融合发展。具体而言，从19世纪中叶开始，电报、电话及无线电技术的出现与完善奠定了专用移动通信的基础，模拟无线电系统广泛应用于各关键领域；进入20世纪80年代末，数字技术逐渐引入，提升了通信质量和系统容量［15］；进入21世纪后，专用移动通信标准开始融合公共移动通信技术的优点，如广泛的覆盖范围和高数据吞吐量，同时继续满足专用通信对安全性、可靠性和定制化服务的需求。从独立发展到公专网融合发展的转变极大地促进了技术创新，显著提高了成本效益，进一步拓展了专用移动通信的应用领域和范围。
专用通信代际发展见图3。随着公众移动通信系统从1G逐步发展到5G，专用移动通信也经历了从第一代无线专网到第五代无线专网的技术更迭，形成了多样的技术标准。在实际应用中，专用移动通信并非总是严格遵守代际发展的固定步伐，而是根据行业具体需求有选择地进行跃进式发展。例如，铁路行业从无线列调系统直接过渡到铁路移动通信系统（Global System for Mobile Communications-Railway，GSM-R），并进一步发展到5G-R［16］。
图3 专用通信代际发展
专用通信的发展不仅反映了行业特有的需求，而且技术的持续进步也展示了其适应快速发展的现代社会和工业需求的能力。随着数字化和网络化的深入，专用通信技术在保证数据传输安全性、可靠性，以及时效性方面发挥着不可替代的作用，为铁路通信数字化转型提供了有力的技术支撑。
1.4 铁路通信发展历程
如图4所示，我国铁路通信的发展总体上分为4个重要阶段：架空明线通信、电缆模拟通信、光纤数字通信和数字无线通信。
图4 铁路通信发展历程
我国铁路通信的发展历史可追溯至19世纪70年代。1876年，我国在上海建设首条铁路通信线路，标志着我国铁路通信的起步。随后至20世纪中期，我国铁路通信整体处于架空明线通信阶段。这一时期，铁路通信最初主要依赖电报［17］，随着电话技术普及，电话通信逐渐与电报并行，发展为以双线电话系统为主的通信方式。随着技术的进步，架空明线在铁路通信中得到了广泛应用。随后，频率复用技术应用于架空电路，使得同一物理线路上可以开通多个载波电路，大幅提高了通信线路的容量和效率。部分地区形成了较为完整的区域性传输网，显著提升了通信覆盖范围和质量。原铁道部逐渐建立了中心化的内部通信网，并扩展了明线通信的多路化建设，进一步提升了网络的功能性和复杂性。
随后，铁路通信进入电缆模拟通信阶段。1960年，宝鸡至凤州段第一条对称长途电缆线路建成，标志着铁路通信从架空明线方式转向电缆模拟通信，这一变革显著提高了通信的传输质量和稳定性。1975年，成都至昆明铁路实现了从对称电缆到小同轴电缆的技术突破，进一步提升了通信的效率。
进入20世纪80年代，随着光纤数字通信技术的兴起，铁路通信迎来了又一次革命性的变革。在大秦铁路工程中，我国成功铺设了第一条长途干线光缆通信线路，这一重大进展标志着铁路通信正式迈入光纤数字通信的新时代。随着光缆建设技术的日趋成熟，铁路通信成功实现了从准同步数字系列到同步数字系列的升级，显著提高了通信网络的协调性、兼容性、灵活性和扩展性。
进入21世纪，数字无线通信技术的引入推动了铁路通信系统的升级，中国铁路通信逐步走向数字化和智能化［18］。
同时，铁路无线通信系统也经历了从模拟到数字的重大转变。我国铁路无线通信系统可以追溯到上世纪的单信道模拟通信系统和450 MHz模拟无线列调系统。21世纪初，为满足列车控制对高效、实时、可靠通信的需求，在参考借鉴欧洲铁路系统成熟发展经验的基础上，GSM-R系统应运而生，铁路通信系统由模拟通信转变为数字通信。然而，GSM-R作为窄带系统，其业务能力有限，产业链萎缩，无法适应铁路发展需要。因此，自2015年起，我国开始发展铁路宽带通信系统，现已确定下一代铁路移动通信将向5G-R演进［19］。
铁路通信的演进彰显了数字化转型不可逆转的趋势，铁路通信技术的持续革新与通信系统的不断升级，为这一转型提供了强有力的支撑。
2 铁路通信数字化转型的内涵
2.1 定义
铁路通信数字化转型是指通过一系列数字化技术及工具的智能升级和有机结合，加速数据要素的自动流动，以构建铁路数字化转型所需的新型生产力，支撑铁路数字化转型，实现铁路全场景、全业务、全链接、强安全的进化过程。其中，新型生产力模型的具体组成见图5，包括感力、运力、算力、数力、智力5种关键能力。
图5 新型生产力模型
2.2 特征与趋势
铁路通信数字化转型的特征与趋势可以从3个维度来描述，即基础设施、业务发展和生态演进［20］，见图6。
图6 铁路通信数字化转型的主要特征
铁路通信行业正逐步从以信息传输为核心的传统通信网络设施向包含信息基础建设与融合基础建设的新型数字基础设施拓展，呈现出云化、融合化、智能化的显著趋势，这一变革带来了新的建设和运营要求。
1）完善数据资源和管理体系，确保数据大循环的畅通，进而构建智能、高效的通信网络。
2）优化基础网络架构，需要强化5G专网和宽带无线接入能力，加速推进5G-R系统的全面部署，以增强新型网络技术的支撑能力。
3）推动云网、算网的深度融合，要求构建数据中心、云计算、大数据一体化的算力网络体系，提升网络的整体运算能力和效率。总体而言，铁路通信行业应紧密围绕数字化时代的发展需求，推动基础设施拓展转型，提升自身的赋能赋智能力。
消费互联网与产业数字化的深度融合，以及网络连接的持续优化升级，正推动铁路通信业务迈向更加多样化和专业化的新阶段。这一转型趋势为铁路通信业务的发展注入了新的活力，并指明了前所未有的发展方向。
1）随着互联网技术的深入应用和广泛渗透，铁路业务的数字化进程正在加速推进，面对持续增长的数字需求，铁路通信技术架构、治理体系，以及安全保障机制正在经历深刻变革。
2）数字化浪潮为铁路行业带来了前所未有的市场机遇，在数字化需求的驱动下，铁路通信业务展现出高度差异化、精细化、个性化的特征，促使铁路通信业务必须不断创新，提供更多定制化服务，以满足市场需求。此外，硬件软件化和软件服务化趋势日益显著，在这种趋势下，云计算业务凭借其灵活性和可扩展性，成为铁路数字化增长的重要引擎。展望未来，铁路通信业务将继续深化创新，探索更多符合行业发展趋势的新型业务模式。
产业生态持续演变，各类主体纷纷涌现，既相互融合又相互竞争，呈现出群簇化和融合化的趋势。这种竞合关系对铁路通信核心能力的构建提出了新的挑战。
1）新技术、新业态和新产品的不断涌现，对传统的以自有资源和产业条件为基础的竞争逻辑构成了巨大冲击，逐渐转变为基于开放合作、共享共赢的生态竞争。铁路通信行业需要积极拥抱这种变化，加强与新一代信息通信技术（Information and Communications Technology，ICT），以及交通、能源等行业的跨界合作和协同创新，共同构建铁路通信生态圈，实现资源共享、优势互补。
2）云服务成为产业生态中竞争的新焦点。云服务商的规模效应和头部企业集聚特征日益显著，其网络整合能力也在逐步增强，形成了较强的市场影响力和竞争优势。云服务商的崛起不仅推动了产业生态的演变，也为铁路通信行业带来了新的发展机遇。铁路通信行业需要充分利用云服务的优势，提升网络服务水平。同时，需警惕云服务商市场垄断地位不断增强可能带来的风险。在加强与云服务商合作的同时，应保持技术自主性和市场独立性，确保自身在产业生态中的可持续发展。
综上所述，铁路通信行业应在群簇化和融合化的产业生态中精准定位自身角色，灵活应对复杂的竞合关系，不断提升核心能力与竞争优势。
通过满足新要求、顺应新方向、迎接新挑战，铁路通信行业致力于构建“三全一强”体系，即全场景、全链接、全业务、强安全，打造“可视、可管、可控、可测、可靠、可信”的铁路5G-R网络和算力网络，实现全面的数据治理，助力铁路实现高质量发展的宏伟目标。
3 铁路通信数字化转型的目标与路径
3.1 转型目标
借助“大智移云物”技术群的深度应用，铁路通信迎来数字化转型的崭新时代。如图7所示，铁路通信数字化转型能够催生感力、运力、算力、数力、智力等五大新型生产力，为铁路行业的高质量发展注入强大动力。通过有效应用新一代ICT技术，构建一套可测、可管、可靠、可视、可控、可信的综合评测体系，科学地评估数字化转型的成效，确保转型过程的有序推进。随着数字化转型的深入推进，铁路通信行业得以紧密结合行业发展现状，对物理世界的业务流程进行优化，同时重塑管理与商业模式。这一变革不仅覆盖车务、机务、电务、工务等多个业务部门，还深入到铁路沿线、车站等各类通信场景，实现全业务、全场景、全链接的数字化转型。
图7 铁路通信数字化转型目标
铁路通信数字化转型旨在构建高速、安全、泛在的网络基础设施，以全方位支持铁路行业的信息需求，进而提升铁路全息感知能力。同时，推进工程建设、运输生产、安全保障、经营开发和企业管理与数字化技术深度融合，促进铁路智能化发展。通过铁路通信数字化转型，铁路通信行业能够实现全面的提升和优化，为铁路行业的未来发展奠定坚实的基础。同时，这也将有助于推动整个交通运输行业的数字化转型进程，促进整个社会的信息化、智能化发展。
3.2 路径探索
铁路通信的数字化转型深刻展现了数字产业化和产业数字化的双重属性，二者相互作用，共同推动行业创新发展。转型的具体路径见图8，转型过程主要聚焦于业务转型、云网融合和智能运营三大关键领域，这些领域的协同发力引领铁路通信行业迈向数字化新时代。
图8 铁路通信数字化转型的具体路径
业务转型是铁路通信数字化转型的重要驱动力。铁路通信行业应积极集成5G、物联网、云计算、大数据、人工智能等先进技术，将其深度融合并应用于铁路工程建设、运输生产、经营开发、资源管理、综合协同以及战略决策等核心业务领域，实现通信与铁路业务的深度融合。通过这一过程，铁路通信系统得以突破传统信息传输功能的局限，逐步向集信息传输、数据处理、智能分析等多功能于一体的综合服务平台演进。这一平台将能够更精准地响应业务需求，提供更高效、更智能的服务，从而推动业务应用的全面信息化与数字化，进一步提升铁路行业的整体运营效率和服务水平。同时，铁路通信行业还需加强与产业链上下游行业的紧密合作，探索铁路通信的新价值，共同开发新市场、新应用，拓展铁路通信的应用领域和服务范围。此外，在推进业务转型的过程中，铁路通信行业还需高度重视安全性和可靠性问题。随着技术的深入应用，系统复杂性和潜在风险日益增加，因此，加强对系统的安全防护和可靠性保障显得尤为关键。具体而言，应深化安全防控技术的研发，推动设备设施养护技术的工程化应用，提升安全应急救援保障能力，确保在数字化转型过程中铁路通信系统的稳定运行和数据安全。
云网融合是铁路通信数字化转型的关键技术保障。
1）铁路通信行业需推动基础资源立体布局，通过加强跨企业基础设施的共建共享，打破传统的资源壁垒，有效促进资源的优化配置。
2）需加快5G及5G-R技术的建设步伐，推动网络结构的简化和优化，提升网络速率。
3）强化算力设施布局，支撑算力服务的转型升级，满足大数据处理和智能分析的需求。
4）推动云网架构升级，使云网融合向云网一体和算网一体演进，实现云网资源的灵活调度与管理，提升资源利用效率，降低运营成本。
智能运营是铁路通信数字化转型的核心目标。通过构建统一的数字底座和中台体系，实现列车运行数据、维护记录、客户互动、安全监控等信息的全面整合和实时处理，从而为决策提供精准的数据支持；同时，将数字技术广泛应用于管理环节，实现数据驱动企业治理体系变革；此外，充分利用数字技术深度分析用户数据，提供个性化、精准化客户服务，进一步提升用户个性化体验，为市场提供更加广阔的前景和商业机会。
3.3 发展建议
面向发展新空间，铁路通信数字化转型在技术、市场和组织层面面临多重挑战。
尽管云网融合和算网一体化发展迅速，但缺乏统一的技术标准和实施规范，导致系统的兼容性和稳定性问题频发。同时，网络能力与市场需求存在差距，如何平衡技术开发与市场应用，成为铁路通信行业亟待解决的问题。此外，新技术的引入与系统稳定运行存在一定的矛盾，如何在保证稳定性与可靠性的前提下，有效整合新技术以提升系统性能和效率，是数字化转型的重要挑战。
铁路通信市场规模有限且专业性强，进入壁垒较高；同时，市场需求的碎片化增加了企业规模化发展的难度和成本。如何在激烈竞争中保持业务持续发展和吸引投资，成为企业需要深入思考和解决的问题。
传统的组织结构和流程已经难以适应数字化转型带来的新需求。为应对这一变革，企业需要对组织结构进行优化和再造，以适应数字化时代的特点和要求；同时，培养具备数字化思维和创新能力的员工队伍，对推动数字化转型至关重要。
铁路通信的数字化转型是一个复杂而艰巨的任务，也是一个循序渐进、系统性的过程。目前，铁路通信的数字化已初见成效，云计算、大数据、物联网、卫星导航、人工智能、区块链等新一代信息与通信技术逐步应用到铁路通信系统与铁路产业链的各个环节中，有效提升了铁路通信的数字化水平，为数字与智能铁路业务应用提供了强大的技术支撑。随着这些技术的持续引入与不断优化，铁路信息基础设施能力不断增强，铁路数据资源规模和质量持续提升，铁路网络安全保障能力全面加强，铁路通信业务数字化发展迅速，为持续推动铁路通信数字化转型提供了坚实的基础。尽管铁路通信的数字化转型已取得一定进展，但这一过程仍然任重道远，充满未知与挑战。因此，需要从国家、行业和企业3个层面共同努力，推进铁路通信数字化的全面升级。
1）在国家层面，政府应制定清晰的数字化发展战略，为铁路通信行业设定长远目标和阶段性任务，为行业发展指明方向。建立跨部门协调机制，确保相关政策与行动在各部门间的高度一致性和协调性，以充分利用资源，避免重复投入和浪费。政府还应提供政策扶持，如研发补贴、税收优惠等，鼓励企业投资铁路通信技术研发项目。同时，完善相关法律法规，确保铁路通信行业的技术发展与法律法规相适应，维护市场的公平竞争秩序，保护投资者和消费者的合法权益。
2）在行业层面，应积极促成铁路通信设备制造商、运营商、科研机构和软件公司形成创新联盟，实现资源的共享和优势互补，并协同研发新技术和产品，从而推动整个行业的技术革新与持续进步。通过定期举办行业会议和技术研讨会，搭建一个专业且高效的交流平台，促进各方分享研究成果、市场趋势和政策信息，深化行业内的经验交流与技术合作。同时，加强国际交流，积极与全球领先的铁路通信企业建立合作关系，共同参与国际标准的制定工作，以确保我国铁路通信产品和服务的全球兼容性和互操作性，进一步拓展我国铁路通信行业在国际市场的影响力。
3）在企业层面，通过建立客户参与平台，积极收集反馈，从而及时了解客户需求和市场变化，并有效提升客户满意度和忠诚度。随着客户反馈的深入收集和分析，针对不同客户群体提供定制化解决方案，以精准满足市场需求，从而凸显企业的竞争优势。在内部管理上，构建灵活、快速反应的组织结构，以适应市场变化和技术进步。打破部门壁垒，设立跨部门项目团队和数字化转型小组，促进内部协作和创新，培养具有数字思维的复合型人才。同时，以创新和灵活性为核心，培育企业文化，鼓励员工积极学习新技术，提升数字技能。
4 结论
本文围绕铁路通信数字化转型进行了深入而全面的探讨。
1）随着铁路、电信，以及专用通信行业的快速发展，数字化转型已成为铁路通信行业的重要发展方向。在这一过程中，铁路通信数字化转型展现出一系列鲜明的特征和趋势：基础设施云化、融合化、智能化，业务发展多样化和专业化，以及生态演变群簇化、融合化。
2）业务转型、云网融合和智能运营作为核心发展路径，在推动铁路通信行业数字化转型方面发挥着关键作用。然而，数字化转型过程中面临着技术、市场、组织等多重挑战。为了有效应对这些挑战，需要从国家、行业、企业3个层面共同发力，推进铁路通信数字化转型进程。
3）通过数字化转型，铁路通信行业将催生感力、运力、算力、数力、智力5种关键能力，进而构建全感知、全链接、全智能的数字铁路生态，有效支撑铁路数字化转型，推动铁路高质量发展。